工装机械设计范文

工装机械设计篇1

关键词：重型机械产品；工艺设计；技术

重型机械产品由于具有尺寸大、重量大等特点，装配时不可能任意移动，都采用固定式装配，因此在进行装配工艺设计时就要考虑其特殊性。一个产品的装配过程是由零部件逐步组合的过程，这个过程应该是分层次、分单元进行的，尤其是复杂的机械产品。在每个装配单元中，为了保证产品的质量与要求，其组合过程既有装配工艺的顺序位置要求，还有严格的工艺技术要求。实际工作中，我们是先按装配结构及装配要求将产品进行逐层分解为能够进行独立装配的构件，直到不能分解为止；然后再按自底向上，由内向外的顺序，结合工艺技术要求进行组装成整机。

1.重型机械产品装配工艺的设计过程

现行的重型机械产品在进行具体的装配工艺规划的设计时，首先阅读设计部门提供的图纸、明细及相关的资料，了解所需装配产品的结构及动作原理；确定整个产品装配后的外形尺寸及重量与工艺路线划分指定的装配场地及起吊能力的要求是否一致；接着查阅工艺设计手册或结合相关工艺基本知识，根据产品的功能及结构将整个产品需装配的零件进行部件、组件的划分；然后进行各零、部件的总装，最后进行试运转工作。在以上每一步的装配过程中都有它自已的基准零件，它不仅有着联接有关零件、部件的作用，同时用于保证零件与零件、零件与部件、部件与部件以及整台机器的相对位置精度，因此每一步基准件的找正是非常重要的，它是整个产品最终质量的保证。另外，由于零件本身有一定的公差范围、装配过程中也会存在有一定的误差、设计可能考虑不周等等因素，因此装配过程经常都需要进行修配及调整。产品设备的装配精度的高低很大程度也是依靠这一环节，而热模锻产品在这一环节上尤其突出。

根据以上过程，形成装配工艺文档下发到相应的装配车间，装配工人就依据装配工艺规程的内容依次进行。而在编制装配工艺文件时多以文字性描述为主，这样就使得装配工艺设计较粗放，许多细节描述不清，实际进行产品装配时需要工艺服务人员到现场进行指导。装配工艺设计过程中，由于没有典型工艺库和知识库的支撑，使工艺专家总结出的优秀经验得不到继承，技术准备时间长，还导致某些错误重复出现；另外，没有整体概念，装配工艺文件以文字描述为主就造成实际操作中大部分装配工作都是串行进行，装配作业过程缓慢，生产周期较长。

由上所述可知，重型机械装配工艺设计主要存在以下的问题和难点：1)效率低，成本高，进行装配工艺设计时，设计人员需要具有丰富的生产实践经验，且需要阅读大量的图纸、工艺规程和生产纲领等，工艺编制的效率难以提高，无法缩短产品开发周期，降低产品成本。2)装配工艺设计的信息不精确性传统的重型机械装配工艺设计的几何信息和装配信息的主要来源是图纸。图纸是设计人员绘制的，其信息的掌握依赖于工艺设计人员对图纸的理解，因而存在信息理解的歧义性和不完整性。

3)装配工艺设计质量难以保证传统装配工艺设计主要是工艺人员完成的，由于受到个人经历和知识的限制，在同样生产条件下，可能会编制出不同的装配工艺，因而装配工艺设计具有很大的主观性，不确定性和经验性，导致装配工艺设计质量难以保证。

2.重型机械产品装配工艺设计方法及关键技术

2.1重型机械产品装配工艺设计方法

1)对生产制造的产品及工艺专家的先进经验进行分类整理，在此基础上建立实例库和工艺知识库。2)划分装配单元，将产品划分为部件装配、组件装配和总装等装配单元是制定装配工艺规程。3)在每个装配工序中进行添加虚拟件的操作，把各零部件(包括虚拟件)、工艺资源等拉人相应的工序内容中。4)利用网络计划技术，将各装配工序通过箭头连接形成装配网络图，实现成本、时间、资源等的控控制。5)形成装配工艺文件，并进行相应的审签流程。6)装配工艺设计完成后，可把相应工艺文件提升为典型工艺，进入典型产品装配工艺知识库存储备用。

2.2重型机械装配工艺设计中的关键技术

1)分层次进行装配工艺规划：重型装备的产品的结构都有大型复杂的特点，一个产品涉及的零件数量及种类多达上千上万个，因此在装配工艺设计时就必须对每个产品进行具体的剖析、按其功能结构或组织结构进行分层规划，为实际的操作人员和生产管理部门提供指导。

2)BOM的变换：建立新产品的新工艺或者从工艺库选择好与新产品相似的参照产品的工艺后，由于设计时的功能结构与制造时的工艺结构存在差异，出现虚拟件或结构调整而导致零件归属位置的变化，在编制装配工艺时需要进行设计明细与制造明细的变换，而由此产生的制造明细则可以为生产制造部门提供相应的制造信息。

3)装配网络计划图：重型机械产品普遍具有尺寸大、结构复杂的特点，在进行装配时必须对产品的结构及装配顺序分析清楚，另外，生产部门现在都是根据工艺再结合经验编制生产计划和进行调度，时间节点掌握的非常粗糙，造成产品装配时所需零部件不能及时进装。针对重型机械装配的实际情况，需要有一种工具来直观地描述装配各工序之间的相互联系及相关时间点，从而反映整个产品装配的全貌，并在规定条件下，能够全面筹划、统一安排。

4)工序设计：现有工序内容为操作人员和生产管理人员提供的相关信息不是很清晰，造成实际操作具有一定难度。因此在进行工序设计时，应具体描述该工序所关联的零部件及进装顺序的信息，还应包含有该阶段的开工时间、完工时间以及装配基准、定位要求、装配工艺参数、工装要求等装配质量要求。

5)装配工艺库的管理：及时总结积累形成工艺库会使今后的工作少走许多弯路，提高工作的效率和质量。在形成工艺库的过程中，每个产品的装配工艺编号应进行唯一标识，以支持装配工艺的借用，同时通过知识挖掘和积累，形成系列产品的工艺知识术语和条目，可在整个装配工艺过程中方便地调用。

3.结束语

工装机械设计篇2

关键词：机械工程 测试装置 设计 创新

目前常见的机械工程测试装置仅仅能够对机构系统或是加载液压系统等单一系统进行测试和分析，还很难对多个系统的参数进行综合性、系统性的测量和分析，因此在实际应用中的效果和价值难以令人满意。创新机械工程测试装置的设计，目的在于将多领域多学科知识进行综合性、系统化的实践运用，使各领域知识之间产生更为深刻而紧密的联系，并更好的服务于实际应用。本文中的机械工程测试装置，创新性的集合了机构系统、液压系统等多个系统，能够对多种参数实现高效的测试与准确的分析，在获得数据变化情况的同时获得分布曲线，以供论证和分析。

1、机械工程测试装置的创新设计

1.1总体结构的创新设计

文中所引的机械工程测试装置设计原理为：在启动变速电机开关后，变速电机立刻开始转动进入正常运行状态，该变速电机可调速范围在120转/分到1200转/分之间，可借助变速电机调速控制按钮对变速电机进行调速控制，通过光电转速传感器实时测量变速电机的转速，由数据输出接口将采集到的数据传送到计算机进行数据存储、处理、评定以及描述；按下急停开关后系统退出工作状态，以确保工作人员安全；电动机带动机构变速箱和轴承变速箱，机构变速箱为二级变速，由直齿和圆锥齿组成，借助皮带带动机构摇杆转动，手柄右倾时是空挡，左倾时机构摇杆转速保持电机转速的1/12，调节电机转速可间接控制机构摇杆转速在0-600转/分之间，轴承变速箱为三级变速，借助联轴器连接轴承箱，手柄右倾时是空挡，处于中间时轴承与电机保持相同转速，左倾时轴承转速保持电机转速的1/6，调节电机转速可间接控制机构摇杆转速在0-1200转/分之间；轴承施压加载依靠可视液压回路系统实现，加载压力显示由加载压力表实现，按下液压泵电机开关后，从液压箱油箱中吸油，通过调节先导溢流阀来控制系统压力，或借助远程调压来调整系统压力，由调压阀压力表显示调压阀压力，对电磁铁2DT开关通电后可借助远程调压阀控制系统压力，对电磁铁1DT开关通电后可保持卸荷状态。

整套机械工程测试装置既可以进行综合性测试，也可以单独测量，或是相互测量。单独对机构系统测量时将滑动轴承变速箱保持空挡，使液压泵电机开关断开，并使机构变速箱手柄左倾即可实现；单独对液压系统测量时将液压泵电机开关闭合，并断开变速电机开关即可；如果需要同时对液压系统和动压滑动轴承测量，只需闭合变速电机开关和液压泵电机开关，使机构变速箱保持空挡，并调整轴承变速箱手柄即可实现；如果需要同时对机构系统和液压系统测量，只需闭合变速电机开关和液压泵电机开关，使动压滑动轴承变速箱保持空挡即可；如果需要同时对液压系统、机构系统以及动压滑动轴承测量，只需闭合变速电机开关和液压泵电机开关，轴承变速箱和机构变速箱不处于空挡即可实现。

①轴承箱；②轴承变速箱；③机构变速箱；④机构；⑤信号输出接口；⑥变速电机开关；⑦液压泵电机开关；⑧变速电机调速控制按扭；⑨急停开关；⑩变速电机；以下按次序为液压箱、液压泵电机、可视液压回路、电磁铁2DT开关、电磁铁 IDT开关、调压阀、先导溢流阀、加载压力表、调压阀压力表。

1.2 机构系统的创新设计

机构系统设计的目的在于对机构运动学进行深层次的解读，本文引用的机械工程测试装置中的机构系统选择的是可组可卸式。以四杆机构向六杆机构的转化为例，原四杆机构的结构组成较为简单，其中连杆的输出轨迹构成轨迹曲线，最终组成新的六杆机构，分析六杆机构的输出轨迹可以得知六杆机构输出构建上点的轨迹与对应的原四杆机构连杆上点的轨迹相同，是通过曲线移动来实现四杆机构向六杆机构转化的。在这一过程中，机构连杆的位移、角速度等参数可以借助传感器进行测量。

1.3 液压系统的创新设计

文中所用的机械工程测试装置中的液压系统设计为：液压系统与轴承箱连接，通过先导溢流阀对液压系统压力进行调节，由动压滑动轴承为液压系统提供所需强度的压力，旋转动压滑动轴承即可使压力弹簧发生一定程度的形变，从而产生适合的压力。与此同时，先导溢流阀与远程调压阀借助遥控口实现连接，可以借助远程调压阀对液压系统压力进行远程调控，使压力保持在合适的压力范围内。如果将先导溢流阀压力加到最大，对电磁铁1DT开关通电，连接远程调压阀与先导溢流阀，即可通过调节手柄来控制液压系统压力；如果断开电磁铁1DT开关，对电磁铁2DT开关通电，那么液压系统将处于卸荷状态，压力近乎为零。另外，为了对有关参数进行准确实施的采集和监测，在该液压系统的设计中对先导溢流阀出口处设有红外测温仪以及流量传感器，而且轴承系统的载荷根据液压系统压力进行调整。

1.4 动压滑动轴承的创新设计

整个机械工程测试装置共配备有若干个传感器对外载荷、油膜压力等实验数据进行监测和采集工作，直接将计算机系统连接到实验台测试控制系统上，从而进行数据汇总、处理、显示等操作。动压滑动轴承的设计，将轴承空套在主轴上，轴中间横剖面均匀分布测压孔，每个测压孔分别与压力传感器连接，油液温度数据选用红外测温仪监测采集，摩擦力数据选用摩擦力传感器监测采集，由液压系统对轴承加载压力进行调控，轴承载荷随液压油压力提高而增加，通过外载荷传感器对轴承加载压力进行测量和显示，因而十分稳定和方便。利用接口技术将压力传感器与计算机系统连接，利用计算机软件对采集到的压力数据进行处理后可得到压力分布曲线，从而计算出动压滑动轴承的压力分布情况和平均压强。

2、机械工程测试装置的功能分析

从上文介绍可知，该机械工程测试装置可以对机构、液压等系统进行单独测量或相互测量，或是进行多系统的综合测量，是一个综合性很强的测试平台，能够对各系统参数进行实时测量和准确分析，功能十分强大。为了更好的保证该机械工程测试装置的测量精确性，需要避免装置工作状态下的振动和噪声。因此，在该机械工程测试装置设计时，对工作台和传动装置等部位设有专门监测振动和噪声的传感器，借助传感器对振动与声波的测量来准确的掌握振动、噪声情况，从而对其进行有效控制。在压力传感器等其他传感器的配合下，该装置能够对压力、摩擦力、流量、位移、转速、温度等测试内容进行实施准确的测量，为测试系统的数据分析提供信息，能够满足测试人员对参数数据的需求。

3、结语

综上所述，本文借助传感器、虚拟平台、机构、测试等多方面技术和理论知识，创新性的设计了一个综合性的机械工程测试装置，与以往的测试装置相比可以对多个系统的参数进行测量和分析，很好的体现了现代测试技术的智能性、信息化和经济性特征，满足了测试仪器与系统测量分析工作融为一体的需求。

参考文献：

[1]封士彩.测试技术实验教程[M].北京：北京大学出版社，2008.

[2]江正风.测试技术基础[M].北京：北京大学出版社，2007.

工装机械设计篇3

【关键词】技术性能；外观质量

煤矿机械制造中的工装设计在机械制造过程中，合理地设计和管理工艺装备，对满足加工零件的设计要求，保证产品质量，提高生产效率，降低生产成本及减轻工人和设计人员的劳动强度起着重大的作用，因此，工装的设计和管理在机械制造行业中是一个不可缺少的重要环节。

目前我国生产的煤矿机械产品中，有不少是技术性能尚且可以，但是对外观质量重视不够。

例如，表面涂漆不均，颜色以灰黑为主；厂标指示牌以及标准件等歪斜不正、大小不一；飞边毛刺不除，矿工都不敢用手摸等。

操作人员围着机器转着操作，其疲劳程度可想而知；操纵手柄的方向和机器运动方向不一致甚至相反，操作者思想紧张极容易酿成事故；有的机器尺寸和比例不适合我国的人体尺度要求，过高或者过矮而导致抬腿弯腰操作；工装设计主要是是用于在机械加工中对工件进行夹持或定位，以达到一定工艺要求的特制的装备或工具。工装夹具的设计原则：用夹具固定产品及工具。以固定用台钳及夹持具等来固定产品及工具，以解放人手从而进行双手作业。

使用专用工具。生产线中所用工装应最适合该产品及人工操作的专用工具以提高生产效率。合并二种工装为一种。减少工具的更换麻烦，以减少转拉的工时消耗，提高工作效率。生活中我们常见的红、蓝两用毛及带有橡皮的铅笔。提高工具设计便利性减少疲劳。工具手柄方便抓握，作业工具与人体动作相协调，工装夹具的操作应以IE的方法进行评估。

机械操作动作相对安定并且操作流程化。

由于其操作位置应相近集中，并且在设计中，让机械尽量减少或脱离人的监控和辅助，开关位置与下工序兼顾，工件自动脱落，能够自检的自动化、安全第一、容易进行作业准备。由于现行的工装设计是按产品分类存档的，无具体的工装特征。因此，在进行新工装设计时，要查找同类型的工装图十分不便。工装设计人员又多为单独完成工装设计任务，因此，对现有的工装的资料缺乏了解。而每个企业生产的产品虽然可能有很多种类，并不断地设计和投人新产品的生产，但一般的企业大多有自己的生产方向，据统计，在不同的产品中大约有3/4以上的零件是相似或者相同的。

工装是为产品服务的，每套工装基本上又是由定位、导向、夹紧及基体等几大部分组成的，工装中的相同或相似零部件的比例就更大了。

煤矿机械制造中的工装设计的发展煤矿生产中，煤矿机械的性能自动化程度及其经济性等可以说直接影响到生产；也直接影响到煤矿供电、排水、通风、提升等的安全运行。开发研制大功能、高强度、高效率、紧凑型的全自动刨煤成套设备势在必行。

我国薄煤层储量约占总储量的21%左右，但是由于煤层薄，作业空间小，工作条件恶劣，薄煤层高产高效开采技术一直是我国煤炭工业研究探讨的重要难题。刨煤机作为一种"浅截深、多循环"的采煤设备，是实现薄煤层高产高效的有效途径。

全自动刨煤成套设备（采高0.6～1.8m），主要包括刨煤机、配套刮板输送机、薄煤层液压支架、顺槽转载机、破碎机等产品。我国目前主要从德国进口主机-刨煤机及配套刮板输送机，由北京煤炭机械厂配套薄煤层液压支架，张家口煤矿机械有限公司配套转载机和破碎机。

而煤矿机械电气与电子控制系统部分质量的好坏与性能的优劣又直接影响到机械的动力性、经济性、可靠性，从而影响施工质量、生产效率及使用寿命等。

所以，我们在进行煤矿机械制造中的工装设计中，需要对其现在的发展进行分析，利用现代的计算机来进行，这是一个发展方向，主要是将电子（微电脑）控制系统在煤矿机械中所占的比重越来越大，为适应煤矿机械对性能的要求，仅仅依靠机械和液压技术的已显得力不从心。

电子（微电脑）控制技术的发展就成了煤矿机械的必要选择。机电一体化是一项新兴的技术，将其引入到煤矿机械中，必将会给煤矿机械带来了新的技术变革，使其各种性能有了质的飞跃。大多数煤矿机械产品的批量都不是很大，多为单件小批量生产，最多也只是中等批量的生产，这就使得为其服务的工装利用率不高。而按此种方式进行工装设计管理.必然会导致工装中原部件的重复设计.甚至是整套工装的重复设计。

对于信息技术高速发展的现在，首先要了解工装的特性。工装的特性就是把被加工零件按定位基准与被加工面的位置精度要求以及它与机床的相对位置关系，将被加工件与机床连接在一起，加工出合格的零件。它主要由定位、导向、支撑、夹紧和基体等五大部分组成。

因此，可以按被加工零件的形状、加工面、加工机床种类、定位方式、夹紧方式等工装特性制定工装编码系统。将企业中已设计制造过的工装按该编码系统进行编码分组，建立工装图纸和资料的信息库。是现在工装设计的重点。

煤矿机械制造中工装设计及管理在煤矿机械制造中的工装设计中，如何让进行合理的管理才能保证整个机械制造的质量，主要从以下几个方面来进行管理：对设计的材料的管理。

当设计一套新的工装时，设计人员将要设计工装或零部件的构思转化成相应的分类代码。然后按此代码对所属工装或零部件组的设计图纸和资料进行检索，从中选择可直接采用或稍加修改便可采用存有的工装或零部件图。只有当存有图纸均不能利用时，才重新设计新的工装或零部件。

建立信息库。以按被加工零件的形状、加工面、加工机床种类、定位方式、夹紧方式等工装特性制定工装编码系统。将企业中已设计制造过的工装按该编码系统进行编码分组，建立工装图纸和资料的信息库，同时，将工装中的元部件按定位件、导向件、支撑件、夹紧件和基体件分别进行编码分组存入元部件信息库；此外，还对各类元部件进行必要的标准化处理，建立标准件信息库，以备检索用。

应用信息技术进行现代化管理。提高机械制造的水平，实现现代化管理，必须应用计算机，计算机是企业管理现代化的重要工具。

工程从中标到交工验收，除必须具备较高的施工技术水平外，还应采用先进的现代化施工管理手段来提高企业管理水平，这些管理手段则必须依靠计算机来完成。利用现代化的信息技术对施工企业管理水平的提高、投资效益的改善、机械质量的保证等有着重大的作用。散布在企业中的各个信息孤岛被连成一体，在设计、工艺、计划、生产、车间、财务、销售、外贸和售后等部门之间建立了一条完整的信息链，形成了一动全动、一有全有的协同工作环境，逐步建立起敏捷制造、快速响应的企业网络。强化员工素质，加强安全管理。

设计人员的不合理设计，会导致了生产率降低、成本上升、工程质量水平降低、建设周期加长等。于代岗人员顶替时间短，对顶替工种操作熟练程度差，缺乏顶岗前的安全培训，产生违章指挥和盲目操作双重不安全因素。但是，矿山某些技术性工种，有些企业领导不去考虑学识水平，不讲究用工要求，而是当作好工种，并通过人情关系把一些不合格的人员充塞进去，加之一些人员不钻研技术业务，违章违纪现象比较突出。

工装机械设计篇4

关键词：现代机械设计方法；包装机械；自动化；智能化；措施与对策

中图分类号：TH122文献标识码：A

我国包装机械行业起步于20 世纪70 年代，现已发展成为机械工业中的10 大行业之一，就其产量与使用来看，我国已成为世界包装机械工业生产和消费大国之一。但是在包装机械设计领域，绝大多数设计人员仍沿用传统的设计方法。随着科学技术的发展及市场竞争的加剧，客户的需求也越来越高。体现在以下几个方面：为了满货期和降低生产成本的需要以及包装机械和生产机械相衔接必须提高生产效率；为了适应产品更新变化的需要，包装机械要具有高的柔性和灵活性；当设备出现故障时，能进行远程诊断服务；利于环境保护、噪声、粉尘和废弃物少。而传统的设计方法根本无法满足这些要求。

1 现代机械设计方法

为了寻求保证设计质量、加快设计速度、避免和减少设计失误的方法和措施，并适应科学技术发展的要求，使设计工作现代化，引发了现代设计方法的研究。现代设计方法的特点是动态的、科学的、计算机化的方法。它将那些在科学领域内得到应用的所有科学方法论应用到工程设计中。现代设计方法实质上是科学方法论在设计中的应用。现代设计方法归纳如下：信息分析法、技术预测法；系统分析法、人机工程；动态分析法；优化设计法；CAD、计算机辅助法；可靠性及价值工程法；有限元及边界元法；模糊评价与模糊法；创造性设计法；艺术造型法等等。把以上现代设计方法应用到机械设计中来，则可称其为现代机械设计方法。

2 现代机械设计方法在包装机械设计中的应用

首先在设计理念上要借鉴西方发达国家的经验，以用户的需求为设计的目标，并结合柔性设计、模块化设计的理念，一机多用，或更换少量的零、部件就可以完成不同的功能， 或满足不同的产品需求。现代包装机的设计过程与现代机械的设计过程基本一样，但设计阶段侧重点不同如：总体设计时，要全面考虑整个包装机系统的布局、运动协调性、造型设计、人—机环境以及装箱运输等。模块化设计是一种先进的设计方法，它的核心思想是将系统根据功能分为若干模块，将包装机中同一功能的单元设计成具有不同性能、可以互换的模块，通过模块的不同组合，使包装机多功能化、系列化。采用这种方法的优点是：①使包装机更新换代速度加快。因为新机型的替代，往往是局部改进。将先进技术引进相应的模块，比较容易实现局部改进；②缩短设计周期。当用户提出要求后，只需更换模块，或设计制造部分模块，即可得到新的机型，满足用户需求；③降低成本，便于维修；④性能稳定可靠。

另外，随着环保理念的加强，现代包装机设计应该满足“绿色设计”，即人性化设计的要求越来越高。它是面向质量设计、装配设计、制造设计、维修设计、可靠性设计的综合设计。我国人口众多，人均消费水平比发达国家低，而且城乡差异较大，包装系统的设计应以价廉物美为主，不能盲目追求高精尖。要考虑到可靠性、安全性、环保性、低噪音等因素。充分体现原理优化、结构优化、制造优化、造型优化。

3 包装机械可靠性的设计方法

机械可靠性设计可分为定性可靠性设计和定量可靠性设计。所谓定性可靠性设计就是在进行故障模式影响及危害性分析的基础上， 有针对性地应用成功的设计经验使所设计的产品达到可靠的目的。所谓定量可靠性设计就是充分掌握所设计零件的强度分布和应力分布以及各种设计参数的随机性基础上，通过建立隐式极限状态函数或显式极限状态函数的关系设计出满足规定可靠性要求的产品。可靠性定量设计虽然可以按照可靠性指标设计出满足要求的恰如其分的零件，但由于材料的强度分布和载荷分布的具体数据目前还很缺乏，有待进一步研究与实验。机械可靠性设计由于不同的产品其构成的差异较大，可靠性设计方法的方法也比较多，一般可分为：预防故障设计、简化设计、降额设计与安全裕度设计、余度设计、耐环境设计、人机工程设计与健壮性设计、概率设计、权衡设计、模拟设计等。将这些方法应用到包装机械设计中去即为现代包装机械可靠性设计。

4 包装机械的发展趋势

目前，包装机械市场竞争日趋激烈，产品除须注重质量外，包装也是直接关系到营销成败的关键之一。运用高效率的包装设备可提高自动化与作业效率，包装机械根据包装物与包装材料的供给方式，可分为全自动包装机械及半自动包装机械；若按包装物的使用范围划分，可分为通用包装机、兼用包装机及专用包装机；依包装种类可分为内包装机及外包装机等。随着包装机械竞争加剧，未来包装业将配合产业自动化、研发技术及发展更高速包装机等发展趋势。在技术上发展方向为：机械功能多元化、模块化、弹性化且具有多种切换功能；结构设计标准化、模组化；控制智能化；结构运动高精度化。

5 我国包装机械的现状与技术差距

我国目前生产的包装机械，在品种、质量和技术水平方面与发达国家比仍然存在很大差距。国外生产的包装机械，从大工业生产用的高速、高度自动化的智能包装机，到商品及家用销售机械、小型包装机械等, 品种达千余种。我国现在虽有不少商品采用机械自动包装或半自动包装，但仍有些商品不适宜包装机械进行包装，包装机械的品种缺口还很大(特别是食品、药品包装方面)，市场潜力很大，经济效益和社会效益很高的无菌包装机械，我国还处于开发起步阶段。此外有些不规则的粉状、小顺粒和其他性状物品的称量包装也未发展起来。在科学技术水平方面，发达国家的包装机械发展紧跟当代新技术发展步伐，广泛应用现代先进技术、尖端技术、新材料、向智能化方向发展，并使之完普。高新技术在包装机械领城处于领先支配地位。而我国生产的包装机械，大多还是以机械电气控制为主，新技术的应用还比较少。由于设计、制造及配套的零部件等存在问题，我国生产的包装机械总体水平存在效率比较底、柔性还较差, 机器运行的能耗、包装辅材料和物料的损失也还较大。国内用微机控制的包装机械其品种和数量都还不多, 其他新技术的应用不够,机器的性能待提高和稳定。高新技术的人工智能包装机械和机器人包装生产系统, 以及发展高新技术人工智能包装技术装备、感知传感技术, 包装机械执行装置,自动控制技术等等，其水平与发达国家相比差距还较大。

6 发展我国包装机械的措施与对策综述

我国包装机械科技工作队伍的现代科学技术水平和管理水平有待提高，对先进包装机械的设计研究和开发制造等能力比较低,基础工业的科学技术水平差距相当大，要追赶发达国家先进包装机械的科学技术水平, 缩小差距, 还必须立足我国国情，大力推动企业的科学技术进步；特别要用电子信息技术对各包装机械行业进行技术改造, 以提高机械设备的技术水平为依托, 采取自主开发制造和开放引进相结合的全方位、多渠道策略, 来制订加快发展和提高我国包装机械科学技术水平的战略。

6.1 立足国情, 对现有包装机械的生产进行整顿，优化产品结构

要坚决淘汰能耗大、包装损耗大、质量低、效率低、可靠性低的陈旧落后的包装机械，要以实用性新技术改造技术水平低的包装机械产品, 增加新技术应用比例，发展节能降耗，高工作质量、高性能、高可靠性和自动控制水平, 能适应小批量, 多品种、多规格、高效率的包装机械，满足市场发展需要和提高国际市场上的竞争能力。

6.2加强对包装机械的技术引进和消化吸收工作

高新技术是人类社会生产力中的共同财富。为促进国际技术贸易和交流，借鉴国际上高新技术的包装机械来发展我国的包装工业，引进一些典型的当代高新技术的包装机械很有必要。高新技术产品有高的技术附加值，对引进要制定好消化吸收措施，确保引进技术在我国能及早发挥出母机的效应。对引进的高新技术包装机械的消化吸收， 要由一般性测绘仿制，国产化生产制造，提高到掌握高新技术的应用研究开发，成为能进行技术创新设计和制造的高层次消化吸收，高层次消化吸收研究开发的实现，不仅会提高我国包装机械的科学技术水平, 而且将促进相关基础工业科学技术的发展, 走上自我培育良种的发展道路, 有效地实现缩小与发达国家在先进包装机械方面科学技术水平上的差距。

6.3在研发及生产中，要充分利用国际资源，走国际合作的发展道路

包装机械应用高新技术的研究开发而言，由于我国基础薄弱，完全靠自己独立进行研究开发和生产, 必然需要较长的时间和较高的投入。所以，充分利用国际的先进科学技术和经济资源, 争取广泛的国际合作进行研究开发和生产, 是加快我国高新技术包装机械发展的有效途径之。北京联想计算机集团公司与美国惠普公司合作开发生产汉字喷墨打印机和激光打印机，都是很好的证例。

6.4 在设计、制造方面, 推行现代设计技术和科学化管理

目前，微电子技术、信息技术、网络技术、材料科学等学科迅猛发展，而且不断向机械工业渗透。现代设计技术也不断地与机械设计技术相结合，向集成化、敏捷化、网络化、智能化的方向进一步发展。在包装机械设计、制造中引用现代机械设计与制造方法，不仅可提高产品性能，而且还有助于经济效益的提高。随着新手段、新方法、新技术的不断涌现，广大技术人员应不断更新思维，在设计和制造中推行模块化、CAD/CAM 以及成组化技术等先进设计技术和科学管理方法的有效性，保阵高质量包装机械的设计、生产和开发制造。

工装机械设计篇5

【关键词】制造;　装配　;食品机械设计

1前言

近年来，人们的生活水平显著提高，对食品提出了更高的要求，食品机械作为加工、保鲜以及储存等的机械设备，其设计水平直接影响食品机械制造与装配成本和水平，同时还影响食品的外观、口感以及安全。根据相关统计表明，我做每年由于食品加工机械质量问题，导致的经济损失高达几十亿，这对于食品机械行业的稳定、可持续发展是非常不利的。因此，文章针对面向制造和装配的视频机械设计的研究具有非常重要的现实意义。

2制造设计和装配设计的概述

（1）制造设计的概述。制造设计指的是在机械产品设计过程中，充分考虑和制造相关的条件和约束，对产品和工艺设计进行全面评价，并在此基础上对原来的设计方案进行修改和完善。因此，在制造设计阶段，应该充分的考虑制造的条件、约束和要求，保证产品具有可维护性、环保性。（2）装配设计的概述。装配设计指的是在机械产品设计的过程中，充分的考虑和装配相关的条件和约束，采用计算机对装配和设计进行管理，设计统一、通用的产品模型，使其满足产品装配的要求，为了提高装配效率和降低装配成本，应该使装配更加简便、易行。

3食品机械制造与装配设计的思路分析

3.1设计思路

面向制造和装配的设计，是机械设计和工程设计并行的一种体现，要求在进行机械产品设计的过程中，充分体现工程设计思想。因此，在面向制造和装配的食品机械设计过程中，应该充分、全面的考虑食品机械产品在设计的过程中可能出现的问题，例如，食品机械产品零部件问题，装配效率问题等，针对上述问题采取有效的措施进行处理，能够加快设计和生产效率，缩短生产周期，有效降低制造和装配成本。面向制造和装配的食品机械产品设计，主要包括面向制造的设计与面向装配的设计两个方面，在设计初级阶段，应该保证食品机械产品设计的可行性，即利用面向制造的设计，保证食品机械产品的功能满足实际需求；在设计食品机械产品的零部件时，利用面向装配的设计，对食品机械产品的各个零部件进行改进和优化，以此提高食品机械产品装配效率。由此可见，面向制造和装配的视频机械设计，能够在保证食品机械产品基本功能的前提下，尽可能降低零部件使用量，这样既能够节约零部件数量（与传统设计方法相比，面向制造和装配的食品机械零部件使用量减少30%-70%），又能够加快食品机械产品设计效率（与传统设计方法相比，面向制造和装配的食品机械设计周期为传统方法的1/2），降低总设计成本。

3.2设计原则

面向制造和装配的食品机械设计，在设计的过程中必须严格遵循以下原则：其一，取消设计过程中可有可无的附加设计，这样既能够减少设计成本，又能够提高食品机械产品的可靠性，有限延长食品机械产品无障碍工作时间；其二，按照模块化设计方式进行设计；其三，零部件必须符合相关标准；其四，零部件应该简单、易于装配；其五，尽可能减少零部件的种类和数量，降低设计成本；其六，基于装配工人的素质水平，尽可能的采用常用的零部件和结构，同时简化装配过程，以此提高装配效率；其七，基于成本，应该采用适合的工艺和精度，以此提高产品设计水平。

3.3实例分析

食品机械是由几百个零部件、电子元器件等装配组成的，如果在设计的过程中采用传统的设计思路，将会导致出现以下问题：零部件不标准、零部件种类多、零部件数量多、设计成本高、设计周期长、操作不方便、维护工作量大等。以某食品包装机为例，其活塞运动控制结构设计图如图1所示，图中1为拔叉、2为轴套、3为支撑座、4为轴、5、6、12为螺母、7为偏心滑块、8、9、13为平垫圈、10为螺栓、11为挡板、14为销轴、15为开口销、16为连杆、17为偏心倒槽。图1面向制造和装配的设计思路能够对该活塞运动控制结构进行改造和优化，具体表现为：其一，取消左视图上的开口，根据功能的需求，仅仅需要设计一个开口即可；其二，在连杆的带动下，拔叉件随之上下摆动，因此在设计的过程中应该提高拔叉孔和轴外表面的精度，同时避免增大装配面积，否则将会增加制造成本，因此应该尽可能缩短轴向配合长度；其三，该结构图中支撑座的结构不规范，在施工过程中施工难度相对较高，为了降低施工难度，应该将两侧的固定部分和中间的支撑部分设计在同一平面上，或者在消磨固定部分螺孔端面时，减小加工量，以此使两侧固定部分和中间支撑部分稍向内缩进，这样能够有效降低施工难度；其四，该结构图并没有选用标准的轴套零件，违背了面向制造和装配设计原则，因此在设计过程中，应该改用标准轴套，并根据结构的具体尺寸确定轴套的尺寸。

4结语

结论1：面向制造和装配的食品机械设计方法，有效解决传统设计方法周期长长、零部件种类和数量多、使用非标准件、维护不方便以及成本高等问题。结论2：面向制造和装配的食品机械设计方法，在满足产品质量、功能需求以及美观等基础上，缩短设计周期和节约设计成本，并且面向制造与装配的机械设计方法，为食品机械设计、制造、工艺以及装配等创建了一个共同协作的平台，对于食品机械设计的改进和创新具有巨大的推动作用，同时，对于促进整个食品制造行业的可持续发展具有非常重要的作用。结论3：虽然面向制造和装配的机械设计方法由众多优点，但是想要将面向制造和装配的设计理念广泛的推广和应用在食品机械以及其他机械制造领域中，还需要长期的研究和不断的实践，在实践的过程中进行创新和积累经验，以此获得更多、更好的收益。

作者:付喜海 单位:哈尔滨石油学院

参考文献:

[1]白晓丽,伍毅.面向制造和装配的食品机械设计[J].食品与机械,2012,28(01):146-147.

工装机械设计篇6

Abstract： At present， manufacturing industry in our country develops rapidly， but it still limits the efficient improvement of production efficiency in packaging machinery. This paper analyzes new ideas and new methods of packaging machinery design from the use of modern mechanical design in packaging machinery design and new trend of packaging machinery design as well as the creative design of packaging machine.

关键词： 包装设计；机械制作；方法探析

Key words： packaging design；mechanical design；analysis of method

中图分类号：TH12 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）36-0030-02

0 引言

随着经济快速发展，包装也成为了一门综合性的科学，主要包括了包装经济以及包装管理、包装技术等几个层面的具体内容。我国包装机械行业在上世纪七十年代起步，于八十和九十年代得以快速发展。目前国际上对于包装机械的发展都较为重视，其中如何节约成本以及提高机械工作效率和设计模块化、配置柔性化都是包装机械设计的关键问题。本文就对包装机械设计新方法和新理念等进行分析和探讨。

1 现代机械设计方式在包装机械设计中的使用

目前我国在现代机械设计方式在包装机械设计中的使用状况，主要可以分为以下几个部分：

首先就是针对包装机械设计的理念上，主要是借鉴西方先进国家的经验，把用户的需求当作设计的首要目标，并且结合现代柔性设计以及模块化设计的理念，一机多用或者通过更换少量零部件来完成不同功能的使用需求。

针对现代包装机械的设计与现代机械设计其过程是基本一样的，但是在设计的具体阶段会有不同的侧重点，例如说在总体设计的阶段，需要全面的考虑包装机械系统中的布局以及运动协调性、运输和造型设计等。在对包装设计过程中，模块化设计也是一种较为先进的方式，其核心理念就是根据不同功能来分成是若干个模块，通过不同模块的各种形式组合来实现包装机械的多功能以及系列化。这种设计理念的优点有以下几点：

第一就是让包装机械的更新速度加快，在之前包装机械的替代往往都是进行局部的更新换代，但是将这种新技术引进到包装机械设计中就可以更为容易的实现局部改进；其次就是有效的缩短设计周期，如果当机械用户提出新要求之后只需要更换模块或者是制造新模块就可以得到新的包装机械机型来满足用户需求；第三就是可以便于维修，降低成本，同时使用性能更为稳定可靠。

除此之外，在针对包装机械设计中的绿色设计理念，这种设计理念是将包装机械设计的质量设计和制作设计、维修设计等综合起来的设计理念，因为我国目前在发展水平上依然落后于西方先进国家，同时经济增长方式较为粗放，这就要求我国针对包装机械的设计需要考虑到安全性以及环保性等多方面的因素。

随着科学技术进步和市场竞争越来越激烈，包装机械的使用客户提出的要求也越来越高。这种需求主要体现在以下几个方面：第一就是提高机械生产效率来满货期和降低成本的需求；第二就是当包装机械设备出现故障可以进行远程诊断，第三就是有利于保护环境，降低噪声和粉尘；第四就是机械成本降低。

现代包装机械的设计主要包括了市场调研、对用户需求进行分析、确定包装机械功能、论证包装机械可行性、制定机械设计方案，然后再到分析用户效益和论证方案可行性、设计原理图和结构，制定样机，随后进行技术验证和制定售后服务方案，最后进行改进设计和系列化设计等。在这些具体环节中，市场调研是针对所有包装机械基础工作，只有通过市场调研才可以了解政策导向以及包装机械行业的供求信息等。在确定原理方案设计过程中首先需要了解一些经典样式的产品信息，了解机械中元件性能来简化包装机械的传动性能，或者是使用躲电机拖动来缩短传动链，对于包装机械的传统系统来说应该尽量使用现代化手段进行系统建模和动态优化。

2 包装机械设计的创新

针对包装设计需要由新颖性，也就是要求包装机械的新型号等其结构特点与已出现的同等型号等有明显区别；其次就是设计需要由先进性，新产品在性能上优于其他产品；第三就是要求设计的实用性，需要让包装机械新产品可以有更广阔的使用范围和市场前景。

针对包装机械的创新设计不可以仅仅依靠测绘或者仿绘国外产品的方式，一定要在设计理念上进行改进或者提高。针对包装机械的创新设计，首先需要大量参阅国外资料以及先进机械。针对一些选定的机型要全面分析其性能中的优劣，更重要的是要吸取其设计理念中的内涵。针对任何机械设备的设计，都需要从工艺以及关键环节和部位入手。针对包装机械的创新设计更是需要如此，首先从工艺和关键部位入手做细致的设计分析来找到创新点。

目前随着虚拟概念的提出，计算机辅助设计以及三维设计等新技术等都融入到了包装机械设计的过程中。虚拟设计以及虚拟制作技术就是指将包装机械的各种机器元素等都存入到计算机中，然后将图纸进行数字化后输入到计算机中，既可以得到三维模型，然后再将包装机械进行生产时的数据和指标都输入到计算机中来演示实际生产中的能力、产生废品的数量等。

3 包装机械设计新趋势分析

目前全世界在包装机械的设计上处于领先地位的是美国和日本、德国等国，其设计理念和制作技术等都处于领先地位。例如说德国针对包装机械设计，其优点就是根据详细的市场调研工作以及市场分析结果来针对客户或者大型企业进行服务。根据笔者调研总结，将新趋势总结为以下几个方面：

第一就是工艺流程的自动化程度越来越高，其目的就是有效提高生产效率和设备柔性，采用机械手来完成一些较为复杂的动作。在操作包装机械设备时，用电脑摄像机记录下这些信息，由机械手按照电脑指令来完成规定动作确保包装机械质量。第二就是提高包装机械的生产率来降低生产成本来最大限度满足生产需求。例如说德国企业的包装机械就以食品包装盒啤酒包装等见长，特点就是速度较快并且自动化程度高，针对小袋包装器速度可以达到每分钟900袋，针对灌装饮料包装速度高达12万瓶。第三就是包装机械和产品机械一体化的趋势，很多产品在生产指挥会进行直接包装操作来提高生产效率，例如美国某巧克力品牌的生产以及包装就是由一个系统来完成的，产品机械以及包装机械的一体化，其最关键的就是需要解决生产能力上互相匹配的问题。第四就是具有良好的柔性和灵活性。现在因为市场竞争激烈，产品更新换代周期缩短，比如说日本化妆品的生产周期已经降到随季度变化，因此要求包装机械的柔性和灵活性较高来包装机械寿命长于产品寿命。尤其是目前我国很多企业都是代工企业，这就更加需要根据欧美企业和日韩企业的产品变化来改进自身产品包装机械设计。第五就是普遍使用仿真设计技术来大大缩短包装机械的开发设计周期。针对包装机械设计不仅需要重视其生产效率和使用性能，还需要注重经济性，经济性不完全指机械设备本身成本，同时还包括了运转成本。因为在包装机械中折旧费用只占不到成本的一成，其余的就是运转成本。

4 结语

包装机械的设计是一个非常复杂的问题，设计水平直接决定包装机械的质量，而现在项目一旦确定之后往往需要几个月就要交出机器，所以我们对此还需要进行更多的分析和探讨，用先进的理念和技术来改造包装机械生产。

参考文献：

[1]吴吉平，郝喜海，胡京明.包装机械智能故障诊断技术[J].中国包装工业，2002（06）.

[2]吴建勇，张洪艳.立体构成新论[J].知识经济，2009（01）.

[3]陈镜波.发展迅猛的日本包装机械工业[J].中国包装工业，1994（01）.

工装机械设计篇7

[关键词] 机械电子； 软起动装置； 控制系统

1 机械电子式软起动装置技术发展及现状

同世界上发达国家相比，我国的机械电子式软起动装置产业综合指标比较差，比如生产效率低，铸件质量差，技术水平落后等。这些因素导致了我国的机械电子式软起动装置产业满足不了各行业的日益需求，现在许多企业还是严重依赖进口。随着改革开放的不断深入，市场经济的不断发展，我国的机械电子式软起动装置控制系统正面临着激烈的国际竞争，同时也面临着不容错过的发展机遇。随着中国国力的增强，中国成为新的世界制造工厂，大量的机械电子式软起动装置设备生产商移入大陆，必将对中国的机械电子式软起动装置控制系统产生巨大的冲击。只有加大资金和技术投入，注重高技术人才的培养，重视对老产品的更新换代和新产品的创新，我国才能赶超国外先进水平，制造出品质一流的机械电子式软起动装置控制系统。

现在软起动装置技术的发展主要有如下方面的表现：电子计算机的作用在机械电子式软起动装置生产过程中越来越被凸显；机械电子式软起动装置控制系统向大型化、智能化、节能化方向发展；高科技手段的应用使机械电子式软起动装置工艺快速变革；提升机械电子式软起动装置模具的品质等方面。随着虚拟样机技术和有限元技术在机械电子式软起动装置控制系统的进一步应用，机械电子式软起动装置控制系统的设计研发周期变短，成本降低，其可靠性和使用寿命不断提高，为机械电子式软起动装置控制系统的发展提供了可靠保证。而国内对这些新技术的应用还处于起始阶段，大多数企业还是利用传统设计方法，费时又费力。

虚拟样机技术作为 CAE 技术的一个重要分支，具有以下的特点：1）实现在整个系统层面上模拟设计产品的样貌、功用及其他方面的内容；2）可以实现虚拟设计验证及测试，减少在物理样机的试验次数；3）能够反复试验设计方案和修改虚拟样机模型，最终获得产品的最优化解决方案；4）涉及产品的整个生命周期，能够随着产品生命周期的演进，其自身也处于不断丰富和完善的过程；5）与传统设计方法相比，虚拟样机技术可以综合各领域协同工作，使得整体设计更为详细和周全，对提高产品质量有很重大的意义；6）有效地缩短产品研发周期，降低设计成本，促使产品快速更新换代，提升产品竞争力。

为了消除国产机械电子式软起动装置控制系统存在的诸多缺陷，以达到改善机械电子式软起动装置控制系统的可靠性和整体性能的目的，我们依靠计算机辅助工程技术来解决这些问题。利用虚拟样机技术和有限元技术，可以掌握机械电子式软起动装置控制系统的各部件运动情况，保证机械电子式软起动装置控制系统运行的平稳性；评价机械电子式软起动装置控制系统的静强度、动强度，验证机械电子式软起动装置控制系统的可靠性；了解机械电子式软起动装置控制系统的动态特性，掌握其固有属性，为减少振动和噪声提供依据；对机械电子式软起动装置控制系统的合模机构进行结构优化设计，提高机械电子式软起动装置控制系统的扩力系数，达到减少油耗、缩小合模油缸内径尺寸、降低液压泵的设计功率等目的。

2 高强机械电子式软起动装置其控制系统发展

20 世纪 60 年代以后，由于各种技术的发展和进步，自动化机械电子式软起动装置控制系统日益改进和完善。20世纪 90 年代，东芝机械开发出了基于计算机控制的自动化机械电子式软起动装置控制系统。随着近几十年来技术的进步和革新，又相继出现了真空机械电子式软起动装置设备、挤压机械电子式软起动装置设备、半固态机械电子式软起动装置设备等先进的机械电子式软起动装置控制系统械。随着机械电子式软起动装置工艺技术的多样化发展，机械电子式软起动装置控制系统产品也逐步多样化以适应市场的需求。随着机械电子式软起动装置技术理论的逐渐提高，对机械电子式软起动装置过程的分析也逐步系统化、理论化，同时机械电子式软起动装置控制系统总体设计及可靠性水平也相应提高。目前，国外发达国家已经有能力生产大型、超大型的机械电子式软起动装置控制系统，压射系统采用实时控制，整机的具有很强的柔性且自动化水平很高。而且国外机械电子式软起动装置控制系统的总体结构设计先进，可靠性高，品种规格全，配套能力好，高新技术应用快速。这些都得益于 CAD/CAM/CAE 技术，特别是有限元技术和虚拟样机技术在机械电子式软起动装置工业的广泛应用。

目前，日本、德国、美国等国家的机械电子式软起动装置控制系统占据了全球大部分市场份额，其机械电子式软起动装置控制系统小巧、可靠、节能，这些都得益于虚拟样机技术。虚拟样机技术的应用大大提升了产品的核心竞争力，给制造商和企业创造了巨大的经济效益。随着全球经济一体化的进一步加深，我国脆弱的机械电子式软起动装置产业面临不小的挑战，我国要抓住机遇，迎难而上，赶超先进，实现机械电子式软起动装置产业的振兴。

我国虚拟样机技术发展还很落后，运用到实际中的还比较少。在机械电子式软起动装置控制系统概念设计的同时，进行静态、动态分析，随着设计图纸的一步完善，结构模型也进一步细化，使分析计算的结果更趋于准确。这样，在最终图纸完备后，就能使机械电子式软起动装置控制系统的强度、抗冲击性能、疲劳寿命指标得到控制，大大地减少了样件的制作和试验时间。国内机械电子式软起动装置控制系统企业必须尽快走向自主开发创新，通过机械电子式软起动装置控制系统企业与高校、科研院所的紧密结合、掌握先进设计、制造、测试技术，建立多层次的产品开发体系和高水平的机械电子式软起动装置控制系统共性技术研究、实验、开发平台。这不仅是世界机械电子式软起动装置控制系统技术先进国家的成功经验，也是我国机械电子式软起动装置控制系统工业走向自主创新开发的必由之路。

3 机械电子式软起动控制系统的设计

软起动装置系统机构是由多个构件组成的，相互连接的构件间存在着一定的约束关系。要模拟软起动装置机构真实的运动情况，就需要根据实际情况把各构件之间的约束抽象出来，并在构件间定义运动副，其次还要添加驱动或载荷使装置机构能够运动起来。从本质上讲，驱动也是一种约束，驱动是约束构件依照确定规律运动，而运动副相连的构件是相对静止不动的，系统基于运动副建立的约束方程的自由度个数等于 0，而基于驱动建立的约束方程的自由度个数等于驱动个数。对导入的模型构件进行编辑，添加运动副约束，驱动及载荷。使得机械电子式软起动控制系统的虚拟样机模型的运动和受力情况与实际情况相符。

3.1 控制系统硬件设计

根据带式输送机对工作环境及控制过程的要求，该系统选用高可靠性、高性能的可编程控制器为控制核心，对由现场检测到的参数进行分析处理，进而按用户的要求进行相应的控制；微型计算机作为上位机，通过与可编程控制器的通迅实现对现场参数的动态跟踪、动态分析与管理；传感器作为现场参数检测元件，实现对现场技术参数的采集；机械软启动装置为具体的实现机构。

3.2 控制系统软件设计

机械电子式软启动控制系统采用现代国际领先的控制技术，它以可靠性很强的可编程控制器为核心，以计算机为上位机，对整个系统进行控制。优化设计以数学、力学、计算机科学等为基础，是多学科相互作用的结果，具有相当的难度和复杂性。以最低的设计成本换取最好的结果是优化设计的目标，这就必须考虑这两个问题：（1）把工程实际问题理论化，从实际问题中提炼出数学模型。特别是设计变量、目标函数、约束条件的确定；（2）求得提炼数学模型的最优解，即最小值或最大值问题。这个要通过适当的算法来实现。随着 CAE 技术与优化设计的深入融合，CAE优化已逐步取代传统以手工计算的方式，极大提高了优化效率和精度。

1）参数化建模：利用 CAE 软件将产品设计模型参数化，即浮动的设计值来代替模型的具体参数，这样在可以寻求最优的设计参数。

2）求解：在参数化的模型上施加约束及载荷，选择求解器里合适的算法求解。

3）后处理：取出状态变量和目标函数并进行必要的数学处理，以供下一步利用。

4）优化参数评价：优化求解器判定目标函数是否达到理想值，如果达到理想值，就退出循环寻优的过程，否则，返回到开始并重新进行循环计算。

4 结束语

机械电子式软启动装置控制系统的开发从用户的需求出发，从不同的侧面反映用户对控制系统的要求。它不仅能很好的解决软启动问题，其投资小、维护简单的特点也赢得广大用的关注，所以必将达到越来越广泛的应用。

[参考文献]

[1] 刘混举，李宝成，赵涓涓，李旭庆.机械电子式软启动装置控制系统设计[J].太原理工大学学报，2002，33（1）.

[2] 何晓燕.机械电子式软启动装置控制系统及软件设计[J].机械工程与自动化，2005，（3）.

[3] 张维民，卢军民，杨玉敏.机械电子结合软启动装置设计[J].机械设计与制造，2009，（2）.

[4] 姚永刚，王宏，卢家成.一种新型可控启动装置控制系统设计[J].煤矿机械，2004，（12）.

工装机械设计篇8

关键词工程机械；结构设计；仿生学；应用

1仿生学原理

结构仿生是通过研究生物肌体的构造建造类似生物体或其中一部分的机械装置通过结构相似实现功能相近。结构仿生中分为蜂巢结构、肌理结构、减粘降阻结构和骨架结构四种结构类型。随着现代科学技术的不断进步，仿生学的概念也被不断完善和改进，逐步形成系统的仿生学体系。实质上看，仿生学的产生是人类主动学习意识下的产物。它带给人类带来了创新的理念与学以致用的方法，使人类以不同的视角看世界发现未曾发现的事物实现科学技术的原始创新，这是其他科学不具备的先天优势。

2工程机械概述

2.1基本组成

工程机械结构的种类繁多，大到国民经济建设中起着重要作用的交通运输、能源、矿山、农林水利、市政建设、国防安全建设；小到计量仪器仪表、日用生活器具等方面都起着重要的作用。我国的工程机械是对各施工部门所使用的机械设备的总称，包括建筑机械、铁路与公路工程机械、矿山机械、水电工程机械、林业机械、港口机械、起重运输机械、生产制造业辅助机械、仪表及设备传动机械等。由于种类繁多，而且在每个种类下都细分有更多的型号，所以工程机械的分类方法很多。工程机械种类繁多，结构和功能多种多样。不过从总体上看一台完整的工程机械是由动力部分、传动部分和工作装置三大块构成。动力装置。通过能量交换给工程机械提供能量的发动机称为动力装置。常用的有电机和内燃机。传动装置。将发动机提供的机械能传递给工作装置，一般有四种形式：机械传动（如膜式燃气表中计量单元应用的四连杆传动机构）、液压传动、液力传动和电传动。工程机械当中机械传动和液压传动应用较多。工作装置。工程机械实现预期的功能和作业要求都是通过工作装置完成的。设计时，是先确定工作装置，然后进行动力部分和传动部分的设计。由于作业要求和施工条件的不同，工作装置的结构也是各式各样，是工程机械结构中种类最多的部件。工作装置要求高效率、多功能，笨重低效的结构会被淘汰。另外也有资料将动力部分、底盘和工作装置作为工程机械的三个基本组成。

2.2工程机械总体设计与结构仿生学的结合

总体设计是工程机械设计中一个重要的环节，对工机械的性能起着决定性的影响。总体设计过程中需要考虑许多因素，包括机械的用途、作业的特点、使用要求等内容，合理地选择整机各部件的结构形式，合理的选定结构尺寸和性能参数，对总体结构和运动形式进行校核，保证所确定的机器尺寸和参数满足设计要求。从总体设计的内容可以看出，该部分较多的涉及机械总体尺寸、结构形式和主要的性能参数等内容。生物结构中合理的尺寸和构成形式能够在一定程度上为工程机械的总体设计提供很好的参考。在整机的主要性能参数设计内容中，能够与结构仿生学相结合的内容有外形尺寸、工作装置的特征尺寸等内容。对于施工中常见的工程机械，如挖掘机、装载机、起重机等产品经过长期的生产和使用，结构形式都已经标准化，因此，要进行结构的仿生学设计就要突破以往的形式。接下来本文主要探讨了结构仿生学在工程机械结构设计中的应用。

3仿生学原理在机械设计中的实际应用

纵观当前机械仿生设计的发展趋势，在实际生产中的应用更加多元化与广泛化，而相应的技术革新也正逐步走向智能化与全面化，现具体举出以下几例加以分析：

3.1半步行轮驱动机构

在地面工作机械的仿生设计研究中，半步行轮驱动机构是根据传统的水牛耕地现象而创造出的新型技术，通过对水牛在水田中的工作特征分析，陈秉聪等人提出了全新的“半浮式理论”，有效地将机械运动中的“沉”、“浮”以及“滑行”、“驱动”加以有机结合，以此改变了传统生产中承重与驱动并存的结构体系，而代之以一种适用于水田及松软土壤工作的高效生产方式。同时，从机械仿生设计所延伸的一系列研究中，也相继推出了眾多滚动阻力较小，而驱动动力较大的先进设备，为行业生产提供了巨大的动力。显然，仿生学原理在机械设计中的实际应用不仅加快了机械设备的改革，而且还有效促进了设备实效化、便利化的发展[1-2]。

3.2大型触土机械设计

在大型触土机械的设计方面，相关科研人员也从深松部件、钻头以及推土板三个方面的结构中找到了仿生学结合要点。通过不断操作试验，在减小深松阻力这点上，成功提出了仿生弯曲型结构，而且在钻头设计上，同样参照穿山甲体表鳞片分布形式制作出了新型的仿生钻头，不仅有效解决了生产工作中的钻头泥包问题，还极大地加强了泥质岩钻探中机械设备的实际工作效率。由此可见，随着仿生学原理的不断深化应用，机械设计中存在的一些难题也将逐步得到妥善的解决，实际设备生产效率也将因此而大大提高。

3.3人工智能机器人

近代机械设计领域的发展成果中，最重要的莫过于机器人，这不仅仅是机械制造重大变革的体现，更是仿生学原理在机械设计方面的本质性应用。目前，相关的人工智能机器人的设计制造等都已较为纯熟，通过对人体相关结构体系的不断认知，机器人已然能够适应人类生产生活中的大部分工作。仿生机械手关节的设计无疑大大加强了机械设备的灵活性，而随着计算机网络技术的配合推进，机械自动化生产进程也因此而得到了促进。

4结束语

生物为了适应自然界的发展规律，不断进化和完善自身的性能及组织结构，获得了结构完整、新陈代谢和自我更新的保障体系，从而得以生存和繁衍，确保生物链的延续性与平衡性。工程机械仿生学的研究主要是为了从自然界获取灵感，使工程机械与自然生态环境能够协调发展，提高工程机械的使用效率。本文主要分析了仿生学在工程机械结构设计中的相关应用，仅供参考。

参考文献 

[1] 王珂.基于结构仿生的塔式起重机臂架优化设计研究[D].山西太原：中北大学，2015. 

[2] 于用军.基于牛角结构的缓冲吸能保险杠仿生设计及仿真分析[D].吉林：吉林大学，2015.