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外文出处： 附件 1：外文原文 in as is an of It be to in a of in of in s of a of to in of of NC it is in NC or to to of up is is a s to of is a an of is a of be be to of be to an in to in a in of in s in to to a of as as to s up in of to or of is to of to a or of In a In of is is of in it of a as as a 4 is to of of to in as to of a to be in a to a to as 1. do (of 2. is is of to 3. of is be 4. to is of 5. it to it in 1. As of in of in as of 2. As of be in to is to of do or a of be a on of is is of be In is is of of it to It be in to in of a of is as of by 1. by is to to to of be up A to be as 2. to be by 3. s is to to of a is up a be so to of to is It is an a It be to of to of It is is to do of It in of to a to to as in is of or to up in as is of of a . of in of a of In as of of a a of to of is as as it to of I do of of to (1) in is (2) In in it be to in t be to (3) be to to (4) be in as so (5) (6), as is a of of a to of of a of it be a or to of in or of of in 0th 40, of in a to 50 to to as an in of so on to by of of of of be of in of a or It in to of in to is in or as or of of in do a by as is to as by of is or to by of a of as as so of a of or to to of by is of a in of is a of In as of of a a of to of of of to in it be in NC At a in an of in a or a it to a of is to to to At s to is a of of of of a on of of is 附件 1：外文资料翻译译文 机械手 机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。随着工业自动化的发展 , 出现了数控加工中心 ,它在减轻工人的劳动强度的同时 , 大大提高了劳动生产率。但数控加工中常见的上下料工序 , 通常仍采用人工操作或传统继电器控制的半自动化装置。前者费时费 工、效率低 ; 后者因设计复杂 , 需较多继电器 ,接线繁杂 , 易受车体振动干扰 ,而存在可靠性差、故障多、维修困难等问题。可编程序控制器 制的上下料机械手控制系统动作简便、线路设计合理、具有较强的抗干扰能力 , 保证了系统运行的可靠性 ,降低了维修率 , 提高了工作效率。机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。 1 工业机械手的概述 机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个 不同环境中工作。在工资水平较低的中国，塑料制品行业尽管仍属于劳动力密集型，机械手的使用已经越来越普及。那些电子和汽车业的欧美跨国公司很早就在它们设在中国的工厂中引进了自动化生产。但现在的变化是那些分布在工业密集的华南、华东沿海地区的中国本土塑料加工厂也开始对机械手表现出越来越浓厚的兴趣，因为他们要面对工人流失率高，以及为工人交工伤费带来的挑战。 随着我国工业生产的飞跃发展，特别是改革开发以后，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操作钎焊、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业自化，已愈来愈引起 我们重视。 机械手是模仿着人手的部分动作，按给定的程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。 在现实生活中，你是否会发现这样一个问题。在机械工厂里，加工零件装料的时候是不是很烦的，劳动生产率不高，生产成本大，有时候还会发生一些人为事故 ，导致加工者受伤。想想看用什么可以来代替呢，加工的时候只要有几个人巡视一下，且可以二十四个小时饱和运作，人行吗？回答是肯定的，但是机械手可以来代替它。 生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率 ;可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其是 在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中能够代替人进行正常的工作。想到这里我就很想设计一个机械手，来用于生产实际中。 为什么选着设计机械手用气动来提供动力：气动机械手是指以压缩空气为动力源驱动的机械手。用气压驱动与其他能源驱动比较有以下优点： 过之后排入大气，不需要回收和处理，不污染环境。（环保的概念） 路中压力损失也很小（一般气路阻力损失不到油路的千分之一），便于远距离输送。 一般为 4 8 公斤 /每平方厘米 )，因此对动元件的材质和制造精度要求可以降低。 的动作和反应都快，这是气动突出的优点之一。 不会变质，管路不易堵塞。 但是也有它美中不足的地方： 使气动工作的稳定性差，因而造成执行机构运动速度和定为精度不易控制。 出力不可能太大，为了增加输出力，必然使整个气动系统的结构尺寸加大。 用气压驱动与用其他能源驱动比较有以下优点： 空气取之不竭，用过之后排入大气，不需回收和处理，不污染环境。偶然的或少量的泄漏不致对生产发生 严重的影响。 空气的粘性很小，管路中压力损失也就很小，便于远距离输送。 压缩空气的工作压力较低，因此对气动元件的材质和制造精度要求可以降低。一般说来，往复运动推力在 12吨以下采用气动经济性较好。 与液压传动相比，它的动作和反应都快，这是气动的突出优点之一。 空气介质清洁，亦不会变质，管路不易堵塞。 它可安全地应用在易燃、易爆和粉尘大的场合。又便于实现过载自动保护 . 2 机械手的组成 机械手的形式是多种多样的，有的较为简单，有的较为复杂，但基本的组成形式是相同的，一般由执行机构、传动系统、控制系统和辅助装置组成。 1. 执行机构 机械手的执行机构，由手、手腕、手臂、支柱组成。手是抓取机构，用来夹紧和松开工件，与人的手指相仿，能完成人手的类似动作。手腕是连接手指与手臂的元件，可以进行上下、左右和回转动作。简单的机械手可以没有手腕。支柱用来支撑手臂，也可以根据需要做成移动。 2. 传动系统 执行机构的动作要由传动系统来实现。常用机械手传动系统分机械传动、液压传动、气压传动和电力传动等 几种形式。 3. 控制系统 机械手控制系统的主要作用是控制机械手按一定的程序、方向、位置、速度进行动作，简单的机械手一般不设置专用的控制系统，只采用行程开关、继电器、控制阀及电路便可实现动传动系统的控制，使执行机构按要求进行动作动作复杂的机械手则要采用可编程控制器、微型计算机进行控制。 3 机械手的分类和特点 机械手一般分为三类：第一类是不需要人工操作的通用机械手。它是一种独立的不附属于某一主机的装置。它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定的操作。它的特点是具备普通机械的性能之外，还具备通用机 械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工才做的，称为操作机。它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电讯号操作机来进行探测月球等。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是用专用机械手，主要附属于自动机床或自动线上，用以解决机床上下料和工件送。这种机械手在国外称为“ 它是为主机服务的，由主机驱动；除少数以外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。 主要特点： (1) 机械手（上下料机械手、装配机械手、搬运机械手、堆垛机械手、助力机械手、真 空搬运机、 真空吸吊机、省力吊具、气动平衡器等）。 (2) 悬臂起重机（悬臂吊、电动环链葫芦吊、气动平衡吊等） (3) 导轨式搬运系统（悬挂轨道、轻型轨道、单梁起重机、双梁起重机） 4 工业机械手的应用 机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。 机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断 重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，例如： (1) 机床加工工件的装卸，特别是在自动化车床、组合机床上使用较为普遍。 (2) 在装配作业中应用广泛，在电子行业中它可以用来装配印制电路板，在机械行业中它可以用来组装零部件。 (3) 可在劳动条件差，单调重复易子疲劳的工作环境工作，以代替人的劳动。 (4) 可在危险场合下工作，如军工品的装卸、危险品及有害物的搬运等。 (5) 宇宙及海洋的开发。 (6) 军事工程 及生物医学方面的研究和试验。 助力机械手 :又称平衡器、平衡吊、省力吊具、手动移载机等，是一种无重力化手动承载系统，一种新颖的、用于物料搬运时省力化操作的助力设备 ,属于一种非标设计的系列化产品。针对客户应用需求，量身定制的个案创作。 一种模拟人手操作的自动机械，它可按固定程序抓取 本科毕业设计（论文） 变节距排缆拖曳绞车电液控制设计 年 级： 学 号： 姓 名： 专 业：机械设计制造及其自动化 指导老师： 2016 年 04 月 毕业设计说明书（论文） I 摘 要 在现代绞车朝着缆绳越来越长、张力越来越大的方向发展的过程中，绞车的速度控制精度、缆绳的有效保护及变节距排缆成为制约现代绞车发展的瓶颈。针对上述遇到的问题，本文提出了一种变节距排缆拖拽液压绞车的方案，并对绞车电液控制系统及变节距排缆系统进行了设计。 在变节距排缆系统的研究过程中，应用 为控制器，光电编码器作为速度反馈单元，将缆绳直径及储缆筒转速作为系统输入，通过 算后功率放大器可得到相应的输出来控制排缆丝杠的转速。当缆绳直径发生变化时，排缆丝杠的的排缆节距也会做出相应的调整，使得绞车的排缆机构能够适用不同直径的缆绳。 关键词 ： 拖拽绞车 、 变节距排缆 、电液控制 毕业设计说明书（论文） n is of in of of In of a In LC as a as as LC be to of in of be 毕业设计说明书（论文） 录 摘 要 . I . 1 章 绪 论 . 1 题研究意义 . 1 展现状及趋势 . 2 压传动技术 . 3 压技术的特点 . 3 车的分类与构成 . 4 车的构成 . 5 文研究内容和目的 . 6 究的主要内容 . 6 究设计的目的与要求 . 6 第 2 章 液压绞车总体方案设计 . 8 绞车液压系统的设计 . 8 路方式的选择 . 8 路方 式的选择 . 9 动回路的选择 . 10 载平衡回路的选择 . 10 定绞车液压系统原理图 . 11 压绞车电器控制系统设计 . 12 毕业设计说明书（论文） 压 绞车比例 控制电路的分析 . 13 压系统 比例 控制电路的分析 . 13 例运算放大电路 . 14 波相敏整流放大器 . 17 波电路 . 18 率放大电路 . 19 第 3 章 减张力机构的设计 . 22 作原理分析 . 22 绳的受力分析 . 24 第 4 章 绞车变节距自动排缆的设计 . 26 节距自动排缆方案设计 . 26 动排缆机构的分析 . 26 节距自动排缆的方案 . 28 结论 . 31 致 谢 . 32 参考文献 . 33 毕业设计说明书（论文） 1 第 1 章 绪 论 题研究 意义 对于大负载作业绞车，作用在缆绳上的张力过大而未经减张力机构直接作用于储缆筒时，将对储缆筒和缆绳都会造成损坏。由于缆绳是螺旋式的绕在每一层上，相邻的两层旋向必然相反 (左螺旋和右螺旋 )因而缆绳是互相交叉的接触着，造成缆绳股间很大的挤压应力，加速他们的磨损。当层数很多时，下层的缆绳甚至会被压扁；另外各层在横向存在着间隙，由于挤压的作用，往往使上层缆绳切入下一层之中，在放 缆时使缆绳受冲击力作用而突然断裂。另外现行使用的绞车的排缆机构诸如前面介绍的机械排缆、丝杠排缆、液压缸排缆等机构大都会受到使用规定直径缆绳的限制，当缆绳直径发生变化时由于驱动排缆机构的液压马达或电机的转速没有做出相应的改变，这时就会出现乱绳的现象，轻则缩短缆绳的使用寿命重则会影响绞车的正常工作。这两个原因也是困扰着大功率作业绞车发展的重要因素。针对以上的问题本论文提出了一种变节距自动排缆 拖拽 液压绞车的方案，并进行了 相关设计研究 。 在半潜式海洋作业平台上，通过对绞车缆绳的恒张力控制来实现作业平台安全定位、生产 。该系统在作业平台上安装多台恒张力控制系泊绞车，要求每台绞车都能够根据恒张力控制的要求自动实现收缆和放缆的切换。当遇到风浪时，在作业平台迎着波浪的一侧绞车缆绳上的张力保持恒定；平台背着波浪的一侧的绞车缆绳上的张力比较小，如果低于设定的恒定张力，控制台则发出收缆指令。通过绞车的收缆和放缆实现了缆绳恒张力的控制要求，避免了该半潜式海洋作业平台在风浪中颠簸甚至倾翻的危险，大大提高了作业平台生产的安全性。 首先对绞车的工作状况进行分析。由于大功率绞车在作业过程中缆绳要承受很大的张力并且这种张力时常会发生变化的，对 普通绞车来说，这种变化的张力有时候会造成缆绳的层间混乱和相对滑动，轻则降低缆绳的使用寿命，重则造成缆绳的损坏 。针对这个问题本文提出一种减张力技术以防止上述损坏的发生。通过减张力机构，使缆绳缠绕在储缆筒上时的张力控制在一定的范围内，起到了有效保护缆绳的作用，对提高绞车的作业负载范围具有重要意义。 然后通过对绞车排缆机构的研究，设计出性 毕业设计说明书（论文） 2 能良好、运行稳定、结构简单的新型排缆机构，在保证绞车自动收放缆绳的同时，本文提出的变节距排缆方案解决了同 一 绞车适应不同直径缆绳的问题。 展现状及趋势 包括液压元件、液压 控制技术和现代测试技术的不断发展使得现代绞车的应用范围在不断的扩大。目前，负载敏感、恒张力控制、能量回收等先进技术已经在绞车上得到成功的应用。使绞车朝着节能、高稳定性的方向不断发展。在液压马达的选择上更加丰富。特别是大排量液压马达的出现，使现代绞车呈现出新的面貌。传统的液压绞车较多使用开式齿轮传动系统。因而绞车体积较为庞大。在使用空间上受到限制。现在使用的液压马达配套行星减速系统。简化了绞车的设计。 针对要求绞车在收放缆过程中各层缆绳有不同的收放速度这一问题。国外研究人员提出了“层补偿”的方案。该方案应用 了 为控制器。并结合数字传输技术。在储缆筒的轴上加装速度传感器作为储缆筒转速的反馈单元。在储缆筒两端安装接近开关来测定收放距离。实现对储缆筒转速和收放距离的闭环控制。并且该系统在滑轮轴轮上安装了张力传感器来测定缆绳张力。 责接受传感器的信息。根据设定值与测定值的偏差来发出相应的指令控制系统的流量及压力等参数。系统还采用了无线遥感技术。实现了对绞车的远程监控。 无极绳绞车是一种新型特种绞车，是用钢丝绳牵引的轨道运输设备，主要用于矿井下工作面顺槽材料、设备远距离运输。该系统配置有无极绳绞车、张紧装置 、梭车、尾轮、压绳轮装置和地辊装置等，该绞车需要利用轨道系统，可实现不经转载的直达运输，适用于坡度起伏变化多、运输距离长的轨道运输，其爬坡能力可达 15 度。具有结构紧凑，运行平稳，无冲击噪音等优点，可实现慢速和快速的合理穿插使用，从而大大提高了运输效率和安全系数。 具有张力自动控制功能的大型拖曳绞车目前广泛的应用在海洋拖曳领域。该绞车可进行长距离拖曳作业，并且在工作过程中它的卷筒能够实现对缆绳张力的自动控制。在进行拖曳的过程中，可首先根据负载的大小来设置缆绳的张力，当拖曳绞车与负载之间的缆绳张力因为突发因素 发生变化时，绞车会根据张力变化的情况自动进行收缆或放缆，来维持缆绳张力的恒定，从而确保所拖曳的负载安全。该绞车系统对张力的 毕业设计说明书（论文） 3 测量精度以及绞车对负载变化的响应速度都具有较高的要求。 远程遥感限压回路 (用于实现对绞车的恒张力控制。对于恒张力绞车，在收放缆过程中。如果缆绳的张力出现变化超过了设定的恒定张力。这时候系统的压力会达到远程遥感限压回路的设定点。 控制变量液压泵减小排量直到系统压力恢复到设定值。如果此时缆绳张力还在上升。 控制液压绞车进行放缆。来维持缆绳上的张力保持在设定值。 由德国科学家提出的静液压传动二次调节技术。在节能方面的作用尤为突出。特别是在高能耗的重载荷拖曳绞车、造船、采矿等领域。目前该项技术已经在国外成功的应用。该项技术基于能量回收的原理，将能源机构 变量马达、执行机构 变量泵连接在一个恒压网络中，。这个网络由蓄能器和恒压变量泵组成。蓄能器在该系统中作为蓄能元件一方面回收系统的惯性及重力势能。另一方面重新利用回收的能量。当系统压力出现波动，蓄能器能够较为迅速的稳定压力。由于该网络没有节流损失。所以效率较高，对于解决节能的问题有重要的意义。 压 传动技术 液压技术是 关于 液体流动和液体压力规律的 研究 。 现如今，随着工业的迅速发展，液压技术也得到了空前绝后的快速发展，涉及的领域几乎包涵了各个工业生产部门。特别是在机床行业中，液压传动可以实现无级调速，并在往复运动中实现频繁换向，所以其应用在不断扩大和改进。 液压传动相比于机械传动有着机械传动无法比拟的优势，它是靠着液体传递动力，轻而易举的可实现非常大的力和力矩，并且传动的功率大，可无级调速，并且可使执行机构运动更加平稳，操作还简单。对操作者的要求不高，结构形式简单维护保养方便，元件使用寿命长等等的优点。 压技术的特点 与其它传动控制方式相比较，液压传动与控制技术的特点如下。 （ 1）优点 1）、单位功率的重量轻。 毕业设计说明书（论文） 4 2）、布局灵活方便。 3）、调速范围大。 4）、工作平稳、快速性好。 5）、易于操纵控制 。 并实现过载保护。 6）、易于自动化和机电一体化。 7）、易于操纵控制 。 并实现过载保护。 8）、液压系统设计、制造和使用维护方便。 （ 2）缺点 1）、不能保证定比传动。 2）、传动效率低。 3）、工作稳定性易受温度影响。 4）、造价较高。 5）、故障诊断困难。 车的分类与构成 按绞车驱动方式分类， 绞车可以分为机械式驱动绞车、电机驱动绞车、气动绞车和液压绞车等几大类。 机械式驱动绞车通过液力耦合器 。 可以在堵转工况下产生最大扭矩。但是驱动部件间的固定几何位置关系决定着系统的设计布局 。 其传动系体积尺寸大 。 安装布局复杂 。 原动机位置是不可变的 。 经常需要精密加工的平面和精密的部件定位。另外机械式驱动绞车在有负载的情况下难以取得平稳的反转。 电控绞车常采用定速电机驱动 。 不仅能够实现双向旋转还可以有多种速度的控制模式 。 但是常规的电控绞车不能够实现低速起动和无级变速。该问题可以采用可控硅整流和交流变频调速的方案得 以解决。由于可控硅整流的调速方式在实现无级变速的 毕业设计说明书（论文） 5 同时会带来系统发热量过大的问题 。 所以需要额外配置冷却系统 。 否则绞车不能在堵转的情况下长时间工作。目前电控绞车普遍采用交流变频调速的方案 。 该方案能够实现绞车的低速起动和无级变速 。 并且避免了系统过热的问题 。 调速较为平稳。 气动绞车主要由控制阀、气马达、齿轮箱、卷筒及刹车系统等组成。其中气动马达作为绞车的驱动机构 。 通过改变马达进气口 。 可改变绞车的旋转方向 。 改变气流量和进气压力 。 可改变绞车旋转速度和输出扭矩。气动绞车突出的特点为安全性能高 。多用于油田和矿井等对绞车安 全性要求苛刻的作业场合。对于电控绞车而言，在雨季常常面会临着漏电的风险 。 威胁到操作人员的生命安全 。 所以在雨季或潮湿的作业场合采用气动绞车代替电控绞车对于提高安全性有很重要的意义。 液压绞车目前应用最为广泛 。 它由液压马达通过减速器来驱动。与气动绞车原理相似，通过改变液压马达的进油口 。 可改变绞车的旋转方向 。 改变液压油的压力和流量即可改变绞车的输出扭矩和转速。所以对绞车的旋转方向、输出扭矩以及转速的控制，实质上是对液压马达的控制。按照控制形式的不同 。 液压绞车可分为泵控液压绞车和阀控液压绞车两种类型。 泵控液压 绞车采用变量泵形式，通过控制变量泵的排量来实现对绞车的速度调节。由于泵控系统只有很小的节流损失，所以具有节能的优点。同时，泵控系统有如下的缺点：泵加工困难、价格昂贵、液压部件占用空间较大。在泵控系统中，执行机构可选择低速大扭矩马达及轴向柱塞马达两种形式。若采用轴向柱塞马达，需要在马达的输出轴连接减速器来驱动绞车的储缆筒，而低速大扭矩马达则可以直接与绞车的储缆筒相连。 阀控液压绞车通常选用定量泵作为能源机构，在液压马达的进油口或回油口串接流量控制阀，通过调节流量控制阀的阀芯位置来控制流入马达的液压油流量，从 而达到调节绞车速度的目的。阀控调速相对于泵控调速具有价格低、控制方便的优点。但是由于阀控系统的节流损失大使得系统的能量损耗较高。 车的构成 绞车主要由驱动部件、工作部件和辅助部件等组成。 毕业设计说明书（论文） 6 1. 驱动部件：驱动绞车进行收放缆绳，包含能源机构及执行机构。绞车驱动方式较为丰富，包括电动机、柴油机、液压马达和气动马达等等。 2. 工作部件：在执行元件的驱动下，绞车可通过牵引卷筒的旋转来完成对负载的提升和下放控制。工作部件还包括排缆及储缆装置，实现对缆绳的整齐排列。 3. 辅助部件：是绞车在 进行拖曳过程中的辅助装置，包括拖曳滑轮组、导缆器、张力测量元件、速度反馈元件等。 文研究内容 和目的 究的 主要内容 本文研究的 主要任务是变节距排缆拖曳绞车电液控制设计。首先 对液压系统的结构特点进行分析 。 根据本课题研究绞车的工作环境 。 首先选择切合实际的驱动方案。再从高效性、安全性、可靠性的角度进行系统的细节构建工作 。 选择合理的调速方案及回路 。 最后构建绞车整体的液压系统。 究 设计 的 目的与要求 1设计的目的 液压毕业设计是一门综合实践教学的课程，其教学要求达到以下目标： 过学习和查阅相关书籍和资料，达到熟练设计液压系统，并了解相关的计算步骤，培养我们设计液压系统的能力； 确定准确、合理的执行机构，选择标准的液压元件；要熟练掌握基本的液压回路，并结合起来满足液压系统的基本性能要求； 悉并使用相关国家标准和部长级标准、设计说明书等技术资料及产品样品。提高学习的设计计算能力以及绘图制图的能力，利用计算作为辅助技术进行设计，提高基本的技能水平 。 2. 设计的要求 毕业设计说明书（论文） 7 计必须从实际出发 。必须考虑设备的可实用性的问题，还有经济成本必须考虑。再者就是设备的 操控和保养维护一定方便简易。还有一点是考虑设备产品的安全性。在设计计算时，应考虑选用一些性能优质、成本较低的元件，最好是通用件，这样不仅保证了设备产品的质量还方便了日后的维修。 立完成设计。收集和参考类似的机械设计，但一定要了解，消化后的参考。 毕业设计的过程中，要形成在任何时间工作原理、液压元件的基本电路和典型系统，积极思考。 毕业设计说明书（论文） 8 第 2 章 液 压绞车总体方案设计 液压绞车的主要任务是提升和下放重物。同时在作业过程中要能够调节和控制速度。为了实现这个目的。在整个系统中 必须设置液压驱动系统、绞车调速系统及电气控制系统。本课题研究的变节距排缆减张力液压绞车采用液压驱动形式。主要由减张力装置、储缆绞车、排缆机构和液压系统等组成。 驱动系统由交流电机和液压泵等构成。作为绞车的能源机构向驱动减张力机构及储缆绞车的液压马达提供高压液压油。其中减张力机构作为拖曳主动力。以给定速度对负载完成收放。储缆绞车主要完成对缆绳的可靠储存。同时要能够跟减张力机构的运动保持同步。 调速系统作为绞车的核心部分起到调节收放缆速度的作用。主要由作为执行机构的液压马达及控制调速回路流量的比例方向阀等组成 。整个系统的配置都是围绕着调速系统来进行的。 绞车电气控制系统主要由上位机及下位 成。上位机主要完成整个系统的人机通讯，主要包括控制参数的给定、系统状态参数的显示、报警等功能。下位 主要完成数据处理、绞车运动控制等功能。 绞车液压系统的设计 路方式的选择 液压系统回路方式分为两种。一种是开式液压回路，该系统通过沉淀、过滤和冷却后直接进入液压回路，直接将机油排放元件直接回油箱。该回路系统压力损失大，噪音大，但由于润滑油返回油箱，所以系统的油液清洁和润滑温度低，延长了液 压元件的使用寿命。二是闭式液压回路。即在系统中的执行元件是不是将油回油槽。并直接进入泵入口。 闭式回路最大的特点就是压力损失小，油箱体积小，系统运行相对平稳安静 。但油污染特别严重并且油温度高。 闭式回路一般在工程机械、起重机械等功率大的设备中。像 液压绞车 属于小型 机械 设备。用开式回路更加适合，并且维护保养都很方便，操作简单。 毕业设计说明书（论文） 9 本课题的 设计属于拖拽 型液压绞车为适用间歇性工况设计，并且对系统散热性能要求较高，所以液压绞车收放缆系统及储缆绞车液压系统采用开式回路更合适。驱动方案采用两台交流电机每台电机分别驱动大小排量的 两台液压泵的方案。液压泵并联放置，经合流后向减张力机构（即绞盘）和储缆筒马达供油。系统中两台电机互为备份，在运行过程中若其中一台电机出现故障，系统则可以在只起动单台电机的情况下做低速运行，提高了系统运行的可靠性。 路方式的选择 本课题绞车系统应用进油节流调速方式。采用定量泵供油，依靠流量控制阀调节液压马达的转速。图 示液压绞车调速回路的原理图： 1 液压马达 2 多路比例换向阀 3 定差减压阀 4 负载感应梭阀 5 减压阀 6 安全阀 7 压力平衡器 图 液压绞 车调速回路原理图 如果系统仅仅通过多路比例阀的节流口来调节流量。则由于压差的变动会影响液压马达的转速不能保持恒定。通过在节流阀口串接了一个定差减压阀，使油液先经减压阀产生一次压降。利用减压阀阀芯的自动调节作用，使节流阀前后压差保持不变。 毕业设计说明书（论文） 10 动回路的选择 由图 多路阀处于中位机能时，由于平衡阀 6 的远控口压力很低，不足以打开平衡阀，而自控口开启压力高于负载产生的最高压力，因此中位机能时马达处于制动状态。其原理图如 示： 图 液压马达制动回路原理图 载平衡回路 的选择 若没有负载平衡回路，在绞车放缆过程中。由于负载重力作用的影响，会使减张力机构及储缆绞车的液压马达处于泵空状态而加速旋转 图 2.3(a)的减张力机构液压回路中。设置了平衡阀 1。其远程控制口与马达的进油口相连。当绞车处于收揽状态。马达的 为进油口。此时高压油可通过平衡阀中的单向阀流向马达。当绞车处于放缆状态。马达的 进油口， 回油口，单向阀被封闭。液压油通过顺序阀回油箱。顺序阀通过提供一定的背压来平衡负载。背压的大小即为负载所产生的压力。顺序阀的远程控制口与马达进油口相连， 远控口压力与顺序阀的回油背压具有一定的比例关系，通常可取 1： 20。这就使得在放缆过程中马达的进油口压力可以在较低的的情况下与负载相匹配。 毕业设计说明书（论文） 11 图 负载平衡回路原理图 定绞车液压系统原理图 如图 示，经过分析考虑拟定的液压绞车液压原理图，左侧马达回路为拖拽张紧机构的驱动马达。储缆绞车的驱动马达。该液压系统设置了马达制动回路及先进的负载平衡回路： 1、 2 制动器 3、 4 液压马达 5、 7 减压阀 6 平衡阀 9 电磁换向阀 8、 10 溢 毕业设计说明书（论文） 12 流阀 12、 11 梭阀 13、 14 比例换向阀 15、 16 定差减压阀 17、 18 负载感应梭阀 19 减压阀 20 安全阀 21 压力平衡器 22 单向节流阀 图 车液压系统原理图 压绞车电器控制系统设计 电器控制系统主要完成对绞车起动、停止、绞车运行速度的控制。绞车运行过程中的数据采集。绞车故障报警等功能。电器控制系统中。 为系统的主控制器主要完成以下功能： （ 1）数据采集 主要由压力传感器、接近开关和 A/D 转换单元来完成。分别采集减张力机构、储缆绞车液压系统回路的压力、缆绳的 张力及速度。作为上位机的显示参数和工况监视。 （ 2）绞车速度的控制 该功能主要由旋转编码器。高速计数器、 D/A 转换单元来实现。应用光电编码器作为绞车转速的检测元件。在工作过程中，由 高速计数器来采集光电转编码器在一个采样周期所输出的脉冲数。作为绞车速度的反馈值。 D/A 转换单元实现将上位机给定的转速值转换为与编码器在单个采样周期输出的脉冲数具有同等纲量的数值。速度的误差即由给定值和反馈值相减得到。计算产生的控制量经 D/A 转换后。输入到功率放大器来控制比例方向阀的流量。以达到调节绞车速度的目的。 （ 3）绞车变节距自动排缆 该功能由旋转编码器、高速计数器、 换、 换单元及接近开关来实现。缆绳直径由上位机给定，储缆筒转速由高速计数器采集旋转编码器一个采样周期的脉冲数来测定， 据缆绳直径和储缆筒转速产生控制量并输入功率放大器从而驱动排缆比例电机以一定的转速转动来完成排缆的功能。 上位机主要完成对绞车工作模式的设定、绞车系统运行状况的实时显示、故障报警等。绞车运行之前在上位机首先设置绞车的工作模式（收缆或者放缆），然后设置收放缆速度，缆绳直径等参数，控制程序就可以在上位机中将这些参数转化成下 位机 毕业设计说明书（论文） 13 工作需要的指令，并传送给下位 而能使绞车以给定的转速收放缆绳，排缆机构也能够根据上位机给定的缆绳直径使缆绳整齐、密实地缠绕在储缆筒上。下图 图 车电器控制原理图 压 绞车比例 控制电路的分析 对液压系统 比例 控制电路进行设计 。 首先要对整个液压系统进行分析 。 确定系统所需要的各种电路的类型 。 再根据各电路的具体作用 。 分别对其进行具体分析和设计 。并做必要的优化 。 最后将已确定的各部分电路整合起来 。 得出最终的液压系统 比例 控制电路 。 压系统 比例 控 制电路的分析 液压 比例 系统中控制 元 件是液压 比例 阀，需要将液压 比例 阀的两个线圈分别接入两个电路：一端接 比例 阀的输入放大电路，直接对 比例 阀进行控制，另一端接 比例 阀的激励电路。液压 比例 系统是闭环控制系统，需要设计它的负反馈电路。此外，位置阀作为系统的反馈 元 件，还需要设计其激励电路。对各部分电路进行具体设计，首先对采用的一些基本电路和组件进行分析。 毕业设计说明书（论文） 14 例运算放大电路 比例运算就是输出信号与输入信号成比例关系，可作为信号的放大电路，是运算放大器最常用的一种电路。按输入信号加在运放的不同输入端分类，可分为反 相比例电路和同相比例电路。 反相比例电路 图 相比例运算电路 输入信号从运算放大器的反相输入端输入 。 如图 示。利用集成运放的 “ 虚段 ” 和 “ 虚段 ” 可求出输出为电阻 R 上的电流为零，所以 0 这里反相输入端没有接地 。 但它的电位近似看作零 。 称为 “ 虚地 ” 。这样电阻 因此 O 即 1 （式 2 毕业设计说明书（论文） 15 因为是深度电压并联负反馈 。 故死循环输入电阻和输出电阻为 1 对于实际的运放电路 。 要求两个输入端电路对称一致 。 因此，电阻 R 是平衡电阻 。 用来保证静态时运放两个输入端对地的电阻相等，所以要求 1 / R（式 2错误 !未找到引用源。 同相比例电路 图 相比例运算电路 如图 示为同相比例电路 为 1u u1 所以 1(1 ) （式 2 可见，同相比例电路的放大倍数总是大于 1。 且输出与输入同相。另外，因为是 毕业设计说明书（论文） 16 深度 串联负反馈 。 故 0 同样要求运放的两个输入端对地的直流电阻相等，因此要求满足 1 / R法运算电路 图 2.8(a) 反相加法器 图 2.8(b) 同相加法器 毕业设计说明书（论文） 17 如图 2-8(a)所示的电路是反相加法电路 -8(b)所示电路为同相加法电路 。 几个输入 信号 。 都通过电阻加在运放的同一输入端。由于同相加法电路 。 也有共模信号输入 。 因此常用反相加法器。这里，我们仅讨论反相加法电路。 对于如图 2-8(a)所示的反相加法器 。 根据 “ 虚地 ” 特性 。 流入节点 N 的电流等于流出节点 N 的电流，即 3121 2 3 R R 整理后，得 1 2 31 2 3()f f I Ru u u R （式 2 输出与输入是比例求和关系。 若 错误 !未找到引用源。 ，则 1 2 3()O I I Iu u u u 电阻 R也是平衡电阻，应满足 1 2 3 / / / / / / R R R（式 2 波相敏整流放大器 片集成电路 。 是一种全波相敏整流放大器。它是以晶体管作为开关组件的全波相敏解调器 。 能同时完成产生方波电压 。 把输入交流信号经全波整流后 。 变为直流信号 。 以及鉴别输入信号相位等功能。使用该器件 。 可以巧妙的代替变压器、斩波器和放大器 。 使相敏解调器实现全集成电路化 。 从而显示了重量轻，体积小，可靠 性高，调整方便 。 零位误差小等优点。该器件可广泛的应用于自动控制系统 。 模拟系统，热工测量仪器中。根据用户需要 。 也可以作单相调制器、双相调制器等。 封装形式和外引线的功能如下： 毕业设计说明书（论文） 18 采用 14 线和 双列陶瓷外表封装 （顶视图）： 图 装图 表 各引脚的功能： 功能 信号 输入 参考 输入 电源 调零 补偿 地 滤波 输出 V+ 5 2 3 13 8 6 7 11 12 4 14 9 10 3 3 14 1 11 6 4 5 9 10 2 12 7 8 波电路 整流电路的输出是单向脉动电压 。 其中含有直流和交流分量。因此，在整流电路之后 。 必须加接滤波电路 。 尽量减少输出电压中的交流分量 。 使之接近于理想的直流电压。滤波电路一般有电抗组件组成。常用的结构如图 示 毕业设计说明书（论文） 19 (a) (b) (c) 图 波电路的基本结构 由于电抗组件在电路中有储能作用 。 与负载并联的电容器 C 在电源供给的电压升高时 。 能 将部分能量存储起来 。 而当电源电压降低时 。 又能将能量释放出来 。 是负载电压比较平滑 。 因此电容具有滤波作用 。 与负载串联的电感 L。 当电源供给的电流增大时 。 它将能量存储起来 。 而当电源供给电流减小时 。 又能将能量释放出来 。 使负载电流比较平滑 。 因此电感 L 也具有滤波作用 13。 如图 c)为常用的 滤波电路 。 图中 很小一部分降落在 R 上 。 其余部分加到了负载上 。 而电压中的交流脉动大部分 。 被滤波电容 只有很小的一部分加到了负载上。此电路滤波效果好 。 但电阻上要消耗功率 。 所以只适 用于负载电流较小的场合 14。 率放大电路 在实际的电路应用中 又需要足够的电流 。 才能使其正常工作 。 这就需要在电路的输出级 。 加上功率放大电路 。 来提供必要的功率。 放大电路按三极管 。 在一个信号周期内导通时间的不同 。 可分为甲类、乙类、甲 毕业设计说明书（论文） 20 乙类以及丙类： （ 1） 在整个输入信号周期内，管子都有电流流通的，称为甲类放大。 （ 2） 在一个周期内，管子只有半个周期有电流流通的，称为乙类放大。 （ 3） 若一个周期内有半个多周期内有电流流通，则称为甲乙类放大。 （ 4） 若一个周期内有小于半个 多周期内有电流流通，则称为丙类放大。 图 类功率放大器 图 示的甲类放大的波形失真小 故管耗大，放大电路效率低 。 所以它主要用于小功率放大电路中。 图 类功率放大器 图 示的乙类互补推挽功率放大电路 和负载本身的直流功耗 。 但是在输入电压 0 . 7 0 . 7IV u V 错误 !未找到引用源。 毕业设计说明书（论文） 21 时 。 没有一个三极管导通 。 负载上的电压为零 。 造成输出波形的交越失真。 为了消除交越失真 。 可分别给 两个晶体管的发射结加很小的正偏压 。 是两管在静态时均处于微导通状态 。 两管轮流导通时 。 交替得比较平滑 。 从而减小了交越失真。这就是甲乙类功率放大电路。 图 路 图 示的是 乙类功率放大电路。其中， 推动级 集电极电路中接有两个二极管 利用 电极电流在 正向压降给两个功放管供基极偏置 。 从而克服交越失真。 毕业设计说明书（论文） 22 第 3 章 减张力机构的设计 目前我国生产和使用的绞车大都是直接通过储缆筒的旋转来进行收放缆的。这在负载较小的情况下能够满 足生产要求。但是随着绞车所使用的缆绳向长度越来越长、承受张力越来越大的方向发展。在收放缆过程中缆绳被破坏的危险性也随之增长。由于电缆或缆绳是螺旋式的绕在每一层上。相邻两层的旋向必然相反因而电缆是互相交叉地接触着。造成缆绳股间很大的挤压应力。会加速缆绳的磨损、破坏。当绞车在进行收缆过程中。缆绳上的张力会作用在自身上。由于在排缆过程中缆绳达到储缆筒两端进行换向时的曲率半径非常小。如果这时缆绳上的张力很大则缆绳极易被损坏。为了解决这些问题。国内外进行了很多的试验以保护缆绳。目前在国外较为可行的一种方案是将牵引机构 与储缆绞车分离，但是这项技术在国内的相关研究还很少。因此开发出一种减张力装置。对于解决国内绞车缆绳磨损、断裂等问题有着重要的理论意义和推广价值。 作原理分析 减张力机构的原理是将牵引机构与储缆机构分离，示意图如 下图 所示 ： 图 3作原理示意图 缆绳首先由导缆装置进入减张力机构。缆绳和主动摩擦轮之间的摩擦力可以吸收掉缆绳上大部分的张力。并且使缆绳缠绕到储缆筒上时的张力值保持在一个较小的范围内。一方面保护了缆绳。另一方面提高了排缆机构运动的准确性。 减张力机构作为在缆绳收放过程中的主要驱动装 置。能够对缆绳的张力进行释放。最常见的结构形式为采用一个带环槽的卷筒和一个不带槽的
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