机械传动技术范例

摘要：

文中介绍了静液压技术的主要特点，在农业机械中使用静液压技术的优势以及国内外静液压技术在农业机械中应用现状及发展趋势。

关键字：

液压传动技术；农业机械；现状；趋势

1引言

液压传动低速重载的工作特性十分突出，从而易实现对其运动数据和动力参数的检测、分析与控制。液压传动由于可以实现系统的整体功率恒定输出，且系统结构简单轻便，便于系统的扩展，拥有迅速传递效能，驱动行走时能够在使用工作范围内实现无级变速，工作时容易实现正、反向运转且无停顿、冲击等突出优点。使农业收割机械中液压传动技术得以广泛应用[1]。但是由于普通液压回路存在能量损失过大，能源消耗高，功率利用率低，效率不高的特点；所以要对液压系统进行升级，将静液压传动技术引入传动系统。静液压传动（变量泵+（变量）马达组成的闭式回路系统称为静液压传动）是以高压油为介质直接传递动力的系统，其重要特征为系统压力大，回路小流量。静液压驱动系统中是以液压泵为动力源器件，通过电子控操作系统对液压马达进行指令控制，通过改变泵的流量或液压马达的排量来调节系统回路流量，从而改变马达的转速，改变系统整体的输出扭矩大小，实现工作范围的无级变速传动。静压传动系统相对于单纯机械传动和辅助的液力控制机械传动,显著优点为高效的传动比、灵活的空间布局、易于实现无级变速、便于方向转变、功率效能的优化性、操作控制传输信号的多样有效性等；静液压驱动农业装载机械在动力源工作转速范围内，即使在低速工作时，仍可保证最大牵引力恒定有效，从而提供充足的扭矩[2~4]。

2静液压驱动系统在农业机械上的技术优势

摘要：首先介绍了非公路矿用汽车液力机械传动和电传动形式的特点，其次从新型燃料、混合动力、纯电驱动等方面综述了其节能技术的相关研究，然后分析了该车型储能系统和驱动电机的技术进展，并概括了通过优化控制策略提升电传动系统能量利用率的相关研究。最后总结为混合动力技术有望成为非公路矿用汽车的主要节能途径。

关键词：非公路矿用汽车；露天矿山；混合动力；能量效率；控制策略

0引言

矿业是社会经济发展的基础，合理开发利用与保护矿产资源，确保资源供给和资源安全，是实现高质量发展和高品质生活、建设美丽中国的重点之一。对于矿业行业来说，发展绿色矿业、建设绿色矿山是落实科学发展观和生态文明建设的重要举措。非公路矿用汽车作为露天矿山完成岩石土方剥离与矿石运输任务的主要装备，其工作特点为运程短、承载重，常用大型电铲或液压铲进行装载，往返于采掘点和卸矿点，其经济性指标很大程度上决定了是否能贯彻落实绿色矿山建设理念。因此，非公路矿用汽车的节能减排是当前整车制造和矿山企业面临的重要问题。

1非公路矿用汽车的传动形式

非公路矿用汽车的传动形式包括液力机械传动和电传动2种，如图1所示。液力机械传动通过液力机械自动变速器、传动轴、车桥将柴油机的动力传递给驱动轮，主要用于百吨级以下的车型。电传动矿用汽车是工程机械中行驶速度最快、技术含量最高的产品，载重量从百吨以上至400t，广泛应用于煤和铁矿石的开采运输。相比机械传动方式，电传动无需液力变矩器、变速箱和驱动桥等部件，结构简单，可以降低机械传动部件的制造成本，安装维修也更为方便，传动具有较高的响应速度。国外的电传动系统生产开发主要集中在通用电气和西门子两家企业，按照驱动电机的不同可以分为交流发电机-直流电动机的直流电传动与交流发电机-交流电动机的交流电传动类型。后者的功率密度更高，可靠性及传动效率也更有优势。电传动矿用汽车下坡制动时，整车的惯性能量（动能和势能）转换为电能并通过制动电阻栅转换成热能消耗，以此来实现车辆的制动。当车辆处于长距离下坡制动的工况时，发动机必须处于高怠速、高油耗状态才能满足牵引电机冷却、机械制动、转向等对能量的需求。开展非公路矿用汽车的节能技术研究、降低燃油消耗率、实现能量的高效利用成为目前该领域广泛关注的热点问题。

2非公路矿用汽车节能技术方案

1飞机机械传动系统动力学特性

对于飞机机械传动系统而言，飞行操纵系统有两种类型，即动态操纵系统、静态操纵系统。以静态特操纵系统为例，其表现出杆力、启动以及配平和传动等特性；对于动态操纵系统而言，其面对的是内容是操纵指令响应。就目前国内飞机机械传动系统来看，驾驶员对多组机构以及管控操纵伺服作动器，能够进行不可逆动力操作。飞行操纵系统可分成两个阶段，其中一个阶段即为驾驶杆以及脚蹬，主要是基于多组机构以及人工感觉设备和传动设备的输入点，构成了一个相对开环的系统；就第二个阶段来讲，主要是操纵面、伺服作动器，构成的是闭环随动环境。基于此，飞行操纵（机械传动）系统设计过程中，应当注意系统稳定性、跟随性和阻抗特性问题的发生。操纵系统中的驾驶杆、作动器输入点以及脚蹬，是一个相对比较开环的系统，一般不存在安全问题，能够确保其运行的安全稳定性，知识跟随性方面的问题。本文研究的有限元工具，主要是ANSYS技术，其在机械工程建设过程中得到了较为广泛的应用，而且采用的是商业套装分析技术，对机械与结构系统进行计算、分析，尤其是要分析受外部载荷影响的响应状况，比如应力、位移和温度等。通过以上分析，可准确分析和判断飞机机械系统外力负载作用下的瞬时状态，对其是否满足设计要求进行准确判断。实践中可以看到，飞机机械构造较之于汽车、船只等更加的复杂，而且其所受到的荷载工况也呈现出多元化的特点，而且理论分析也难以实现效果，因此应当采用数值模拟方法分析判断。近年来，科技水平的不断提高、计算机软件技术的不断进步，使得ANSYS技术在现代航天领域中的应用更加的深入和广泛。从应用效果来看，该分析技术的应用，可降低设计成本，有效缩短设计周期，在提高设计水平方面，具有非常重要的作用。

2工程设计软件技术研发

在飞机多元化软式机械操纵系统条件下，为了实现动力学特性仿真、系统力学影响以及有效满足设计要求，应当立足实际，对计算机辅助技术、工程设计软件等进行针对性的研发。在技术研发过程中，力求构建一套高效的、具有机械操纵几何模型和自动化动力学分析功能的软件。同时，为了能够有效实现设计软件的自动化、可视化建模，强化动力学数值建模功能，需在以下几个方面做出努力。

第一个努力方向：基于c++Builder人机交互界面，接收用户关于构件几何以及材料参数和相关信息，然后利用系统构造算法构建算法程序库，对建模所需特殊点进行求值，并在此基础上建立完备的操纵系统数据库。

第二个努力方向：在动力学建模过程中，采用文本自动剪辑软件和技术手段，对建模宏命令进行编写，并且建立可适用于ANSYS/LS.DYNA的可执行命令流模板，在此基础上形成模扳库。当用户参数输入以后，利用C++Builder技术对可执行命令流模板剪连，从而形成较为完备、合理的分析命令流文件，最终完成系统构件建模。

第三个努力方向：重新写入命令流执行文件，形成可直接应用于ANSYS/LS．DYNA的求解器计算程序，经引擎调用以后，对ANSYS/LS．DYNA求解器进行适当调节。在此过程中，计算结果以数据或曲线形式反馈到人机交互界面。给予以上交互式程序的设计，在视窗界面上用户通过输入构件的外形参数、材料参数或者受载参数，可直接获得系统仿真结果。一般而言，上述系统中的相关构件参数如下：扇形轮、滑轮厚度圆心以及外形尺寸参数和材料属性参数，1、4代表扇形轮参数；2、3代表滑轮参数。驾驶杆截面积为矩形：O.02m×O.02m，输出摇臂参数材料属性参数与驾驶杆相同，只是位置参数不同，拉杆截面面积为0.06m2；驾驶杆、前拉杆输出端相互连接在一起，扇形轮l上的(0，0.1，O)与后端节点相互连接；同时，后拉杆前端、扇形轮2上的(9，3.6，O)相互连接在一起；后端、输出摇臂输入点之间相互连接。从实践来看，两种拉杆的构成材料一致，而且材料参数以及滑轮材料等也基本一致。

摘要：渐开线齿轮是工业机器或装备上不可或缺的基础装置或关键部件，渐开线齿轮是齿轮中的一种，因其具有加工制作简易且对装配误差不敏感的特点，在机械领域得到了广泛的应用。但由于齿轮的轮廓复杂、设计参数多，三维建模十分困难，随着计算机的发展，网络技术为齿轮设计带来了便利。本文在Web服务环境下对机械齿轮进行参数化设计，便于实现对齿轮参数的便捷修改和维护，有利于提高渐开线齿轮的设计效率和准确率。

关键词：Web服务；机械传动；渐开线齿轮；参数化；设计方法

1背景

齿轮是工业机械的重要基础装置，也是我国工业发展的基础，齿轮的设计与发展水平可以在一定程度上体现国家的工业化水平。齿轮传动在国防军工、工程机械、风力发电、矿山机械、汽车、农机、航空等机械装备制造领域中的应用十分广泛。渐开线齿轮作为齿轮中的一种，是机械中常用的部件，是由渐开线和过渡线组成，因其具有工作可靠、结构紧凑、传动比高、使用寿命长等优点，得到了广泛应用。齿轮的设计与建模是齿轮制造的基础，但由于在齿轮的图纸绘制过程中不可避免需要进行多次反复的修改与订正，以促进对零件形状加工的优化。但由于齿轮的设计比较复杂，且齿轮各个参数之间相互约束，使得齿轮的三维建模过程十分的繁琐。伴随着数字化时代的到来，基于Web的计算机辅助设计成为机械领域发展的重要趋势。

2基于Web服务的机械传动齿轮参数化设计思路

齿轮是机械传动装置中的重要组成部分，所以齿轮设计的好坏直接关系机械传动装置的工作效率和使用寿命，同时也关系着齿轮制造企业能否在激烈的市场竞争中以最低的成本和最短的时间获得最大化的经济利润。齿轮的设计是一项相当繁琐的工作，而齿轮的再设计就是一件风险较高的事情，在设计过程中的一点误差或错误都可能会影响齿轮的性能，甚至可能会造成不可估量的损失。通过调研发现，在机械设计领域中，对于零部件的设计与加工，有40%是直接重用现有的零部件，还有40%的零部件是对现有程序进行参数修改后而得到。因此，重用设计不失为提高再设计效率和质量的一条有效途径。计算机技术和数据库技术为重用设计提供了平台与技术支持，现阶段基于计算机技术的重用设计主要包括实例和参数重用设计2种类型，在实例的重用设计中可以同时实现对加工工艺、特征及参数的重用；而参数重用设计则只能对参数进行修改。由于在机械领域中，往往客户所需的产品与实例之间有着较大的差距，此时就需要对实例进行参数的修改，因此，在本文的设计中是将2种类型的重用设计融合在一起进行运用。对于齿轮的重用设计可以表示一个发现问题、获取知识和解决问题的过程。近年来，为了将更多精力投放到核心技术的研发中，部分企业的零部件生产与加工往往会选择直接由齿轮供货商来提供，为了确定供货商所提供零部件是否满足其要求，企业需要全面、详细且便捷地了解零部件的相关资料与信息。而基于Web服务的零部件数据库，则为企业和供货商提供了一个良好的产品资源分享和信息交流的平台，这样有利于加快零部件的开发速度、缩短开发周期。此外，由于企业不同用户对于齿轮产品的需求也存在显著差异，为了能够带给客户个性化的体验和专业的服务，可以让客户提前通过基于Web服务的数据库根据自身需求，寻找是否有符合要求的齿轮种类，若有，则可以直接定制；若没有，可以查找到比较相似或相近的齿轮种类，通过改变齿轮的参数来达到所需产品的要求。由此可见，基于Web服务的零部件数据库设计，无论是对于企业，还是对于客户而言，可以促进他们之间的友好合作，而且也减少了因各种因素导致的误差，极大程度地缩短了产品开发的时间。因此，基于这一优势，笔者提出了一种基于Web服务的机械传动齿轮参数化设计重用的方案（如图1）。其中，该框架主要包括以下3个部分：

（1）数据层：数据库主要用于存储齿轮的参数、螺旋角、压力角、模数和材料等相关信息；三维CAD模型库中以齿轮族的形式存放多个相似的齿轮模型；二维CAD模型库用于存储三维CAD模型库中齿轮模型对应的三向视图。

摘要：

针对当前《机械原理》课程设计的教学现状，分析其不足，并基于OBE工程教育理念，对《机械原理》课程设计的教学模式改革进行了探讨并付诸实践。《机械原理》课程设计是机械类各专业学生在学习《机械原理》课程后进行的一个重要的实践性教学环节，其模式的改革为适应新形势下对机械类学生机构选型、机械系统运动方案设计和创新设计能力的培养提供了良好的平台和借鉴，具有重要意义。

关键词：

OBE；工程教育；《机械原理》课程设计

为了推进工程教育改革，促进中国工程教育的国际互认，培养与国际接轨的中国工程师，由专门的职业或行业协会（联合会）、专业学会针对高等教育机构开设了工程类专业实施专门性认证，工程教育认证强调工科专业人才培养质量达到行业提出的基本质量标准要求，是一种合格性评价[1，2]。工程教育专业认证强调的三个核心理念：产出导向（Outcomebasededu-cation，简称OBE）、学生为中心、持续改进，这些理念代表了工程教育改革的方向，是一种先进的教育理念[3]。我国若要成为《华盛顿协议》正式签约组织，就必须基于OBE理念，深化我国的工程教育改革和工程教育认证体制。《机械原理》是机械类专业必修的一门重要的技术基础课，它是研究机械的工作原理、构成原理、设计原理与方法的一门学科，而《机械原理》课程设计是紧随《机械原理》课程之后的实践性教学环节，是《机械原理》课程的延伸[4]。基于OBE工程教育认证的12条毕业能力要求及课程规划，《机械原理》课程设计需培养的主要能力包括：1）掌握工程基础理论知识并能将其应用于工程问题（毕业要求1）；2）具有分析和解释数据，得到合理、有效结论的能力（毕业要求2）；3）具有综合运用机械设计理论和技术手段设计复杂机械系统、部件和过程的能力（毕业要求3）。本文基于OBE工程教育理念对《机械原理》课程设计课程能力的上述四条要求，结合近年实践经验，阐述我校《机械原理》课程设计改革模式，并为其《机械原理》课程设计改革提供参考。

一、机械传动系统设计能力

《机械原理》内容包括两部分，其一是对现有机构的学习，包括构型分析、运动学和动力学的学习；其二是针对具体任务，利用所学机构学知识，设计传动方案。前者称为分析，后者称为型综合，《机械原理》学习的最终目的，就是要达到型综合的高度，《机械原理》课程设计正是锻炼综合能力的实践教学。遗憾的是，传统的《机械原理》课程设计，体现不出OBE所要求的设计系统的能力，复杂机械系统更无从谈起，因此，改革势在必行。基于OBE教学理念的课程设计改革使设计题目多样化，调动学生设计的积极性而不限制其思维，并且课程设计只提出最终要求而不限制方法，为了让学生在规定的时间内独立完成设计任务，题目不宜太深太复杂，其原则为：题目具有综合性，以运动方案设计为主；题目要覆盖《机械原理》课程的主要内容；题目应结合生产实际，是学生在日常生活、生产实践中所熟悉的；题目的设计结果应包括两到三种基本机构，也允许选用其他常用机构或组合机构；题目要有一定的灵活性和创新性，有利于发挥学生的创造力。在设计题目确定后，需对已选题目提出三种运动方案，并经反复论证，确定一种最佳运动方案进行设计和分析。这种自由选题的模式可大大提高同学的兴趣。设计方案由学生独立提出，经独立地分析、比较后确定最佳方案，以发挥其主观性、创造力，使学生受到一次真实的设计训练，进而提升其机械传动系统设计能力。此外，改革后的课程设计，学生们可以自由组合，每个小组自由选择设计题目，小组成员分工协作，共同完成设计任务。从选题、论证、设计到最后提交设计成果，共同讨论、研究，各自发挥自己的长处，不仅培养了创新意识和创新能力，也使他们体会到团队合作的作用。这也符合OBE培养大纲中工程毕业生个人能力和人际团队能力培养的要求。

1机电一体化课程设计前期教学工作

（1）设计题目、内容不规范，要求不统一。

由于每届或每班的指导教师不同，设计题目、内容、要求、难易程度偏离太大。如有数控机床改造设计、伺服系统控制设计、交通灯控制设计等，要求、工作量也不相同。有的设计任务偏难，有的设计任务又太简单。

（2）设计资料缺乏。

由于机电一体化是一门新兴的技术和专业，这方面的知识内容都在相关的杂志刊物登载，书籍相对少一些。要进行课程设计，收集这方面的资料较困难。没有现成的资料汇编及设计手册，学生要花费较多的时间找资料，往往是教师帮助寻找资料。而且没有像机械零件设计那样的系统完整的课程设计指导书。在设计中盲目性较大。

（3）师资不足。

最早几年机电专业方向只有一个班或两个班，指导教师有2~4人即可。一般由主讲或熟悉机电一体化控制系统课程的教师指导。近几年随着学生的扩招，机电专业扩展到4~5个班，指导教师需要8~10人，明显不够，因此有必要进行培养。

摘要：随着我国现代化建设进程的不断推进，农业机械设计制造领域取得了突飞猛进的发展。近年来，诸多农业机械制造领域的专家学者和技术人员将研究重点放在大功率、大容量机械设备，以及液压传动控制系统在农业机械制造领域的应用方面，全力打造农业机械制造中的液压传动控制系统，使得液压机械传动控制技术在短时间内被迅速推广。基于此，文章阐述了液压传动控制系统所涉及的设计原理，分析了液压传动控制系统应用时应注意的事项，以供参考。

关键词：农业机械；液压传动控制系统；设计原理

分析我国农业机械设计制造发展情况可知，液压传动控制系统已经趋于完善，但要不断提升其精准度，始终将自动化和智能化作为其主要发展方向。因此，相关研究人员必须理性看待液压传动控制系统为农业机械设计制造带来的价值优势，不断对其设计进行创新优化，推动农业机械向自动化的创新发展。

1农业机械制造中液压传动控制系统的设计原理

液压传动控制系统的配件十分繁杂，主要包括液压元件、控制元件、执行元件、辅助元件以及液压油，在设计过程中需要注意的结构要点数不胜数。在上述基础元件构成中，液压元件主要是液压油泵，其会在系统运转的过程中推动机械能向液体压能转化。随着液压油泵的运转，液压控制阀、管道、蓄能器等共同对液压介质压力控制发挥着重要作用，能够比较精准有效地保证液压介质的流量以及流动方向。值得注意的是，相关负责人员必须切实保障液体的平衡状态，即各个阶段的压强应该是一致的，否则液压传动控制系统整体稳定性将会受到严重冲击。因此，设计人员可以设计不同规格大小的活塞来控制承受压力范围，保证施压的合理性[1]。一般情况下，液压油在液压传动控制系统中充当着传动媒介的角色，随着系统内的能量转换，各部分元件会相应地协调运转，从而发挥系统效能。液压传动控制系统中的控制回路分布也十分复杂，但是不同的控制回路之间又有着相对明确的职责分工，相互协调，相辅相成，在持续的运转中维持着液压传动控制系统的内部工作秩序。具体来说，液压传动控制系统中的压力控制回路主要负责压力的稳定和调节。当系统所承受的压力超过系统设计过程中设置的溢流阀压力阈值时，就会不可避免地出现阀开口度大幅度增加的情况，与之相对应的液压泵出压力会降至较低水平，借此实现对控制系统压力平衡的维护[2]。回路上设置减压阀和升压器也是现阶段压力控制系统不可或缺的重要构成部分，可借此针对性地调节局部电压，并在回路中设置蓄能器，解决系统运行的压力波动问题。速度控制回路则根据其作用效果和负责部位划分为两种，即调速回路和同步回路，前者只对单个元件的运行速度起到调控作用，而后者则控制多个元件，二者的相辅相成为液压缸的同步运行状态提供了坚实保障。另外，方向控制回路主要应用于控制主油路换向，将活塞锁紧，如此一来，就能极大程度地降低工件在某位置停留时发生移动等事故的概率，避免因液压传动控制系统运行事故而带来的经济损失。

2农业机械制造中液压传动控制系统的优势

在农业机械设计制造领域中，由于液压传动控制系统的结构并不复杂，同时元件质量轻，因此其在系统中的应用极为灵活。从某种角度来说，轻量化和智能化将会是未来数年内液压传动控制系统发展的潮流趋势[3]。除此以外，研究人员还应该认识到液压传动控制系统在控制稳定性、功率等方面的优势，并以此为切入点解决设备过载问题。比如，设计人员可以在已有的液压传动控制系统回路中增设溢流阀，对系统施加外在保护，从而长时间维持系统的稳定运行。事实上，液压传动控制系统还具备自动化程度较高的特点，与电子技术具有较高的契合度，因此技术人员可结合实际情况以及农业机械设计制造行业的发展趋势要求精准调控系统的运行荷载[4]。

作者：何建宁 单位：广西石化高级技工学校

由于旋盖的螺纹长度较长和螺纹成型后脱模力较大，与常规的脱模机构不同，图4模具采用电机驱动链轮使螺纹型芯旋转的方法来实现自动脱模。

模具结构特点：（1）常规的三板模结构，1模2腔，侧浇口进料。（2）无拉料杆和推杆装置，在弹簧力的作用下通过浇口推板将主流道凝料从定模板上推出，模具结构简单。（3）模具工作可靠，操作方便，自动化程度高。（4）脱螺纹机构的主要零件有：电机、链轮、链条、推力轴承、深沟球轴承、接近开关、中间继电器、时间继电器等。模具的工作过程为：模具合模、注射、保压、冷却过程结束后，模具开模，动模开始向后运动，浇口推板18在弹簧17的作用下，将主流道凝料和塑件从动模上推出。动、定模开模到一定距离，注塑机顶杆通过动模座板16的顶出孔进入模具，使接近开关22受到感应，并发信号给中间继电器19，启动电机26。

电机通过主动链轮24、链条14带动从动链轮8旋转，螺纹型芯7在推力轴承5和深沟球轴承6的配合下作旋转运动。塑件与型芯在相对旋转运动的作用下实现自动脱模。当时间继电器20到时后自动断电，电机停止运转，型芯同时停止旋转，模具的一个工作循环过程结束。

模具中采用的机电一体化控制系统包括电器控制、机械传动和动力元件三大部分。电器控制部分功能上包括：信号采集、信号传递和信号控制；机械传动的类型有：齿轮传动、链传动、蜗杆传动、螺旋传动以及常用机构等。动力元件有：电机、液压泵和气压泵。下面主要对电器控制元件的功能和作用进行介绍。

信号采集元件信号采集元件可分为：接近开关（见图5）、光电开关（见图6）、信号传感器等。图4模具中使用接近开关作为信号采集元件。接近开关是一种无需与运动部件进行机械接触而可以操作的位置开关，当物体接近开关的感应面到动作距离时，不需要机械接触及施加任何压力即可使开关动作，从而触发交流或直流电器工作或给计算机装置提供控制指令。光电开关是利用被检测物对光束的遮挡、吸收或反射，检测物体有或无。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号发出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。

信号传递元件图模具中采用中间继电器（见图7）作为信号传递元件。中间继电器是用来传递信号或同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电机或其他电气执行元件。继电器的工作原理是：当某一输入信号（如电压、电流、温度、速度、压力等）达到预定数值时，使它动作，以改变控制电路的工作状态，从而实现既定的控制或保护的目的。在此过程中，继电器主要起传递信号的作用。