自动化机械的工作原理范文

导语：如何才能写好一篇自动化机械的工作原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：砖瓦机械；全自动；机器人；系统

引言:改革开放以来，随着我国国民经济的发展，砖瓦行业也取得了巨大的变化。砖瓦行业从最初的手功作坊到现在的自动化生产，从单一的粘土实心砖发展到多品种、多功能具有节能、节地、利废、环保的新型墙体材料。特别是近些年来，城乡建设速度的空前提升，建筑市场需求逐年递增，砖产品年产量也随之增加，中国砖瓦工业已成为中国国民经济建设中不可或缺的一个门工业。而在整个砖瓦工业的发展过程中，砖瓦机械的发展对其起着至关重要的推动作用！

1、全自动码坯机器人系统做以简要介绍

砖瓦机械技术水平的发展，为砖瓦行业的技术进步提供可靠的装备技术保证。特别是码坯机器人在砖瓦机械生产线中的应用，是砖瓦机械行业向国际化标准迈进的例证。下面就全自动码机器人系统做以简要介绍。

全自动码机器人系统主要由自动切条机、自动切坯机、自动换向台、自动存坯机、自动编组机及机器人码坯机六部分组成。

2、全自动码坯机器人系统各部分功能

2.1自动切条机作用与工作原理

自动切条机的作用是将挤出机挤出的泥条切成符合整条生产线生产要求规格长度的泥条，并将泥条自动运至下一级工序。

自动切条机主要由滚筒组、切泥机构、传送带机构及电气控制部分组成。

自动切条机的工作原理是挤出机挤出的泥条靠挤出推力作用在自动切条机的滚筒组上前进，当运行至符合生产要求的长度，由电气控制部分的光电开关检测并发出指令给电气控制部分，电气控制部件控制切泥机构动作，进行切泥，切泥机构完成一次切泥后，发出指令给电气控制部分，电气控制部件控制传送带机构动作，将切好的泥条快速运出，运至下一级工序。

2.2自动切坯机作用与工作原理

自动切坯机的作用是将切条机要好的泥条自动切成符合生产的产品要求规格的砖坯。并将砖坯自动运至下一级工序。

自动切坯机主要由托辊机构、推坯机构、切坯架、传送带机构及电气控制部分组成。

自动切坯机的工作原理当切好的泥条由自动切条机进入自动切坯机时，由电气控制部分的光电开关检测并发出指令给电气控制部分，电气控制部件控制托辊机构动作，托辊机构升至高位，并将泥条完全运至自动切坯机内。再由电气控制部分的光电开关检测，发出指令给电气控制部件控制托辊机构停止传送并下降至低位，泥条落至传送带机构上，同时传送带机构接受到电气控制部分的指令，将泥条运至切坯架前，由电气控制部分的光电开关检测并发出指令给推坯机构电气控制部分，控制推坯机构动作，推动泥条向前通过切坯架完成切坯，传送带机构将切好的砖坯送至下一级工序。

2.3自动换向台作用与工作原理

自动换向台的作用是当出现特殊情况（如生产中出现坏坯或需要人工码坯时），改变砖坯的运行方向。如没有特殊情况，将砖坯自动运至下一级工序。

自动换向台主要由翻倾架、托辊机构、传送带机构及电气控制部分组成。

自动换向台的工作原理是砖坯经翻倾架时，人工检查是否存在坏坯，若存在坏坯，发出指令给电气控制部分，电气控制部件控制翻倾架动作，使坏坯下落至回收系统；若没有坏坯，此时托辊机构处于上升状态，将砖坯运到换向台上。若采用自动码坯机，托辊机构一直处于上升状态，将砖坯送到自动存坯机。若采用手动码坯，发出指令给电气控制部件，控制托辊机构下降至低位，砖坯落在传送带机构上，并由传送带机构将砖坯运至手动码坯生产线上。

2.4自动存坯机作用与工作原理

自动存坯机的作用是根据自动编组机需要，存放砖坯，并将满足自动编组机要求的一组砖坯自动运至下一级工序。

自动存坯机主要由电机、主动滚筒、传送带和电气控制部分组成。

自动存坯机的工作原理是进坯时由电气控制部分的光电开关检测并发出指令启动电机，电机将动力传递给主动滚筒，主动滚筒带动传送带将砖坯存入存坯机，当存入的砖坯组满足下一级工序的需要时，电气控制部分检测并发出指令给启动电机，电机快递动作将存入的砖坯组送至下一工序。

2.5自动编组机作用与工作原理

自动编组机的作用是根据码坯机器人夹具的夹取要求，将砖坯组编组成适合的方阵。并自动将编组好的砖坯方阵运至下一级工序。

自动编组机的结构因机器人码坯的方阵不同可以设计成多种结构，其砖坯组的传送以带传送为主，分缝机构形式多样，根据实际需求设计。

2.6机器人码坯机作用与工作原理

机器人码坯机作用是将编组好的砖坯方阵自动码放到窑车上。

机器人码坯机主要由机器人、夹具及电气控制部分组成。

机器人码坯机工作原理是电气控制部分的光电开关检查传送皮带夹取区是否存在编组好的砖坯方阵，若存在电气控制部分发出指令给机器手，控制机器手进行夹取，将整组砖坯方阵码放到窑车上。

3、结论

全自动码机器人系统具有自动化程度高，系统运行平稳、操作简单、可调（整套系统可以根据生产的砖型和产量的不同进行调整，以满足生产不同品种产品的需求）、维护方便等特点。

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关键词：多片锯 PLC 送料下料

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）02（a）-0045-02

随着经济的发展，人们生活水平的提高，对木材的需求越来越大，家具制造、包装等行业对木工机械的需求量逐年增加[1]，随着人力成本的增加，对木工机械的自动化生产的程度要求也越来越高，多片锯自动送料下料系统用于多片锯的机械上，将整叠的大片木板自动送达多片锯，待多片锯将木板锯成小块木板后，送达下料机构，将锯好的小木板叠成一叠，以待卸料，

1 工作原理

多片锯自动送料下料的结构原理如图1所示，上料机构由步进电机和丝杆组成，由步进电机带动丝杆旋转之后把送料机构上的木板按设定好的木板厚度，逐步往上送料；进料机构由步进电机带动推料机构将大片的木板送达多片锯；大片的木板经过多片锯之后被锯成小片木板，然后经过料头分料导轨，到达下料机构，下料机构由步进电机和丝杆组成，由步进电机带动丝杆旋转之后把下料机构上的木板按设定好的木板厚度，逐步下料。

根据机构的设计动作要求，送料工作原理：设定单板厚度，单板进给速度和整板厚度等；按装料按钮；整板推动机构上升（升至平面和外按导轨相平），同时单板推动机构上升（二板之间距离大于整板厚度）。将整板推至进料位；按启动按钮；整板推动机构下降至启动位（整板高于多片锯工作台面1.3～1.4倍单板厚度），同时单板推动机构下降至启动位；单板推动机构工作，将一片材料向多片锯推进。以将单板推进后部动力为准；后部动力工作，带动单板前进；单板推动机构后退至初始位置；单板都离开推动机构，机械开关工作；整板推动机构工作，将整板上升单片厚度。

下料工作原理：进料机构开始工作时，整板下料机构工作，将下料平面升到低于多片锯工作平面1.5～2倍单板厚度；加工好的材料通过后面推力前进。当单板全部通过多片锯进，由于自重掉到下料平面指定框子内；机械开关工作一次；整板下料机构工作，平面下降单板厚度；重复2、3、4完成整板下料工作；整板加工结束后，机器停机，报警；按动出料按钮，出料电动机工作，整板料出至导出导轨。

2 系统设计

由于木板的长度、厚度以及整叠木板的块数不同，在生产的过程中，必须先通过人机界面设定这些参数，以便步进电机送料下料的时候根据木板的厚度进行送料和下料；根据木板的长度进行推料，实现速度的最大化；根据整叠木板的块数计数，以显示工作进度，判断是否完成整叠木板是否送料完成。

针对多片锯自动送料下料系统的工作特点，需要控制三个步进电机：送料步进电机、推料步进电机和卸料步进电机，选择台达公司的DVP-EH3系列的具有4个高速脉冲输出口的PLC，构建多片锯自动送料下料的PLC控制系统，程序流程图如图2所示，用欧姆龙光电开关E3Z-D61检测木板推料到位、下料感应，用欧姆龙的接近开关LJ18A3-8-Z/BX作为送料和下料机构的上下限位以及装料位置和卸料位置的感应，以此确保送料和下料机构的安全；以维纶通的MT6071iE触摸屏作为人机界面，实现木板的长度、厚度和整叠木板的块数等参数的设定，设定的界面如图4所示。除此之外启动、停止、装料、出料等操作都通过人机界面进行操作，如图3所示，以及故障报警等提示也在人机界面上显示，检修和调试的时候需要用的信号检测也在主画面里可以找到相应的画面入口。

3 结语

根据木材加工设备的需求，设计的基于PLC和触摸屏的多片锯自动送料下料系统，配合现场现有的多片锯，由步进电机带动丝杆，把送料机构上的木板，逐步往上送料；然后推料机构将大片的木板送达多片锯；大片的木板经过多片锯之后被锯成小片木板，然后经过料头分料导轨，到达下料机构，由下料步进电机带动丝杆旋转之后把下料机构上的木板，逐步下料。该系统使用、维护方便，生产效率和自动化程度高[2]，降低了工人的劳动强度，提高了经济效益。

参考文献

[1] 杨绮云，陈雨，晏祖根，等.新型自动多片锯的设计[J].哈尔滨商业大学学报：自然科学版，2010（6）：743-747.

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关键词：控制系统；嵌入式控制器；机械；ARM

嵌入式控制器广泛运用于工业生产、智能交通等领域，设备利用狭小的空间即可完成自动运行和控制工作。我们设计了一类以S3C44BOX芯片、UC/0S-Ⅱ操作系统为主要设备的工程机械控制系统，开启了智能化工程机械的发展局面，为工业生产和机械操作提供了广阔的平台。

1、工程机械中控制系统的结构

运用于工程机械中的控制系统充分利用了自动控制、应用计算机、微电子等技术来完成性能提升。我们提出一类使用嵌入式控制器的设计方案，按照结构体系和模块具体情况来设计结构，如图1所示为控制系统的总体结构框图。

我们使用ARM结构的处理器，只要借助电路功能就能适用于不同行业，以ARM9系列、StrongARM为代表的处理器应用广泛，通过和人机操作界面、无线遥控的联系来完成多项控制。

2、控制器的工作原理

我们选取了ARM7系列的微处理器，利用其低功耗、高性能的优点来提升系统操作性，同时使用SAMSUNG公司推出的S3C4480X芯片，如图2所示为控制器的工作原理图。

型号为S3C44BOX的芯片运用于大型机械工程控制系统中具有诸多优势，不仅节省了投入成本，还能提供适合机械控制的最大性能，它所集成的8KB Cache作用强大，通过12C控制器、串口、A/D转换接口、看门狗定时器等模块来完成指令执行任务，高性能静态CMOS技术的嵌入降低了设备耗电量。

3、硬软件设计

3.1 通信和调试接口

通信和调试接口涉及多种类型，以JTAG、RS-232C为主的接口实现了信息的互通。RS-232c接口广泛用于系统硬软件设计中，能处理加工过程中产生的数据信息，JTAG接口能完成在线编写程序的工作，同时能操作系统交叉调试流程，而USB接口的任务是和移动设备完成对接，测量速度的工作则分配到PWM输出电路中。芯片S3C44BOX中含有关于TTAG的信号，因此能配合JTAG调试器操作通信活动。

3.2 人机交互模块

人机交互模块利用控制方式指示、xY轴坐标值、参数值等来完成信息显示工作，我们选择了LCD液晶显示器来实现图像和文字的共同呈现，满足可操作性和可理解性双重要求，而液晶控制系统本身已经存在于S3C4480X芯片中，降低了针对设备的设计难度，一般来说利用显示器和控制信号线的连接作用即可，用户通过键盘将信息输入到显示器中。

3.3 系统的A/D转换电路

模拟传感器会将工程机械的电压、油量、温度等参数实时、动态的传输给操作人员，而A/D转换方式承担着转换信号的任务，将模拟信号转换成系统可识别的数字信号，S3C44BOX芯片附带TA/D转换方式，能迅速采集关于阻尼式传感器的信号，在传输过程中给予相应处理。通过放大电路、Vout引脚输出来完成转换工作，同时保持适宜的输入电压最大值。

3.4 电机驱动控制模块

PWM在芯片中的嵌入使得脉冲宽度调制方式得到有效利用，而为了提高工程控制系统的可行性，我们利用两个交流伺服电机来完成位置控制工作，在功能和电源模块的引导下选择具体配置，一般来说使用电压为24V的蓄电池，满足工程机械系统运行的要求，而芯片供应电压一般为2.5V。

3.5 操作系统的移植

使用uC/OS-Ⅱ系统来完成软件设计，移植到工程机械控制系统中，使得代码满足相关运行条件。首先使用#define来处理宏和常量值问题，使其和编译器的数据类型形成契合，同时开始编写系统函数，帮助处理器能按照函数流程执行任务。移植还应该满足拥有相应数据硬件堆栈的要求，同时要让进入、退出的临界区代码都符合c调的条件，此时ARM处理器内置的C编译器能及时将有效的代码输入进去，定时中断源的嵌入是为了完成硬件中断的工作，这是和处理器之间达成的协议之一。

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关键词：煤矿采煤；智能控制技术；采煤机

中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）20-0105-02

1 计算机智能控制技术的功能及应用

计算机智能控制技术是一门跨学科的综合性高技术，也是一门独立的交叉学科。随着微电子高新技术的兴起，也大大推动了智能控制技术的迅速发展，尤其是计算机控制技术，在很大程度上提升了煤矿机电产品的性能，使煤矿机械的发展有了很大的提高。目前，计算机智能控制系统主要有以下功能：

1.1 自动化或半自动化程度提高

随着科学技术的发展，煤矿机械实现了自动化或半自动化控制，减少了经验不足和对作业精度的影响，也大大减轻了操作者的劳动强度，从而提高生产的效率。例如，液压支架电液控制系统，就是所谓的计算机智能控制技术，它可以实现远程控制，如果在支架操作控制器上输入程序，就能够在支架上进行自动连续操作。

1.2 在线监控、自动报警和故障自诊

在计算机智能控制技术中，通过自动报警和在线监控功能，能够对工作装置、传动系统和电动机等煤矿机械的运行状态进行实时监控，如果出现事故，报警系统就会启动，进行自动报警，能够帮助救助人员找出出现故障的准确位置，这就在很大程度上提高了操作员的工作条件，也会简化对设备的维护检查工作，使停机维修的时间大大缩短，从而使设备的使用寿命延长，也会在很大程度上提高机械工作效率。如果采用PLC控制采煤机上的变频器，就会使煤矿中的各种电器设备更加智能化，从而实现多种在线监控和故障自诊。

1.3 节约能耗，提高生产效率

如果在井下使用通风机、提升机、胶带输送机等，就应使用PLC控制系统、变频起动，能够节电量就在30%左右，与此同时，也会大大提高生产效率。

1.4 其他应用

国外生产的采煤机、输送机、综掘机等机械中，采用了先进的技术，也就是计算机控制自动变速器，通过外负荷的变化自动改变传动比，能够在很大程度上改变功率。这就要求对电动机功率进行充分利用，在操作的步骤上更加简化，从而使设备的安全性能得到提高，又能降低能耗的成本，降低劳动强度，保障作业人员的操作安全。目前，我国计算机智能控制技术也能够应用于综合机械化采煤机，实现无人操作，可以使用机械在危险的地带或者人无法接近的地点进行作业，如果想要实现远程遥控和计算机编程控制，可以配备无线遥控装置。

2 智能控制技术在采煤机中的应用

在现代煤矿高产工作面中，由于采煤机对采煤工作目标的实现起到关键的作用，是保障机械达到高产稳产的目标。目前，我国采用的采煤机测试系统还比较陈旧，测试系统的使用基本处于停用状态，这就在很大程度上影响了煤炭的开采。采煤机测试系统是计算机和先进的检测元件组成的，能够大大提高测试和数据处理的进度，从而使测试能够得到保障。

2.1 测试技术概况

测试需要进行实验和测量，它是通过客观事物中的相关信息，对其认识的一个过程。在测试的过程中，需要采集数据并对其进行处理，还需要完成对仿真系统的操作，也就是控制，还有被测对象的负载和运行环境的模拟。测试技术的发展需要经历三个阶段：（1）手动阶段，也就是需要人工进行对数据采集、处理和仿真系统的控制；（2）自动测试，通过数据采集所构成的测量装置，能够采用自动进行，但是在分析和处理测量数据的过程中，仿真系统的控制还需要人工进行；（3）通过计算机及其的设备，计算机的辅助测试可以替代人工操作，需要计算机进行相关的处理，但是，这可以在很大程度上提高测试的速度和精度，扩大测试的范围。

2.2 测试系统工作原理

2.2.1 液压泵试验。如果驱动转矩速传感器和变速箱，电机就能够加载调节后的溢流阀例，通过检测元件，就能够将压泵的各项性能参数直接检测出。下图1为液压泵试验原理。

图1 液压泵试验原理图

2.2.2 液压马达试验。电机驱动液压泵，当液压泵排出的高压油进入到被试液压马达后，检测元件就能够检测出马达性能参数。下图2为液压马达试验原理。

图2 液压马达试验原理图

2.2.3 牵引部试验。采煤机的主电机能够驱动牵引部，但是需要连接牵引部链轮输出轴和加载装置，在溢流阀加载的帮助下，其原理能够达到液压马达的效果，可以采用同一加载系统。下图3为牵引部试验原理。

图3 牵引部试验原理图

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【关键词】综采；液压支架；电液控制系统

液压支架电液控制系统集液压、机械、计算机、网络通讯及电子等技术于一身，是一项用于煤矿井下的高新技术产品。液压支架的应用使煤矿井下的采煤由人工劳动向机械化生产转变，液压支架控制系统不仅对液压支架的动作进行自动的控制，而且还是实现了远程或者是邻架对于液压支架的控制，对工作面液压支架实时进行监控，完成了液压支架与采煤设备的完美配合，有助于实现高效采煤。液压支架电液控制系统是以通信网络作为基础，在煤矿综采面中进行运用，实现了综采面的自动化控制，有助于改善井下的工作条件，不断提高煤炭的生产效率，更好的实现高产、高效、安全生产的目的。

1 综采支架电液控制系统的结构与原理

1.1 综采支架电液控制系统的结构

支架电液控制系统结构有很多部分组成，包括人机操作面、行程传感器、支架控制器、压力传感器、红外传感器、连接器、电源箱、网络变换器，地面计算机等组成的。综采支架电液控制系统分为支架控制系统、工作面通信系统以及采煤机位置检测系统这三个部分。支架控制系统是支架电液控制系统的基础，网络通信系统以及采煤机位置检测系统是则是辅助手段。支架控制系统是通过支架的动作和传感器信息的采集，并且根据采煤机位置检测系统所提供采煤机的位置信息，实现的支架跟机的自动控制。再者，工作面通信系统主要是为支架控制系统提供出通信网络服务，对支架控制系统的通信网路进行检测，测试其是否在正常的工作。

1.2 综采支架电液控制系统的工作原理

支架电液控制系统中，最小的单元是支架控制单元。在这一控制单元中，支架控制器是这一单元的核心，其自动控制装置的环节主要是检测环节以及动作执行环节，检测环节主要是指传感器，而动作执行环节是由电磁先导阀以及液控主阀而形成的阀组。支架控制器中装有软件，内设有操作系统，通过按键的操作来发出命令，并执行支架发出的动作以及对工况检测的数据进行采集。这种控制系统具有很多先进的功能，当支架控制器进行互联工作时，实现了方便、灵活的操作，自动的控制支架，协调的配合各支架之间的关联功能，更好的保障支架的可靠安全。电液控制系统采用的是总线技术，对支架控制器之间进行数据通信，并且充分利用嵌入式的操作系统对各项任务进行管理，并进行实时的调度，更好的提高电液控制系统的性能。采煤机位置检测装置主要是为支架控制系统提供出精确的采煤机的位置信息，对采煤机的位置进行精确的定位，促使支架能够跟随着采煤机活动，真正实现采煤机的自动化控制。运用网络变换器，进行数据网络进行收集和管理，将工作面的数据运用转换器，传送给巷道的主控计算机，运用这种方式，就实现了支架电液系统对于综采工作面的集中监控。并且利用井下的交换机，将数据传送给地面的计算机，就实现了计算机的监测以及数据分析。

2 综采液压支架电液控制系统功能

煤矿液压支架电液控制系统具有很多功能，在综采面能够实施自动化控制，在地面也能实现对工作面设备的控制，其具体的功能表现在以下几方面。第一，支架电液控制系统将刮板运输机和采煤机进行了有效的结合，对于综采面机械的机械化程度得到了进一步的提升，而且还使我国实现了粗放型采煤向集约型采煤的转变，实现了各种复杂的煤层的自动化开采，大大的提高了煤层的开采效率。第二，电液控制系统应用在井下综采工作面，能够使液压支架进行精确的前移，支架能够自动跟随采煤机。具体的是指，采煤机在进行割煤之后，液压支架自动前移支护，采煤机再次进行割煤时，液压支架促使刮板运输机往前移，使刮板运输机能够很好的进行平直的运输。第三，提高综采面液压支架支护质量。电液控制系统能够对支架支护的压力进行实时的控制和监测，由于一些原因的影响，支架发生压力泄露并且对于顶板没有足够的支撑力的时候，电液控制系统能够自动的监测发现其压力不足的问题，并能及时的自动补充液压，这就有效的降低了支架自动泄露的问题。

3 综采液压支架电液控制系统的应用效果

3.1 提高了生产效率，改善了工作条件

对综采液压支架电液控制系统的应用，不仅提高了煤炭的生产效率，而且还能够改善煤矿井下工人的工作条件。运用这种系统之后，大大降低了人工控制中的辅助时间，具有反应速度快的特点。计算机对采煤的工序进行合理的安排，不仅能够充分的利用各种设备，还能提高采煤的效率，充分发挥出机械设备工作的能力。还可以对支架进行编组运行，实现多个支架的顺利操作和运行，更好的提高机械的利用率，提高机械的生产效率。对于一些地质复杂的煤层，运用综采液压支架电液控制系统，更好的实现了根机定量推溜以及自动移架的效果。在工作面顺槽进行远程控制，不仅成功的实现了了薄煤层自动化开采这一难题，使井下无人面工作成为了现实，而且改善了井下工人的工作条件和工作环境。

3.2 保障生产安全

改善工作面顶板的支护问题，有助于更好的进行安全生产，保证工作面液压支架的初撑力以及带压擦顶移架都进行工作面顶板进行维护维护的措施。由于电液控制系统包括检测和控制两个方面，合理的解决工作面支护液压支架初撑力的问题，更好的改善工作面顶板支护，减少顶板事故的发生，为顶板的维护提供了很好的条件。由于是通过计算机进行控制，操作人员远离工作面，不受工作面的控制，这就可以避免粉尘、冲击地压等一些矿井灾害的侵袭，更好的保证工作人员的安全。而且，电液控制系统也为井下无人工作面的实现提供了可能性，大大的提高了我国煤炭自动化生产的水平，更好的保证了工作人员的安全。

4 结语

随着综采液压支架电液控制系统的应用，它给煤矿产业的发展带来了巨大的经济效益，也带来了深刻的社会变革。液压支架电液控制系统适合多种煤层的开采，这也为矿井进行集约化生产提供了技术保障。在煤矿的生产中，对综采液压支架电液控制系统进行了广泛的运用，不仅改善了煤矿工人的生活环境，而且还实现了煤矿的高产、高效、安全的生产，提高了煤矿的经济效益。

参考文献：

[1]赵文昌.煤矿液压支架电液控制系统的研究[J].机电产品开发与创新，2009（6）.

[2]韩素媛.综采工作面液压支架电液控制系统的设计[J].科技情报开发与经济，2007（8）.

[3]刘培云，戴智.电液控制系统在液压支架中的应用[J].矿业快报，2005（2）.

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【关键词】微机控制系统 产品自动包装生产 PLC

随着工业革命推进以及科技水平的进步，工业生产的规模不断扩大，工业生产的过程也不断的被强化，消费者对产品的质量要求越来越高，人工工作的进度远远不能够满足市场的需求，因此产品自动化生产已经成为了未来机械的发展趋势。随着电子计算机技术的广泛运用，智能化和自动化的生产成为当今信息时代的一项新应用。我国自动化包装生产系统起步比国外要晚，目前还存在很多的漏洞，但是由于我国已经成为世界上最大的商品出口大国，与此同时，中国的产品包装生产市场要求也随着世界消费者的要求变得越来越严峻，增强产品自动化包装生产的危机控制系统的建设，成为中国工业生产的首要任务，本文基于这些因素，对自动包装绳的危机控制系统进行了简要的分析。

一、自动包装生产微机控制系统的概述

（一）微机控制系统

微机控制系统一般有三种，全气控制系统、电气控制系统和PC控制系统。气动控制，即传动控制和执行机构全部是气压元件，系统全部使用压缩空气为工作介质。这种控制方法工作介质单一，工作比较可靠，系统的安装调整和维修也比较方便，但气动系统较复杂，元件较多； 电气控制，气动的传动控制采用电器元件，通过电一气转换后再来控制气动执行元件（如控制阀、气缸等）。这使得气动系统本身大为简化，气动元件少，气动系统的故障率低。PC控制则同时具备以上两种控制系统的优点：这种专用工业环境下应用而设计的控制系统，其内部各种中间继电器、保持继电器、特殊用途继电器都是无触点接触的开关信号，极大地降低了电气系统的故障率，使用PC后，气动系统大为简化，实际上，包装线上每个工位只需一只主控阀和一对执行气缸，气动系统的故障率也降到最低。

（二）自动包装生产微机控制系统

一般的自动包装生产系统相比人工的生产具有三个方面的性能优势、分别是安全性、可靠性和实用性。自动包装系统的这些性能可以满足行业工艺的需求，代替人力降低成本，提高包装效率和包装质量。自动包装系统作为一个高速度、智能化、全自动的纺织行业包装设备，是集在线检测、精密机械、实时控制于一体的大型包装生产线，各部分协调配合，保证整个系统的可靠性与稳定性。一般情况下自动包装系统的核心是PLC控制单元，PLC广泛应用于各种工业控制中，可以适应各种复杂的环境，抗干扰能力强，可以控制各个机构完成相应动作，工作稳定可靠。自动包装生产系统的动力主要来源于电机和气紅，电机主要用于输送带的传送，气紅主要用于各模块的动作，只要配合光电传感器、行程开关等，就可以实现各个机械机构动作的跟踪控制，上位监控系统可以对整个包装过程进行监控，可以保证系统可靠稳定地运行。

二、自动包装生产微机控制系统的原理

全气动控制方法和电气控制方法的控制原理是一样的。包装生产自动控制系统的设计，须按位置程序控制的一般模型进行逻辑控制线路的设计，对逻辑运算、记忆、延时等各个环节进行综合，形成一个闭环控制系统。因此其工作原理就是：由前一步的动作，发出动作的行程信号（主令信号），将它输入逻辑线路经运算后发出执行信号，产生下一步的动作。这种控制方法具有连锁作用，能使执行机构按程序顺序依次动作。现在的产品自动控制系统大多采用了PC控制，PC又称PLC即可编程逻辑控制器，是在继电器控制和计算机控制基础上发展起来的以微处理器为核心的新型工业自动控制装置，pc控制系统内部各种中间继电器、保持继电器、特殊用途继电器都是无触点接触的开关信号，极大地降低了电气系统的故障率，同时内部各种中间继电器、保持继电器、特殊用途继电器都是无触点接触的开关信号，极大地降低了电气系统的故障率。

三、以为例分析自动包装生产的微机控制系统

（一）的包装工艺分析

包装的主要功能是将从定型机输出的以内纸板为支撑折叠好，套入外纸壳并送入塑料包装袋，封口、打标签后输出包装成品。包装机主要由三部分组成：载袜台、折袜机和装袋机载袜台是连接定型机与折袜机的过渡机构。被输送到载袜台，由人工检查瑕疵，剔除次品，将合格的放在输送带上，输送带将送到折袜机。将经由上输送带输送到可反转的双层输送带斜坡机构中，由置放内纸板机构将内纸板放在上，斜坡机构再反转，同时上输送带前段下降，并且折叠好的部分被送到正向运行的下输送带上，实现的第一折；当被输送到特定位置时，下输送带反向运转，仍留在上输送带上的部分则随着传送带运行最终叠在下面的部分上，从而实现第二折；然后上输送带上升，下输送带再次正向运行，定位板下降，顶住中部，同时翻转折叠机构将前部翻折180度，实现第三折；定位板上升，下输送带将叠好的袜子送到后续机构。三次折叠的长度都要求十分精准，以保证折叠后平整、美观。如下图所示：

（二）自动包装控制系统

本文采用的自动包装控制系统主要是使用PLC技术，在设计自动包装控制部分时，充分考虑到用户的功能需求以及与系统的机械部分的配合需求。在具体实现的过程中，又以系统的可靠性与易用性为准则，尽可能把本系统设计成为一个功能齐全、可靠性高且易于使用的包装机设备。自动包装控制系统的主要控制参数有输送带运行方向、启停的时间，气缸、真空吸附机构、吹风口的动作时间。由于控制对象较多，且被控对象比较集中，因此采用集中控制系统方案。集中控制系统如下图所示，每个被控制对象与可编程控制器指定I/O相连接，因此各被控对象之间的数据、状态的变换不需要另外设置专门的信号线路。该控制系统多用于控制对象所处的地理位置比较接近，且相互之间的动作有一定联系的场合。

（三）自动包装PLC程序流程

如上图所示，当自动包装任务开始时，系统就会开始初检，初检任务是对所有电机和汽缸的运动能力进行开机检查，即开机时，让所有电机和汽缸都运动一下再复位，确保机器能够正常运转，同时检查所有的光电传感器，查看是否有异物，若气缸不能到位，或光电传感器前有异物则红色报警灯亮、蜂鸣器响。当系统的各部分程序正常运转时，就启动接下来的三个运行任务，分别是：手动运行、半自动运行、自动运行，在自动包装系统中通常采用第三个，选择自动运行的任务。如果一切正常，则等待上位机发出操作指令，即运行哪个部分控制任务，自动包装控制系统就会按照原先设定好的程序进行的包装，如果发现意外情况，立即停止全部部分控制任务的执行，然后再启动停机任务。

四、结语

随着包装机械竞争日趋激烈，高度自动化、智能化、动功能化、低消耗化、高效率的未来机械的发展趋势，自动包装控制系统采用了机电一体化控制，提高生产效率。目前由于国外的工业水平比国内先进，因此其产品包装自动化的程度比国内要高。本文浅析了产品自动化包装控制系统的工作原理，特别是其中PLC技术的运用。

参考文献：

[1]余雷声.电气控制与PLC应用[J].北京：机械工业出版社，2010.

[2]李明才.发动机活塞环自动包装流水线的创新设计[J].南京林业大学学报，2012（3）.

[3]王莹莹，袁少强，程 涛.自动控制原理[M].北京：中国时代经济出版社，2010.

[4]周亮.袋成型自动包装机控制系统的设计与研究[D].武汉理工大学硕士学位论文，2009：

[5]唐国兰.基于PLC的高速全自动包装机控制系统的应用研究[M].广东工业大学报，2010（4）.

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关键词：核桃青皮；剥离方法；分析

1 概述

核桃作为世界名的四大干果之一，因其具有极高的营养价值和润肺，通畅，益肾，健脑和美颜等保健功能而被广泛种植。除了直接食用外，还可以对核桃采用二次深加工，将其制成饮料、食用油等多种形式的制成食品进行销售，经过加工的核桃制品市场销售量大，消费群体广泛，经济效益明显，深受广大消费者的喜爱[1]。

我国作为核桃种植和出口的大国，多年来一直对核桃的种植和培育进行大力推广和普及。目前在我国种植的核桃种类已超过40余种，种植范围覆盖了西部以及黄河流域，核桃种植面积以及核桃产量多年来稳居世界第一。仅就云南、新疆和甘肃陇南区域“十一五”期间的核桃种植面积来说，已分别达到3600万亩、1600万亩和1000万亩[1]。在市场销售方面主要以直接采摘销售和加工制成二次产品销售为主。对于采摘下来的核桃，如果不及时清理外层青皮，就会使核桃发生霉烂变色，影响核桃仁的口感和品质。因此无论是直接食用还是进行后续加工，首先必须要做的工作就是对核桃进行及时的脱青皮处理。

目前来说核桃青皮的去除技术主要有人工去除法和机械剥离法，本文对国内外常用的去除核桃青皮方法进行了概述，并对各种方法的特点进行了总结。

2 常用的核桃青皮人工去除方法

2.1 乙烯利促沤法

将乙烯利加水稀释为3000-5000mg/kg的溶液，将核桃在溶液中浸泡5-10min，也可以将溶液直接喷洒在核桃表面。乙烯利的作用是加快青皮的腐烂速度，所以可以看作为一种改进的堆沤法。采用乙烯利促沤法后堆沤时间可以缩短2-3天，同时也能核桃外壳和内仁的污染率，但仍然有30%的外壳和5%的核桃仁会受到污染，因此与堆沤法一样，后期漂白处理带来的二次污染依然不可避免，无法满足农业产品绿色无公害的要求。

2.2 采摘前乙烯利喷洒法

大产量的核桃产田，采用人工去皮方法就需要的人工成本和药剂消耗巨大。另外，在我国多数农户为了核桃可以更早上市，往往会提前核桃的采摘时间，此时青皮较难进行剥离，所需的药剂量更大，对环境会造成更为严重的污染，因此需要采用机械化青皮剥离技术。

3 机械化大规模核桃青皮去除方法

3.1 切削式青皮剥离机械

这种机械的工作原理是采用刀具、钢刷等进行青皮的切削和清理，之后用高压水流进行清洁。如图1所示为切削式青皮去除机工作原理，A段刀具将大部分青皮削去，B段钢刷除去残留青皮，C段配合高压水柱用毛刷进行核桃的表面清洁，削除的青皮由出料口排出。这种机械可以节省去除青皮的时间，但需要采用高压水流，因此耗水量较大。

3.2 滚筒式青皮剥离机械

图2所示为滚筒式青皮剥离机械示意图，核桃在滚筒内由于旋转产生相互挤压，这种挤压力可以使青皮发生剥离，筒身周围分布一定尺寸的孔槽，可以将剥离的青皮排除。这种机械的一大缺点是进料量有限，同时需要对处理时间进行把控，否则由于巨大的压力会使青皮变为粘稠状褐色液体，后续还需要进行表面的清洁处理。

3.3 挤压揉搓式青皮剥离机械

由于成熟的核桃青皮已经发生剥离，破坏青皮所需的并不大，因此可以采用对核桃施加摩擦力的方式进行青皮剥离，图3为挤压揉搓式青皮剥离机的工作原理示意图，从入料口加料，外筒与转动内同呈现偏心布置，同时在内外筒表面涂有橡胶层以增大摩擦力，内筒转动而外筒固定，核桃青皮由于反复的摩擦和揉搓会发生分离，同时由于重力作用向下运动，青皮由外筒孔洞排出，去除青皮后的核桃则由出口掉落。

4 结束语

青皮的剥离是核桃加工的初始工序，直接决定了核桃由采摘到进入市场的时间，同时与核桃的品质和口感息息相关，高效快速的核桃青皮去除技术有利于获得外形美观，绿色无污染的核桃制品。采用大规模机械化的去青皮技术有利于实现农业产品的利益最大化。

参考文献

[1]代家泽.核桃采收及加工技术简介[J].云南林业，2010，31（3）：43.

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关键词：小型 水稻插秧机 研制

中图分类号：U523 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（c）-0081-01

在我国，种植面积最大的粮食作物就是水稻，它的单产量和总产量都是最高的，其种植面积占我国粮食作物的28%，其总产量则占到了40%。随着科学技术的发展，水稻的种植方式已经由原来的人工插秧逐渐转变为机械插秧，我国插秧机械虽然有了一定的发展，但是从整体上来看，总体水平不高，具体表现为机型单一，品种少，特别是缺少小型水稻插秧机。从我国水稻种植地区的地形状况来看，广大农村（尤其是南方农村）都是以小地块和丘陵地块为主，但是，当前在我国只有一些大型宽幅的水稻插秧机，完全不符合农村实际地形情况。只有加大小型水稻插秧机的研制力度，开发出更多的符合我国地块特点的小型水稻插秧机，才能够在水稻种植中大面积实现机械化插秧，才能够大大提高我国水稻种植的效率和质量，促进我国水稻种植现代化水平的进一步提升。

1 稀植分插机构

分插机构是插秧机的核心关键部件之一，也一直是插秧机研制的重点和热点。分插机构反映的性能就是机插性能，此项性能的优劣主要表现在以下三个方面。

一是栽秧质量怎样保证。也就是怎样做到精确插秧，使插秧时的秧爪轨迹和态势跟人工插秧的轨迹差不多；怎样做到不伤害秧苗、不遗漏秧苗，使分插机构的部件在运转时不晃动，保持平稳状态，机器的震动幅度也要达到最小。

二是秧苗直立、紧凑。秧苗直不直立主要取决于秧针和插植叉头部几何样子的设定，这对秧苗的姿态起着决定性的作用。插前秧苗应该避免涉，这就要求在设计分插机构插植端的入水角度和回转时的运动路线要注意不要碰着插前秧苗。对秧苗立起姿态影响比较大的是浮板尺寸的大小及形状的设计。怎样使得浮板小而浮力大、运动时雍泥少、对旁边的秧苗没有影响成为了分插机构机械设计的关键所在。

三是取苗的准确度要高，对秧苗位置、数量多少的要准确设定。也就是说插秧机在插秧时要保证秧苗姿态的直立，输送秧苗要准确；要把取秧苗的数量的调节装置和输送秧苗的皮带连动起来，使插秧机能够根据取秧苗数量的多少的改变来调节输送秧苗数量。

目前，国内大部分都是运用运动学建立模式和优化相联合的办法来设计和研制插秧机的分插结构。此外，还充分研究了日本的旋转式的插秧机分插机构的工作原理，并拿出了不少的进一步优化的方案。我国对插秧机分插机构的研究在运动学特性上较为充分，但是在动力学上的研究就不怎么充分，这都是因为复杂的数学建模。我国在水稻种植上存在着大型插秧机插秧、种植株距大的问题，要想解决这两个问题，需要把农机和农艺进一步的结合起来，对稀植分插机构的研制要从工作原理上多做创新和构思，使杂交水稻种植中的大型插秧机插秧、株距大等问题得到尽快的解决，并进行科学的验证和试验，确保分插机构研制成果有着极强的实用性，进而满足占到55%插秧面积的机械化插秧需求

2 插秧机自动控制和监测技术

（1）“浅、稳、直、匀”是水稻对生长的要求。“浅、稳”可以使水稻返青比较快，根部也比较壮实，不容易被风吹倒；“直、匀”可以使水稻处于良好的通风和透光环境中，不容易滋生病虫害，颗粒也比较饱满，能够大大提高水稻的产量。插秧机与人工插秧相比最大的优势就是能够使深浅一致，机械插秧要想实现这一点的关键在于仿形部件，要求在插植部位有一个水平技术和土地情况相适应的仿形部件。国内在研究机械插秧技术时，很少注意研究依据土壤环境自动控制深浅的工作原理和技术，致使我国水稻插秧机的插秧准确性和秧苗的直立状态、插秧环境的适应性都比日本、韩国的插秧机要差。

（2）日本在水稻种植机械的研制水平上是比较高的，在控制自动插深浅的技术的处理上主要运用了速度感应的技术来组成了自动调节深浅的装置，使插秧机能够依据速度的不断变化情况下浮板起伏的高度来自动调节秧苗插的深还是浅。在插秧机的插植部位的平衡控制运用了先进的平衡部件，插秧时插植部位的水平控制是通过角度传感器和倾斜传感器来完成的。日本的有关研究人员已经开始尝试把卫星全球定位的导航技术运用在插秧机的无人驾驶技术的开发中，还正在研制在机器视觉导航技术基础上的辅助驾驶插秧机的技术。在插秧机的驾驶中加入导航技术是未来插秧机的发展方向之一。

（3）在乘坐式小型插秧机的操作过程中，会出现成条漏插的问题。要想解决这个问题，就要在秧苗质量、秧苗装载、插秧机构的分插准确度上提高水平，除此之外，就是可以在插秧机上装上警报器，用来在秧苗质量不好和遗漏插苗时做出警示。

（4）乘坐式小型插秧机之所以效率低下，没有产生高效插秧的效果，究其原因是因为装载秧苗的时候，所花费的时间太多，影响了插秧的整体效率。如果能够实现插秧机的自动装载秧苗技术，那么这个问题就会得到有效解决。因此，要积极研究和开发自动装秧技术，提高插秧机的自动化水平，进而节约装秧时间，使插秧机的效率得到进一步提高。

3 设计和开发环境

国内设计和开发插秧机技术的方式和方法都比较落后，很多研究人员都是依据自己的经验进行对比设计。在插秧机的设计和开发过程中，没有运用虚拟样机技术进行样机的测试。在虚拟样机技术中，可以方便快捷地对插秧机复杂的机械/液压混合设计、动力学解析以及结构和参数进行提升。在进行插秧机新产品的研发过程中，运用虚拟样机技术，可以对虚拟模型进行验证，还可以对多种设计方案进行对比。

4 结语

水稻插秧机的研制是实现我国水稻种植机械化、现代化的重要保证，能够充分体现我国在技术研发上的创新能力和水平。小型水稻插秧机在我国有着广阔的应用前景，要在机械的作业宽度和灵活性、分插机构的插秧准确度、自动调节装置和自动报警装置等方面进行深入的研究和开发，提高插秧机的准确性、机动性和灵活性，使小型水稻插秧机更加符合我国的地块情况，促进我国水稻插秧机研发水平的进一步提升，促进我国水稻种植的机械化、种植面积的规模化和农业现代化的快速实现。

参考文献

[1] 中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册（上）[M].北京：机械工业出版社，1998：498―556.

[2] GB6243-86，水稻插秧机试验方法[S].

[3] 北京农业机械化学院.农业机械学（上）[M].北京：中国农业出版社，1981：157―158.

[4] 赵匀.农业机械计算机辅助分析和设计[M].北京：清华大学出版社，1998：75―78.

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关键词：农业机械学；虚拟仿真；实验教学；设计

引言

农业机械化和农机装备是转变农业发展方式、提高农村生产力的重要基础，是实施乡村振兴战略的重要支撑[1]。加快农业机械化和农机装备产业转型升级，建设智慧农业离不开高素质农业装备技术人才，离不开高水平的农业机械化及其自动化专业人才培养体系，离不开高水平的农业工程技术人才综合能力提高的训练系统[2]。在此背景下，课程教学团队依托国家级农业工程综合训练中心和省级农业工程虚拟仿真实验教学中心，聚集优势学科科研平台，按照构建功能集约、资源共享、开放充分、运作高效的实验教学平台有关工作要求，展开了基于VR技术的农业机械学虚拟仿真实验教学平台的建设与开发，围绕黄淮海地区主要农作物全程机械化生产过程中“耕、种、管、收”环节，完成不同模块的网络化的农业装备虚拟仿真实验与部分农业装备虚拟仿真训练（实践）。为加快发展“新工科”，深化科教结合与校企合作，提高人才培养能力打下基础。

1农业机械学虚拟仿真实验教学设计目的

为了农业机械化及其自动化本科专业学生综合能力，特别是创新能力、动手能力的提高，逐渐加大专业课程的实验环节或专业实践环节的课时是目前行之有效的方法。农业机械化及自动化专业学生专业实验或实践环节的系统性与完整性对学生综合实践能力的提高十分必要。从农业装备的认识、典型农业装备的性能分析、设计、制造，乃至控制、智能化设计、维护等等都需要学生能够亲自参与其中。但由于经费、场地等原因，购买大量的新设备很难操作，而虚拟农业装备实验且可以很好解决农业装备实验的系统性、完备性问题，无需太多费用、场地、操作人员等，即可获得有关实验的虚拟现代化农业装备。大型农场的认知、大型喷灌机械、大型复合作业机械等等大型农场、农业装备，对学校而言根本无法购置与运行。传统的简单模型的替代方法无法真实再现大型农业装备其功能、结构及大型农场的情景。采用农业装备虚拟实训系统可以很好的解决此类问题。可以不出校门实现大型农场、大型农业装备的运行、认知的实验与实践工作。如今，农业装备的科学研究已从二维化向三维化发展、从图纸化向无纸化作业发展、从经典设计向现代设计的发展。虚拟仿真技术作为现代的设计方法，也得到了广泛应用，发挥了巨大的作用。农业装备虚拟仿真实验项目一方面可以用于农业机械化及其自动化专业的实验及实践教学，一方面也可用于智能农业装备新产品的研发。

2农业机械学虚拟仿真实验教学设计方案

农业机械学是农业机械化及其自动化专业的核心课程之一，是一门理论性和实践性较强的课程。《农业机械学》课程虚拟教学资源设置坚持“虚实结合、相互补充、能实不虚”的建设原则，充分发挥专业特色优势，加强学科交叉，凸显虚拟教学的特色，实现虚拟教学的创新。结合农业机械化生产实际和教学特点，在原有植保无人机虚拟仿真实验教学平台基础上，提出“智慧农场农业机械化生产装备虚拟仿真实训系统”建设项目方案，项目设有四个虚拟仿真实验教学模块，基本涵盖了农业机械化及其自动化专业的专业实验教学课程及部分实践教学环节，主要包括智慧农场虚拟认知模块、“耕-种-管-收”农业装备虚拟拆装模块、农业装备动态仿真模块、农业装备虚拟测绘模块。每个实验模块均包括专业知识、综合技能和研究创新三种层次的多个实验，并充分与理论课程、真实实验、工程实践和科学研究紧密结合。

2.1模块1：智慧农场虚拟认知

智慧农场虚拟认知主要是利用虚拟现实技术的真实再现让学生对现代化专业化的农场进行沉浸式的认知学习。可以使学生在虚拟环境中了解不同农作物的耕作、种植、田间管理、收获、后处理的生产过程；可以了解整个农作物生产过程的不同阶段使用的不同农业机械的功能动态模拟；可以了解典型农业装备的虚拟驾驶与操作功能。

2.2模块2：“耕-种-管-收”农业生产装备拆装

“耕-种-管-收”农业生产装备拆装主要是让学生掌握一些黄淮海地区主要农作物“耕-种-管-收”环节重点农机设备的正确的拆装步骤、必要的拆装工具，并实现实验过程的自动打分、测评。实现犁、耙、旋耕机、播种机、插秧机（移栽机）、大型喷雾机械、大型联合收割机、大型拖拉机等关键功能零部件的拆装。

2.3模块3：农业装备虚拟动态仿真与操作训练

农业装备虚拟动态仿真与操作训练主要是帮助学生了解农用机械设备的外形、结构，并对关键部件进行文字说明，对于大型设备，展示其运作原理。学生通过虚拟操作实现不同农业机械，如犁、粑、收割机、旋耕机、播种机、喷雾机等主要部件的功能的动态仿真，使学生真是体会到农业装备正常工作的内部动态功能，了解农业装备主要部件的工作原理。对于主要农作物，开展轮式拖拉机、轮式/履带式收割机虚拟驾驶和收获作业训练，让学生掌握道路交通安全、农机安全法律法规和机械常识、操作规程等相关知识；利用三维影像技术构建出田间作业场景，实现拖拉机/收割机模拟实景作业，通过多个作业场景练习，掌握拖拉机/收割机驾驶及操作技术。

2.4模块4：农业装备关键零部件的虚拟测绘实验

农业装备关键零部件的虚拟测绘实验是让学生能通过三维结构的查看和尺寸测量，能够充分理解农机设备重要部件的几何结构，帮助学生提高手绘能力，以及未来对先进设备重要部件的设计和改进能力。比如铧式犁的犁曲面曲线测绘、播种机的排种器、收割机割台、打捆机打结器等关键零件的测绘。

3智慧农场农业机械化生产装备虚拟仿真实训系统设计

3.1系统主要内容与界面

3.1.1登陆界面。进入系统，学生或教师或维护人员首先需使用学号和密码进行登陆，在登陆的同时，系统后台会自动验证账号所具有的权限，并自动加载权限对应的功能模块；此外，登陆过程中，系统自动检测版本号及相应的资源信息，并自动进行对应的更

3.1.2个人中心。个人中心主要是学生用于管理个人信息，查询个人学习记录和考核记录；其中，学生信息主要包括管理学生个人信息，包含姓名，性别，出生年月，班级，学号等；学习记录主要查询学习模式下的操作记录，包括操作时间，实训用时，操作步骤的正误情况等；考核记录可查询虚拟考核的记录，包括考核时间，考核用时，考核点的正误情况，考核成绩等。

3.1.3课程选择。学生进入虚拟实训系统首先需进入课程中心进行训练模块选择，当前，我们为系统设计了四个课程应用方向模块，分别是智慧农场三维数字化认知模块、“耕-种-管-收”农业生产装备拆装模块、农业装备动态仿真与操作训练模块、关键零部件虚拟测绘模块。

3.2系统基本模块中的软件与应用

3.2.1模块1：智慧农场三维数字化认知。进入模块1，系统会自动加载农场模型及其中的设备，由于场景较大，所以采用的是分布式动态加载的技术；当虚拟场景较大时，场景的优化就显得尤为重要了，一方面是从模型的制作开始，就需要进行面片数和贴图材质的优化；另一方面，是在程序设计时，要考虑到采用图形优化技术对场景的加载和显示进行优化，这其中主要用到几种深度检测技术、遮挡剔除技术、LOD技术等；在漫游功能模块，漫游分为手动和自动两种，学生可以选择让相机自动行走漫游展示农场布局，也可利用鼠标/键盘进行自由查看；整个场景除了农场的布局外，还会有一些工作中的设备，帮助学生更好的理解数字化农场。

3.2.2模块2：“耕-种-管-收”农业生产装备拆装。进入模块2，系统将虚拟拆装分为学习模式和考核模式，学生在教师的学时要求下，需先就进入学习模式进行交互操作的练习，当满足了要求后，进入考核模式验证学习成果。在学习模式下，拆装的流程需遵循设备既定的拆装顺序，不允许任意拆卸/装配，系统界面会显示操作步骤提示和上一步操作的正误情况；在拆装的过程中，系统界面会显示操作步骤列表，学生可按照该列表进行流程操作，每完成一步，系统会判断正误情况，并显示在列表中；在学习模式下，系统也会对下一步操作的对象进行提示；同时，学生也可查阅实验的操作步骤，或者开启自动拆装进行学习；辅助功能在学习模式下，系统默认为开启状态，也可由学生根据自身情况进行关闭/开启；在操作过程中可能会有操作错误的情况发生，系统提供返回上一步的功能，但是在学习模式下，只记录第一次操作的正误情况，不更新返回操作的正误情况，让学生可以明确回顾自己在学习过程中不熟练或者有错误的地方，并对此进行反复操作练习，加深印象；碰撞操作主要作用于两个方面，一是工具与零部件的拆装操作，学生在使用工具进行拆卸操作时，在三维空间中需与零部件产生包围盒碰撞才能触发零部件空间位置的改变；二是拆装过程中零部件之间的碰撞检测功能将使零部件之间产生真实的物理碰撞，从而避免穿插的发生，同时也有空间定位的作用。在三维空间中，当学生对零部件进行操作时，在零部件到达存放位置或装配位置时，约束功能将保证零部件自动捕捉空间坐标位置；当该设备的拆装学习完成后，系统会将操作记录自动存储到数据库中，学生可通过个人中心进行查询；考核模式与学习模式类似，但是在整个操作过程中，系统不会给予任何提示，系统后台记录每个步骤最后一个操作的正误情况，并在操作结束后给予评分表。

3.2.3模块3：农业装备虚拟动态仿真与操作训练。进入模块3，首先选择动态仿真、操作训练两种模式；动态仿真模式下，首先先进行动态仿真农业装备的选择，设备主要包含犁、播种机、旋耕机、收获机、植保无人机等，这些设备及相应的功能也是具有模块化和松耦合化的特性，后续可作扩展添加；选择设备后，系统会自动载入一个设备仓库，并在仓库中停放着所选设备；点击外观查看，设备会自动悬浮于仓库中，学生可使用鼠标控制，对设备进行360°查看，放大缩小查看，点击标签按钮，可显示外观结构重点标签及说明。点击结构查看，设备会呈现爆炸状态，学生可使用鼠标控制，对设备爆炸结构进行360°查看，放大缩小查看，点击标签按钮，可显示爆炸结构重点标签及说明；点击运行按钮，会显示设备运行状态的动态模拟；点击重点部件，设备外壳透明化，进行内部重点部件工作原理展示，学生可选择随时停止播放工作原理，也可重复观看多次。在实操场景中实现学生训练情况记录，并且可以在训练结束时全程回放，回放时可任意角度的查看操作过程中出现错误的地方，方便学生全面观察自己的操作情况，提高操作水平和训练效率。模拟考核时，通过三维场景设置，按照联合收割机/拖拉机驾驶员考核大纲规定，依据《拖拉机、联合收割机科目考试评判表》评判标准，实现模拟考核功能。该功能严格按照驾驶员考核大纲的要求，设定各考核点知识说明，模拟考核场地，真实再现考核科目，评判严谨公正，客观验证联合收割机驾驶员操作驾驶技术水平，以此激励学生端正学习态度，提高考核优秀率。

3.2.4模块4：农业装备关键部件虚拟测绘。学生选择考核模式后，就会看到界面上有当前所需考核的设备零部件，零部件主要包括犁曲面、旋耕刀轴及刀片、移栽机鸭嘴（或栽插器）、收割机割台、滚筒、拖拉机悬挂系统、播种器等，具体的考核内容由教师端进行设置；首先进行部件测量，进入部件场景，部件摆放在仓库中，考核模式下，学生根据自己掌握的知识内容，自由选择工具和测量点对部件进行测量，系统不进行任何提示；然后进行工具选择和操作，学生先对测量工具进行选择，然后选择部件的测量点，选择测量点后，镜头会自动切换到适合测量的位置，学生用所选工具进行测量；需要对视角进行调整，由于测量对于视角控制的要求较高，所以系统可切换2D/3D现实，在2D视图下，用户可选择只看物体的顶/侧/底/正面，便于学生考核时的精准定位；同样的，在测量过程可使用鼠标键盘的配合操作，调整一个较为合适的视角进行操作。

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论文摘要随着液压伺服控制技术的飞速发展，液压伺服系统的应用越来越广泛，随之液压伺服控制也出现了一些新的特点，基于此对于液压伺服系统的工作原理进行研究，并进一步探讨液压传动的优点和缺点和改造方向，以期能够对于相关工作人员提供参考。

一、引言

液压控制技术是以流体力学、液压传动和液力传动为基础，应用现代控制理论、模糊控制理论，将计算机技术、集成传感器技术应用到液压技术和电子技术中，为实现机械工程自动化或生产现代化而发展起来的一门技术，它广泛的应用于国民经济的各行各业，在农业、化工、轻纺、交通运输、机械制造中都有广泛的应用，尤其在高、新、尖装备中更为突出。随着机电一体化的进程不断加快，技术装各的工作精度、响应速度和自动化程度的要求不断提高，对液压控制技术的要求也越来越高，文章基于此，首先分析了液压伺服控制系统的工作特点，并进一步探讨了液压传动的优点和缺点和改造方向。

二、液压伺服控制系统原理

目前以高压液体作为驱动源的伺服系统在各行各业应用十分的广泛，液压伺服控制具有以下优点：易于实现直线运动的速度位移及力控制，驱动力、力矩和功率大，尺寸小重量轻，加速性能好，响应速度快，控制精度高，稳定性容易保证等。

液压伺服控制系统的工作特点：(1)在系统的输出和输入之间存在反馈连接，从而组成闭环控制系统。反馈介质可以是机械的，电气的、气动的、液压的或它们的组合形式。(2)系统的主反馈是负反馈，即反馈信号与输入信号相反，两者相比较得偏差信号控制液压能源，输入到液压元件的能量，使其向减小偏差的方向移动，既以偏差来减小偏差。(3)系统的输入信号的功率很小，而系统的输出功率可以达到很大。因此它是一个功率放大装置，功率放大所需的能量由液压能源供给，供给能量的控制是根据伺服系统偏差大小自动进行的。

综上所述，液压伺服控制系统的工作原理就是流体动力的反馈控制。即利用反馈连接得到偏差信号，再利用偏差信号去控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小偏差的方向变化，从而使系统的实际输出与希望值相符。

在液压伺服控制系统中，控制信号的形式有机液伺服系统、电液伺服系统和气液伺服系统。机液伺服系统中系统的给定、反馈和比较环节采用机械构件，常用机舵面操纵系统、汽车转向装置和液压仿形机床及工程机械。但反馈机构中的摩擦、间隙和惯性会对系统精度产生不利影响。电液伺服系统中误差信号的检测、校正和初始放大采用电气和电子元件或计算机，形成模拟伺服系统、数字伺服系统或数字模拟混合伺服系统。电液伺服系统具有控制精度高、响应速度高、信号处理灵活和应用广泛等优点，可以组成位置、速度和力等方面的伺服系统。

三、液压传动帕优点和缺点

液压传动系统的主要优点液压传动之所以能得到广泛的应用，是因为它与机械传动、电气传动相比，具有以下主要优点：

1液压传动是由油路连接，借助油管的连接可以方便灵活的布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，且容易布置。在挖掘机等重型工程机械上已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。

2液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如相同功率液压马达的体积为电动机的12％～13％。液压泵和液压马达单位功率的体积目前是发电机和电动机的1／10，可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达可实现无级调速，调速范围可达1：2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。

3传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。因此，金属切削机床中磨床的传动现在几乎都采用液压传动。液压装置易于实现过载保护，使用安全、可靠，不会因过载而造成主件损坏：各液压元件能同时自行，因此使用寿命长。液压传动容易实现自动化。借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易的实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。液压元件己实现了标准化、系列化、和通用化，便于设计、制造和推广使用。

液压传动系统的主要缺点：1液压系统的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使液压传动不能保证严格的传动比：2液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体勃性变化引起运动特性变化，使工作稳定性受到影响，所以不宜在温度变化很大的环境条件下工作：3为了减少泄漏以及满足某些性能上的要求，液压元件制造和装配精度要求比较高，加工工艺比较复杂。液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。液压系统发生的故障不易检查和排除。

总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。

四、机床数控改造方向

(一)加工精度。精度是机床必须保证的一项性能指标。位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。因此位置精度是一个极为重要的指标。为了保证有足够的位置精度，一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小，另一方面是对位置检测元件提出精度的要求。因为在闭环控制系统中，对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的，反馈检测元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用。在设计数控机床、尤其是高精度或太中型数控机床时，必须精心选用检测元件。所选择的测量系统的分辨率或脉冲当量，一般要求比加工精度高一个数量级。总之，高精度的控制系统必须有高精度的检测元件作为保证。

(二)先局部后整体。确定改造步骤时，应把整个电气设备部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中，应先做技术性较低的、工作量较大的工作，然后做技术性高的、要求精细的工作，做到先易后难、先局部后整体，有条不紊、循序渐进。

(三)提高可靠性。数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，如果发生故障其损失就更大，所以提高数控机床的可靠性就显得尤为重要。可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一，其定义为：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。对数控机床来说，它的规定条件是指其环境条件、工作条件及工作方式等，例如温度、湿度、振动、电源、干扰强度和操作规程等。这里的功能主要指数控机床的使用功能，例如数控机床的各种机能，伺服性能等。