时间：2022-09-27 21:23:32
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇机械臂设计论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
1.引言
从机械手臂投入商用起，已经有了几十年的应用和发展历史。将模块化的设计思路与理念引入机械手臂的设计中，能够充分发挥其灵活、可拆分、可组合的特点，并将其应用于更多的场合，包括服务机器人，工业生产制造领域、医疗领域等等。本文结合机械臂设计的模块化理念，着重对其进行系统分析和设计，包括旋转关节、传动系统、减速系统进行实现，具有比较好的理论价值与实践意义。
2.机器人手臂关节机械设计
2.1手臂关节模块
手臂关节模块包含了许多零部件，主要有旋转电机、减速器和反馈单元等。在手臂关节的内部固定了控制单元和传动系统，以二级减速传动作为传动模式，即齿轮减速传动与谐波减速传动，这种传动模式可以支持手臂关节自由度之内的回转运动。下面具体阐述其设计方案：
(l)模块外壳方案
手臂关节的外壳能够为电机、制动器、滚动轴承提供必要的机械支撑，并起到必要的保护作用。在手臂关节运动的过程中，模块的外壳也承受了期间多产生的种种应力，因此模块的外壳必须满足一定的刚度。模块外壳的主要构成部分包括：底盖、电机、齿轮盖、主壳体、轴承、制动器等。其中，底盖位于结构的底端，其作用是为整个旋转模块的各个部件提供支撑与连接；主壳体构成此部件单元的外壳，对单元当中的电机、制动器等子单元起到连接和支撑作用；齿轮盖覆盖于模块的齿轮传动单元之上，起到保护和连接作用，而且能够支持谐波齿轮减速器的安装。为保证机械臂有足够的强度，模块外壳选取的制作材料为铝合金，并将壁体设计为圆桶状的抗压结构，为防止氧化与腐蚀，表面结果特殊处理。
(2)减速齿轮方案
减速齿轮方案的主要构成部分包括：电机连接齿轮、中心齿轮、中心轴以及制动连接齿轮等。其实现方式简述如下：通过小齿轮来连接直流电机的输出端，然后通过与小齿轮相咬合的中心齿轮互相连接；同理，通过另一个小齿轮来连接断电制动器的输出端，然后通过与小齿轮相咬合的中心齿轮互相连接。在这种啮合模式下，当减速齿轮单元加电后，便由系统的电机来作为动力源输出，而当减速齿轮单元端电后，便由系统的制动器来作为阻力源输出。考虑到机械臂的关节在不同运动时，会使减速齿轮持续维持高速转动状态，因此必须有足量的剂。又因为该减速齿轮不是封闭结构，因此本文以滑脂来起到齿轮的作用。
(3)中轴传动方案
中轴的传动方案是整个机械臂设计中非常关键的一个组成部分。中轴传动的作用是，首先支持来自中心齿轮的动力，其次还要为波发射器高效传递动力。考虑到中轴会承接一定比例的来自轴向的受力和很大比例的径向应力，因此为支持中轴，引入了角接触轴承。中轴传动单元主要由旋转模块、断电制动器、卡簧、角接触轴承、中心齿轮、主轴、连接法兰以及波发射器组成。
因为中轴传动单元在设计上要求同轴度与圆柱度都在较高的水准，因此尤其应注重其材料选择和参数控制。本研究所设计的中轴用以45号钢才作为原料，并在成型后淬火，从而保证单元在表面具备一定的硬度。
在中轴传动方案中，最关键的是旋转模块的结构设计。旋转模块的设计思路是：将其转轴与中心轴线重合，并以电机驱动。在模块上部署有电磁编码器，用于周期性地检测角位移和角速度。将之与直流伺服电机相联。结合具体的应用环境与需求，直流伺服电机也可以加装起到减速增力作用的行星减速箱，共同起到动力输出的作用。而后通过小齿轮与中心齿轮的咬合，以正齿轮传动方式来实现系统的减速增力功能。
断电制动器的结构设计也是中轴传动方案中的关键，断电制动器有两方面的作用，首先在旋转模块进行位置搜索时能够起到保持作用，其次，在旋转模块因故失去电源之后也能发挥保护的功能。在中轴中，当旋转单元加电，并处于转动状态的时候，断电制动单元便会随着系统的小齿轮单元传递过来的中心齿轮作用而转动，而在断电制动器运动的时候，其输出轴的动力也来自小齿轮单元。在本文所涉及的机械臂中，电机与制动器全部布置于电机底座，并且将电机底也作为旋转单元外壳的一部分，其好处在于保护内部零部件。
2.2连接件模块
连接件的主要功能是在机械臂中连接旋转关节不同的单元，因此是机械臂的重要组合部分，对机械臂的组合与功能的发挥均有着不容忽视的作用。由于机械臂的各个模块单元是相对独立的关系，因此只要将不同的模块单元互相组合，起可以发挥机器人的机械臂基本功能。因此本文结合具体的需求，设计开发了数种类型不同的连接结构。
机器人的机械臂在实际操作中，连接件实现了不同部件单元之间的力矩传递，而其质量的大小也关系到机械臂整体重量和轻便程度，因此在实际设计中，一方面应保证改模块单元具有足够的机械强度，另一方面也应考虑到减轻其质量。本文在设计中，考虑到铝合金属于高强度低密度的材料，同时具有比较好的可塑性，因此以铝合金作为连接件的制作材料。
2.3模块手抓单元
考虑到机械臂必须部署在一个可以移动的平台上，来在现场抓取物体，因此模块手抓单元的末端执行器是其中最重要的组件。为了满足这个系统的模块化的设计，末端执行器必须具备一定的应用和扩展功能。假若模块手抓单元附加多指灵巧手，其实能够抓取更多类型的对象，本课题的研究只需模块手抓单元能够抓取简单对象，因此使用了图中的简单的夹钳手抓，其优点是结构简单、容易控制。
3.结束语
机器人的机械臂设计与开发属于机电一体化领域的高精尖课题。考虑到机械臂的结构具有比较高的复杂性，本文阐述的设计方案充分顾及了模块设计的标准化与产品的通用性，从而能够良好的满足模块之间的替代性特征需求，因而也能够保障机器人的机械臂在实际应用中能够满足用户的要求。
参考文献
[1]郭立新，赵明扬，张国忠.空间冗余度机器人最小关节力矩的轨迹规划.东北大学学报(自然科学版 ).2010:512-515
[2]马江.六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真.北京工业大学硕士学位论文,2009:3-10
关键词：采摘机械手臂；苹果；结构设计
引言
水果采摘季节性强、费用高且劳动量大[1]。加速农业现代化进程，实施“精确”农业，广泛应用农业机器人，提高资源利用率和农业产出率，降低劳动强度，提高经济效率将是现代农业发展的必然趋势。研究采摘机械人，对于降低人工劳动强度和采摘成本、保证水果适时采收，具有重大的意义[2]。我国从上世纪70年代开始研究水果蔬菜类的采摘机械，并且也逐渐起步，如上海交通大学已经开始了对黄瓜采摘机器人的研制[3]，浙江大学对番茄采摘机器人进行了结构分析与设计的优化[4]，中国农业大学对采摘机器人的视觉识别装置进行了研究[5]。目前，我国研究的采摘机器人还有西红柿、橘子、草莓、荔枝和葡萄采摘机器人等[6-8]。文章对苹果采摘机械手臂进行选型，进一步进行详细结构设计，最后对设计结果进行试验验证。
1 机械人机构选型及自由度的确定
由于采摘机械人的作业对象是苹果，质量轻，体积小，故而可选择较为简单、灵活、紧凑的结构形式。
根据机械人手臂的动作形态，按坐标形式大致可将机械人手臂部分分为以下四类[9]：直角坐标型机械手；圆柱坐标型机械手；球坐标（极坐标）型机械手；多关节型机械手。采摘机械臂的结构型式选取主要取决于机械人的活动范围、灵活性、重复定位精度、持重能力和控制难易等要求。以上四种型式，它们的活动范围和灵活度逐渐增大。经过对苹果采摘空间的研究，结果表明，苹果树树冠和底部的苹果分布极少，大多分布在树冠中部，大约有80%以上的苹果分布在距地面垂直高度1-2m、距树干左右方向1-2m的空间范围内，且阴阳两面的苹果分布率并无明显的差异。这就要求采摘机械手应当具有较大的工作空间，因此选用多关节型机械手较为合适，且其占地面积较小，更加适合苹果采摘作业。
实际中，苹果生长位置随机分布，这就要求机械臂的末端执行器能够以准确的位置和姿态移动到指定点，因此，采摘机械人还应具有一定数量的自由度。机械臂的自由度是设计的关键参数，其数目应该与所要完成的任务相匹配。一般来说，自由度数量越多，机械臂的灵活性、避障能力越好，通用性也越广，但增加一个自由度就相当于增加了一级驱动，会使得机器人的成本上升，而对于农业机器人而言，成本高将会大大的减缓其机械商品化实用化进程，同时增加自由度会相应增加机器人的控制难度，降低机器人的可靠性。综合考虑，将自由度数目定为六个，这样不仅能够使得末端执行器具有较为完善的功能，而且到达采摘空间中的任意位置，而且不会出现冗余问题。
2 采摘机械臂工作原理
图1 机械人结构简图
图1是本次设计的球类水果采摘机械人的结构简图。该结构为六自由度机构，可划分为底座、大臂、小臂、腕部和手五个部分。机械臂的底座通过舵机带动传动系统实现各个部分之间的相对转动和旋转。其中的各个转动和旋转均是通过电机驱动螺旋丝杆来实现。该设计机械臂的传动如下：（1）底座旋转。确定与底座平面互相垂直的目标采摘物所在的平面。（2）大臂转动。移动至目标采摘位置附近的上方或下方。（3）小臂转动。将采摘机械手送至目标采摘物的附近。（4）手腕转动及旋转。调整机械手末端采摘机构的姿态，使其处于一个合适的位置，保证采摘任务能够合理完成。（5）手夹紧放松，完成对目标采摘物的采摘任务。此外，将末端执行器设计为关节型的两只手指，通过舵机6（舵机分配情况见图2）、齿轮的啮合及连杆机构实现对目标采摘物的夹紧与放松。
由以上分析得出：机械手的空间位姿由各个关节的空间坐标来决定，即当机械手的各个舵机的坐标确定的时候，就可以确定机械手的空间位姿。而决定舵机坐标的因素就是臂长及臂的转动角度，而在这两个参数中，设计结束后臂长是确定的常量，角度为变量。在模型当中，舵机1、2的相对位置固定不变，控制末端执行器的舵机6用来调整手的姿态，因此可以先忽略舵机1、6，将舵机2轴线中心的位置设为坐标系原点。
图2 舵机分配方框图
3 机械臂结构设计
首先用Pro/E软件中的零件模块对机械人各个零件进行绘制，然后再对零件进行自下而上的装配，以及进行零件图及装配图的绘制。大臂、小臂和腕部、机械手零件图以及装配图分别见图3、图4、图5、图6和图7（单位均为mm）。
4 试验台搭建与抓取效果实验
根据零件图及装配图进行试验台搭建。由于设计尺寸较大，故将整体尺寸缩小4倍来进行搭建。实物如图8所示。通过操作上位机控制软件指令信号，可给伺服舵机控制器发送控制指令信号，从而实现机械人在空间中精确作业。试验结果表明：机械人能够较为平稳、准确地对目标物进行夹取、移动、放置等任务。证明设计合理，试验台搭建正确。
5 结束语
通过对水果采摘作业的分析，设计了一套六自由度关节型采摘机械人。其运动范围覆盖了水果果实的分布范围，末端执行器能够执行对水果的采摘任务。在采摘过程中，只需对舵机进行控制，在一定程度上降低了控制的难度和复杂性。当然，设计中也存在不足，例如缺少对果实的切割装置，而且对葡萄等较小、较软的果实采摘技术不成熟，有待进一步的改善。
参考文献
[1]汤修映，张铁中.果蔬收获机器人研究综述[J].机器人，2005，27（1）：90-96.
[2]张文莉.农业工程导论论文[D].江苏大学，2011.
[3]曹其新，吕恬生，永田雅辉，等.草莓拣选机器人的开发[J].上海交通大学学报，1999，33（7）：880-884.
[4]梁喜凤，苗香雯，崔绍荣，等.果实采摘机械手机构设计与工作性能分析[J].农机研究所，2004（2）：133-136.
[5]周天娟，张铁中.果蔬采摘机器人技术研究进展和分析[J].农业机械学报，2006，11：38-39.
[6]邹湘军，金双，陈燕，等.基于Modelica的采摘机械手运动控制与建模[J].系统仿真学报，2009，21（18）：5882-5885.
[7]马履中，杨文亮，王成军，等.苹果采摘机器人末端执行器的结构设计与试验[J].农机化研究，2009，31（12）：65-67.
[8]宋健.茄子采摘机器人结构参数的优化设计与仿真[J].机械设计与制造，2008，46（6）：166-168.
[9]马江.六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真[D].北京工业大学，2009.
关键词：轮胎机械手 ADMAS 工作原理 动态仿真
随着矿山设备的发展，矿用车辆轮胎机械手也不断更新发展，逐渐向大型化，自动化方向发展，这给轮胎机械手的设计带来了诸多的挑战和难题。设计一种能够代替人力，操作简单，安全实用，适用于大型轮胎拆装、搬运需求的设备成为当务之急。这有利于提高生产效率，降低劳动强度，保证作用安全。研究表明85%的轮胎机械手的破坏发生在连杆机构，这种破坏主要是连杆机构在动态载荷下发生的疲劳失效或者应力屈服破坏。为了解决轮胎机械手连杆机构的破坏难题，本文将对该连杆机构进行动态应力仿真，考场连杆机构在动态载荷的作用下连杆所发生的变化，并提出连杆机构的优化设计方案。
1、轮胎机械手发展状况
国外的轮胎机械手的发展已经十分成熟。第一台轮胎机械手由美国佩蒂伯恩公司生产的Super 20型轮胎夹装机，该机械手具备更换运输卡车和重型设备轮胎的作用，还可以当做叉车使用；该设备显著的特点是高效，大量减少劳动量。改型轮胎机械手主要由以下几个部分组成：前伸式夹持装置，四轮驱动装置，四轮空气制动装置和一台GM型柴油机组成。该装置的最大夹持承载能力在伸出时为4309kg，缩回时为6804kg，夹持装置能够向两侧转动45°，叉架能够左右移动127mm，以准确完成轮胎的定位。此装置能够平稳的夹起轮胎，并将轮胎准确的定位在轮毂螺栓上。
同国外相比，国内轮胎机械手发展起步比较晚，还处于生产小型轮胎拆装机阶段，对于大型轮胎拆装设备的研发还很少。广西柳工集团生产的ZL40B型装载机，使用规格为20.5-25的轮胎，充气后质量为0.4t，最大直径为1.55m。该型装载机的工作机构可以完成动臂的提升和铲斗的旋转动作。拆下铲斗，在动臂斗销的位置上安装水平放置的两只夹持臂。两只夹持臂由液压缸提供动力，可以实现张开和闭合动作。这样，装载机自身动臂的提升、铲斗的旋转外加夹持臂的开合动作就可以满足轮胎拆装的需求，具有操作方便、结构简单、安全可靠等优点。
2、ADMAS软件的介绍
ADAMS，即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS己经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。
3、轮胎机械手结构组成
轮胎机械手的主要功能是实现矿山大型车辆轮胎的拆装和搬运。动力源为液压缸，并要求液压动力在适当的荷载下运作，才能使液压工作件高效、平稳、准确的完成液压元件的各项操作动作；而且液压动力源的各项操作可以通过电液伺服控制技术使提高该系统的自动化控制水平。轮胎机械手可以安装在装载机或叉车上，利用装载机和叉车可以将物体举高的现有动作实现垂直地面方向的移动，轮胎机械手自身可以完成对轮胎的夹持、水平移动和两个方向的翻转动作以满足大型轮胎的拆装和搬运过程中所需的各种动作。轮胎机械手执行机构大致由手盘、手臂、转动架、平动架和固定板组成。
4、轮胎机械手工作原理
轮胎机械手的执行是通过手臂上的两支液压缸的伸缩，产生一定的夹紧力同时对两支手臂同步完成手臂的张开和闭合动作，其中最大的夹紧重量为5900kg，夹持距离为1092mm~4060mm；另外手臂上的手盘能够在360°的范围内带动负载以额定转速旋转，旋转力矩和要求转速由安装在手臂的液压马达经过减速器产生，要求旋转过程不能发生打滑现象；同样转动架以2r/min的转速旋转360°，且旋转所需的力矩是由安装在平动架上的液压马达提供；而平动架在水平左右移动所需的动力又安装在平动架和固定板之间的平动液压缸提供，并且可以在300mm的范围里移动；最后，整个装置由固定板安装在装载机或叉车上。
5、动态应力仿真
由研究表明，85%的轮胎机械手主要在连杆机构处发生破坏，而破坏的原因主要是因为动载荷受力不均匀，导致连杆机构疲劳失效和破坏。针对连杆机构的在动载荷下的破坏，探究杆件在受到动载荷时杆件的应力情况。动态应力仿真的步骤是：首先建立轮胎机械手的虚拟样机模型；然后导入到动态分析软件ADAMS中，对样机模型进行约束、驱动使模型模拟整个机械手的运动；最后在ADAMS中记录模型在受到动载荷下，模型的运动状况以及杆件所产生的动态应力。
通过动态软件ADAMS仿真可以直观的轮胎机械手的动作过程，通过修改参数可以看出该机械手的连杆机构在不同载荷下所受到的动应力，根据该动应力的情况设计合理的连杆机构，同时对改进轮胎机械手提供了依据。同时仿真模型和运动过程参数可以为整个机构的优化提供理论依据，继而为快速、准确方便的设计和制造物理样机奠定基础。
同国外相比，国内轮胎机械手发展起步比较晚，还处于生产小型轮胎拆装机阶段，对于大型轮胎机械手的研发还很少。主要原因是国内轮胎机械手的设计中，很少考虑连杆机构在动态载荷下的应力变化情况，在对轮胎机械手的改进和研究过程中我们要充分考虑动态载荷情况，根据动态载荷运用动态仿真软件来模拟其实际情况，这样能节约成本，缩短开发周期。
参考文献：
[1]冯亮,孔德文,孙建军.轮胎机械手动态应力仿真研究[J].煤矿机械, 2011 ,07 .
关键词：动臂塔式起重机 关键技术 济南论文 开题报告
一、选题的来源及依据
选题题目 动臂塔式起重机的关键技术研究
1.文献综述(选题的依据，课题研究的主要内容和目的，国内外研究现状、发展动态，主要参考文献)
1.1 选题的依据
动臂式塔机是历史上最早出现的塔式起重机，其经历过辉煌的时代，从20世纪70年代开始，小车变幅塔式起重机取代了动臂式塔机。
然而随着经济的发展，建筑楼群的密集，使塔机的工作空间受限。基于高层建筑的发展，新制定的领空权许可制度及跨占邻居领地产生的纠纷等因素，迫使人们改变已有的传统观念，从小车变幅改为臂架俯仰。
之所以动臂式从新受到人们的欢迎和重视，是因为动臂塔机有其独特的优势：
(1)起升高度明显提高。与小车变幅相比，动臂塔机的起升高度不止塔身高度，其臂架俯仰时，臂架对起升高度有一定的贡献量。
(2)回转半径小。当其俯仰角比较大时回转半径大幅度缩小，回转灵活。
(3)可以避开别人的领空，避免由于跨占邻居领空领地而产生的纠纷。
(4)适应狭小空间。随着经济发展，建筑楼群越来越密集，塔机的工作空间不在像过去那样宽阔，而是越来越窄小，动臂塔机由于其独特的变幅方式，可以在狭小的工作空间灵活运作。
然而目前动臂塔机一个突出的问题就是，同吨位的动臂塔机要比小车变幅塔机贵很多、重很多。原因如下：
对于动臂塔机来讲，其俯仰变幅过程中，起重臂的重心也在变化，这样和小车变幅相比其对塔身产生了一个变化的附加弯矩，使得塔身的受力更加复杂， 尤其对于大塔，起重臂的自重非常大，由此产生的附加弯矩迫使塔身做的很粗壮;不但浪费材料，增加了整机的自重，极大限制了起重能力，还给塔机的安装运输和拆卸带来极大地不便。以山东富友公司的125动臂塔机为例，在最小工作幅度5.5米(仰角83o)时起重臂对回转中心产生的力矩为68410n.m，最大工作幅度50米(仰角50)时起重臂对回转中心产生的力矩为932910 n.m，也就是由起重臂本身的俯仰产生的力矩变化为864500 n.m是本机的最大起重力矩(1350000 n.m)的0.64倍。
对动臂塔机而言，平衡由起重臂俯仰变幅产生的附加力矩会大大提高塔机的起重能力。在机械上的解决方法就是采用移动配重技术，即吊臂仰起时，使配重移向塔身;吊臂俯降时，使配重远离塔身。这样做的好处是动臂产生的静载力矩可由移动的配重抵消。然而，如果采用移动配重，又往往会使设计及生产成本大大提高。本课题研究目标就是设计简单实现成本又低的活动配重结构，并对其优化，使塔身承受的力矩变化最小，所需用料最省，并结合有限元方法对塔身的优化方法进行研究，寻求一种快捷有效的塔身及其他结构的优化方法，使塔身的结构最优，使整机的自重再次减轻，成本再次降低。
1.2 课题研究的主要内容和及目的
课题研究的内容
1)分析不同形式动臂塔机的优劣并进行选型作为研究对象，包括：塔帽形式的选择，动臂臂根铰点的位置选择等。
2) 根据选择好的机型，对移动配重的实现进行方案确定和结构设计。并对结构进行优化，使塔身受到的来自动臂的附加力矩最小。
3) 根据2)中优化好的方案本着以塔身受力最小的原则进行力矩曲线绘制方法的确定。
4) 通过有限元软件ansys和可视化编程软件vb的结合，生成专门的软件，对塔身进行优化，寻找一种塔身的最快最佳优化流程，使塔身既满足强度和稳定性要求又能使塔身的用料最省，并且使优化过程简单快捷，缩短产品开发周期。
课题研究的目的
1) 是设计一种结构实现抵消由起重臂俯仰变幅产生的静载附加力矩，并对此结构进行优化，使其对附加力矩的抵消效果最佳，从而使动臂塔机的塔身受到的弯矩最小。从而使塔身材料最省，自重最轻，提高整机的起重性能。
2) 确定更科学的力矩曲线的绘制方法，使力矩曲线更加准确的反应塔机的起重特性
3)在ansys和vb的基础上设计专门软件，能自动生成动臂塔机塔身的有限元优化文件，并设计好优化流程，实现对塔身的有效快捷优化，再次降低塔身的自重和成本。
1.3国内外研究现状、发展动态
1.3.1 现有的采用移动配重方式的动臂塔机，其功能实现主要有以下几种方式：
(1) 钢丝绳移动配重方式
这是最早采用的配重移动形式，即将配重通过钢丝绳与臂架相连接，钢丝绳的总长是一定的，随着臂架的俯仰，配重即跟着前后移动。通常这种情况会设置配重小车和专门的移动滑道，滑道的倾斜角度、长度以及钢丝绳的路径等都是根据该结构配重重心位置随臂架仰角的变化规律设计的。典型的采用钢丝绳移动配重方式的动臂塔机有pecco公司的sn系列塔机，其结构形式如图所示。
(2) 连杆机构
由于钢丝绳在使用过程中容易磨损，移动配重技术紧跟着又出现了连杆机构移动方式。即将臂架作为主动连架杆，配重悬挂在摇杆的末端，并且为使配重保持平动，不宜将其与摇杆固定连接。这种实现方式不需设置配重小车及其滑道，也不需另外增加辅助动力驱动。典型的采用连杆机构移动配重方式的动臂塔机有利勃海尔的500hc系列塔机，其结构形式如图2.2所示。
(3)在塔吊后臂上设有轨道，轨道中设置滚轮，配重通过滚轮与后臂相接。本实用新型的设计思想就是将塔吊后臂上原有固定不变的配重，改变成为可在后臂上往复移动的配重。这样，当塔吊起吊重物时，将配重移动到与起吊重物相匹配的平衡位置;当塔吊不工作时，可将配重移动到后臂的紧靠塔身一端，以最大限度地减轻配重对塔吊的偏沉负重作用。由此使原有的固定配重变成了塔吊移动平衡尾陀。在这种结构及相应的工作方式下，就可以使塔吊时刻保持平衡状态，既保证了塔吊工作时的稳定性，又消除了塔吊不工作时的负重偏沉状态，并使塔吊的工作机理更为合理，使用寿命得以延长。
(4)在起重臂上铰接一连杆，连杆的另一端与摇杆铰接，摇杆中部与平衡臂铰接，另一端联结平衡臂框架，由起重臂、连杆、摇杆和平衡臂组成一铰链四杆机构，起重臂即为主动连架杆，摇杆为从动连架杆，平衡臂为机架，当起重臂做俯仰动作时，摇杆绕其与平衡臂联结的铰链摇动，平衡臂的位置随摇杆的摇动而做相应改变，从而实现对平衡臂的自适应调节。
(5)无基础自动配重全自动塔吊装置
(6)除了以上几种方式，还有就是专门增加一个辅助的动力驱动机构，用以实现配重的移动。通常这种型式成本高，需要额外的检查及维护保养，机构比较复杂。
1.3.2 关于动臂塔机力矩曲线绘制的研究现状
(1) 对于没有移动配重的动臂塔机的力矩曲线方程：
(q+t)r=c
其中q：吊重
t：变幅滑轮组、起重臂、吊具和钢丝绳在臂端的积重
r：幅度
c：恒力矩
(2)对于有移动配重的动臂塔机的力矩曲线，根据不同的实现方式，其确定的方法不同，而且都不成熟，值得探讨。力矩曲线的确定于力矩限制器的选用有直接关系，本次论文拟采用恒力矩力矩限制器，所以确定力矩曲线的方法应该采用保证恒力矩的方法。
1.3.3 关于动臂塔机结构优化的研究
文献【10】论述了用ansys的adpl语言进行动臂塔机优化的方法，但其只是将设计变量参数化，对其他已定的尺寸，例如塔身宽度，标准节高度等并没有参数化，这样处理ansys优化的常规做法。这样做的缺陷是，生成优化文件的过程比较复杂，对形式类似的塔机需要重复性的编写优化文件，比较耗时。本研究课题拟在借鉴文献【10】的基础上，不但将设计变量参数化，而且将非设计变量也参数化，对于不同形式的塔身都做成专门的adpl程序模块，生成专门的软件，工程师只需要根据塔身的形式在对应的截面输入非设计变量的参数，即可生产对应的优化文件
1.4主要参考文献：
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【 2 】 meikun arm type tower several design question discussion construction machinery 2009.10 (semimonthly)
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【4】李海青 塔式起重机平衡重自适应调节装置 专利号200720026287.1
【5】陈志军 自动平衡塔吊 专利号02290276.7
【6】曲永治 动臂变幅起升补偿组合机构 专利号02118284.1
【7】梅琨 一种新型动臂塔机起重力矩限制器的设计 辽宁建材2001.no.4
【8】万维柔 无基础自动配重全自动塔吊装置 专利号200420063917.8
【9】戴广成 金永强 南通市第四建筑安装工程公司 机械式塔吊力矩限制器
【10】刘洪波 指导教师：林贵瑜 动臂塔式起重机结构优化设计研究 东北大学硕士学位论文
2.学术构想与思路、拟解决的关键技术
本课题针对目前动臂塔机存在的问题进行分析，突出表现就是同等吨位的动臂塔机比小车变幅塔机自重大，成本高。对此问题本质进行分析，总结其原因是动臂引起的附加力矩迫使塔身必须粗壮才能满足要求，解决此矛盾的思路可以有两方面：一是减小动臂引起的附加力矩，二是对塔身本身进行更合理的优化，使其材料最省并且满足强度要求。
要解决的关键技术就是用最低的成本实现配重的移动，来平衡动臂的附加力矩。并且利用有限元方法设计一种更有效的塔身的优化流程，使塔身既满足强度和稳定性要求，又不浪费材料。
3.所阅文献的查阅范围及手段
本课题的文献检索是在校图书馆网站的以下数据库完成
1)万方数据期刊全文
2)自建特色数据库：硕士论文库
3)中宏数据库 教育版
4)中国学位论文全文数据库(万方)
5)读秀知识库
6)中国期刊全文数据库(清华同方)
7)中国年鉴全文数据库
8)维普数据库
9)万方科技文献数据库
10)中国重要会议论文集全文数据
关键词 动臂 力矩限制器 移动配重
二、选题的理论意义、推广价值及预期成果
随着经济的发展，建筑楼群的密集，使塔机的工作空间受限。目前高层建筑越来越多，新制定的领空权许可制度及跨占邻居领地产生的纠纷等因素，使得动臂塔机的角色越来越重要，然而同样吨位的塔机，动臂变幅的比小车变幅的制作费用要高，很大程度上是因为由于起重臂俯仰产生的附加弯矩使得塔身较大，如果用移动配重，结构又比较复杂，使得动臂变幅塔机的费用降不下来。
本课题研究意义就在于使同等吨位动臂塔机和小车变幅塔机之间的成本差降到最低，使动臂塔机的发展不再受到成本的限制，在经济建设中的优势发挥得更加充分，对动臂塔机的推广有着重要意义。
预期成果：
1)设计出更加简单经济的结构，实现配重的移动，较好的平衡掉动臂产生的附加力矩。使动臂塔机的起重能力大大提高。
2)寻找到一种更加快捷有效的塔身优化方法，并有可能将这种优化方法应用到其他结构的优化。
3)对动臂塔机的其他设计问题的成功解决。
三、选题的可行性分析
1.拟采取的研究方法、技术路线、研究方案及可行性分析
本课题是在山东富友公司技术部完成，以现有图纸的结构为参考进行理论研究，对结构进行探讨并且设计自己的结构，对新结构进行优化，并采用有限元方法进行结构强度和稳定性的验证。并且将有限元分析软件ansys和可视化编程软件vb结合，通过编程实现塔身及其他结构的优化文件的自动生成。
可行性分析：
(1)本课题是在导师宋世军老师和副导师王积永老师以及山东富友公司技术部经理毛闰年老师的指导下，在富友公司技术部和学校实验室完成，有强大的技术支持，该公司已经有十余年的塔机研发经历和有着多年研发经验的工程师队伍，为本课题的研究提供了技术支持。
(2)本课题涉及到的金属结构、材料力学、结构力学及有限元分析等方面的知识，经过前段时间的学习已基本具备。
2.所需实验手段、研究条件和实验条件(开展课题研究的地点、可利用的设备等)
实验手段是用有限元方法进行验证，研究条件是实验室和计算机以及相关的技术支持。
开展课题研究的地点是实验室和富友技术部，可利用的设备是计算机和参考图纸。
3.所需经费，包含经费来源、开支预算(工程设备、材料须填写名称、规格、数量)
估计所需费用大约2万块钱，包括：
试验差旅费：8000
会议资料费：7000
调研费：3000
其它费用：2000
针对“雨水自动感应晾衣架”，在百度学术中可以搜索到多篇硕士学术论文，有的甚至洋洋洒洒七八十页。解决方案中大多运用到单片机、运放等小学生甚至中学生都无法厘清的概念和内容。如何让这个项目“落地”成为小学生“跳”一下能够到的案例，一直是我脑中萦绕的问题。Arduino开源硬件与众多传感器的绝佳组合让这个“落地”问题迎刃而解。Arduino开源硬件不需要学生懂得单片机、运放的原理，只需大致了解传感器的种类用途即可。某硕士论文涉及的电源电路、时钟电路、复位电路、按键电路等可以一概忽略。当然，每个问题的解决都不会一帆风顺，期间曲曲折折在所难免。
曲折之一：方案如何优化细化
课堂上，我事先作了“翻转”设计，课前抛出问题让学生百度各种解决方案，包括淘宝上的成品自动雨水感应晾衣架，然后在课堂上集思广益，比一比谁的方案能在众多方案里胜出？还是需要优势组合？最终学生们形成的设计预案如下。
设计一个雨水感应自动收衣装置，当雨水感应器上滴到雨滴或者天色明显变暗时，启动机械臂把衣服收进阳台。如果雨水感应器上的水滴被晒干（雨转多云），光线又足够亮时，衣服再次晒出。主人可以设置预约收衣时间。并且对是否雨后重新晒出作出预设。S4A控制画面同步运行。
以上要求进一步分解后具体要达到以下控制：（1）有雨或者光线明显变暗时，收衣服。（2）当天空放晴、光线变亮，且传感器上雨水被晒干时，衣服重新晒出。（3）主人可以预设收衣时间。此时无论天气如何，衣服强制收回。（4）主人可以手动收衣或者定r收衣，此两种模式收好衣服后不再晾出。
此环节的产品技术设计思维训练得到了充分的体现，学生要针对在自己周围每天都要发生的问题模拟产品设计工程师进行设计及分解。
曲折之二：机械传动如何设计
学生在设计方案时碰到的第一个拦路虎，不是来自电子线路，而是机械传动部分。图1所示开窗器按供电模式分有24V直流、220V交流两种，其中按开窗器机械臂行程长短又有100mm到1500mm等不同种类。本例所有24V直流电，当正接时机械臂伸出，反之缩回。
图2看似简单的机械结构，是社团学生沟通、争论了很久才有的结果。首先，淘宝上对开窗器的介绍寥寥数字，很多具体问题需要直接跟淘宝店主沟通。比如，产品大都与配套的升降（或开合）控制盒一起销售，能否拆分购买等具体问题；没有控制盒，Arduino 又如何担当起智能控制的重任？
曲折之三：S4A控制的画面如何同步变化
下载3DMAX阳台模型（可直接使用软件包中模型）、衣架模型后，利用标准基本体构建衣架及开窗器机械臂模型。由于MAX模型中的元素较多，建议按图3所示对衣架进行“成组”操作。
按F10对衣架运动中的几个关键帧分别渲染，注意本例下载的模型须安装V-RAY插件，并在公用―指定渲染器中选择V-RAY渲染器。
曲折之四：如何实现开窗器机械手的伸缩
当了解到24V直流电机正负极倒置后伸缩方向即相反后，有学生搜索关键词“直流电机正反转 继电器”绘制出图4所示控制线路。经反复推演各种可能，均不会造成短路事故。
曲折之五：开窗机的电机本身没有到位后自动停止功能，如果开窗或者贯穿机械臂到位后继续加电，将对电机造成伤害，此问题如何破解
有学生称可以设置时间，但是马上又有学生质疑，当挂的衣服重量不同时，造成的阻力不同，时间不是一个定量。后来有学生询问淘宝商家后找到了解决办法，如图5在数字口2、3分别安装两个磁感应开关，相关的动臂上安装永磁铁。当检测到机械臂运作到位后，立即停止供电。
曲折之六：脚本如何设计
晒衣部分脚本：当绿旗被点击时，当系统检测到接在模拟口0的光线传感器数值大于800，光线充足，并且接在模拟口5的雨水传感器上无水滴，数值小于50，则广播晒衣服。
收衣部分脚本：分三个条件语句，第一是检测光线数值小于150则收衣。第二是检测雨水传感器数值大于100则收衣。第三是按钮传感器大于1000即接通状态则自动收衣。
预约收衣部分脚本：当绿旗被点击时，先询问预约多少小时后收衣，然后将输入值赋予变量t，计时器归零。计时器单位为秒，因此变量t须乘3600。当计时器数值大于预设时间，广播收衣服。
曲折之七：学生开始编制脚本时发现继电器反复被触发，“哒哒”声不断，这对继电器及控制终端都不是好事，如何解决
为了防止继电器反复被触发，损伤电机及其他器件，分别设置变量k、m，当条件已符合时分别设定为1。然后将相关变量不等于1，即等于1不成立，作为条件语句的必备条件之一。
当晒衣触发时，变量K为1，当收衣触发时变量M为1。如果系统对两个事件依次触发一遍。如果不对相关变量清零，则造成太阳出来后或者下雨了系统不再有响应。所以要对K赋值1的同时，要对M清零。反之也一样。
由于手动收衣及定时收衣要求之后即使符合晒衣条件时也不再触发，所以不再对M清零操作。为保险起见，建议在对K赋值1的同时，添加给变量M赋值1的语句。
美国机器人协会给机器人下的定义是：一种可以重新设定程序、多功能的机械手，经由事先设计好的各种可变动作，搬运材料、零件、工具或其他特殊装置，以执行不同的工作任务。机器人在面对变化与不确定的工作环境与程序时，具有一定的判断能力。从这个机器人的定义上看，“雨水感应收衣装置”也可以视为一个机器人项目。学生在这个项目的学习过程中遇到的问题事实上远不止以上所列，但是在教学一线将会感受到学生的潜力远超你的想象：没有短接线，学生将废旧网络线“开膛破肚”，开窗器没有电源，学生搬来家里的锂电池，机械手没人愿意接手加工，学生找到亲戚帮忙。有的学生在家里是“专业”负责淘宝的，因此跟店家的“旺旺”交流使问题“豁然开朗”，比如，磁感应装置就是学生从“店小二”那里问来的。当然，在“工作坊”教学模式下，教师必要的协助与引导，也会如及时雨般解决问题。
关键词：三菱M60S；加工中心；盘式刀库；机械手；大直径刀；换刀
1 圆盘式刀库大端面刀换刀问题分析和设计
首先，圆盘式刀库换刀只需要将目标刀与主轴到交换，它不同与斗笠式刀库必须处理还刀，所以为缩短换刀找刀时间可用T码命令先让刀库备好刀，程序执行到换刀名令时直接就可以进行换刀动作。程序T码控制刀盘将目标刀找到并将到套倒下来。当程序遇到M06命令时，Z轴回到第二参考点主轴准停定位->机械手刀臂旋转抓刀->气缸松刀->刀臂旋转换刀->汽缸紧刀->刀臂回原点->换刀完成。
其次，随机找刀、机械手换刀控制基本原理：Txx代码激活刀库控制。PLC根据编程刀具号计算出该刀具所在的刀套位置，以及就近找刀的方向。位置通过PLC指令[S.ATC K1]方向寻找，通过指令[S.ROT K1]寻找。由PLC程序控制刀库按就近方向转动到编程刀具所在的位置，等待换刀。最后，M06启动PLC换刀，换刀过程说明：步骤一：刀套倒刀；步骤二：机械手扣刀；步骤三：主轴松刀；步骤四：机械手交换刀具；步骤五：主轴紧刀；步骤六：机械手回原点；步骤七：刀套回刀，换刀步骤通过PLC程序控制，刀具交换通过[S.ATC K4]指令。
2 大小刀的换刀控制的分析研究
由于用户在使用机床时常会用到端面飞刀等大直径的刀具（简称大刀），这些刀具装入刀库后左右相临的刀套内就无法放入刀具。圆盘式（机械手）刀库采用的是随机换刀，刀具所在的刀套并不固定，如果换大直径的刀就有可能和相临的刀具发生碰撞，所以PLC需要对此种情况进行处理。PLC程序设计思路和解决方法：要解决此问题最关键的就是要让大刀两侧的刀位空出来，当换刀时首先把大刀放入两侧是空刀的刀套里。本次设计的刀库为24把刀的圆盘式刀库，由于大刀要占用左右的刀套位，极限情况下24位可以装下11把刀，但由于实际使用中几乎不会要使用到如此多的大刀，故本次设计最大大刀容量为9九把（可修改成11把）刀库容量也可以增加。PLC定义T0～T24为小刀刀号，T51～T59为大刀刀号，刀套空位为99。刀号的设定须在刀库登录表里，刀库登录表根据实际使用情况设置。特别注意：允许的大刀最大直径必须小于刀库允许普通刀具直径的的两倍（目前使用的刀具都小于允许直径的两倍），否则大刀与大刀之间交换会发生碰撞，刀具重量不能超过刀库允许重量。大刀交换规则：小刀可放进大刀的刀套内，大刀不可放进小刀刀套内。换刀情况分析有以下四种：主轴小刀和刀库小刀交换，一次性换刀；主轴小刀和刀库大刀交换，一次性换刀，主轴小刀放进大刀刀套中；主轴大刀和刀库小刀交换，先将原大刀刀套中的小刀换到主轴上，在将小刀与小刀交换；主轴大刀和刀库大刀交换，一次性换刀。换刀相关保护和报警①换刀前判断刀臂是否在原点，否则报警不执行换刀。②刀套和打刀缸的动作受到PLC监控，超出时间会发出报警，终止换刀。③检查刀库表中刀号与主轴刀号是否重复，发出报警信号。④大刀换刀时检查大刀刀套两侧是否为空刀位，如果不是则发出报警，终止换刀。⑤检查当前刀套内的刀号是否是空刀位，是则不进行换刀，发出报警。换刀刀号判断PLC说明。通过D60中的T码与K实数进行比较，把比较的结果送入M1000～M1008。利用比较的结果M1000～M1008判断目前换刀的状态，将结果送入M600～M603。M600：T码小刀与主轴小刀交换；M601：T码小刀与主轴大刀交换；M602：T码大刀与主轴小刀交换；M604：T码大刀与主轴大刀交换；通过判断的换刀状态按照PLC程序框图的方式执行。
3 结语
用户在使用机床时常会用到端面飞刀等大直径的刀具，这些刀具装入刀库后左右相临的刀套内就无法放入刀具。根据公司项目要求并兼顾成本和机床功能，通过系统控制解决了大端面刀等大直径刀具的换刀问题，为客户提高生产效率，从而提高其经济效益做出了一定的贡献。圆盘式（机械手）刀库采用的是随机换刀，刀具所在的刀套并不固定，如果换大直径的刀就有可能和相临的刀具发生碰撞，所以PLC需要对此种情况进行处理。要解决此问题最关键的就是要让大刀两侧的刀位空出来，当换刀时首先把大刀放入两侧是空刀的刀套里，然后再进行换刀。在此设计中还为客户完善了使用过程中的一些辅助功能，使客户使用更方便、更安全，得到了客户的认可。通过三菱圆盘式（机械手）刀库加工中心开发过程，使我收获颇多，为了让更多人分享享我的经验所得，特写这篇论文，供大家参考学习。
[参考文献]
[1]张俊勇，赵小刚.刀库合理布置在加工中心的应用[J].装备制造技术. 2009（06）.
关键词：挖掘机工作装置 比拟法 极限位置 Soildworks实体建模
中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（c）-00-02
一方面随着我国国民经济、建筑机械和生产力水平的不断提高，正铲液压挖掘机在大型土木建设、大自然改造事业中与反铲挖掘机一样得到了广泛应用。另一方面CAE技术在机械设计及制造中不断发展。该技术能够提高设计效率，缩短开发周期有很大的帮助，同时又能大大提高产品的质量，可靠性和稳定性。最终对整个机械行业的产品竞争力产生极大的影响.本文便是以比拟法、极限位置分析和据水平推压力三种方法结合计算出挖掘机的尺寸，然后在SOILDWORKS中进行实体建模，再与样机进行比较，以验证该分析方法的正确性。如图1，液压正铲挖掘机的工作装置主要由1-动臂，2-斗杆，3-铲斗，4-动臂油缸，5-斗杆油缸，6-铲斗油缸组成。如图1所示。
为了方便工作装置的计算，现把工作装置简化为图2，并建立了以水平地面为横坐标，回转中心线为纵坐标的坐标系，各个绞点符号分别由A、B、C、D、E、G、H、I、J表示，θ1、θ2、θ3分别表示动臂相对水平面的转角，动臂和斗杆的夹角，斗杆和铲斗之间的夹角。得到液压正铲挖掘机工作装置机构简图。如图2所示。
1.1 比拟法确定工作装置部分尺寸
比拟法：是借助于已有的大型液压正铲挖掘机的设计数据，以相似理论为基础，确定要设计的尺寸。相似原理是通过对样机进行放大或缩小以及模型试验来确定实物结构参数、系列化产品的理论基础。
设
已知美国某公司的挖掘机的整机质量为63 t，备有前卸式（斗容量q为3.8 m）铲斗，通过比拟法可以求解出
斗容量q为4 m时，挖掘机的整机质量为66.3 t。根据经验公式计算法：在概率统计的基础上得出的以机重为基本参数的一系列经验公式，公式中的经验系数可从相关资料上中查得，线型参数比例关系由此可以确定正铲臂长、斗杆长，即
臂长kl1=（1.1～1.3）取1.2 解得LAB=4.85（m）
斗杆长kl2=（0.8～0.95）取0.9解得LBG=3.645
1.2 由经验公式确定铲斗参数
已知斗容量q、铲斗挖掘半径Lgj和平均斗宽b、铲斗挖掘装满转角存在如下的关系
根据相关文献可得LGJ=1.656此外LGI值的选择原则是要满足挖掘力要求的情况下，使铲斗有足够大的转角范围，同时还应保证铲斗的结构刚度和强度，避免铲斗连杆机构的干涉。所以取LGI=（0.3～0.38）×LGJ=0.579
1.3 由极限位置确定尺寸
铰链A点位置可通过AF与水平面的夹角I11和LAF的长度确定。取而且考虑到在转台上的布置，由相关样机参考可得LAF=1.02。
另外，LAF的长度对动臂液压缸的作用力矩有影响，相应的提升力矩、闭锁力矩也有变化.长度取LAF=（0.5～0.6）L1 min.所以L1 min=1.863。如图可以根据工作参数确定下列极限位置的几何
关系。
斗杆转角可以由最大挖掘半径确定。最大挖掘半径是指：斗杆油缸全缩，使达到最大值，此时A、G两点的距离最远，再令A、G、J三点所在直线平行于水平地面。最大挖掘半径的各绞点位置示意图由图3（A）所示。在图3（A）中，由可以得知θ2max应大于下式。
图3 极限位置关系
为最大挖掘半径取9.06 m代入解得θ2max=115 °。同理可以根据最小挖掘半径求出θ2MIN=43 ° L2 min=2.392、L2 max=4.00
根据最大挖掘高度求得LAGMAX=7.19、θ1MAX=82.3 °
根据最大挖掘深度求得θ1MAX=64.9 °
2.由水平推压力确定LBE的尺寸
假设挖掘机的工况作业为水平推压，及铲斗斗底紧贴地面沿停机面向前运动。首先隔离斗杆和铲斗，如图
图4 挖掘机受水平推压力
对F点取力矩建立平衡方程：
F2e2+F’3e’3=Far2
式中Fa为斗杆挖掘力（推压力）由经验算得，Fa=393.7。F2为斗杆液压缸推力，其值等于缸径乘以系统压力，算得F2=1039.8然后隔离铲斗，对Q点建立力矩平衡方程：F’3e’3=Far3sinγ
两式消去F’3，得到推压力Fa的计算公式：
式中：r2=3.645 r3=1.27 e3=0.445
解得e’3=LBE=1.47。这样挖掘机所有的工作装置的尺寸都已经选用完毕。
3 基于Solidworks装配模型的验证
Solidworks是一套采用Parasolid图形核心、基于Windows平台、采用面向对象技术开发的CAD/CAM/CAE桌面集成系统。此软件容易操作，功能强度，可以完成包括很复杂的曲面建模、三维造型和转配在内的操作，并能轻松的生成零件转配图。能满足用户的需求，所以在全球的使用非常广泛。
图5 挖掘机转配图
如图，根据以上所计算得到的尺寸值在Solidworks建立三维装配图模型，并附上适当的转动和移动副，通过鼠标移动挖掘机的各个部件位置即可大致检测出设计的工作尺寸是否合理。通过已有的样机的对比，该设计的尺寸与样机的尺寸相差不多。由此可知此设计的方法较为合理。
4 结语
结合参照样机比拟法算出挖掘机大体尺寸、在给定极限位置的几何关系分析和再根据水平推压力的大小、力矩平衡的三种理论方法设计挖掘机。以上方法综合了挖掘机各方面的考虑（包括推压力、极限位置和已有的样机尺寸），最终设计出挖掘机工作装置的尺寸。
并且借助Solidworks三维造型技术、计算机可视化技术，观察设计的整体效果。为正铲液压挖掘机工作装置尺寸的初步设计与验证其合理性提供了理论指导。
参考文献
[1] 史青录，林慕义.单斗液压挖掘机构造与设计[M].北京冶金工业出版社，2011.
[关键词]液压缸 拉杆 放气 溢流阀
中图分类号：U653 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）25-0346-02
斗轮取料机是散货装卸的重要设备，作为一种连续的散料装卸机械在港口、电厂、矿山以及很多的储煤基地得到广泛的应用。它最早是在德国、日本、英国等发达国家发展起来的，在我国上世纪50年代开始使用，大规模的应用主要还是上世纪七十年代在秦皇岛、天津、青岛等北方的港口上使用。由于散货能源物流的快速发展，而参与物流行业的大型企业基本上都是国家的主要经济支柱。这些大企业在国际经济高速发展的大环境下要求企业的发展是规模化、自动化、智能化的发展，而对散货装卸的主要设备的取料机要求也是如此，因此斗轮取料机在现代化生产过程中越来越被广泛的应用，而且对取料机的主要性能要求也越来越高。然而，由于国内取料机设计的技术规范和设计单位的技术水平和国外的还有很大的一段差距，虽然国内的取料机设计单位制造单位意识到国内这个大的市场需求，但是由于质量和安全的考虑，目前还是选择国外设计、国内制造的建设模式。这种模式由于设计是在国外、而制造在国内，这样在用户和设计及制造方之间就容易出现很多关于产品技术和产品使用等沟通脱节的问题，再加上国内一般对工程工期的要求比较紧、使用管理等问题，造成设备存在的问题和缺陷较多，导致产品的修改量加大，产品存在的问题偏多。黄骅港煤码头一期工程就是在此基础上设计出来的，作为国家北煤南运的第二大亿吨输出大港――黄骅港，黄骅港煤码头现有3000T/H取料机4台、6000T/H取料机7台、6000T/H堆取料机2台、4400T/H堆料机6台8000T/H装船机4台、6000T/H装船机7台、3000T/H装船机1台以及11台翻车机以及90公里的皮带机，这些设备在我国北煤南运市场中发挥了重要作用，对国民经济的快速发展起到了极大的推动作用。
取料机主要由行走机构、旋转机构、俯仰机构、斗轮机构、悬臂皮带机等组成，其俯仰变幅机构是四连杆形式，采用液压缸或钢丝绳卷筒驱动。悬臂皮带机尾部通过两个铰点和主机相连接，悬臂皮带机中部和头部通过大小拉杆与配重尾架相连。通过液压缸的伸缩使悬臂机构绕安装在铰点位置的关节轴承转动，臂架头部斗轮装置才能上升或下降，臂架俯仰范围在-12°～+12°，属于低速，重负荷作业。目前黄骅港一期取料机悬臂已经运行15年，完成煤炭装卸超过4亿吨，经过长期超负荷运转，悬臂尾部铰点关节轴承异响严重，同时引起整机振动，给取料机整机增加冲击载荷，经过判断和分析，俯仰过程中的异响和震动主要来自臂架俯仰铰点处的轴承，为了避免大的隐患发生，需要对其进行改造。
黄骅港煤一期6000T/h斗轮堆取料机的悬臂俯仰机构采用双液压缸同步升降来实现臂架的支承和提升的。其中一个液压缸导向套密封件有磨损，造成油缸漏油，因此需要更换液压缸。此液压缸单根重达7吨，吊装高度大概28m，斗轮堆取料机总重量是1100t，作业难度比较大。
斗轮取料机的应用在我国起步较晚，最早的斗轮取料机设计可以追溯到1966年。当时国内部分钢厂、码头急需使用此类设备，为满足当时的社会需要我国开发了第一代斗轮取料机。这标志着我国己具有制造大型散料输送机械的能力。20世纪80年代，由于电力和钢铁工业的发展，斗轮取料机发展迅猛，在电力部门、港口使用量剧增。20世纪90年代，国内斗轮取料机已经向更广的方向发展。在钢铁企业、电厂、各大港口到处都可以看到斗轮取料机。但是国内的设计和研究水平有限，为了缩短与国际先进国家的差距，采取进口和合作制造的方式。进口和引进的国家有日本、美国、德国、奥地利、意大利等国家。国内生产的第一台用于高寒地区的斗轮堆取料机是DQL1600/1600.35，目前正运行于内蒙古的霍林河矿区。国内现在已开始了关于斗轮取料机自动控制方面的研究，控制水平已经达到20世纪70年代国际水平。另外，为了使斗轮取料机工作时更加稳定、安全、可靠，在设计过程中引入计算机仿真技术，图象处理技术，故障检测技术等各种信息技术。
这些技术的引用将使我国在斗轮取料机的设计和研发尽快赶上世界先进水平
其更换步骤是首先将机器停在检修锚定位置，把悬臂回转角度选好以方便吊车起吊液压缸等其他吊件，把斗轮悬臂放置最低，在需要更换的液压缸旁各有2个吊耳，把两个检修拉杆（随机备件，堆取料机安装俯仰液压缸时用的）借用80t吊车和电动或手动操控2个液压缸做上升下降动作使检修拉杆与上下两个吊耳通过轴销（φ110×234）相连接。然后再关闭液压缸阀块上面的A口和B口截止阀，同时把A口的插装式溢流阀旋钮逆时针调至最外面，把液压缸无杆腔和有杆腔中油液的压力释放到零，并使用压力表检测一下A、B两处还有有无压力，这样两根检修拉杆都处在受压状态，此时应将该液压缸的外接管路及压力传感器等保护装置全部拆除，并将管路的接头处严格包扎，防尘密封。
这种大型复杂的设备结构，一般需要通过理论计算和现场设备检测相结合。
考虑到实际结构的安全性和和设备改造后再进行持续改造的困难程度，必须保证设备改造后的100%的安全可靠，通过此次对取料机回转支撑的研究以及有效解决，为其他6000T/H取料机出现类似问题的研究和解决提供技术支持和依据，对该类设备的安全使用和维护提供参考和借鉴。就目前黄骅港取料机轨道（QU120）出现的开裂、塌陷这种问题，在秦皇岛煤港取料机上面也是经常出现，国内的解决办法主要就是每年对其坏的QU120部分钢轨进行原轨简单的更换，更换后使用的时间也就保料机车轮强度要求的前提下减小车轮的直径以减轻取料机高度和自重，但是整个机器的台车造价太高，而且经过分析，台车造价高、周期长，在实施过程中风险性很大，增加了很多不安全因素，所以实施性不强。出现轨道变形或开裂，主要是一个压力跟强度的问题，通过改造台车增加轮子数量、减小轮子直在台车轮压不变的情况下，单独改进轨道的性能，增加轨道的抗拉强度，提高其自身所能承受的压力，或把两种方法结合在一块也是可行的。下面就是黄骅港综合研究和分析之后采用改进轨道，主要是针对目前使用QU120改为A150的方案。6000T/H取料机的技术参数如表1所示。
拆装液压缸时，利用千斤顶、拉马等工具将液压缸上下两端的销轴按顺序拆出，安装新液压缸（提前给液压缸两个腔注满液压油）时，先安装无杆腔这头的轴销（φ260×695），然后把新的液压缸上面阀块的A口、B口和T口与拆卸的3根液压管相连接并把新液压缸上面阀块上面的2个截止阀打开。再次利用俯仰液压系统的手动装置来调节新液压缸的长度，以使液压缸另外一端吊耳和轴销（φ220×405）顺利就位，同时再手动打压使两液压缸受力从而使两检修拉杆卸掉载荷，拆卸检修拉杆和拉杆轴销。
新液压缸就位后，就可以把限位开关等保护装置恢复，系统调试时，检查泵站油箱的油位，必要时进行补充。通过俯仰、回转、行走的联合运动，将机器驶离锚定位置。继续使悬臂在全部正常工作范围内做俯仰运动，利用液压缸两腔头部的放气阀对2个液压缸的无杆腔和有杆腔进行排气，直至喷出雾化油液为止。最后进行系统的全面测试和调整泵阀等元件的参数，包括液压缸的压力值、电机的电流、泵的排量等。
该工艺要点是：①新液压缸安装完成后调试时需要对有杆和无杆腔进行彻底排气以防止液压缸爬行工作。②对于整体俯仰式的大型斗轮堆取料机，液压缸更换的位置最好是使悬臂回转角度约90°处，这样在俯仰机构的两侧都能停放大型的吊车进行吊装。并且其臂架最好放在最低位置尽量使检修拉杆受压而不受拉，保证维修的安全性，这需要提前设计好拉杆的长度。③液压缸同步回路应设截止阀，以便于逐个更换液压缸。④液压缸销轴应该拆装方便，如设计销轴端面盖板，利用盖板螺丝孔来为顶推销轴的千斤顶提供支座的安装条件。⑤建议在液压缸的缸杆外露表面设置防尘套，在拆装过程中严防硬物砸伤液压缸活塞杆表面。⑥保持清洁，严禁异物进入油管接头处。
参考文献：
[1]永堂.高步芳.高雨茁 液压系统建模与仿真 2003
[2]贺仁良.李尧中 磨床低速爬行现象的鱼刺图及其分析 [期刊论文] -液压与气动1997（03）
[3]黄民双.曾励.陶宝祺 机床液压系统的爬行振动分析及试验研究 1998（04）
顶驱全称为顶部驱动钻井装置TDS（TOPDRVIEDRILL⁃INGSYSTEM），常用于顶部驱动钻井系统。顶部驱动钻井系统可从井架上部空间直接旋转钻杆，沿专用导轨向下送进，完成钻杆旋转钻进，循环钻井液，接立柱，上卸扣和倒划眼等多种钻井操作。
2顶驱液压系统装置的组成及优点
2.1顶驱液压系统装置的组成部分
根据其工作原理可知，顶驱液压系统装置的组成虽然型号较多，但其主要的组成结构是相同的。第一，动力驱动装置。该部分的组成主要为一台至两台交流、直流电机或者马达，运行过程是在行星齿轮机构的减速阻力下，达到提供钻井动力的目的。第二，倾斜装置。该装置的组成部分主要有：吊环、机械臂、驱动机构，这其中又是由气动及液动组成驱动机构，主要运作流程是由气囊或液缸来带动吊环摆动。第三，管子处理装置。这个组成部分是整个驱动装置中最具设计优点的，是由扭矩钳、内防喷控制阀及执行机构组成。运作原理是扭矩钳在液压作用的指导下，能够进行无时间及方向限制的卸扣作业；而内防喷控制阀在停泵时，能够进行机械臂开关的自动调控，从而能够实现井控的目的。第四，扭矩管、平衡系统即冷却系统。这其中扭矩管的主要作用是在装置运行过程中，为驱动机构提供轨道，便于其进行上下滑动，具有扶正驱动装置的作用；平衡系统的作用是对双液压平衡液缸进行控制；冷却系统主要是负责机电运行时的降温步骤，主要有鼓风机、交流电机及导管组成。第五，控制系统。该系统是顶驱液压装置的总控制枢纽，操作人员主要运用该系统进行司钻控制及仪表控制。
2.2顶驱液压钻井装置的优点
第一，实现接单根时间的减少。该优点实现的原理是转盘在进行旋转钻井时，推动了方钻杆的同步旋转，同时又可以带动转盘上的方补芯向下运动。顶驱液压装置在衔接两根单根方面无需取下钻杆，采用的是方钻杆以及立根钻进的方式，从而节省了接单根交替的时间。第二，倒戈眼能够防止卡钻。立根倒戈眼由于其装置较长，在运行结束后，可在不起钻的情况下将循环旋转着的钻具提出井眼，而且在钻具提出井眼后，钻杆上的卸扣装置此时也可以辅助在井架中间进行卸扣操作，这种作业手法能够在定向钻井中减少倒戈眼的起钻时间，从而节省总的施工工期。第三，下钻划眼方面的优势。此装置的优势主要表现在节省了接方钻杆过沙桥及缩径点的工序，特别是在运用TDS进行下钻时，能够在短时间内完成钻柱对接，从而可以立即进行划眼操作，下井划眼节省了钻井施工程序，大幅度避免了卡钻几率。第四，定向钻进及取芯钻进的效率高。顶驱液压装置的施工距离标准可达到28米，在通过该距离的立根循环后，能够减少定向钻进时马达的规定时限；而取芯钻进的优势则是在起钻次数降低的情况下提升其成功率。第五，能够额外增加载荷。顶驱液压装置不同于常规钻井装置还有一点就是载荷量的控制，一般的钻井在控制钻头重量时，主要是通过刹把的操作，而顶驱钻井则可运用液压缸增加额外的载重量，从而实现高效运作。
3顶驱液压系统的分析及优化设计
顶驱液压装置运行原理简单来说就是将各个组件有机地组合起来，并实现有目的性的传动，最源头的运行步骤是通过发电机将动力源转化为液压来传送，再经执行元件实现液压转变为机械能的过程，从而达到顶驱多样钻井的目的。井下顶驱钻井的作业环境相对较为复杂，因此该系统在运作时应该符合以下要求：
3.1钻井工艺要求
第一，对吊环的要求，应保证在放置及取下单根及立根时，吊环能够实现前倾及后倾速度的自动化调控，实现其平稳运动。第二，保证回转头能够向两个方向调整旋转，并且做到速度的可控。第三，为防止钻柱反弹释放扭矩松脱，钻具需刹车机构对主电机转轴进行制动操作。第四，要求遇到井涌及井喷现象时，装置能够进行快速的钻杆衔接，并对内防喷器进行遥控，做到及时关闭钻柱通道。第五，在拆卸及衔接单根或者立根时，要求背钳液压缸能够实行钻杆加紧动作，控制主电机进行崩扣或者上扣操作。第六，平衡机构的作用是当主电机卸扣或上扣时，平衡液压缸起液压支撑作用托起顶驱装置主体重量，以免在上、卸扣时由于主体重量而引起丝扣的磨损。
3.2环境要求
第一，顶驱液压装置要能够适应石油钻井工程的复杂地质情况，而且要能应对负载变化较为激烈，防火、防爆及防腐蚀等特殊施工情况。第二，应能够适应野外环境，提升抗风沙及抗污染能力，并且不受昼夜温差大的影响。
4结语
【摘要】随着时代的发展，科技的进步，虚拟仿真技术在实训教学中的作用也越来越明显。虚拟仿真技术的应用可以有效地提高教学的质量和效率。本论文通过阐论虚拟仿真实训系统的虚拟仿真机器人机械臂模型用到的三维建模技术及软件（如Maya、Max等）、原理以及虚拟仿真技术的应用领域和发展趋势，从而研究它的价值和市场经济效益，并探析了虚拟仿真实训系统开发的技术在实训教学中的应用。
【关键词】虚拟仿真技术/平台；虚拟仿真训练系统；实训教学
一、虚拟仿真实训系统的三维建模技术及软件研究
虚拟仿真系统的功能主要体现在它可以让使用者借助于专用的视、听、触觉等具有感知功能的设备，进入仿真系统制造的虚拟空间，并且还能够与虚拟环境中的人和物体进行实时交互，从而感知和操作虚拟环境中的各种对象，最终达到身临其境的效果。它的组成主要是把计算机作为主要的部分，其次综合利用三维图形、多媒体、仿真等技术构建起一个逼真的虚拟系统。从它的组成部分和应用程序来看，虚拟仿真实训系统对三维图形的利用还是十分频繁的，因此我们应当对其进行重点研究。虚拟仿真实训系统在工业机器人上的应用设计主要是利用三维建模软件，通过虚拟现实标准语言建立虚拟环境中的实体模型表现出来，最后通过描述它们之间的结构关系，快速、真实地显示三维虚拟工业机器人，并为工业机器人控制系统提供一个研究观察平台。本段主要通过对虚拟仿真实训系统的三维建模技术及软件研究，来发现虚拟仿真技术的优点和研究其未来的发展方向。
Maya软件是美国Autodesk公司出品的世界顶级的三维动画软件，通过对Maya软件的运用，能够使虚拟仿真实训系统在一定程度上提高制作三维动画的效率和品质，调节出仿真的角色动画，使其得出更加真实的效果。这是因为Maya软件不仅仅包括一般三维和视觉效果制作的功能，而且还能够和世界上最先进的建模、数字化布料模拟、毛发渲染、运动匹配技术相结合，使得虚拟仿真实训系统所创造出的画面更加真实有立体感。
二、虚拟仿真技术在各领域内的作用
随着科技的发展，虚拟仿真技术在一些高科技等高端领域的地位越来越凸显出来，地位与作用也逐渐提升。尤其是在移动互联网的应用与开发、手机游戏设计及其所用到的一些主流引擎甚至高端引擎方面的价值更为突出。
Maya软件是虚拟仿真技术的一种，它应用的对象是专业的影视广告，角色动画，电影特技等。它能够在工作的过程中展现的比较灵活，易学易用，制作出动画的效率非常高，渲染出画面的真实效果比较强，它对画面中角色动作的捕捉尤为清晰，与画面角色的绑定的联系性也十分紧密，是虚拟仿真实训系统中一个比较不错的系统软件。MAX软件它最开始的应用是在电脑游戏中的动画制作，后来又进一步的开始参与影视片的特效制作，MAX软件还被广泛地应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域，也就是虚拟仿真实训系统当中。它强大的立体三维功能被新媒体、影视动画、游戏动画等领域广泛运用。
三、虚拟仿真技术为机器智能实验课带来的好处
虚拟仿真技术的应用为现代化的社会带来了许多的方便，让机器实验课、项目实训的智能科学与技术专业实验教学越来越丰富化。虚拟仿真技术的应用可以有效地提高教学的质量和效率。通过对虚拟仿真技术的应用，使得上级和下级、老师和学生的客户信息以及实训项目、实训指导、模拟操作、技能测评等等的信息存储在管理信息库中，与此同时，上级和下级或是老师和学生之间就可以通过客户机对下级或者学生之间的实训进行远程的指导与管理。
随着时代的发展，科技的进步，虚拟仿真技术在在现代职业技能教学中的作用也越来越明显。虚拟仿真技术的不断完善和发展，将为机器智能实验课等实训课程带来更多的方便和益处。由于它能够为人们提供一种高级的人机接口，具备交互性、想象性、沉浸性等特点，所以它主要的应用领域在政府、企业、学校等这些需要实训学习环境的地方。
四、虚拟仿真实训系统的应用领域和发展趋势
作为一项新兴的科学技术，虚拟仿真技术还处在一个不断探索前进与不断完善的阶段当中，其发展趋势呈一个不断上升的大幅增长的趋势。从目前来看，虽然目前政府、教育部门、学校、教师都已经认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决，因此虚拟仿真技术正在与教育、培训等领域不断地相适应和匹配。
其次，虽然目前政府、教育部门、学校、教师都已经认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决。虽然目前政府、教育部门、学校、教师都认识到了虚拟仿真技术对于职业教育实践性教学环节的重要作用和发展前景，但在实际中，依然存在着许多问题亟待解决。例如：虚拟仿真技术对计算机及相关硬件的要求比较高，但是这些方面的发展不能够满足人们对虚拟仿真技术的需要，虚拟仿真软件数据是一个庞大的数据库，三维立体仿真软件的应用对显卡和显示器等也有很高的要求，也就是说，虚拟仿真系统对硬件的要求较高。因此需要对计算机及相关硬件的发展有一个更高的要求。最后，教学类虚拟仿真软件的质量还有待提高、对虚拟仿真技术的研发标准也不统一和对虚拟仿真技术应用不够广泛等等，这些都是需要发展改善的地方，也是未来虚拟仿真技术发展的一个大的趋势。
五、虚拟仿真实训系统的价值和市场经济效益
虚拟仿真实训系统作为一个高端的科技系统，对政府、企业、学校等的发展，起到了至关重要的作用，并为其创造了更大的价值。同时虚拟仿真技术的不断发展，也在打开了市场，扩大了市场份额的同时为市场创造了更多的经济利益。
在市场经济为主导的今天，虚拟仿真实训系统也为市场经济的发展做了一定的贡献，为市场经济的发展添砖加瓦，在自己发展得同时也促进了市场经济的发展。因此，我们应当不断地发展虚拟仿真实训系统，使其深入到更多的地方，让更多的地方和人们体会到虚拟仿真实训系统为人们带来的价值。
总结
虚拟仿真实训系统的日渐完善，使得人们的生活也不断的丰富活跃起来，政府、企业、学校等地方对其的应用，也促进了虚拟仿真实训系统的发展。本论文通过阐论虚拟仿真实训系统的虚拟仿真机器人机械臂模型用到的三维建模技术及软件（如Maya、Max等）、原理以及虚拟仿真技术的应用领域和发展趋势的研究，探讨了虚拟仿真实训系统的价值和市场经济价值，同时也为虚拟仿真实训系统的发展奠定了理论基础。
参考文献：
[1]刘仲波 李瑞涛 《拟仿真技术在城市轨道交通工程实训中的应用》 吉林大学交通学院、吉林交通职业技术学院 2012年第12期
关键词：塔吊，安全监控，管理
近年来，随着城市化进程地不断加快，各地高大建筑兴建速度也不断提升，作为主要担负垂直输送任务的塔吊在建筑施工中得到广泛使用，塔吊具有覆盖面广、起升高度大、效率比较高等优势，但同时，因为其自身重心高的原因也给施工带来了较大危险，每年各地由于塔吊引起的建筑事故频繁发生，这不仅造成了人民财产的损失，严重时还会导致群死群伤等重特大事故。因此，加强对施工过程中塔吊的安装、使用和拆卸等环节的安全监控，对于保证施工人员的生命安全，减少建筑工程的事故隐患意义重大，影响深远。
综合分析多年来塔吊事故频发的原因，主要存在以下问题：一是塔吊质量良莠不齐，有些施工单位为了节省经费，图省事，对塔吊的质量把关不严，维护保养不及时，给施工带来了重大安全隐患。二是塔吊的操作、管理和指挥等人员素质参差不齐，缺乏必要的安全意识，操作过程中经常有违章违规现象发生，管理人员责任不明确，不能做到令行禁止等。三是行业监督力度不够，监管单位管理不严，经常性监督工作不到位。免费论文。针对以上塔吊安全管理存在的安全隐患，应重点从以下几个方面加强对塔吊的安全监控管理。
一、选用塔吊要严把质量监控关
从源头上分析，塔吊的生产企业首先应对生产塔吊的原材料索取详细的材质证明，生产过程中所使用的配套件与各部件必须符合塔吊整体设计的技术要求，并能做到对质量的全权负责。除此之外，生产厂家还应向购买单位出具有关技术文件。生产厂家如需为用户免费安装，还应有相应的拆装专业承包资质。
施工单位在选用塔吊时，要优先选择那些参数符合标准的自升塔吊。在塔吊的全部参数中，主参数是最重要的，它包括幅度、起升高度和最大幅度起重量。但是，在主参数确定后，还应根据建筑要求确定使用哪种形式的塔吊，按照不同划分标准，塔吊可分为内爬式和附着式，又可分为俯仰变幅动臂式和小车变幅水平臂架式，究竟选择哪种形式应根据该建筑的自身要求和施工单位的经济实力而定。实践表明，1台40·tm级的内爬塔吊具有和1台80·tm级的附着式塔吊几乎一样的功能。如果使用附着式塔吊，不但要配用较多塔身标准节，另外还需必需数量的附着杆和锚固件，从经济效益的长远角度考虑，为节省资金，建议施工单位选用内爬式塔吊。
施工单位在选好塔吊后，应将塔吊的相关资质证件，包括生产许可证、产品合格证、出厂检验报告、设备使用说明书、拆装许可证、特种设备制造许可证等报给塔吊检测中心，经检测合格后，才能得到安全使用证。在塔吊安装完毕后必须同项目经理进行交接并作相应记录，在完成塔吊的购买后，必须及时将上述过程中涉及到的材料按要求整理归档，严格按照一台塔吊建立一档台帐的要求，把好质量监控这一关。
二、对塔吊拆装应实行重点监控
历年来因塔吊拆装不当引发的事故十分频繁，这个阶段也是事故的高发阶段，必须提高警惕，实行重点监控。按照拆装顺序的先后，安装前对相关机械设备进行登记和备案是首先要做好的工作，建设行政部门对进场施工的单位要进行相关资格审查，尤其是塔吊基础，必须验收合格后才能进行安装，经验表明，基础是塔吊稳定的根本，基础不牢，将影响到整个塔吊的稳固。有些单位为了加快工程施工进度，盲目抢工期，在浇固混凝土时忽视混凝土的强度，造成地基不牢，有些单位是没有认真考虑地基的地耐力，还有在地基附近挖沟或有积水，造成地基移位或沉降，类似这样的现象，都会为安全带来严重隐患。其次，安装时要编制安装项目方案，针对可能引起安全事故的技术措施进行严格监控，比如对塔机的一些吊钩吊具、金属结构、联结螺栓等进行全面检查，发现需要维修和报废的部件，预先处理。
塔吊在安装完毕后，进入使用阶段。这个阶段的监控重点应首先放在管理制度的完善上。使用过程中应有完整的检修并对检修结果进行记录，相关操作人员必须进行安全技术交底。这里要重点强调一下对塔吊司机的管理，因为塔吊的使用是由塔吊司机直接完成的。司机一旦上岗，整个操作过程的安全就全部系于司机一身。这就要求司机首先要有一个健康的身体条件，不能有恐高症等疾病，这需要有医院的体检证明来把关。此外，司机还有相关技术培训考核等上岗证件，对塔吊的机械构造和工作原理了然于胸。在上塔吊进行操作前，必须经过项目部安全监控人员的安全技术交底，接受后，应签署自己的姓名。塔吊开始使用后要经常进行检查和维护，检查维护不能流于形式，必须严格按照安全操作规程进行 检修和保养，发现隐患要立即排除，并进行记录登记，如果遇到特殊情况不能及时排除，要暂停使用，等专业人员解决问题后，方能继续使用。
塔机的拆除也应遵循安全流程，首先是编制拆除方案，根据方案进行作业，参与拆除人员也应具备相关资格证书，进行拆卸时必须系安全带。对于塔吊使用年限虽然各地区没有统一标准，但对那些年久失修的塔吊必须进行严格鉴定，对于不符合要求的必须淘汰。近年来，有些生产厂家为了追求利益最大化，对搭吊的高度或起重臂随便加长，给施工的安全管理增加了许多不安全的因素。免费论文。对于这种现象，必须严格监控，力争杜绝此类现象，把事故消灭在未发之时。
三、加大行业监控管理力度
塔吊的安全管理不应该仅仅局限于生产企业和使用单位，还应该不断加强第三方，也就是各级安全监督机构和行政主管部门的监控管理力度。免费论文。在有些监管部门中，相关检查人员安全意识不强，检查监督存在“走过场”现象，对于一些安全隐患睁一只眼，闭一只眼，得过且过，为了大家面子上好看或者碍于被检企业的“热情款待”，大事化小，小事化了，也为事故的发生埋下了隐患，这些都是行业监管不力的表现。为此，应对相关职能部门加大监管力度，克服自身存在的问题，把安全工作放到首位，只有严格检查，才是对生产企业真正负责的表现。
在检查过程中，相关部门要把经常性检查和不定时检查结合起来，一旦发现有不符合技术指标和塔吊使用安全性能的，应责令其立即停止使用，在规定期限内进行整改，如果整改后仍不符合要求，则坚决撤出施工现场。企业管理部门有使用塔吊前必须对设备进行检验。不具备检验资质的，要委托有合法资质的第三方检测机构进行检验。受委托方对检验结果负全责，一旦发生事故，要承担相应法律责任。对重大责任事故的处理，除对相关责任人进行严肃处理外，必须严格追究第一责任人责任。
小结
一台塔吊从设计制造到出厂，从安装、使用到报废是要经历一个比较漫长时间过程的，在此期间，塔吊从时间和空间上都会有很大跨越，要确保塔吊能够始终安全地工作，需要我们在各个环节都要做好安全监控管理工作，只要能够按照上述要求严格执行，才能最大限度地降低事故的发生概率，才能保障施工单位和人员的生命财产安全。
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关键词：直线压电驱动器 尺蠖原理 箝位机构；发展现状 关键技术
中图分类号：TH112 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）02-0105-03
1 引言
驱动器是机电系统与自动化装备的重要器件之一，其性能直接影响系统的可靠性、可控性。随着现代科学技术的发展，各种驱动器也向着小型化、易控制化、精密化的方向发展。传统的驱动器重量较重、结构复杂、维修困难、频率响应不高，在很大程度无法满足现代机电系统的需求，因此以压电材料为代表的新型功能材料驱动器引起关注。根据压电陶瓷的逆压电效应制成的压电驱动器与其他新型驱动器相比，具有定位精度高、响应迅速、结构简单、输出力大、不发热和不受磁场影响等特性。压电驱动器大多基于尺蠖原理设计的，即通过模仿自然界中昆虫的运动，将压电元件的单步位移转换为输出机构的位移。根据运动形式，直线型压电驱动器有蠕动式、推动式和蠕动-推动式三种类型。本文将重点说明蠕动式和推动式尺蠖压电驱动器的研究现状、实现方式及关键技术。
2 蠕动式尺蠖压电驱动器
蠕动式直线尺蠖驱动器本质上更接近于自然界的尺蠖，模仿了爬虫等动物的爬行方式，即将压电叠堆的微小步距累加，可实现较大行程、高速度的双向蠕动运动，在精密驱动领域运用广泛，由箝位机构A、C、驱动机构B和导轨组成，图1为其运行原理图，采用“箝位-驱动-箝位”的方式运行，通过改变所加电压信号的时序，可实现反向运动，通过改变控制信号的频率或驱动机构B中压电叠堆的数目来控制驱动器的运行速度。这种驱动器结构简单，运行稳定，易控制，因此该类型驱动器相关样机也较多。
第一个管状蠕动型尺蠖驱动器于1968年诞生，用于精密加工中的材料定位。前苏联在1972年研制了第一个完全意义上的蠕动型尺蠖驱动器，并用于精密定位，后来的许多设计都以此为原形，图2所示，是较为典型的构型，用层叠的压电片使结构紧凑，也增加了承载能力、提高了运动速度，达到微米级的精度，运动速度最高可达每分钟几百毫米。1988年，美国首次利用柔性机构放大了压电致动器的位移，实现箝位机构的夹持作用。美国维吉尼亚州理工大学在驱动器结构中采用柔性放大机构，以此来放大中间驱动机构的步距，提高驱动器的速度，如图4，该驱动器结构较为新颖，值得借鉴。韩国也研制了一种结构新颖的驱动器，其中间结构为椭圆形，箝位机构能同时用来箝位和驱动，该驱动器实用性更强。2004年，加拿大Tenzer etal等人提出另外一种内部嵌入钳位压电叠堆和驱动压电叠堆的蠕动式尺镬型压电直线驱动器，并且在驱动器端部安装了预紧机构和传感装置，如图3，使得驱动器运动精度有了一定的提高。
国内较早研究蠕动式直线驱动器的是广东工学院机器人研究室的杨宜民教授，杨教授提出了仿生型步进式直线驱动器，驱动器由导轨、可动件、输出轴等组成，可动件左右端的抓爪上贴有摩擦材料，增加了可动件和导轨间的摩擦力，从而提高驱动器的带载能力，运行的参数为：步距0.1-16um、步距误差
3 推动式尺蠖压电驱动器
推动式尺蠖压电驱动器的箝位机构是尺蠖步进运动实现的关键，箝位机构与输出轴之间要有大的箝位力，箝位力决定驱动器的输出力大小，箝位稳定性决定驱动器运动的稳定性与精度，工作原理如图8，首先对箝位机构A加正电压让其压紧输出轴，箝位机构A与输出轴之间产生大的摩擦力，在驱动机构B伸长的作用下会推动箝位机构A，箝位机构A带动输出轴一起向左移动，对箝位机构C加正电压信号时，会伸长压紧输出轴，可使运动停止。该类型尺蠖驱动器结构简单，精度高，运动平稳，不产生振动，并且运动范围大，推动式尺蠖压电驱动器也是目前唯一商业化的尺蠖驱动器。
1975年，Bizzigotti和May设计第一个推动式型的马达。之后，Haraetal等人在1986年，以压电叠堆为驱动元件，设计仿照了Bizzigotti设计的驱动器开发了一种尺镬压电驱动器，电压工作范围0-200v。1998年，Furutanital等开发的推动式驱动器，采用了压电陶瓷堆对直线动子单侧箱位，并用驱动压电陶瓷堆驱动直线动子的方式，使驱动器输出性能稳定，更实用。2005年，加拿大Concordia大学的J.Li研制的推动式驱动器，采用特制的圆管状压电材料配合特殊的机械结构，3个柔性臂、2个支撑环及2个盖片组成箝位机构，如图9所示，支撑环和盖片将3个柔性臂合成一体，成120°对称，将压电叠堆的轴向变形放大为横向变形，为了保持较大的接触面积，柔性夹持臂上的凹槽与输出轴严格配合，其箝位力为60N，载荷为55N。德国PI公司的直线压电驱动器已实现模块化，可以将两个单自由度的直线模块组装到一起，而实现精密的二维直线驱动，其驱动器行程达20mm，速度达800um/s，分辨率小于0.1um，承受载荷达0.5kg。
国内的推动式压电驱动器研究状况，2004年天津大学研制了一种基于步进运动原理的大行程纳米级步距压电驱动器，可实现压电电动机的连续匀速输出，且位移是线性的，在驱动电压300v时，运动速度可达12um/s，最小步距小于6nm，行程大于10mm，该驱动器分辨率较高。清华大学设计的驱动器，采用周向分布式杠杆放大柔性铰链机构进行箝位，如图10所示，整个输出轴被箝位机构抱死，输出力大于30N，但结构过大。清华大学1992年首次提出用电流变材料（简称ER液体）来箝位的尺蠖驱动器，运行速度为1.5um/s，负载为2.45N，该驱动器箝位稳定，磨损、冲击的问题不明显，无需高精密加工，但也显示出一些不足，如输出力小、响应速度慢、受温度影响大等。
4 直线压电驱动器研究中的关键技术
虽然压电陶瓷驱动器与传统驱动相比其优势明显，其应用也越来越广泛，但是为进一步推动压电驱动器技术发展及应用，仍需要解决一些关键技术，主要涉及结构模型设计、构件加工精度和控制方法等。
在压电陶瓷驱动器的设计方面，由于压电陶瓷的一些固有特性，如伸长量小，压电叠堆的输出位移仅为其本身长度的千分之一左右，通常不超过100um，这就对驱动器结构尺寸的设计、压电驱动元件的加工精度等都提出了很高的要求，轴孔配合精度要求也很高，尤其是微小零件，加工工艺难度较大。可采用柔性铰链机构，柔性机构能够在一定程度上放大机构输出机构的位移，但是输出刚度和输出力会减小。如何根据不同结构类型需要，进一步从动力学角度改善柔性机构的性能，对其进行优化设计，保证刚度的情况下，尽量减小对输出力和输出精度的影响，是直线压电驱动器研究的关键技术之一。
对于直接驱动箝位机构的尺蠖压电驱动器，系统的性能受到加工精度的影响较大，法向作用力和摩擦系数决定了箝位机构摩擦力的大小，对输出轴与箝位机构的接触表面施加预紧或增加接触表面的粗糙度均可增大摩擦力，但两接触面的自由移动却受限，因此一般保证两个接触面间隙在10um左右。一般，直接驱动可比采用柔性放大的输出力更大，尽管如此，压电尺蠖驱动器的动态输出力仍限制在200N左右，传统的增大法向夹持力和接触面积的方法无法满足需要，因此，迫切需要研制提高摩擦力的方法或者更好的替代方案。
此外，箝位机构除采用压电叠堆箝位，还可采用其他新型材料，如利用电流变流体（ER流体）进行箝位，ER流体能够在电场作用下，瞬间、可逆的变为固态，可利用ER变流体的该特性来实现尺蠖驱动器的箝位功能，能克服现有压电驱动器的磨损和冲击问题，无需高精密加工工艺，显示出一些独特的优点；还可以采用MEMS技术在摩擦表面产生微齿，利用微齿的互锁替代传统的摩擦箝位，输出力大，并且定位精度高，这类新材料或者结构的尺蠖驱动器应引起关注，应用前景广阔。
另外，由于压电陶瓷本身存在迟滞、蠕变、非线性等特点，以及考虑周围环境（温度、振动等）、驱动器构件的加工误差、孔轴配合精度等一系列因素对尺蠖压电驱动器的精度和稳定性的影响，可以根据驱动器自身特点采用位移监测装置和相应的控制方法。常用的位移监测方式有电阻式、电感式和激光干涉式等，同时选用闭环压电驱动电源或者用闭环控制方法对其输出位移进行补偿。
总之，在保证微精细加工和精密测试的基础上，合理的压电驱动器设计结构、控制及迟滞补偿方法，都能够在一定程度上尺蠖驱动器的输出精度、响应频率，从而改善系统的输出性能。
5 结语
直线压电驱动器应用的领域十分广泛，包括机械电子、生物医药、航空航天、精密光学等，极具发展潜力，随着压电驱动器各项技术的突破，也必将在微驱动领域独占鳌头。但是，综合国内外压电陶瓷驱动器的研究现状可发现，还尚缺乏对尺蠖压电驱动器系统的研究，现阶段大多只是进行驱动器结构设计和性能测试，由于受加工精度及其他一些关键技术的限制，研制出的样机能商业应用的很少，并且我国在这方面的研究与欧美、日韩差距较大，因此，对直线压电陶瓷驱动器的研究任重而道远。
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