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附錄 A 譯文 隨車液壓起重機的控制 摘 要 ： 本文主要是描述隨車液壓起重機的控制過程。 這篇論文分為五個部分：需求分析，液壓系統(tǒng)以及存在的問題的分析， 不同結構產生不同問題的分析，基于更加先進復雜電液比例控制閥的新技術的發(fā)展趨勢的分析。 本文的研究工作是和實際的工業(yè)相結合的，比純粹的研究理論更有意義。 關鍵字 ： 隨車液壓起重機，控制策略，電液比例控制閥 本文主要敘述的是對隨車起重機控制系統(tǒng)的改進方法 隨車汽車起重機可以看成是一種大型柔性控制機械結構 。 這種控制系統(tǒng)把操作人員的命令由機械結構變?yōu)閳?zhí)行動作。 這樣定義這種控制系統(tǒng)是為了避免在設計它事產生模糊的思想這是一種通過人的命令把能量轉化成機械動作的控制系統(tǒng) 。 本文所寫的就是這種控制系統(tǒng)。以這個目標為指導方針來分析怎樣設計出新的控制系統(tǒng)。 文章分為五個部分： 強度，高效性，穩(wěn)定性，安全性。 同的操作方式，不同的控制方法，不 同的組織結構。 效率，易控制等的比較 好的控制系統(tǒng)。它將成為 今后研究的比較經濟高效的一種方案。 2. 論文部分 控制系統(tǒng)必備條件的分析 在一種新的操作系統(tǒng)開始正式投入工作之前，對這種控制系統(tǒng)據(jù)有嚴格的要求。對控制系統(tǒng)的影響有很多因素。例如：機械結構的可實行性因素，可操作性因素，效率因素，符合工業(yè)標準。 工業(yè)需求必須放在第一位。這與在控制系統(tǒng)中導管破裂保護和超載保護有同等的地位。其次穩(wěn)定性要求也很重要；系統(tǒng)不穩(wěn)定就沒法正常工作。一旦穩(wěn)定性要求得以確定，控制系統(tǒng)性能要求就可以進一步確定。機械結構決定了起重機的可操作性。機械機構是隨 車起重機中可以往復轉動固有頻率低的大型柔性結構。 為了防止起重機振動，必須使起重機在固有頻率下工作，或者提高起重機的固有頻率。如果它的固有頻率太低或者太高，操作人員將無法給它進行操作。最后傳動效率可以在工業(yè)標準，穩(wěn)定性，執(zhí)行機構確定的基礎上得到最優(yōu)的方案。 目前這種控制系統(tǒng)的分析 在設計一種新的起重機之前，研究目前起重機存在的問題是很有必要的。當前液壓隨車起重機主要存在以下三個問題： 穩(wěn)定性 不穩(wěn)定性是一個嚴重問題，他可能會損傷操作人員或 者會是設備受到毀壞。當一個系統(tǒng)不穩(wěn)定時通常產生嚴重振動。為了消除當前系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，設計人員既花費了很多時間來研究又花費了很多財力設計出更加復雜的機構。如圖 1所示為一種起重機，它適合于在高速下工作。但是為了可以安全的工作必須合理控制其運行速度。要提高它的控制速度又必須增加更加昂貴復雜的機械系統(tǒng)。 液壓系統(tǒng)的參數(shù)，如溫度或壓力同樣影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一個參數(shù)合理的液壓系統(tǒng)比一個設計參數(shù)不合理的液壓系統(tǒng)穩(wěn)定，為了使整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，有時必須降低次要的參數(shù)值。 經濟性 目前的液壓系統(tǒng)是純液壓的機械系統(tǒng) ，因此如果用戶想實現(xiàn)一個功能，他就必須買一個能使現(xiàn)這個功能的液壓機械組件。因為大多數(shù)用戶又不同的使用要求，要求同一個設備可以進行升級。這就意味著這些標準設備可以人為的改造，這就增加了組件升級費用。 效性 液體在液壓系統(tǒng)的兩個液壓缸之間流動時效率較低。這是因為大多數(shù)液壓閥都是用一個閥心來控制兩個節(jié)流口，由于這個鏈接不可能使閥芯兩側的壓力相等，因此在流出端就產生一個與液流方向相反的背壓力，同時也增加了流入端的壓力。由激勵源產生的這個背壓力與閥芯兩端的壓力差成正比的，給油缸的實際壓力沒有被有效的作用 在油缸上。例如，給液壓缸的壓力為 100060000 。無論如何，這樣的話，提供的電量必須高于有效電量，這些額外的電量就被白白的浪費了 制系統(tǒng)不同的控制方法 目前主要用電液比例控制閥來控制液壓閥的運動。然而對控制筒有不同的控制方法。 電液比例控制閥對閥的關 /開，公共汽車系統(tǒng)，電源的智能激勵，泵的調節(jié)方案控制精度都較高。必須對這種系統(tǒng)的優(yōu)缺點進行分析，找出合理的方案。 期方案 即使這種十分新的系統(tǒng)最佳外形的布局已經得以證明是可行的，但是起重 機制造商和配件商還不能立刻就接受這種技術。這是一個漸進的過程，所以提出了一種臨時解決的方案。 這種方案是由微型計算機和升縮機構組成。這種離合閥可使這種更加高效穩(wěn)定的執(zhí)行控制機構得以實現(xiàn)。微型計算機可以對閥進行柔性控制?？梢园堰@些變量編入軟件。這樣就消除了制造商許許多多不同的變量問題。起重機制造廠家可以根據(jù)產品功能選擇不同型號的液壓閥。配件商也將不得不生產這種型號的閥，這樣不僅降低了制造成本，而且使起重機的性能得到提高。 高效方案的分析 這種分析依賴于不同布局結果，液壓泵控制的區(qū)域決定將要用的控制方 法，再依次對這個區(qū)域進行分析。不同的區(qū)域將用不同的方法探討，用不同的刀具位置控制。 3. 實驗設備 本文的中心是研究發(fā)展中的經濟型機械控制方案的可實現(xiàn)問題，更多重點是先進的實驗結果。實驗結果由兩種方法獲得。第一種是通過研究單自由起重機實驗臺獲得，第二種是通過研究一臺由丹麥一家起重機廠送給英國的一所軍校的起重機獲得。如圖 1 所示 圖 1系統(tǒng)實驗臺 左：單自由度起重機模型 右：隨車起重機實物 雖然目前這種升縮分離機構在生產商中沒有被普遍接受，但是兩分離閥將會被逐漸取代。如圖 2所示是一種幅度 ，它是通過數(shù)字信息處理器 /奔騰雙信息處理器運行程序來控制液壓閥的。由數(shù)字信號處理器運行控制代碼，奔騰處理器來判斷并提供圖形用戶界面。 4. 當前工作 線軸流控法 當今市場常見的直線流控器都需要壓力補償。壓力補償器可以使閥芯突然受壓時保持恒定的壓力。但是新增加的壓力補償器會使閥的結構比簡單的隨動閥更加復雜。另一種解決方法是用流控器測量閥的壓力降來調整閥芯的位置來實現(xiàn)。這種想法雖然簡單，但是由于壓力傳感器和微控器的費用比較高，想普遍運用于商品上是很難的。然而目前這種利用微控器和壓力傳感器的思想對于生 產商來說是可以接受的。 雖然依據(jù)方程來看很簡單，但是要實現(xiàn)卻很難。流控器的位置精度取決于位置傳感器的精度壓力傳感器的精度。噪聲會影響位置傳感器和壓力傳感器的穩(wěn)定性。采用延時控制可以消除影響穩(wěn)定性的噪聲，這樣，超過閥的運行范圍的特征值用就不能用柏努力方程計算，應用更復雜的方程來計算。 圖 3 起重機工作的不同情形 圖 2升縮分離機構 壓缸控制方法 根據(jù)不同的受力方向和速度方向這種液壓缸有四種工作情形。如圖 3所示： 多數(shù)是普通的隨動液壓閥，它這種控制方法已經在文獻中可以找到，依靠一般的測量 法測液壓缸的速度位移相當復雜。它們也需要相當復雜的運算法則來控制。本文主要分析基于簡單的 種系統(tǒng)的控制方法比復雜的控制方法簡單得多，由于它不需要特殊的傳感器而且容易被大多數(shù)工程師理解所以比較容易被廠商采用。 在設計一種控制方法時另一種特別的控制方法也需要了解，它也是液控中常用的一種方法。移動液壓閥要求低泄漏，以前的液壓閥大們通常有很大的交迭。然而，使生產商能夠接受的這種線軸式液壓缸的驅動性能相當慢。這種具有很大交迭的重合以及激發(fā)很慢的液壓閥很難滿足現(xiàn)在的 要求。交迭和較慢的驅動使壓力控制變得相當困難。 新的控制方法可以用一個例子清楚簡單的描述出來。從入口端實行流控制，出口端就實現(xiàn)液壓力。流控制符合柏努力方程。液壓控制過程中 減壓控制器 維持較小的壓力來提高效率并且可以防止氣穴現(xiàn)象。這些都是為了解決大交迭和較低的驅動所做的工作，壓力控制器僅僅能排除控制中的一點問題。這就意味著如果控制人員想提高壓力，卻不能使液壓缸移動，只能夠降低控制口的開口量。這樣做的作用只能使操作人員想改變活塞的方向時使它準時脫離零位。這種情況下外力方向和活塞運動仍然不能改變，這種方式需要改進 。既然這樣，需要壓力控制器在出口變大時提供與外力方向相反的有用壓力，當已知入口端的壓力下降的時候，它可以增加與外力相反的壓力。這個壓力也受 圖 4所示就是是一個這種控制系統(tǒng)的控制模型結構。 在寫本文的時候這種控制的實驗已經在圖 1所示的實驗臺上完成了，由于起重機上安裝了載荷單向閥，所以穩(wěn)定性沒有達到要求。然而，用液壓單向閥取代這種載荷單向閥，可以使系統(tǒng)的穩(wěn)定。在液壓系統(tǒng)中，載荷閉式閥可以實現(xiàn)超載保護和卸載保護兩種功能。由于在這種控制方法中使用伸縮閥機構對卸載保護很起作用，因此在起升機構中很有 必要使用有這種功能的單向閥。一個操作單向閥的駕駛員可以做這一點，沒有增加復雜的動力來阻止起重機的傾。安裝了這種單向閥，起重機操作人員不需要再增加更復雜的外力來防止起重機產生傾翻。 5. 結束語 即使沒有大量的實驗設施，但是實驗還是完成了，一個好的開始是成功的一半。這個論文題的大輪闊已經確定，它是有意義而且合理的。這個工作分為需求分析、目前的系統(tǒng)分析、不同布局分析、近期的解決辦法的分析和最優(yōu)解決方案的發(fā)展趨勢分析五個部分。在本論題的最后，液壓隨車起重機的控制模將會被修改。 感謝 。也感謝 A/上的支 持 隨車液壓起重機的軌跡控制 問題描述 這項方案是根據(jù)如圖 1所示的多自由度隨車液壓起重機控制問題提出來的?？刂齐S車起重機要求操作人員技術相當高，它的操作機動范圍很小。如果可以讓現(xiàn)代的起重機實現(xiàn)遙控控制的話，操作人員只需要控制他手中的遙控器就可以控制起重機把重物放在他要求的任何地方。一個按鈕控制一個自由度方向上 的轉動。因此只需要讓操作人員得到熟練的訓練他就可以每次控制更多的按鈕來實現(xiàn)多個自由度的轉動。 圖 1 所示為一臺隨車液壓裝載起重機部分液壓系統(tǒng)控制圖實例 這項工程的目標是設計一臺非熟練操作人員都能夠控制的移動式液壓起重機。操作人員根據(jù)吊具總成的合成軌跡控制一根操縱桿。這樣不同的自由度就可以同時被控制。 多數(shù)隨車液壓起重機的結構就像圖 1所示的那樣，大多數(shù)都是非常柔性化的，因此當受載時它們就會彎曲。這樣做可以使起重機吊重比最低。事實上吊重頂端位置也是制約控制系統(tǒng)結構偏差的因素。這種問題可以通過一個好的位置 偏差補償控制系統(tǒng)解決，這個系統(tǒng)還可以消除操作初期結構上發(fā)生的擺動。 繼續(xù)使結構軌跡偏差補償控制系統(tǒng)在起重機上進一步發(fā)展，起重機的裝載能力將可以大大得到提高。當這種在起重機里的擺動可以被控制系統(tǒng)抑制的方法能夠得到充分證明，在一個長的期限里可能有一個降低動力學安全系數(shù)的機會。這將使起重機生產商和用戶節(jié)省一大筆費用。 吊具總成 圖 2 測試起重機圖片 方案內容 現(xiàn)以一臺如圖 2 所示的 80隨車液壓起重機來分析這些問題。在這臺起重機的不同位置安裝了傳感器來監(jiān)視系統(tǒng)上的不同參數(shù)值，它們都是一些起重機上很重要的不同連接位置的壓力、流量 、應變參數(shù)值。實驗測試可以證實起重機性能，所以可以通過精確的模型來測試起重機的性能。為了使所含蓋的幾個問題能夠描述得更清楚，這些問題被簡略的表述如下： 1. 分析系統(tǒng)要求說明書 系統(tǒng)的執(zhí)行標準分析已被完成。基于系統(tǒng)的這種要求連同確保系統(tǒng)的執(zhí)行的檢驗程序將被列入清單。 2. 機械子系統(tǒng)模型 許多技術模型已經存在，因此這些部件包括研究明確的模型局部動力學的表達方法。機械子系統(tǒng)的分析與局部模型偏差的詳細分析相同。這樣做是為了使計算的有效性能夠明確表達出來，同時使系統(tǒng)的動作在控制過程中能夠十分精確?；谶@種非常有前 景的用公式表示一個數(shù)學子系統(tǒng)模型的方法已經完成，它將從起重機試驗臺的實驗結果中得到校驗。 3. 液壓子系統(tǒng)模型 跟機械子系統(tǒng)建模一樣，液壓子系統(tǒng)模型由液壓泵、不同的液壓閥、激勵源和液壓導管組成。然而，并不是這些都要建模，只是那些對系統(tǒng)動力學部件影響比較大的成分才建模。液壓子系統(tǒng)模型也需要用實驗的方法來證明。除此之外是否在對偏差進行補償時，系統(tǒng)中用了比重比較大的電液比例控制閥都必須被分析，即對機械結構的擺動進行分析?；谏鲜鲂拚?，對液壓系統(tǒng)如果有必要都要做。 起重機相對 于底部有一個可以操作的特定空間，即吊具總成能達到的范圍。這是公認的起重機工作范圍。有的部位要通過不同的路線才可以達到。因此有必要在這些區(qū)域確定最佳的運動結構。有不同的參數(shù)標準，習慣上用起重機上總負荷的最小值，也就是在臨界狀態(tài)點的最小壓力值。為了做這個重要的結構壓力分析，基于實現(xiàn)這個運算法則的控制系統(tǒng)將進一步得到發(fā)展。 為了實現(xiàn)起重機結構偏轉補償，需要知道起重機承受的有效載荷。因此，有必要進行不同的載荷在線可能情況分析，這樣就可以判斷哪一個傳感器需要進行載荷復合鑒定。基于這種鑒定 方案分析，可以實現(xiàn)最終的運算法則。 6. 控制運算法則的發(fā)展 基于這種機械液壓子系統(tǒng)模型，一種吊具總成位置軌跡控制的控制規(guī)律將會得到發(fā)展。這種控制規(guī)律可以保證系統(tǒng)按照吊臂頂?shù)倪\動軌跡運行，并且系統(tǒng)在工作情況下保持穩(wěn)定。這包含在載荷判斷和運動學最佳參數(shù)方案的分析中。 7. 控制系統(tǒng)的執(zhí)行 最后系統(tǒng)的控制規(guī)律已經通過仿真試驗得出，應該實現(xiàn)通過處理器或者數(shù)據(jù)信號處理檢驗系統(tǒng)實物了，即測試起重機。用這種測試方法將可以實現(xiàn)對系統(tǒng)制定測試，到測試結束的整個過程。這種測試技術還可以對一些典型系統(tǒng)進行控制。 機械化和自動化 自從 18 世紀末工業(yè)革命開始，工業(yè)機械化進程一直在不斷地發(fā)展，并且變得越來越復雜。但目前的工業(yè)自動化過程較以前的工業(yè)自動化過程有很大的不同。 20 世紀的工業(yè)自動化之所以有別于 18、 19 世紀的機械化，是因為機械化僅應用于操縱（執(zhí)行）機構，而自動化則涉及整個生產單元中的執(zhí)行和控制兩個（核心）部分。盡管不是所有的情況，但在大多數(shù)情況下，控制元件依然發(fā)揮著強大的力量，機械化已經代替了手工勞動，而自動化代替了腦力勞動。 機械化程度的發(fā)展在過去和現(xiàn)在的區(qū)別不是很明顯 ，而在一端是具有強大辨別和控制功能的餓電子計算機，另一端是我們目前所說的“轉換機構”正如傳輸帶一樣與其他設備簡單的連接起來。自動調整機構能夠自動調節(jié)系統(tǒng)，也就是說，它能在沒有人干預和調整的情況下，自動對系統(tǒng)或生產過程進行控制和調節(jié)?，F(xiàn)代工業(yè)技術的核心因素就是當前人們經常提起的反饋（控制），它是以自動調節(jié)系統(tǒng)為基礎，借助于系統(tǒng)偏差與期望之間的偏差來控制，可由自動檢測、測量、顯示和校正方法得到。反饋控制應用于高速運轉的大型數(shù)字計算機進行復雜運算時，對于輸入的復雜問題，計算機通常會一直運行，直到求出與問題匹配的結 果。這或許于我們以前熟知的機器有很大的差別。同樣的，反饋是我們所熟悉的機器概念。舊式的蒸汽機安裝有離心傳感器，控制桿上的兩個小球不停的繞立軸旋轉，氣壓升高，發(fā)動機轉速變快，旋轉控制器速度增加，使立桿上升，關閉閥門，切斷蒸汽，從而發(fā)動機恢復到合適的速度。 隨著工業(yè)革命的出現(xiàn)，機械化也隨之產生，由于這時的機械化僅局限于單個生產過程。因此，需要使用人工控制每部機器及裝卸材料，并把材料從一個地方運到另一個地方。僅僅在很少的情況下，這些生產過程才能夠自動地銜接起來，形成連續(xù)的產品生產線。 一般而言，從 20 世紀 20 年代 以來，盡管現(xiàn)代工業(yè)已經實現(xiàn)了高度機械化，然而通常機械化的部分還沒有聯(lián)系在一起。機械化的工廠生產了光電燈泡、瓶子和大量生產的產品的元件，這些機械化工廠的自動化程度日益得到了加強。 20 世紀 40 年代電子計算機的發(fā)展，意味著在機械控制領域內將出現(xiàn)大量比計算機更簡單、更廉價的產品。這些裝 置 — 機械裝置、氣動裝置、液壓裝置，在近些年內已有了很大的發(fā)展，并將繼續(xù)發(fā)展下去，普通的觀點認為這有利于自動控制的發(fā)展。當然不僅僅電子設備對目前自動控制的發(fā)展舉足輕重，無疑在今后自動控制發(fā)展方面還繼續(xù)會發(fā)揮不可估量的作用。 液壓傳動 對于兩點之間較遠的傳動，不適合用傳動帶和傳動鏈的機械系統(tǒng)，可優(yōu)先考慮采用液壓傳動，液壓傳動的優(yōu)點是：低速大力矩、機構緊密、穩(wěn)定性高、無振動的平穩(wěn)滑動，速度和方向能靈活控制，輸出速度可實現(xiàn)無級快速變化。 由電力驅動的油泵提供有傳遞能量作用的油液，并可供給液壓馬達或油缸，從而將液壓能轉化成機械能。液壓油流動是通過控制閥進行控制的，壓力油的作用產生線性的或螺旋性的機械運動，此時的油液產生的動能相對低。因此，有時候使用靜壓傳動。液壓馬達與液壓泵的結構幾乎是相同的，任何液壓泵都可以當成馬達應用，一定時間的流量可由調節(jié) 閥使用變量泵來控制。 一般來說液壓傳動可分為直線式的和旋轉式的，旋轉式傳動產生旋轉運動，而活塞及缸體部件產生往返的運動是線性運動。 所有液壓馬達的功能基于同一個原理，壓力油被交換地擠入、擠出到油腔中，進油循環(huán)由最小的腔體注油開始，當油腔達到最大容積時，油腔和油路隔開，停止進油，然后通過回油路油液返回到油箱中，同時另一個油腔開始進油。 計算機輔助設計技術 在廣義上講，計算機輔助設計（ 的是計算機在解決設計問題中的應用。工程技術人員可以借助于直觀顯示屏幕、鍵盤、繪圖儀和人機 接口等諸多方式與計算機通信。工程技術人員可以提出問題并能很快有計算機得到解答。更確切地說， 使工程技術人員和計算機系統(tǒng)工作，彼此發(fā)揮長處的技術。 過去，工程技術人員設計時所使用的傳統(tǒng)工具是制圖板、制圖儀、計算器和技術數(shù)據(jù)圖紙。后來，計算機的出現(xiàn)導致了工業(yè)中的巨大變化。隨著數(shù)字控制、計算機數(shù)字控制、機床的引入，計算機在制造業(yè)中的應用在 20 世紀 50 年代末期首次有了實質性進展，通過磁帶輸入到機器中的數(shù)據(jù)控制了裝配零件的機器運轉。這一切對工程設計者并沒有直接影響。 20 世紀 60 年代初隨著計算機輔助設計的引入產 生了一場重大變革。 許設計者以圖形方式與計算機交互作用，工程技術人員能夠檢驗一個設計思想，并很快地查看到設計效果，然后對其進行修改和重新評價。如此循環(huán)往復，直至形成一個合格的設計。每重復一次，設計方案都會得到一步的改善。因此，在時間、材料和資金允許的條件下所執(zhí)行的循環(huán)次數(shù)越多，設計效果就越好。 計算機能加快設計進程，提高設計的精確程度。它能夠在短時間內完成大量的、復雜的計算并得出準確可靠的結果。由于在有限的時間內某些設計所需要的大量計算不能簡單的由人來完成，計算機的上述特征證明了作為一個設計工具的作用 是無法估量的。 計算機可在磁盤或直接存儲器等永久性介質上保存大量的信息。因此，以數(shù)字形式描述一個工程圖紙的細目或一個汽車車身的造型，并把信息存儲在存儲器中都是可以做到的。這些數(shù)據(jù)能從存儲器中檢索、快速轉換并顯示在 頻顯示器）圖形屏幕上，或交替地利用繪圖儀繪制在圖紙上。此外，設計者還可以迅速、容易地更新或修改圖紙的任何部分。也能把修改后的圖紙數(shù)據(jù)寫回到存儲器中。 計算機輔助設計在工程技術領域中有著重要的作用，例如，計算機系統(tǒng)生成工程圖紙的應用；求解復雜構件的熱應力問題的有限元技術的使用；機械裝置和連接 的分析及大量的輔助工程應用。 附錄 B 外文文獻 F . 01 he of in is to of is a an of an of of a on an of be in of be in so of an a 1 he of in is to of A be of as a is by of a of of is in to on of a of a of to a of It is is of is to on of be 1. of of of 2. of 3. of of of of 4. of a of is A of in 5. of be be a 2 F of on it is to on is by it is to be a of on is t be of to be by of of a is a to of or to a on If is or it is a to it is is at of to be a it is to to 1. . . is a as it to or to a it to To in or in , it be to to to is To a of a as or A is of be To of be at of so if a a of be up of ne of in is to of of is a to in of it is to in of a in to of on to by is to in t of of 00be 000600in to is to a to to to in to to be if is to be t is if it is a is so an be be up of n / 997; 1990; 997). it to it to to be in to of be to he in to on of of If it is is to be of be in be is 3 s of is on be on be on be a of as an is a to a . 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