操纵装置范文

操纵装置范文（精选6篇）

操纵装置 第1篇

推土机是大型土石方作业机械,大量应用于道路建设、矿山开采等工程施工中。操纵装置是推土机的重要部件之一,推土机操纵装置分为行走操纵和工作装置操纵。行走操纵通常是指控制推土机前进后退、转向、变速换档的装置。行走操纵装置通常由关节轴承、连杆、软轴、滚针轴承、传动轴、支架等部件组成。各部件根据功能需要,组成各个空间连杆机构,将变速阀或转向阀阀杆的动作逐级转化,直至驾驶室内操纵手柄处。工作装置操纵是指控制推土机的铲刀和松土器等工作装置,使铲刀和松土器实现提升下降或倾斜等动作的装置。

随着技术的发展及不断更新,无论是行走操纵装置还是工作装置操纵装置也是不断发展和进步的,文中对目前推土机的行走操纵装置的设计特点及未来发展趋势进行研究分析。

推土机的行走操纵装置根据控制方式不同可分为机械连杆式、液压控制式和电液控制式等,根据操纵手柄的个数可分为多手柄操纵式和单手柄操纵式等。

1 机械连杆式操纵装置

机械连杆式操纵装置是目前推土机上应用最普遍的操纵控制装置。机械连杆式操纵根据手柄的个数又分为多手柄机械操纵装置和单手柄机械操纵装置。

1. 1 多手柄机械操纵装置

多手柄机械操纵装置,根据位置不同,有的操纵手柄设计在驾驶员的正前方仪表箱上面,有的操纵手柄设计在驾驶员左手边地板架上面。下面分别对其设计特点及优缺点进行研究。

a) 多手柄操纵装置———驾驶员前方

图1 为布置于驾驶员前方的多手柄操纵装置示意图。

1—仪表箱;2—右转向手柄;3—左转向手柄;4—变速换向手柄;5—离合器踏板;6—右转向踏板;7—左转向踏板

由图1 看出,此操纵装置由左右转向手柄、左右转向踏板、离合器踏板、变速换向手柄等组成。工作原理如下变速换向手柄4 用于实现档位的变化和前进后退方向的变化; 左右转向手柄2 和3 用于实现推土机转大弯,拉动左转向手柄2,推土机向左转向,反之向右转向; 左右转向踏板6 和7 用于实现推土机转小弯和急弯,当需要转小弯时,拉动手柄2 的同时,踩下左转向踏板7,则左转向离合器迅速分开,同时左侧制动带迅速抱死,实现推土机向左转小弯,反之是向右转小弯; 离合器踏板5 实现主离合器的分开和接合,当踏下踏板5 时,可以进行挂档和换档,挂档之后,松开踏板5,主离合器结合,发动机动力传递到传动系,实现推土机的行走和作业。当同时踩下踏板6 和踏板7 时,实现推土机的制动。

此种操纵装置由3 个手柄和4 个踏板组成,大部分手柄是布置于前侧仪表箱上面。其优点为: 所有操作手柄分开布置,各手柄的作用和功能一目了然,操作者可迅速了解和学习机器的操作方法。但是这类多手柄操纵装置有如下缺点: 大部分手柄布置于仪表箱上面,对仪表箱强度要求高,操纵手柄占据仪表箱大部分空间,不便于各种显示仪表的布置; 多个手柄布置于狭小的仪表内部,为了满足各操纵连杆间的相互动作,仪表箱的体积必将设计的很大,这一方面会占用驾驶内空间,另一方面,操纵装置是运动的部件,影响驾驶室密封,噪音和灰尘会通过操纵手柄空隙进入驾驶室; 由于转向手柄布置于驾驶员正前侧,手柄的形状和位置不符合人机工效学[1],驾驶员拉动手柄时,会非常吃力,劳动强度大; 由于多手柄的存在,设计时要考虑各个手柄的动作,设计相对复杂。

目前这种布置于驾驶室前侧的多手柄操纵装置,大部分用于农用推土机和中低端的推土机上面。

b) 多手柄操纵装置———驾驶员右侧边

图2 为布置于驾驶员左侧边的多手柄操纵装置示意图。

1—变速换向手柄;2—发动机手油门;3—左转向手柄;4—右转向手柄;5—左转向踏板;6—右转向踏板;7—发动机脚油门

由图2 看出,此操纵装置同样由左右转向手柄、左右转向踏板、变速换向手柄等组成[2]。工作原理为: 变速换向手柄1 实现档位和前进后退方向的变化; 左右转向手柄3 和4 实现推土机的转大弯,配合左右转向踏板实现推土机的转小弯; 同时踩下踏板6 和7 时,实现推土机的制动。

此操纵装置由3 个手柄和2 个踏板组成,手柄布置于驾驶员左侧地板架上面,踏板布置于驾驶于正前侧地板架上面。相对于布置于仪表箱上面的操纵装置,其优点为:所有操纵手柄分开布置,便于操作者快速熟练和操作机器; 操纵手柄和踏板布置于地板架上,不再布置于仪表箱上,则仪表箱体积大大减小,占用驾驶室空间小,仪表布置方便且美观; 仪表箱与驾驶室之间通过一圈密封条即可实现密封,有效提高驾驶室的密封性; 操纵手柄置于左侧地板架上面,此处下侧偏后便是变速箱,采用少数几个连杆机构即可实现变速换向功能,力和行程的损失小; 转向手柄的形状和位置符合人机工效学,大大降低驾驶员的劳动强度。但是此类操纵装置同样有缺点: 操作手柄多,出现突发事件时,驾驶员易出现误操作的现象; 频繁更换操作手柄,驾驶员会将较多精力放于如何操作行走手柄上,会在一定程度上影响作业品质。

这种布置于左侧的操作装置是目前市场上主流的操作装置,由于其成熟且操作力小的特点,使其具有很大的市场占有率。

1. 2 单手柄机械操纵装置

图3 为单手柄机械操纵装置。

1—操纵手柄;2—制动踏板;3—脚油门

由图3 看出,单手柄操纵装置由操作手柄1 和制动踏板2 组成。工作原理为: 操作手柄1 可实现变速、换向和转向等多项动作操控。当挂上档位时,向前推动手柄,推土机前进,向后拉动手柄,推土机倒车; 顺时针转动手柄,实现从Ⅲ档到Ⅰ档的变速,逆时针转动手柄,实现从Ⅰ档到Ⅲ档的变速; 当推土机往前行走时,往左前方推动手柄1,实现推土机的左转向,往右前方推动手柄1,实现推土机的右转向,当处于后退方向时,操作方式正好相反。踩下制动踏板2,实现推土机制动。

单手柄机械操纵装置,将除制动外的推土机所有动作集成于手柄1 上面,与多手柄机械操纵装置相比,有如下优点: 驾驶室内部只有一个操作手柄,简洁明了,占用驾驶室空间小; 驾驶员只需操作一个手柄即可实现速度,方向,转向所有动作的操控,使驾驶员可将更多的精力置于推土作业中,较好的保证了作业品质,另外避免了频繁更换作业手柄带来的额外劳动强度; 单个手柄避免了多手柄带来的因误操作产生的事故; 单手柄操作手柄的形状和外观设计符合人机工效学[1],驾驶员操作起来顺手顺心,可减轻劳动强度。但是单手柄操纵装置同样具有缺陷: 将变速,换向,转向等动作从4 ~ 5 个手柄集中到一个手柄上面,本身就是一项复杂的工程,所以此类操作装置设计起来复杂,实施难度较大; 多个手柄的动作集成到一个手柄上面,下侧的连杆机构必定多且复杂,设计时要考虑各连杆之间的行程且保证不能相互制约和干涉,需考虑的因素较多,另外,手柄下侧连杆多且错综复杂,维修不方便。

单手柄机械操纵装置属于行走操纵中较先进的一种,我公司已用于新一代推土机上面,试装效果良好,发展前景广阔。

2 液压控制式操纵装置

通常液压控制式又可称为先导控制式,即通过先导阀控制主阀的开启与关闭,实现油路的切换与通断。先导阀是为操纵其他阀或元件中的控制机构而使用的辅助阀,可实现以较小的能量控制大口径阀门开闭。先导阀的特点是: 与固定液阻组成先导控制液桥,根据输入信号对主阀或次级阀进行控制; 通常输入信号都比较小; 可以接受多种输入方式: 如手动、电动、液动、气动、机械凸轮、电比例等; 先导阀本身往往就是一种小规格控制阀,多为压力控制阀; 以较小的外力( 手柄操作) 打开一小阀门,使液压油通过打开的小阀门进入到主阀中,借助液压油的压力来驱动阀门开闭,即用较小的能量控制阀门动作。

目前推土机上应用先导的操纵主要是工作装置操纵,尚未有用于行走操纵的先导控制方式,在此对应用于工作装置操纵的先导阀操纵粗略说明。

1—先导控制手柄;2—先导阀

图4 为先导阀控制的工作装置操纵[3]。工作方式为:先导阀内始终存在一定压力值,当不操作工作装置时,液压油溢流回油箱。当往前推手柄时,先导油路辅助推动铲刀提升阀阀芯动作,最终作用于铲刀提升油缸,实现铲刀下降; 同样,当向后拉手柄时,实现铲刀提升; 往左拉手柄时,先导油路辅助推动铲刀倾斜阀阀芯动作,实现铲刀左倾; 同样,向右推手柄,实现铲刀右倾。此种操纵优点是:操纵装置集成度高,便于布置; 先导操纵轻便,减轻了驾驶员劳动强度。缺点是: 操纵装置成本高; 对油液清洁度要求高,需经常维护和保养。

目前液压先导控制操纵装置大量应用于推土机工作装置操纵中,尚未有用于推土机行走操纵装置上的实例。

3 电液控制式操纵装置

电液控制式操纵装置即通常所称的电控操纵装置。工作原理如下: 控制手柄是系统中的输入信号,随着手柄位置的变化,输出相应的电信号,由控制器将信号放大并驱动相应的比例电磁铁,从而控制电液比例阀输出相应的控制压力,控制阀( 变速阀或转向阀) 阀芯的位移。如图5所示。当打开电磁控制手柄联锁开关,操纵电控手柄时,电子控制单元( 控制器) 将手柄的动作转化为电信号并放大输出,经过程序计算和信号转换,将手柄动作转化后输出到电磁变速操纵阀和电磁转向操纵阀,控制相应档位的电磁铁,实现档位的变换和转向等动作。

当往前推动手柄1 并且按压手柄上部的按钮时,变速控制器将手柄动作转化成电信号并放大,输出到电磁控制变速阀,控制相应档位的电磁铁,拉动阀芯移动,接通前进方向油路; 同时电磁铁拉动速度阀芯,通过阀芯位置变化,实现前进Ⅰ档到Ⅲ档的变速。同样,当向后拉动手柄1 并且按手柄上部按钮时,变速阀电磁铁拉动阀芯,接通后退方向油路,实现后退Ⅰ档到Ⅲ档的变换。当往左推动手柄时,转向控制器将手柄动作转化成电信号并放大,输出到电磁控制转向阀,控制电磁阀端电磁铁拉动阀芯移动,通过阀芯移动,实现左转向。同样手柄往右拉时,实现右转向( 图6) 。电磁控制操纵装置具有以下优点: 整套操纵装置占空间位置小,方便设计和布置; 操纵非常轻便,操纵力大约只有机械操纵的1 /3 甚至更小,操作更舒服省力; 整套操纵只有1 个操纵手柄,多个控制器,多个电磁阀和一些线束等。相对于机械操纵来说,不需要考虑与其它部件空间位置是否干涉等,设计位置相对容易。但是此类操纵也有缺点: 操纵出现故障时,难以判断故障点,维修成本高; 控制器等电器元件及控制程序等价格昂贵,成本较高; 电器件等对温度、湿度、振动及油液品质等要求高,尤其需要防潮防热防灰尘等,维护成本高; 整套操纵装置的成本约为机械操纵的2 倍甚至更多,中低端用户难以接受。

1—电控手柄;2—电控手油门

电液控制操纵装置是推土机操纵装置中最先进的一种,小松的D65EX-15、D475A-5 和D575A-5 以及卡特的D10R、D11T等都使用了这项技术[4]。电液控制操纵装置一般应用于升级后的液力机械推土机和全液压推土机上面。由于受控制器技术、油液质量及消费水平等因素的限制,目前很少有应用电液控制行走操纵的推土机。但是此项技术是未来国产推土机的发展方向之一。

4 结语

通过对机械操纵装置,液压控制操纵装置及电液控制操纵装置的工作原理及设计特点的研究分析可知: 1)位于仪表箱前侧的多手柄机械操纵装置多应用于低端推土机和农用型推土机; 位于驾驶员左侧的多手柄机械操纵装置是目前的主流操纵控制方式,国内推土机大部分应用这种操纵方式。2) 液压先导操纵装置多用于推土机工作装置操纵,目前未有应用于行走操纵装置的液压先导操纵。3) 电液控制式操纵装置,卡特和小松已有多款产品应用电液控制式行走操纵装置,国内由于控制器技术等因素的限制,鲜有应用此项技术的推土机,只有少量的全液压推土机应用了此项技术。此项技术将会是未来推土机行走操纵方式的发展方向,值得深入学习和研究。

摘要：推土机的行走操纵装置根据控制方式不同分为机械连杆式、液压先导控制式和电液控制式。分别介绍了不同控制方式操纵的工作原理及设计特点,可为设计和使用人员提供参考。

关键词：推土机,操纵装置,机械连杆,液压先导,电液控制

参考文献

[1]王继成.产品设计中的人机工程学[M].北京:化学工业出版社,2004.

[2]吴建平,唐耀平.大马力推土机变速转向操纵[J].工程机械,2001,(10):6-9.

[3]刘龙.推土机工作装置操纵设计[J].建筑机械,2006,(3):61-63.

操纵装置 第2篇

(1)操纵沉重

该机操纵手柄通过连杆与伺服阀连接,伺服阀又通过连杆与液压油箱内的操纵阀相连。

首先检查连杆的关节是否卡住,连杆是否弯曲,结果未发现问题。然后把操纵阀与操纵杆分开,拉动操纵杆还是沉重,说明伺服阀有故障。进一步检查伺服阀油压(测压口在伺服阀阀座下的进油管上)经测量压力正常。分解伺服阀后,发现伺服阀拨叉断裂,卡住了转阀阀芯,使活塞阀不能正常工作,起不到助力作用,因此,操纵沉重。

更换拨叉后,操纵沉重的故障消失。

(2)工作装置不能升起

推土铲和松土器依然不能升起故障的排查方法如下:

首先检查液压油路。包括检测液压油箱的油量是否充足,滤清器是否堵塞等,然后启动发动机,检查液压油路正常。

其次进行油压检查。将压力表安装到液压泵的出油口接头上,再启动发动机,将推土铲操纵手柄拉到极限位置,结果测出的压力偏低,由此怀疑主安全阀或液压泵出现故障。

最后分解检查主安全阀。主安全阀安装在液压油箱内部,检查时要打开液压油箱,从操纵阀上卸下主安全阀阀体。检查发现,主安全阀的导阀阀座与阀体连接处的O形密封圈破损,致使系统压力偏低,工作装置不能升起。

操纵装置 第3篇

关键词：液压支架,操纵阀,闭锁装置,误动作

1 液压支架概述

液压支架曾称自移支架、机械化支架, 它是以液压为动力实现升降、前移等运动, 用于支撑和维护顶板, 提供安全作业空间的支护设备。液压支架能可靠而有效地支撑和控制工作面顶板, 隔离采空区, 防止矸石窜入工作面, 保证作业空间, 并且能够随着工作面的推进而机械化移动, 不断地将采煤机和刮板输送机推向煤壁, 从而满足工作面高产、高效和安全生产的要求。液压支架的总重量和初期投资费用占工作面整套综采设备的60%~7 0%左右, 因此液压支架是现代采煤技术中的关键设备之一。

2 液压支架目前应用状况

目前大多数煤炭企业使用的液压支架主要有掩护式液压支架、支撑掩护式液压支架, 各种型号液压支架操纵阀无任何闭锁保护, 操纵阀手把裸露在外, 在工作面采煤过程中存在操纵阀手把被误动作情况, 严重威胁在其下工作的采面工作人员。因为操纵阀手把非人为误动作而发生的伤工事故也曾有发生过。为避免由于液压支架操纵阀手把非人为误动作而发生伤亡事故, 这里探索性地首次设计操纵阀闭锁装置。下面就以ZY6400/21/45型掩护式支架为例阐明操纵阀闭锁装置的设计。

3 操纵阀闭锁装置的设计 (图1、图2、图

4 操纵阀闭锁装置工作原理

4.1 操纵阀对操纵阀闭锁装置的基本要求

操纵阀闭锁装置必须满足结构简单、安装方便, 对操纵阀手把闭锁、解锁方便快捷等要求。除此之外, 操纵阀闭锁装置还必须坚固、防锈蚀, 上、下闭锁片不允许有尖锐棱角, 以免划伤操作者。

4.2 操纵阀闭锁装置的安装

操纵阀闭锁装置上片安装于操纵阀的上部, 其上侧两个斜沟槽的作用是在液压支架降到最低支护高度时方便将U形销拔出, 若无此沟槽, 液压支架在最低支护高度时, 闭锁装置U形销将无法拔出或插上即无法解锁或闭锁操纵阀。其下侧两个直沟槽的作用是方便拆、安装于操纵阀。操纵阀闭锁装置下片安装于操纵阀下部, 其只在下侧加工了两个方便拆、安装的直沟槽。

4.3 操纵阀闭锁装置工作原理

煤矿综采液压支架操纵阀为三位四通阀, 其主要功能是改变液压系统内高压工作液体的流动方向, 以便控制液压支架各个立柱、千斤顶的动作。在煤矿井下采煤工作面, 液压支架推溜-降架-移架-升架的过程中需要操纵操纵阀来实现, 其余时间, 操纵阀手把必须打在零位。操纵阀闭锁装置的设计理念就源于此, 不需要操纵液压支架时就将操纵阀手把锁定在零位, 需要操纵液压支架时就将操纵阀手把解锁。

闭锁过程:液压支架不需要动作时, 将操纵阀闭锁装置U形销分别插入到安装于操纵阀上、下部的操纵阀闭锁装置内, 插入后位于其内的操纵阀手把被固定, 从而无法操纵液压支架。这样就实现液压支架在使用过程中的本质安全、主动防预, 避免操纵阀手把非人为误动作, 消除由此带来的安全隐患。

解锁过程:需要动作液压支架时, 将操纵阀闭锁装置U形销拔下, 插到操纵阀闭锁装置右侧圆孔内临时存放。然后操纵操纵阀手把, 对液压支架各个立柱、千斤顶的动作进行控制。

5 结语

操纵阀闭锁装置设计初衷在于避免操纵阀手把非人为误动作所导致的伤亡事故, 对煤炭开采行业有一定的启蒙、借鉴意义。

参考文献

操纵装置 第4篇

人机工程学是一门研究和应用范围都极为广泛的综合性边缘学科, 是技术科学、解剖学、心理学、人类学等学科的交叉。国际人类工效学学会 (International Ergonomics Association, l EA) 对它的定义是:人因工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素;研究人和机器及环境的相互作用;研究在工作、家庭生活中和休假是怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科[1]。

人机工程学是以人——机——环境作为基本的研究对象, 通过揭示人、机、环境之间相互关系的规律, 已确保人——机——环境系统达到最优化的总体性能。

人机工程学的内容具体包括几个方面:

(1) 研究内容

人体特性的研究研究的主要内容包括人体形态特征参数、感知特性、反应特性以及在劳动中人的心理特征和人为差错等。

(2) 人机系统的整体设计

人机系统设计的目的就是为了使整个系统工作性能最优化, 这就必须解决机器与人体相适应的问题, 即如何合理地分配人机功能, 二者的配合以及有效地交流信息等。

(3) 研究人与机器间信息传递装置和工作场所的设计

人与机器之间的信息传递包括显示器向人传递信息, 控制器则接收人发出的信息两个方面。其中, 显示器的研究包括视觉显示器、听觉显示器以及触觉显示器等各种类型显示器的设计, 同时还要研究显示器的布置和组合等问题;控制器设计则要研究各种操作装置的形状、大小、位置以及作用力等在人体解剖学、生物力学和心理学方面的问题。

(4) 环境控制和人身安全装置的设计

为了克服不利的环境因素, 需要设计一系列环境控制装置来保障人身安全。其中安全保障技术包括机器的安全本质化、防护装置、保险装置、防止人为失误装置、事故控制方法, 救援方法等。

1、车辆人机工程学

人机工程学在车辆设计中的应用现已有专门的一门学科, 车辆人机工程学, 她就是将人机工程学的理论、方法应用于车辆工程领域, 通过“人—车—环境”系统的人机工程学研究, 提高驾乘人员的舒适性、安全性和工作效率, 使系统的总体性能达到最佳匹配状态的学科。

车辆人机工程学的研究内容大致包括以下几个方面:

(1) 车辆驾驶操作系统人机界面的优化设计。驾驶操纵系统人机界面设计的是否合理, 对驾乘人员在驾乘过程中的安全性、舒适性、身心健康以及工作效率等方面, 都有着重大的影响。

(2) 车辆乘员的安全保护技术研究。提高车辆的安全性能, 降低安全事故的发生率, 包括两方面内容:一方面通过研究各种预防报警系统, 防止事故的发生, 另一方面需要利用有效的车内乘员保护技术来避免或减轻乘员可能遭受的伤害。

(3) 车辆乘员的乘坐舒适性。乘坐舒适性主要取决于座椅与人体的人机界面能否为人提供舒适而稳定的坐姿, 驾驶员—座椅—车辆系统能否有效地隔离或衰减来自路面不平度的激励而产生的振动, 驾驶员—座椅—驾驶室系统的几何位置关系能否为驾驶员提供良好的视野和相对于各种操纵装置与显示装置的舒适位置。

(4) 车辆的噪声控制。车辆噪声控制的目的是要保证车内驾乘人员的耳旁噪声满足人的听力保护允许标准, 车外噪声满足动态环境噪声允许标准。

(5) 车辆内部小气候坏境的宜人化控制。对车内小气候环境的宜人化控制的具体要求标准因车辆的类型, 使用条件和运行环境的不同而异, 其科学依据是人的热舒适性评价标准。

(6) 车辆驾驶员的驾驶适宜性。所谓驾驶适宜性是指人具备圆满、不出差错的完成驾驶工作的素质。开展驾驶适宜性研究并制订科学的驾驶适宜性检查方法, 对于驾驶员的选拔和科学化管理具有重要的指导意义。

(7) 车辆的道路交通适应性。在设计车辆的性能时, 既要充分考虑人的因素, 又要充分考虑现在及将来的道路交通特性, 如道路的等级、通行能力、管制等级等车—路关系的问题, 从驾驶员的角度出发评价车辆对道路交通条件的适应性, 使车辆的设计与交通设施的调整相互协调。

(8) 人—车—路系统的综合优化。综合运用了人机工程学、汽车工程学、交通工程学、计算机仿真技术、图形图像技术和数据库技术的基本理论的“人—车—路一体化设计”概念将是未来几年摆在各个领域的科技工作者面前的共同课题。

随着车辆使用者群体特性的变化, 车辆设计与制造技术的进步, 道路交通环境的改善以及社会大环境的变化, 车辆人机工程学面临的研究课题必将不断发生变化。

2、 选换挡操纵座的人机工程设计

选换挡操纵座的人机工程设计主要考虑车辆驾驶操作系统人机界面的优化设计、车辆乘员的乘坐舒适性、车辆驾驶员的驾驶适宜性。在实际应用过程中, 主要从三个方面设计, 一是手把外形, 即手握部分的形状和尺寸;二是其操纵行程, 包括操纵的角度和位移;三是操纵杆的位置布置。

首先我们通过一个CATIA的模拟模型做一个选换挡操纵座与人体配合的总体感受。如图1 所示。

2.1 手柄的外形设计

依据手的生理特点来分析和设计操纵杆外形。图2 为手的生理结构, 由图可知, 就手掌的生理结构来说, 掌心部位的肌肉最少, 指骨间肌和手指部分是神经末梢满布的部位, 指球肌、大鱼际肌和小鱼际肌是肌肉丰富的部位, 是手部的天然减震器。因此在设计这类手柄时, 要防止手柄形状和振动力方向不能集中于掌心和指骨间肌。如果掌心长期受压受振, 可能会引起难以治愈的痉挛, 至少易引起疲劳和操作不准确。因此, 操作者握住手柄时最好使掌心处略有空隙, 使受力减少。

如图3, 常见操纵杆手柄有圆柱形、锭子形、球形、锥形、梨形等形状。而图3 中 (b) 、 (d) 、 (f) 的手柄形状, 在执握时, 掌心与手柄的贴合面太大, 操纵效果不好, 只适合作为瞬间和受力不大的操纵手柄。因此优先考虑 (a) 、 (c) 、 (e) 所示的形状。

具体设计来说, 为了减少对掌心部位的压迫可以将操纵杆的端部设计成平面或弧面, 这样能使它与掌心留有一定的间隙。又因为操纵杆在操纵过程中, 其运动多是前后或左右进行, 手握部分可以设计成上部径围稍大于下部径围, 这样可以防止操作过程中驾驶员手的滑脱。此外, 手握部分不能设计的太光滑, 以免操作过程中手的滑动, 设计要有一定的纹理, 这样可以产生摩擦力, 从而防止手滑动。

在实际应用过程中, 我公司设计了下图4 所示的选换挡手柄, 目前应用于皮卡等车型, 手柄前方类似于梨形, 后方及侧面类似于图3 中 (C) 所示的直杆结构, 主体部分采用PW130617-Z=主皮纹 (10°, 130μ) 的皮纹处理, 背部盖板光滑透明。在左右选挡过程中, 手掌的大鱼际肌和小鱼际肌作用在手球侧面部位, 在向前换1、3、5、R四个挡位时, 手掌的大鱼际肌和小鱼际肌作用在手球后方及侧面部位, 在向后换2、4、6 挡时, 手指的肌接触梨形下方, 拉动球头。可见, 此球头在使用过程中均能够合理利用手部肌肉完成选换挡, 一定的纹理处理也防止了手的滑动。

操纵杆的长度取决于杠杆比要求和操作频率要求。为了克服大阻力而需要大杠杆比时, 操纵杆只能加长。需要高操作频率时, 操纵杆只能缩短。操纵杆的粗细一般为22~32mm, 把握手柄的直径一般设计为32mm, 太小会引起肌肉紧张, 长期操作产生痉挛和疲劳。

2.2 选换挡行程设计

在选换挡操纵座设计过程中, 除了要考虑手柄的形状外, 还要考虑它的选换挡操纵杆的行程, 即操纵角度和操纵位移量。操纵杆的操纵角度和位移量不宜太大, 如果太大的话, 不仅占用较大的操作空间, 而且在进行操作时由于运动消耗量大会使操作者加快疲劳感。所以, 操纵杆的操纵角度和位移量应在一个适宜的范围内。操纵杆的操纵角度以30°~60°为宜, 一般不超过90°。操纵杆的位移量随操纵杆的运动方向不同而不同。当操纵杆前后运动时, 最大为350mm;左右运动时, 最大为150mm。角度和位移大小如图5 所示。

皮卡车型设计角度如图6 所示, 换挡方向极限角度39°, 选挡方向极限角度28.5°。换挡行程目标值如表1, 换挡的前后行程最大极限160mm, 左右选挡最大极限125mm。

通过换挡性能测试, 实际换挡前后最大值126, 左右选挡最大值69, 理论和实际均满足人际工程要求。

2.3 选换挡操纵座布置位置选择

2.3.1 手伸及界面介绍

驾驶员的手伸及界面是指驾驶员以正常驾驶姿势坐在座椅上, 身系安全带, 右脚置于加速踏板上, 一只手握住转向盘时另一只手所能伸及的最大空间界面。此界面所提供的空间范围, 为驾驶员的操纵范围。实验结果表明, 驾驶员的手伸及界面是一形如椭球的封闭曲面, 因此也称为手伸椭球。不同身材的男女驾驶员的手伸能力不同, 对应有不同百分位的手伸及界面。

驾驶室内各种操作钮件的合理布置, 是驾驶室设计中的一个重要方面。为了保证驾驶员注意力集中, 操作方便、快捷、准确, 仪表板及其周围的控制按钮、手柄及开关的位置、空间分布以及仪表和指示、警告灯的辨认识别等都应符合人机工程学的基本要求, 必须布置在驾驶员的手伸及界面以内。这样驾驶员才能在不必大幅度改变正常驾驶姿态的情况下方便的操纵这些钮件。这是保证驾乘舒适和行驶安全不可缺少的条件[2]。

2.3.2 操纵杆的布置

操纵杆位置的合适与否直接影响驾驶员的操作效率及舒适性。按人机工程学要求, 操纵杆应布置在驾驶员只移动手臂而不移动身躯就可操作的范围内。通过CATIA等设计软件我们可以模拟驾驶员手伸空间的模拟, 用于确定操纵杆在驾驶员手伸及范围内充分考虑人机工程学原理, 使驾驶员在驾驶过程中最低限度的减少操作错误频率, 而达到安全驾驶的目的。校核示意如图9、图10 所示。

为使驾驶员能有一个较为舒适的控制过程, 应尽可能的将操纵杆设置在人能够有较大施力的位置, 且便于施力, 坐姿状态下手握点应与肘同高。考虑到驾驶员能在小臂正常放置而上臂处于自然悬垂状下舒适地操作, 可根据人体手臂的尺寸及驾驶员的舒适作业空间来布置操纵杆。并且上臂与前臂夹角的舒适范围角度为80~165°, 操纵杆距H的X方向距离定为:Hx=280mm;操纵杆距H点的Y方向距离定为:Hy=330mm。Hx和Hy代表的意义如图11 所示。

在皮卡操纵座设计过程中, 对于操纵范围的设计要求, 综合国内外汽车行业标准, 提出机械式变速杆在任意位置时, 均应位于R点在Z平面上的投影, 距R点距离≤600mm的区域范围内;变速操纵手柄球头与仪表板最小间隙大于50mm。如图10 所示, 皮卡操纵座操纵范围有一个半手柄在600mm范围之外, 因出于左右置驾驶通用性的考虑, 让步接收此设计方案。操纵座最前端与仪表板距离50.8 满足要求。

对于操纵者手柄弯曲角度, 参考德国汽车工业协会 (VDA) 推荐最舒适驾驶员姿态各夹角值, 如表2 所示。手大臂与竖直夹角约40°, 手大臂与小臂夹角约120°基本满足要求。

2.3.3 操作舒适性模拟与评估

根据图14人体舒适坐姿模型以及表3人体各关节舒适角度的数据, 我们可以在CATIA中将人体模型按照这些角度调整, 并产生如图15 所示的人体舒适状态下的坐姿模型。

对于操纵舒适性的评估, 我们通过人体姿态评估功能模块来分析。通过人体姿态评估得到评估报告, 从而对人体模型各部位的姿态进行定量的分析, 从而得到关于操纵舒适性的评估报告。

在进行姿态评估前, 我们首先要确定人体模型重要部位的首先角度。在DOF1 方向上, 根据坐姿舒适角范围建立人体模型的各个部位的首选角度, 先为编辑活动范围划分区域, 再为这些区域设立分值, 利用人体模型姿态评估工具快速给出人体模型舒适度的评估结果。

以小臂的首选角度建立为例, 简单叙述操纵步骤。

首先, 由表3 人体各关节舒适角度可知小臂和大臂的夹角舒适性角度在80~120°范围, 因此小腿的首选角度为60~100°, 如图16 (a) 中蓝色区域。再将蓝色区域划分为3个区域, 因为区域越多, 得到的分析结果越精确。其划分结果如图如图16 (b) 所示。

然后对各个角度区域进行设计分数值, 各分数值如下所示: 0~60 设计分值为50 分;60~70 设计分值为80 分; 70~80 设计分值为90 分;80~100 设计分值为80 分;100~140 设计分值为50 分。

最后得出输出结果, 其评价结果如图17 所示。由图可知, 该项评分值为94.4 , 符合标准。

用同样的方法对人体模型的左上臂、左小腿、左大腿的首选角度进行设定, 如图16 所示, 右侧部位的首选角度由左侧角度镜像得到。

在设计好首选角度以后, 就可以进入姿态的分析阶段, 通过人体姿态评估分析工具生成分析报告。图19 就是在上述首选角度的设计下输出的分析报告。

在皮卡操纵座的设计过程中, 我们缺少软件模拟的过程, 主要采用主观评价进行评估。评估要求如表4 所示。

3、总结

本文通过理论与实践相结合的方式, 对选换挡操纵装置所涉及的人机工程理论及皮卡操纵装置设计中的人机工程设计实践进行了分析及阐述。深化了选换挡操纵装置人机工程设计的理论的同时, 也找出了我们现在在选换挡操纵装置设计过程中人机工程设计考虑的不足之处, 具体如下:

(1) 驾驶员手伸空间模拟在选换挡操纵座设计中应用不足, 设计之初应全面考虑手伸空间对驾驶的影响;

(2) 驾驶员手大臂与竖直面夹角, 手大臂与手小臂夹角在设计完成后校核不充分;

(3) 人机工程评价措施以主观评价为主, 因人而异, 设计指标不可控, 应研究增加客观评价措施。

参考文献

[1]吕杰锋, 陈建新, 徐进波.人机工程学 (高等学校工业设计丛书) [M].北京:清华大学出版社, 2009.

操纵装置 第5篇

随着机械优化设计技术和CAD技术的飞速发展,各种优化设计方法和工具性软件不断涌现,这些为在实际工作中做出最佳的设计提供了可能。现以一款汽车多档位主副箱复合式变速器操纵装置的气路控制参数的设计入手,通过对其工作过程精确建模,并利用matlab软件所提供的丰富工具进行优化设计,选择最优的参数,使气路控制系统工作更可靠,性能更优异。同时,总结了该类结构的一些设计方法和技巧[1,2]。

1 操纵装置气路控制系统的工作原理

图1为某8档变速器的档位图,其操纵装置的具体实现方式如图2所示。

在图2中,压缩空气经空气滤清调节器L调节后,以670~710 KPa的压力进入主气路M,并到达气路控制阀B的进气侧,由气路控制阀B控制压缩气体是否可以通过气管A到达单H阀C的进气侧。在气路控制阀B的进气侧有一条红色气管,压缩空气经红色气管进入手柄G。手柄G上设置的高低档控制开关,控制压缩气体是否可以通过黑色气管进入单H阀C的控制气口侧。

图2 变速器单H操纵的原理图

当进行高低档位区的切换时(如5档降4档),驾驶员在变速器的5档时先将高低档开关置于低档区位置,此时,单H阀C的控制侧的压力使得单H阀C的进气管路接通换档气缸D的低档进气管路E,同时将气缸D高档侧的压缩气体通过单H阀C排入大气,为副箱高低档位区的转换做好准备。但由于此时变速器的主箱仍处于挂档状态,气路控制阀B处于截止状态,主气路M的压缩气体无法通过截止阀B,所以副箱不进行转换。然后,驾驶员将变速器从5档摘至空档,此时,气路控制阀B导通,压缩气体经气管A、单H阀C及低档进气管E进入副箱气缸D的低档侧,使得副箱高低档同步器从高档挂向低档,从而使得变速器进入低档区。这时,驾驶员再将变速器挂入4档,气路控制阀再次处于截止状态,从而完成了从高档区向低档区的转换。低档区向高档区转换时,与上述过程相似,不再赘述。

图3所示为气路控制阀B的作用原理图。图示位置为变速器处于空档时的状态,此时,气路控制阀B的柱塞处于拨头2的V型凹槽内,气路控制阀导通。当变速器挂入某一档位后,拨头2绕其轴心旋转一定的角度,此时拨头将气路控制阀B的柱塞顶出V型槽,气路控制阀截止。

图3 气路控制阀的作用原理图

2 单H操纵装置存在的问题引出及探讨

虽然上述操纵装置在原理上可以实现设定的功能,但是仍然存在一定的设计隐患。接上文(当进行5档降4档操作时),驾驶员在5档档位时,将手柄G上的高低档预选开关置于低档区位置,此时单H阀C将副箱进行高档降低档的气路已经准备好。驾驶员在换档的过程中,气路控制阀B的柱塞从拨头2的圆弧面向V型槽滑落的过程中肯定存在一点,在这一点气路控制阀B的将开始导通,即此时将开始有压缩气体经单H阀C进入副箱气缸D,副箱开始高低档位区的转换。但此时拨头2尚未到达空档位置,此时进行副箱高低档位区的切换将造成由于主箱仍处于挂档状态使得副箱同步器的同步惯量大大增加,超出同步器的承受能力,造成转换过程中的滑套撞击声和副箱同步器摩擦材料的早期损坏。

为避免上述问题,需要对气路控制阀B的导通行程m、柱塞球头半径r、拨头2的圆弧半径R、V型槽的角度β进行合理的设计。

3 气路控制模型的建立

将图3所示的气路控制阀B的作用原理图简化为图4所示的形式。图中m、r、R、β如上文所述,L为气路控制阀B的安装面距离拨头旋转轴线的距离,A为气路控制阀即将导通时其柱塞的伸出长度,点(x0,y0)为拨头2处于空档位置时柱塞球头与V型槽斜面的接触点,点(x1,y1)为气路控制阀B导通瞬间柱塞球头与V型槽斜面的接触点在拨头回到空档位置后在图示坐标系中的对应点。

图4 气路控制阀作用原理简化图

根据图4所述的原理图,只有设计合理的参数使得转角θ足够小(其中θ=θ2-θ1),才能避免变速器主箱仍在档位时,气路控制阀B就开始给副箱气缸D通气,从而使副箱同步器开始转换,造成的换档撞击声和摩擦材料早期磨损问题。根据图4所述的机械装置和作用原理得到了如下形式的一组公式:

式(1)是根据拨头和柱塞在气路导通瞬时的几何位置关系,由余弦定理得到。式(2)根据拨头2在空档位置时的几何位置关系(x0=-rsinβ-m,y0=rcosβ),由以拨头轴心为圆心的圆的方程和过点(x0,y0)且倾角为β的V型槽斜面的直线方程联立而来。由式(2)可以求得点(x1,y1),从而得到式(3):

对于特定的操纵装置,其L、A往往为已知常数,对于任意一组m、r、R、β,都可以根据上述式(1)、式(2)、式(3),求得θ1、θ2,从而得到转角值θ。

4 气路控制参数的优化

由于m、r、R、β受到拨头和气路控制阀结构和尺寸的限制,只能在特定的区间内取值,因此,可以在该范围内对可以取得的数值进行合理的选择,使得转角θ值最小,从而达到最优设计。

根据操纵装置的尺寸要求和设计经验,可设定各参数的取值范围如下:

利用matlab软件提供的丰富函数库和强大的计算功能,在上述取值范围内,对式(1)~式(3)进行求解,得到了θmin=1.75°,此时m=2.0、r=6、R=42.5、β=35°。从该结果中,可以看出,m、β取区间的最小值,r取区间的最大值,R取区间内的值时,转角取得最小值θmin。于是,对于该类设计,可以得到如下的经验:

1)导通行程m和V型槽的角度β越小,转角值越小;

2)柱塞球头半径r越大,转角值越小;

3)拨头2的圆弧半径R够用即可,过大和过小都会使转角增大;

为验证上述结论,对式(1)-式(3)进行了进一步的分析。

4.1 转角差θ随柱塞球头半径r和拨头有效半径R的关系

取β=35°、m=2.26,m和R的取值范围分别为:

得到了图5所示的转角值θ的分布图形。此时,最小转角差为2.03°,此时气路控制阀球头半径为r=4.75,拨头有效半径为R=41.8 mm。

图5 转角差随气阀球头及拨头半径的关系

4.2 转角差θ随V型槽角度β和导通行程m的关系

取r=4.75、R=41.8,β和m的取值范围分别为:

得到图6所示的θ的分布图形,此时,最小转角差仍为2.03°,此时拨头凹槽角度β为35°,气路控制阀截止行程m为2.26 mm。

图6 转角差随拨头凹槽角度及导通行程的关系

通过上述1、2两部分的论证,说明本部分开始得出的优化结论是正确的。在进行该类结构的设计时,应充分考虑上述参数变化对目标参数的影响,在结构允许的情况下,合理选择相关参数的具体数值及公差(有的参数对公差特别敏感,如导通行程m),使得目标参数得到优化。

5 结语

1)介绍了主副箱复合型变速器单H操纵的结构原理和工作过程;

2)通过对该单H操纵工作原理的介绍,指出了现有结构存在的问题,并对该问题进行了详细的分析,建立了其数学模型;

3)研究了该系统数学模型的特点,并利用matlab软件对该系统模型进行分析和优化,得出了具体的优化参数,可以指导设计改进的进行;

4)所介绍的优化设计方法,对该类结构的设计具有普遍的指导意义。

摘要：以一种汽车变速器操纵装置气路控制机构的原理及工作过程出发,研究其设计的基本方法,用其准确的数学物理模型进行描述,并借助matlab软件进行参数的优化设计。在参数的优化设计过程中,研究其设计的基本规律和相关参数与目标功能参数之间的关系,并指出了在进行该类机构的设计过程中特别需要注意的事项。

关键词：变速器,气路控制参数,优化设计

参考文献

[1]申永胜.机械原理教程[M].北京:清华大学出版社,1999:102-115.

操纵装置 第6篇

1.1 技术领域

煤矿综采工作面液压支架上使用的操纵阀组, 无任何限制手把扳动装置。由于煤矿综采工作面操作空间环境狭窄, 操纵阀组功能又要求它安装的位置要利于人员操作, 不能太隐蔽。于是就存在发生手把因被意外刮到、挤压等形式而产生误动作而造成事故的可能, 从而损坏设备影响生产, 甚至发生人身伤害事故。因此, 提出加设煤矿液压支架操纵阀手把安全限位装置这一课题进行分析研究。

此装置的设计填补了该项技术领域的空白。属于煤矿井下液压支架设备安全使用技术领域。

1.2 技术分析

煤矿用各型液压支架操纵阀组均由多个带手把的单片阀用四条螺栓串联固定, 组成阀组安装在液压支架阀座上。液压支架操纵阀手把安全限位装置, 结合阀组的结构特点进行设计安装, 同时还要求方便井下工作人员操作, 并适合井下狭窄的作业空间环境。也就是要从结构简洁、方便实用、安全等方面制定方案, 来解决此装置设计的技术问题。

2 设计方案

2.1 方案图示

图中标记如下:安装板1、连接板2、固定轴3、开口销4、挡圈5、固定轴套6、螺栓7、限位杆8、阀组9。

2.2 具体方案

煤矿液压支架操纵阀手把上的安全限位装置, 设计主结构如图示:安装板[1]与固定轴套[6]、连接板[2]焊接为一体。安装板[1]上设计的安装孔, 其定位尺寸与阀组上侧的两个定位连接孔相同, 将原设计液压支架操纵阀组的两条螺栓加长, 与阀组[9]串联固定, 如此安全限位装置便可与阀组形成一体, 方便可靠的安装在液压支架阀座上。固定轴[3]贯穿在固定轴套[6]内, 下方安装挡圈[5]后, 再用开口销[4]固定, 上方设计的铰接孔与限位结构件铰接孔用螺栓[7]贯穿连接。

2.3 方案特征

1) 煤矿液压支架操纵阀手把上的安全限位装置, 设计成铰接旋转结构。主结构包括安装板[1]、固定轴[3]、固定轴套[6]、限位结构杆[8] (“U”形状) 。其中限位结构杆[8]即为有效防止操纵阀手把误动作, 直接发挥安全防护作用的部件;

2) 作为适用于煤矿井下液压支架操纵阀手把上的安全限位装置。它的设计结构适用于各型液压支架使用, 只需根据支架操纵阀片的多少来选择不同尺寸加工所需要的限位杆[8];

3) 本方案装置结构设计显著特点:使用简便。操纵阀组[9]不工作时, 手把均置于零位, 将限位杆[8]向下转动到锁住操纵阀组手把位置, 相当于“套”住所有手把。需进行液压支架手把操作工作时, 将限位杆[8]掀起, 再随固定轴[3]一起旋转到不妨碍作业一侧即可, 像使用旋转开关一样简单;

4) 此装置的设计方案最初有多种, 主结构最直接的不同就体现在限位杆[8]的固定方式上, 未定型前还有链连接及插销型两种方式。最终通过小范围实践, 确定了这种旋转开关型。这种旋转开关型的限位杆[8]不会丢失且不易损坏, 同时这种连接固定方式, 最有效的实现了限位安全装置操作方便、快捷、安全, 适于井下作业环境的设计理念。

3 设计特点

1) 液压支架操纵阀手把上的安全限位装置设计特点, 结合了阀组的结构特点, 设计结构简洁, 方便实用且利于安全操作。其结构适用于各型液压支架使用。各型液压支架操纵阀组, 如图示中[9]示意均由多个带手把的单片阀组成用四条螺栓串联固定, 构成阀组安装在液压支架阀座上, 有横向和纵向两种安装方式;

2) 液压支架操纵阀手把安全限位装置, 所设计限位杆[8]为U形长杆, 为保证限位杆[8]能根据工作操作需求, 在安全有效范围内灵活转动, 安装板[1]前部设计了限制限位杆[8]旋转的限位面, 当限位杆[8]处于垂直于固定轴[3]位置时, 限位面的前端边缘顶在限位杆[8]的侧面, 使限位杆[8]不能继续旋转, 以保证限位杆[8]在安全位置悬挂, 不会妨碍安全操纵液压支架。

4 方案实施

煤矿液压支架操纵阀手把上的安全限位装置于2008年10月正式批量加工制作, 投入到井下采煤工作面使用。首先应用在ZY3600-11/28型液压支架, 之后又推广到ZY4800-19/40型液压支架。现在开滦钱家营矿业分公司已经全面推广使用到各型号液压支架, 共7种规格。在几年的实践与不断改进后, 形成了本文所论述的最优化结构。此煤矿液压支架操纵阀手把上的安全限位装置已申请了国家专利, 并准备在全局范围内推广使用。

5 结论

煤矿液压支架操纵阀手把上的安全限位装置的推广应用, 有效防止了操纵阀手把误动作, 避免出现人为错误扳动或其它意外错误扳动而造成的事故, 效果显著。排除了煤矿井下生产中重大安全隐患, 起到安全防范作用。

据统计, 未设计安装此安全限位装置之前, 各煤矿每年都有因液压支架操纵阀手把误动作而引发的事故, 导致设备损坏影响生产, 甚至发生人身伤害事故。此技术研究成功推广实施后, 降低了液压支架部件维修率, 提高了生产效率。每年可直接降低检修成本达10~20万元以上;避免一起人身伤害事故, 则相当于间接创造经济效益, 价值可达2~25万元以上。

参考文献

[1]李秋生, 崔汉涛, 尹冬晨.新型液压支架结构型式构想[J].矿山机械, 2006 (5) .

[2]张万喜.煤矿综采液压支架操纵阀闭锁装置设计与应用[J].科技资讯, 2010 (12) .