机械优化设计精选(十四篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的14篇机械优化设计，期待它们能激发您的灵感。

篇1

1 传统工业的优化设计应用

传统机械优化设计方法大多应用于机械结构和零件功能的优化设计，针对机械结构的性能和形态进行优化。在机械结构上，内点罚函数优化法，能够对刚度和压弯组合强度结构进行良好的优化，既能够满足尺寸要求又能良好的控制结构自重。在形态方面，典型的是轴对称锻造部件的毛坯形状的优化。在性能方面，采用坐标转换法和黄金分割法对部分两岸结构进行优化设计，使得机械结构更加准确保持运动平衡性，提高了传力性能。这样看来，传统机械优化设计方法依然能够取得良好的效果，所以在机械设计发展中不能忽略传统优化方法的

作用。

2 现代工业的优化设计应用

现代高新设计方法在机械优化设计中的应用已越来越广泛。但应该看到，现代的设计不仅仅是单一的完成给定产品的设计，而应该要将产品使用及设备维修等因素统一进行考虑。所以，机械优化设计在强调环保设计和可靠性设计等考虑综合性因素的机械优化设计应用工作更为活跃，机械优化设计的应用领域更加广泛，涉及到航空航天工程机械及通用机械与机床的机械优化设计；涉及到水利、桥梁和船舶机械优化设计；涉及到汽车和铁路运输行业及通讯行业机械优化设计；涉及到轻工纺织行业、能源工业和军事工业机械优化设计；涉及到建筑领域机械优化设计；涉及到石油及石化行业机械优化设计；涉及到食品机械等机械优化设计。机械优化设计的应用还能够解决具有复杂结构的系统问题。

2.1 优化设计网络软件的应用

优化算法的研究已经有所成绩，利用网络平台逐渐开发一些工业化在线优化软件，便于工业设计使用。对于在线机械优化设计软件来说，亟待解决的问题就是模型问题，对于非常复杂的系统来说，结构、流程、物料和系统参数等，都非常复杂，如果计算对象比较模糊，运算效率会受到严重的影响，这就给在线优化软件带来了巨大的困难。为了解决这种情况，通过合适的算法解决辨别模型，结合神经网络和学习特点进行数据的识别，让在线优化软件也能够良好的应用于各种模型，比如国内比较成熟的 NEUMAX 软件包，基于神经遗传算法的在线优化软件包，都能够良好的实现各种模型的遗传算法，这些软件已经成功应用于甲醇合成机械设计的优化工作中。

2.2 优化设计在MATLAB中的应用

在机械设计中引入优化设计方法不仅能使设计的机械零件满足性能要求，还能使其在某些特定方面达到最优。利用 MATLAB优化工具箱求解机械优化设计问题不仅避免了传统的设计方法中人工试凑、分析比较过程中的繁杂与重复，而且编程简单、结果可靠。在上述实例中，利用 MATLAB 软件中FEMINCON函数求解夹具设计问题，最 终设计的 夹具要比采用传统设计方法设计的质量轻、成本低，并且设计效率高。

2.3 人工神经网络法在机械优化设计中的应用

人工神经网络是人类模仿大脑神经网络结构和功能而建立的一种信息处理系统，是理论化的人脑神经网络的数学模型。人工神经网络从事例中学习，可以处理非线性问题，特别擅长处理那些需要人直观判断的信息匮乏的问题，如不完全数据集合，模糊信息以及高度复杂问题等。人工神经网络应用于优化设计，主要体现在以下两个方面：

Hopfield 网络 2.BP 网络

2.4 模糊优化方法在机械优化设计中的应用应用模糊优化理论能够将设计中的模糊因素和模糊主观信息定量化，通过合理给定约束函数、目标函数的容许值、期望值及其模糊分布 （隶属函数） 来 “软化”边界条件，扩大寻优范围和体现专家的经验、观点和某些公认的设计准则。把模糊技术应用于优化设计建模，其特长不仅在于它善于表达模糊概念，处理模糊因素，而且还可将复杂问题简化，使优化模型更加合理。采用模糊理论建立优化设计模型对求解复杂系统优化设计问题具有重要意义。

篇2

【关键词】机械设计；优化设计；方法

引 言

机械优化设计，所涉及的学科众多。其中包含物理学、材料学、应用数学及化学、应用力学以及计算机程序设计等，系处理较为复杂的设计的有效工具之一。此次研究除去阐述优化设计方法，还总结出归纳出无约束优化设计法、有约束优化设计法、基因遗传算法三类优化设计手段，并对三者的特点进行论述，最后，对选取优化设计手段的几大要素进行阐述。

一、优化设计手段的论述

机械优化领域的设计灵魂即是优化设计方法，伴随计算机技术及数学科学迅速发展，解析法、数值分析法及非数值分析法为其所发展经历的三个阶段。

20世纪的50年代初，解决最优化问题的两种最主要的数学方法是，古典的变分法与微分法。此两种手段具计算精准及概念清晰的主要特征，可是，不足之处是仅限于解决一些小型或是特殊问题，于处理大型的实际问题之时，因过大的计算量，无形中增加了计算的难度。

20世纪50年代末，于优化设计中，其求优方法的理论基础即是数学规划手段。该方法是以数值分析为前提，结合已知的信息及条件，最后通过一连串的迭代过程得出问题最优解。但是其相关的理论还是比较简单的，计算的过程亦相对容易，只是计算的量极其大，可是此亦正是计算机所有工作中最为擅长的一项，当然，计算机也就归为了数值优化措施工具中最关键的那一类。

20世纪80年代末，如模拟退火、进化规划、混沌、人工神经网络、遗传算法及禁忌搜索等一些优化方法层出不穷，上述算法经模拟自然现象及规律而获得某些结论，一步步产生具有特点的优化方法，它的内容涉及到物理学、统计力学、数学、生物学、神经学、人工智能等。

二、设计方法

该设计方法被大量的应用到机械工程中，主要是因为它可以在特定的背景中确保方案最为合理，而且不需要使用太多的人力物力。该方法从最初的数值法到后来的数值分析，最后过渡到非数值分析。最近几年由于电脑技术的广泛应用，在设计的时候可以通过合理的选取设计数值进而得到最为优秀的方案，而且还能够大大的缩短用时。将该方法和电脑科技有效的融会到一起，是时展的产物，必将得到发扬。

三、类型和特征简介

1、无约束优化设计法

具体的说分成两个类型，一种是像共轭梯度法、最速下降法、牛顿法等方法，它是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法。另一种是像单形替换法、坐标轮换法等，利用目标函数值的无约束优化方法。

2、遗传算法

该方法是对随机群体不断的演变选择，进而获取最为合理的方法。它非常的类似于自然界的淘汰法则，适应社会发展的必然得到发展，而落后的必然会被遗弃。该方法有两大特点，即能够起到优化整体的作用，同时还有很好的适应能力。它被应用到很多领域中，比如问题诊断等等。最近几年它在工程方面也体现出了自身的巨大价值。接下来就具体的展开论述。第一是它能够论述可靠性问题。第二是能够辨别参数。它能够大体的分辨结论数值，明确了大体的区间之后，再通过遗传措施对设定的数值以及结论数值一起优化处理。第三，能够设计机械方案。为了和目前的编码体系保持一致，其设置了一系列的遗传方法，通过这些方法掌控它的搜索活动，而且通过复制等活动不断的迭代，进而得到最为优秀的方案。除此之外，它还可以应用到很多的其他行业中，比如节能设计以及数控加工误差等。上文讲述了很多它的优点，不过它也并非是完美的。比如目前还无法优化其自身的数值，无法通过新的设置来提升效率，目前的操作方法还不是很完善等等的一些问题。一般采用惩罚函数法求解约束优化问题时，其难点是如何选择合适的惩罚因子。该因子太大的话，会使得搜索工作变得困难，但是如果设置得太小的话，可能造成整个惩罚函数的极小解不是原目标函数的极小解。

3、约束优化设计法

根据处理约束条件的方法不同可分为间接法和直接法。间接法常见的有增广乘子法、惩罚函数法。它是将非线性优化问题转化成线性规划问题或是将约束优化问题转化成无约束优化问题来求解。直接法常见的方法有复合形法、网络法和约束坐标轮换法等。它的本质是创造一个迭代的步骤，确保所有的迭代点都能够在可行区间之中，进而不断的降低数值，一直到最为合理为止。

4、蚁群算法

是通过人工模拟蚂蚁搜索食物的过程来求解旅行商问题，在1991年由意大利学者M.Dorigo等人提出。蚁群算法适合非线性问题的求解，避免了导数等数学信息，对系统优化问题的数学模型没有很高的要求。主要应用在：交通建模及规划电信路由控制、集成电路布线设计、有序排列问题、二次分配、车间任务调度等问题的求解。虽然蚁群算法具有并行计算、正反馈选择和群体合作等优点，但也存在着容易出现“停滞”现象和需要较长的搜索时间两个缺陷。吴庆洪等提出了应用改进型蚁群算法解决有序排列问题，运用新的状态转移规则，讨论不同的轨迹更新规则对仿真结果的影响的一种具有变异特征的蚁群算法，并通过统计数据验证了相对于标准的蚁群优化算法中，改进型蚁群算法的优势所在。

5、模拟退火算法

模拟退火算法，最早在1953年由Metropolis提出，1983年Kirkpatrick成功地应用在组合最优化问题。模拟退火算法是一种通用的优化算法，用以求解不同的非线性问题；能够发挥出良好的收敛性特征，而且适应能力很是强大；对不可微甚至不连续的函数优化，能以较大概率求得全局优化解；能处理不同类型的优化设计变量；并且对目标函数和约束函数没有任何要求；不需要任何的辅助信息。目前已经广泛的应用于：神经网络、图像处理、控制工程、数值分析和生产调度等。这个方法虽然有很多的优点，不过它也存在一些缺点，比如它的效果不是很好，而且整个运算活动耗费的时间非常久。通过上文的分析我们得知了这几种算法本身的优点和缺陷，应该尽量的避免其缺陷，将优势结合到一起，对其进行完善。

四、合理选取方法

通过上文中对设计特征的分析，我们得知要想保证设计合理，就要正确的选取优化方法。这主要是因为即使是一个完全相同的内容它也会存在很多不一样的解决措施。然而并非是并存的这几个措施都能够将问题解决得天衣无缝。比如一些措施会使得设计的最终结果和我们当初的设置不符。要想避免这种现象，就需要我们牢牢此遵守四个基础原则。第一，要保证可靠性好，第二要保证使用的计算程序是合理的，第三要确保其稳定，最后要保证效率。除此之外，还需要工作者的工作经验丰富，只有这样才可以分析相关的函数值，结合复杂性等要素对其进行合理的选取判断。优化设计的选择取决于数学模型的特点，对于只含线性约束的非线性规划问题，最适应采用梯度投影法；对于约束函数和目标函数均为显函数且设计变量个数较少的问题，采用惩罚函数法较好；针对那些求导有难度的要使用直接解法；对于高度非线性的函数，就要选取那些较为稳定的措施。

结束语

从机械产品设计的全局来看，目前比较先进的优化设计，大多数还停留在设计方案后参数优化方面，面向产品设计，应将优化设计拓宽到机械设计产品的全生命周期过程，是适应机械产品设计。随着机械技术不断地发展，在现代科学技术支持下，现代机械先进优化设计技术将进行新一轮的发展。

参考文献

[1]李秀昌.浅谈机械制造中数控技术的应用[J].科技致富向导，2013（9）.

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关键词：优化设计；机械设计；效率；最佳方案

我国在工程运用中都取得了非常大的进步与很好的成效,然而和国外的先进优化技术相比还是有非常大的差异,在现实工程中能够起到作用的优化设计方案或者是设计结果所占据的比例并不是非常的大。计算机等辅助装备性能的不断增强、加之市场与科技的双重推进，使优化技术能够在机械设计与制造中的运用得到了迅猛的发展,遗传算法、粒子群法以及神经网络等其它一些智能的优化方法在优化设计中也得到了非常广泛的引用。现代机械正向着大型化、复杂化的方向发展,传统优化设计方法在实际工程的运用中逐渐显表现的有些单调与乏力，已经不能满足产品不断创新的需求,机械优化设计急需创新和发展。

1机械优化设计中的相关定义

优化设计能够展示出人们对于设计规律这个客观世界认知的深化。设计上的优化值具体是指在特定条件的影响下能够取得的最佳设计值。最优值是一个比较相对的概念,其和数学上的极值相比还是有很多不同的。

2机械优化设计研究内容

机械优化设计是一种比较科学、现代化的设计方式,而且是“最优”的。此处的“最优”也是相对而言的,伴随科技的不断发展以及设计条件不断变化,最优的标准也随之改变。优化设计体现了人们对于客观世界认知的深化,需要人们按照事物发展的客观规律,在特定的物质基础与技术情况下完全发挥人的主观能动性,获得最好的设计方案。

2.1优化设计与传统设计的区别

优化设计的最终目的就是最优设计，运用数学手段创建能够达到设计目的的优化模型；在大量能够实施的设计方案里面选择出最好的设计方案；其所运用的手段就是计算机，计算机具有非常快的运算速度，可以从数量较多的方案中挑选出“最优方案”。即使在建模的时候需要进行合适的适简化,或许会导致所得到的结果不是完全可行或者是实际最优的，然而它是以客观规律与数据为基础的，不需要太多费用，所以其具备了经验类比或者是试验手段所没有的特征。传统设计同样也追寻着最优的结果，经常是以调查分析为基石，根据设计需要与实践经验，参照相似的工程设计,经过估算、经验对比、试验以及构思、评价、再构思、再评价的寻优步骤来选择设计方案，接下来需要刚度、强度以及稳定性等其它方面进行计算。经有关实践可以看出，传统的设计还要大量不足之处需要改善，并且最后的结果基本上离不开初始设计的试验范围。

2.2优化设计所研究的内容

优化设计首先需要选择设计变量、制定目标函数、列出约束条件以及构建优化模型,其次是选用比较合适的优化方法进行优化求解,其主要包含了建模与求解。建模的要求:了解与把握优化设计方法的基本理论知识、设计问题抽象与数学模型处理的基本技能；具备此领域丰富的专业知识与设计经验。

2.3机械优化设计特点

机械优化设计其实就是将计算方法与数学规划理论运用到机械设计中去，按照所设定好的目标，凭借电子计算机的运算寻找最佳设计方案的相关参数，进而能够获得更大的技术经济的成效，其具备了普通的机械设计所没有的特征。主要体现在以下几个方面：能够减少机械产品的成本，增强它的性能。

2.4机械优化设计基本思路

在保证基本机械性能的基础上，依托计算机,运用部分具有较高精度的力学与数学规划方法来进行计算。机械优化设计的步骤：对设计变量进行分析，提出目标函数，确定约束条件，建立优化设计的数学模型；选用合适的优化方式，编写优化程序；准备所需要使用的初始数据并且上机进行计算，对计算所得到的结果进行必要的验证。

3机械优化设计方法

优化准则法针对不同类型的约束、变量以及目标函数等需要导出完全不一样的优化准则,通用性非常差,并且基本上都是近似最优解；规划法需要经过大量的迭代、不断进行分析，需要花费大量的资金，这在很大程度上限制了它在实际工程优化设计中的宣传运用。现代化的机械设计复杂程度越来越高,传统的优化算法已经不能跟上时代的潮流。

3.1遗传算法

遗传算法最是早由美国密歇根大学的Holland教授所提出的，是模拟生物进化的过程、高度并行、随机以及自适应的全局优化概率搜索算法。其根据获得最大收益的原则进行随机搜索,不需要使用任何梯度信息,就能够获得全局最优解,具备非常强的灵活性、通用性与全面性；其缺点就是不能够确保下一代比上一代要好。在1980年的时候，被大量的运用到函数优化与人工搜索等其它方面，在最近的几年里更多的是被运用到工程优化设计中，其主要适合设计变量比较少的情况使用。

3.2粒子群算法

Kennedy和Ebehart在1995年的时候提出了模拟鸟群觅食环节的粒子群法，从一个优化解集进行搜索，经过个体之间的相互竞争与合作，实现复杂空间中最优解的全局搜群法与遗传算法相比，容易实现、原理简单以及有记忆性，不需要进行变异与交叉操作，需要调节的参数并不是非常的多，收敛的速度很快，算法所独有的并行搜索不仅能够降低陷入局部极小的可能性，进一步提高了算法的性能与计算的效率。目前，其已经被应用到了对目标函数进行、对优化动态环境进行优化与神经网络训练等其它方面，然而运用在机械优化设计中的研究还是非常少的。

4案例分析

内燃机连杆结构的最优化设计。运用传统的设计是很难使得连杆达到不但要轻而且又非常可靠的目标，而选用最优化方法并结合采用有限元法数值计算技术对连杆结构进行分析，则可圆满完成这一任务，并得出连杆最优化设计后的结构形状。在连杆结构的最优化设计计算中，每向最优方案前进一步，都需要对连杆结构进行有限元研究，其主要目标就是为最优化的设计提供变形、应力以及疲劳安全系数等相关信息。运用有限元的方式对连杆结构在全部720°循环的过程中做动态分析，会获得非常好的效果，然而这就会导致会有一个非常繁琐的计算过程，需呀花费大量的时间。所以，在最优化过程中可配合使用计算比较方便、结果也比较准确以及花费时间比较少的最大拉、压工况下的有限元静力分析，而后对连杆上应力、变形最大及疲劳安全系数最小的特征部位的计算结果进行动态修正。修正值可通过对连杆最优化设计初始方案的动态分析或对已有连杆的动应力电测得到。

5结语

机械优化设计为机械工程界创造了巨大的经济财富，伴随科技手段的不断更新，优化设计的发展具有非常广阔的前景。目前的优化正逐渐的发展成为多学科的优化设计，完全运用最先进的计算机技术。虚拟设计技术是未来发展的重点，仿真技术也逐步向着协同化与系统化的方向不断发展。目前依然处在理论探究阶段的结构拓扑优化、结构动态性能优化设计、智能算法优化设计、可靠性稳健设计、柔性机械优化以及绿色优化等都是未来机械优化设计的重点发展方向。然而我们依然需要注意的是，在逐渐增强优化技术水平的同时，国内的机械加工的工艺水平、制造技术以及加工手段也需要同步增强，否则机械的整体水平依然会停在原地。这不但要引入先进的加工技术，更为重要的是不断增强加工设备自身的性能，特别是数控机床的加工水平。增强与国际技术发达国家之间的沟通与合作，软、硬件技术共同提升，以期达到机械设计——加工一体化的目的。

作者:张鑫 单位:西京学院

参考文献:

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关键词：机械自动化 优化设计 分析 探讨

1.前言

在机械自动化设计中对于优化设计的应用越来越广泛，在机械设计中利用优化设计，不但可以使机械设备零件得到改善，而且也可以省到10%-35%左右的材料。所以说优化设计受到了人们的高度关注。

2.实现机械自动化优化设计的途径

机械自动化在形式可以代替人或者是人的大脑进和一些劳动及生产；机械自动化在功能上可以取代人力或者脑力劳动者。机械自动化技术之所以可以做到这些，主要是因为利用了自动化技术，使生产周期缩短，生产效率提高，生产成本减少等。让企业可以在保质保量的情况下，利用机械自动化技术。机械自动化技术不仅涉及到机械设备自动化技术应用上，还包括了机械设备自动化的设计中。

根据目前我国的现状，可以有效地实现机械自动化优化设计的重要途径是：利用现在先进的科学技术，提高对机械自动设计，在此基础上对机械自动化优化设计研究新的设计方法，将机械自动化尽快与国际接轨。

3.我国机械自动化的现状分析

机械自动化设计中的CAD技术设计，对于设计的效率的提高以及设计方案的优化都有着一定的功效，还可以减轻设计人员的工作压力，工作周期以及设计标准等。

虽然CAD机械设计技术得到广泛的应用。而且也已经被一些大的企业所应用。但是CAD技术应有较高的局限性。对于一些三维及防真设计上还存在缺陷。CAPP技术的出现对于设计人员的劳动强度，以及设计效率大大提高了，而且对机械自动化设计中的工艺设计也提高了不少，对于数据之间实现了人机一体化。将人作为系统中的核心者，使企业生产中可以将生产效率提高，减少成本消耗，保证了产品的质量问题。

CIMS机械自动化设计技术是集合于CAD、CAPP、QIS等一系列的系统在计算机为基础的条件下所构成的。[1]它是如今机械电子自动化设计中的核心。在如今社会条件下，对于机械自动化的优化设计不是所谓的所有的机械设备连合在一起，所有的生产车间联合在一起，而是将机械自动化为中心，以制造自动化系统为基础。制造自动化系统不只是CIMS的数据汇合地，还是CIMS的一个重要部分。对机械自动化来说，可以有效地利用这一基础。在这种生产条件下，使各个车间的机械设备进行自动化控制，以人为中心，各个部门的机械设备可以做到相互之间的各谐工作与优化运行。

4.对机械自动化设计的优化分析

通过对以上机械自动化设计现状的分析，应当通过以下几个方面对机械自动化设计进行优化设计分析：

4.1.机械自动化设计迈向数字化

作为机械制造技术中的核心环节，通过对数据进行数字化的方式实现快速传递，相互交流，并以机械设备的市场为基础，对机械自动化优化设计进行科学地、正确地、分析处理。[2]以及对机械设备的防真模拟，正确数据的提供，对生机械自动化设计中的信息提供了全面的支持。对于机械设备占领市场也提供了便利的条件，并且对机械设备自动化的市场变化进行有效地调整。

4.2.机械自动化设计走向智能化

自打有了人工智能化这一说法以后，人们就可以逐渐地感觉到智能化将比其它所有的技术能都要强悍，都要有优势。在机械自动化的发展过程上，已经难以离开智能制造系统了，这种系统其实就是将智能化的机器和人们的智慧结合在一起共同地行的人机一体化。[3]在对机械设备进行自动化设计时，人工智能系统不可以解决一些传统方法中不能解决的问题。智能化机械电动化设计不仅可以达到人与机器的和谐合作，还可以使人们更好地利用机械自动化。大大减少了人们脑力劳动。对于人们在机械自动化设计中的脑力劳动可以得到很好地发展及延伸。人类已经可以很好地进行思维的复杂化，而人工智能系统可以将人类的这种复杂化思维能力得以辅地延续，并将有效地利用在机械自动化的优化设计中去。将机械自动化优化设计迈向智能化，达到一个新的飞跃。这就需要我们作出努力加强探索。加大机械自动化迈向智能化设计的分析研究。可以使机械自动化转向智能化在企业自身发展中有一个平稳有效地发展。

4.3.机械自动化优化设计的基础--虚拟自动化

对于每个机械自动化设计中都离不开图纸进行设计，对机械设备成品的试验中也是离不开图纸的展示，最后达到机械自动化设计的完成。这样的操作程序不仅浪费时间，而且对人员的浪费，时间上的浪费，以及企业财力方面的浪费都是一批不小的开支。当下计算机技术的发展迅速，以及各种联系方式的发展，电子，网络的迅速普遍。这就给机械自动化优化设计走向模拟化提供了十分便利的条件。人们可以有效地利用电子计算机技术及设备，对于传统中大量的图纸模型以及一些数据上的统计利用计算机将它们模拟出来。利用网络的模拟，可以节省大量的人力，财力以及时间等。利用计算机网络的模拟不仅可以第一时间对机械自动化设计数据进行沟通，交流。

机械自动化设计中不仅要全面地掌握计算机技术，还应该使虚拟环境下的各种技术之间的相互交换，以及各种设备之间的相互交换做到合理性。在一个充分虚拟的环境中将机械自动化进行优化设计工作。

4.4.机械自动化的环保优化设计

随着人们生活水平的提高，对生活环境的要求也越来越高。由于地球的生态环境正在急剧地下降以及恶化中。 现在的人们已经开始慢慢地认识到对于环境的珍贵与保护当中。

机械制造业作为一个环境污染的重点企业。对于环境的污染已经够成了相当大的危险。[4]如果环境已经出现了非常重要的污染。所以在进行机械自动化设计时，环保是首先要考虑在内的。在对机械自动化进行优化设计时，顺应环保要求下进行优化设计，要降低机械对于能源的消耗，以于机械在排放可以做节能减排。机械自动化设计的必然趋势是迈向环保型优化设计。

5.总结

机械自动化技术应用在每个国家都有着非常重要的地位，在我国更是如此，机械自动化的优化设计不仅要与世界先进的设计水平共求发展，还要在此基础上研究出技术更高的机械自动化设计技术。使我国的机械制造业可以达到一个整体地发展。机械自动化技术的优化设计要基于以上几个方面基础上而创新发展。才可以有效地推进我国机械制造业的迅速发展。

参考文献：

[1]李振华. 机械自动化技术发展趋势探讨[J]. 科技致富向导，2013，21：339.

[2]刘洋. 我国机械自动化发展前景[J]. 黑龙江科技信息，2011，05：7.

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关键词：机械；优化设计；参数化；数学规划；可靠性设计。

一、优化设计的基本理论

优化设计是现代化设计方法的重要内容之一。它以数学规划为理论基础，以电子计算机为工具，在充分考虑多种设计约束的前提下，需求满足预定目标的最佳设计。优化设计能比较好的把现代设计理论和经过长期实践验证的设计内容结合起来。这种技术在设计领域中具有巨大的应用潜力，它的推广应用，对促进我国设计工作现代化，起到良好的作用。

优化设计能够成功的解决解析等其他方法难以解决的复杂问题，为工程设计提供了一种重要的科学设计方法，大大提高了设计效率和设计质量。优化设计主要包括两个方面：一是如何将设计问题转化为确切反映问题实质并适合于优化计算的数学模型，建立数学模型包括：选取适当的设计变量，建立优化问题的目标函数和约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标和设计变量之间的函数关系式，约束条件反映的是设计变量取得范围和相互之间的关系；二是如何求得该数学模型的最优解；可归结为在给定的条件下求目标函数的极值或最优值问题。机械优化设计就是在给定载荷或环境下，在机械产品的形态、几何尺寸关系或其他因素的限制范围内，以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象，选取设计变量，建立目标函数和约束条件，并使目标函数获得最优值一种现代设计方法，目前机械优化设计已广泛应用于航天、航空和国防等各部门。

二、机械优化设计特点

传统设计者采用的是经验类比的设计方法。其设计过程可概括为“设计―分析―再设计”的过程，即首先根据设计任务及要求进行调查，研究和搜集有关资料，参照相同或类比现有的、已完成的较为成熟的设计方案，凭借设计者的经验，辅以必要的分析及计算，确定一个合适的设计方案，并通过估算，初步确定有关参数；然后对初定方案进行必要的分析及校核计算；如果某些设计要求得不到满足，则可进行设计方案的修改，并再一次进行分析及较和计算，如此反复，直到获得满意的设计方案为止。这个设计过程是人工试凑与类比分析的过程，不仅需要花费较多的设计时间，增长设计周期，而且只限于在少数几个候选方案中进行比较。

机械优化设计具备常规设计不具备的特点，主要表现两个方面：

1）优化设计能使各种设计参数自动向更优的方向进行调整，直至找到一个尽可能完善的或最合适的设计方案。

2）优化设计的手段是采用电子计算机，在较短的时间内从大量的方案中选出最优的设计方案。

机械优化设计采用数学规划的方法，并借助于计算机寻求优化参数，获得较好的经济效果。可以降低机械产品成本，提高它的性能；优化过程中获得的大量数据可以帮助我们获得数据的变化趋势，有利于对今后设计结果作出正确的判断，从而不断提高系列产品的性能；

用优化设计方可合理解决多参数、多目标的复杂产品设计问题。

三、可靠性优化设计

机械优化设计能保证产品具有最佳的工作性能和参数匹配，最小的结构尺寸和质量，但不能确保可靠性指标的实现。可靠性设计可以确保或预测所设计的机械产品在规定的使用条件下和规定的使用时间内完成规定的功能的概率，确保产品的可靠性指标实现，但它不能保证产品具有最佳的工作性能和参数匹配，最小的结构尺寸和质量，最低成本和最大效益。因此，要是产品既有可靠性要求，又有最优的设计结果，就必须将可靠性设计理论与最优化技术结合起来，即采用可靠性优化设计。按这种方法进行设计，既能定量的给出产品在使用中的可靠性，又能得到产品在功能、参数匹配、结构尺寸与质量、成本等方面的参数的最优解。另外，在可靠性设计中也常采用最优方法进行系统的可靠性分配。

四、优化设计的发展

随着科学发展的需要， 机械产品设计质量的不断提高， 设计周期的白益缩短， 要求设计者考虑的因素也愈来愈多， 其计算方法的复杂性和精确性都是二般传统设计难以完成的。面对这种技术发展的现状， 设计者便开始求助于新的理论和新的设计方法。机械优化设计就是在这种情况下， 发展起来的一种现代设计方法。

机构运动参数的优化设计是机械优化设计中发展较早的领域，不仅研究了连杆机构，凸轮机构等再现函数和轨迹的优化设计问题，而且还提出一些标准化程序。机构动力学优化设计方面也有很大进展，如惯性力的最优平衡，主动件力矩的最小波动等的优化设计。机械零部件的优化设计，最近20多年也有很大发展，主要是研究各种减速器的优化设计，滑动轴承和滚动轴承的优化设计以及轴、弹簧、制动器等的机构参数优化。除此之外，在机床、锻压设备、压延设备、起重运输设备，汽车等的基本参数、基本工作机构和猪蹄机构方面也进行了优化设计工作。

结束语

现实生活中，优化问题存在于很多方面，已经受到科研机构、政府部门和产业部门的高度重视。随着市场经济的发展，产品市场经济日趋激烈，工矿企业迫切期望提高产品性能，减少原材料消耗，降低生产成本，增强产品的竞争力，这使得机械优化设计的应用范围越来越广，收到的效益也愈来愈显著。

参考文献

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关键词：机械优化；设计理论；方法研究

引言

机械优化设计在一定程度上是机械领域移植中最优设计，优化设计对机械应该过程有着重要的推动作用。机械设计不仅利于方案的优化设计，能够把繁琐的设计问题进一步的简单化，同时也是机械设计过程中比较重要方案之一。

1.机械优化设计过程中的理论特点

1.1具有一定的针对性

针对机械优化设计而言，其特点在一定程度上具有针对性，相应优化方式能够对应优化问题，每个不同的优化设计形式不仅具有一定的范畴，同时也具有相应的领域要求。在对机械优化进行设计的过程中，要对情况进行具体的分析，对数据进行参考，对其蕴含变量形式进行有效的考虑，在一定程度上对效果的最佳状态进行优化。

1.2具有客观性

客观性体现主要是在数学模型基础上进行建立的，在对机械进行优化的过程中，应该注意把一些具体的设计问题进一步的转换为具体的数学问题。按照可观性进行分析，对其相应的函数变量进行有效的分析，结合具体形式制定出具体的设计优化形式，对数学模型进行建立，分析机械优化数据，对优化的形式进行不断的完善。

1.3具有一定的创新性

针对创新而言，它是新时代的新思想，只要拥有创新，社会经济才能够在一定程度上不断的发展。机械在进行优化设计时，也不能够离开创新思想，优化设计属于传统优化设计所优化的结果，针对传统的优化型设计而言，其设计相对来说比较老旧，不适合现代生活成产中的优化，现代生产过程中的机械优化设计能够对产品的性能进行主动分析。由于科学时代的发展，人们对计算机应用方式进行不断的借助，对函数进行大规模运算，通过运算能够在一定程度上得出机械优化设计中的最优方案。

2.机械优化设计过程中的方法

2.1对准则进行优化

针对准则化而言，它在一定程度上是优化设计过程中一种传统的表现形式，原理的形成不是根据数学进行计算，而是结合物理学角度以及力学角度等进行有效的分析，具有一定的主观性。其优点就是对概念进行更加直观的优化，计算所根据的物理原理相对来说比较简单，在单一目标函数形势下有着更加好的优化效果，在一定程度上适合传统工程的应用。但是有力也有弊，弊端就是在对多目标函数进行优化的过程中，比较容易出现问题，优化效率相对来说也是比较低的。

2.2对于线性规划

针对线性规划而言，在一定程度上对数学极值原理的方式进行有效的运用以及优化，是机械优化设计过程中比较重要的方法。线性规划方法不仅可以分为单纯形法，同时还可以分为序列线性规划法。单纯形法一开始是由美国学者进行提出的，是对优化设计方式进行解答的一个简单和直接的方法，单纯形法对单一目标进行相应的分析，并且具有优化的作用，但是在对多函数进行运算的过程中，显得不是特别有效。序列线性规划法能够在一定程度上拆解机械设计问题，对部分优化模式也能够进行有效的求解，对其进行分步骤的进行求解，在对每部进行解答后在对其进行有效的整合，进行重新求解，最终对准确的数值进行有效的求解。这样能够让机械优化设计过程在一定程度上更具有准确性，但是针对计算形式来说，比较繁琐，具有较大的计算工作量，因此。效率性的缺少，不利于机械优化设计。

2.3对于非线性规划

针对非线性规划而言，在实际生产以及生活的过程中，非线性规划应用相对来说是比较广泛的。对机械优化设计过程中起到推动性作用，对线性规划进行完全运用的解读的结果是比较片面的，因此非线性规划运用在一定程度上是一项比较重要的革新方式。非线性规划在数学模式进行计算的过程中，不仅可以分为无约束直接法，还可以分为无约束间接法。针对无约束直接法在一定程度上主要是对机械优化设计方式中的已有数据进行分析，同时也对再生信息进行试探分析，对最优值形式进行求出。然而无约束间接法在一定程度上是对数学原理进行利用，对函数进行计算求优方式。是机械优化设计过程中比较重要的组成部分。

3.机械在进行优化设计过程中的主要展望

在目前生产生活当中，机械优化设计的应用还不是很广泛，其原因就是具有较大的建模难度，现今技术模式在进行计算的过程中，显得比较低，具有较低的准确性，对复杂的优化产品难以进行处理，对全局进行解答都是比较吃力的，所以在进行研究优化的过程中，可以先从简单的部件进行有效地优化，对优化效率进行不断的提升。在原有基础上加入先进的生产技术，对生产优化的方式和方法进行有效的探究，促进系统优化的全面性。

4.总结

随着经济时代的不断发展，计算机应用技术在一定程度上在机械优化设计中得到了比较广泛的应用，这让优化设计产业得到了一定的发展。所以，在进行优化设计时，应该注意理论和实践这两者的结合，这样才能够让机械化设计得到广阔的发展空间。

参考文献：

[1]董立立，赵益萍，梁林泉，朱煜，段广洪.机械优化设计理论方法研究综述[J].机床与液压，2010，15：114-119.

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关键词：机械零件 优化设计 可靠性

提升机械零件的可靠性，需要从设计的环节解决机械产品固有的可靠性要求，同时还需要在制造过程中提供可靠保证。面对市场的激烈竞争，机械产品需要具备良好的可靠性指标，才能拥有最基础的立足根本，由此可见机械零件的可靠性优化设计至关重要。机械零件的设计应该跟随时代的发展适当的创新，同时体现出时代的特色，注重零件的使用质量和安全可靠，掌握科学合理的优化设计技巧。

一、机械零件可靠性优化设计的意义

可靠性对于机械零件来说具有至关重要的影响，主要是指通过形成产品的可靠性作目标的设计方案，同时也被称作概率设计，主要是涵盖了外荷载、承受能力及想相关尺寸等具体的指标，在服从随机因素的基础上，避免零部件出现破坏，从而形成合理的科学的设计方案，保证机械零件的可靠性和结构的安全可靠，控制好失效的发生概率。优化设计方案的提出，可以依照具体的计算展开设计的过程，确保产品的可靠程度，同时根相关的任务指标，确立可靠性标准，同时归纳零件的具体参数，帮助设计人员和生产者更好的掌握零件设计的可靠性原则。

二、机械零件可靠性优化设计的现状分析

现阶段，依靠可靠性优化设计的方案仍然较为传统，因此在设计零件的时候，还是会将零件的具体强度、应力和安全系数等作为单值分析，把安全系数和根据具体使用的某一数值进行比较分析，发现如果前者相较于后者更大，则证明零件符合安全标准。但是并没有分析各个参数存在的随机性，将各个设计参数看作是单一的确定值，无法准确的预测零部件可靠运行的实际概率，所以难以客观的选出最优方案，相关的设计人员也难以把握设计产品的可靠性。

通过概率论和数理统计的方式，可以准确的分析零件的可靠性设计技巧，这个过程就避开了主观人为因素的影响，同时，也能更加准确的把握外界条件的变化，确保设计的结果更加贴合客观情况。可靠性的设计被广泛的运用于机械零件可靠性优化设计的多种问题中，通过更加科学的方案，解决了诸多较为繁琐的传统设计方式带来的不便，更有助于满足现代社会对于精巧设计的需求。

三、机械零件可靠性优化设计的具体方案

机械零件可靠性优化设计的具体方案应该跟随时代的发展不断创新，同时也需要时刻关注零件的具体质量，确保在可靠性设计的时候，更好的掌握科学的方式方法。机械零件的可靠性优化设计相较于传统的机械设计方案来说，更有助于综合分析机械产品的功能和结构形态，体现出因势利导的优势。

（一）权衡与耐环境设计

权衡设计对于机械零件的可靠性影响深远，因此可以综合分析零件的质量、体积和成本等各个要素，确保制定出更为合理科学的设计方案。耐环境设计则可以综合分析，涉及到机械零件的诞生到运用，在机械零件生产之初，可以充分考虑到零件在整个寿命周期内所能遭遇到的各种环境，其中涉及到运输的碰撞问题、空气的干湿程度对机械零件产生的影响，经过对相关环境因素的综合分析，可以对零件生产过程中的用料、技艺等适当优化，由此确保零件自身和整个设备的安全可靠。

（二）预防故障设计法

机械设备在实际运作的过程中，往往需要调动整体运作，所以始终处于串联式的系统中。为了实现整体功能之和大于部分功能之和的目标，需要适当的优化机械零件的可靠性设计，通过对机械零件的严格挑选和控制，加之对外购零件的严格分析，可以及时明确零件本身存在的主要问题。在选用相关的零件时，还应该经过分析与验证的过程，确保在最大的程度上分析故障成果，利用较为成熟到位的经验适当分析验证零件的可靠性。

（三）简化及余度的设计

简化设计主要是指在满足了特定的功能基础上，设计的过程必须要适当的简化，比如零部件的数量应该适当的减少，避免出现冗余的情况。在机械设备运用的过程中，如果涉及到的零部件较多，则越容易出现一系列的问题和错误，可见可靠性的优化设计极为重要。简化和余度设计属于可靠性优化设计的基本原则，能够有效的避免故障并提升可靠性。简化的过程就是适当的减少不必要的部分，但是并不是减少超负荷的工作，零部件的简化应该从全方位的角度分析，仔细的分析零件的组合和具体的配合方式。余度设计需要适当的结合整体分析，也可以将其看作是备份过程。经过对完成功能设置重复的结构和备件等，确保因为局部的故障问题，影响机械设备整体系统的稳定性。

（四）概率设计法

这种方式主要是通过应力-强度干涉理论的指导作用，将应力和强度变作是分布随机变量的处理。处理设计的对象是机械零件的参数和变量部分，同时也应该符合特定的统计规律随机变量，确保构建起更为合理的可靠性设计标准概率数学模型。经过概率和数理统计理论的应用，在给定的条件下，得出零件发生破坏时的概率公式，由此计算出相应的尺寸和寿命等，确保设计出更符合要求的参数。这种方式可以及时弥补常规设计的缺陷，同时又能及时贴近生产的实际过程。

结语

综合分析，机械可靠性优化设计就是对传统设计方式的发展和完善。机械零件的可靠性优化设计能够及时掌握相关参数的随机性，同时也能在设计的过程中，及时预测零部件的可靠程度，确保更好的实现全局性的贯穿。为了更好的在竞争中占有一席之地，机械零件生产商应该注重可靠性优化设计的实践，通过正视机械零件可靠性的优化设计的重要性，在展开相关课题的讨论时，适当的加入创新思想，从而更贴合时代的发展需要。

参考文献

[1]赵雷.关于CAD技术在机械可靠性优化设计中的应用分析[J].科技展望，2015，36：45.

[2]帅宗良.汽车机械式变速器的可靠性优化设计[J].电子技术与软件工程，2015，04：256.

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关键词：现代机械；可视化；优化设计

可视化（Visual）程序设计是一种全新的程序设计方法，避免许多繁琐的代码语句。它主要是让程序设计人员利用软件本身所提供的各种控件，像搭积木式地构造应用程序的各种界面。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计等多个领域，成为研究数据表示、数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术。科学计算可视化能够把科学数据，包括测量获得的数值、图像或是计算中涉及、产生的数字信息变为直观的、以图形图像信息表示的、随时间和空间变化的物理现象或物理量呈现在研究者面前，使他们能够观察、模拟和计算。

1、视优化设计的内容

对机械产品进行可视优化设计，通常包括以下3个方面，即加工装配过程可视化、运动学设计可视化、控制过程可视化。可视优化设计法从研究内容上主要体现两方面：一是“检验”；二是“优化”。“检验”是指应用可视优化设计法，在设计阶段就能完成对可加工性、可装配性、运动形态、动态性能、工作状况、控制方案的全面检验。“优化”是指在可视优化设计中，可以通过优化理论寻优或方案对比寻优，达到在设计阶段优化加工工艺、装配工艺、运动参数、动态特性、工作参数、控制策略的目的。

2、机械可视优化设计平台设计

搭建设计平台是一种将设计系统化与集成化的思想，设计平台可以很好地将设计理念实施到具体的产品设计中去。因此，国内外在进行与可视优化相关研究时通常创建相应的应用平台。机械实施可视优化设计法也有必要搭建设计平台来实现，搭建振动机械可视优化设计平台可从其功能要求、功能模块组成、软件系统结构以及各模块的具体实现方法等环节来实现。

2.1平台功能模块

振动机械不同于普通机械，其动态性能是影响其最终质量的关键因素，在振动机械的方案设计和详细设计阶段一般都要对其进行运动学和动力学计算、分析、仿真实验等操作。此外，作为一种机械设备，设计过程中自然也要考虑各零件间的可装配性问题、具体的设计计算等问题。

2.2平台软件系统

可视优化设计平台必须具有功能强大的软件系统支持方能实现预定的功能目标，可喜的是目前已有众多的商业性软件可用于机械产品的可视优化设计，这些软件按其主要功能可分为三维建模类、工程模拟类、控制仿真类、有限元计算类、软件开发编程类等。产品研发部门应该考虑平台的功能模块结构、软件的功能与价格、本单位人员的基本素质等多方面因素，选择合适的软件搭建软件集成平台，搭建振动机械可视优化设计平台选择的软件系统包括：三维建模类，常见的有So1idworks、Pro/E、UG等；工程模拟类ADAMS、DADS、SIMPACK等；有限元计算类ANSYS，NASTRAN，MARC等；软件开发与编程类VB、VC++、Delphi、Visual Fortran等。

3、功能模块实现技术

3.1装配过程的模块实现方法

装配质量对振动机械工作性能的影响很大，在设计中必须给予重点考虑，对振动机械进行装配过程可视化研究的目标是考虑设计的零件能否实现预期的装配，以及确定合理的装配顺序。此外，装配过程可视化模块也负责向其他模块提供零部件及整机的实体模型。因此如何快速实现模型的创建也是此模块重点考虑的问题，在实现方法上可考虑用编程软件对三维建模软件进行二次开发创建某类振动机械的快速建模及装配系统。一般的编程类软件都可以编制上述可视化计算程序，因为对振动的求解涉及大量的矩阵运算，因此考虑用可视化编程能力强的VB软件与矩阵计算能力强的Matrix VB结合可快速实现该模块的研发。振动机械工作过程可视优化研究目标就是通过创建的振动机械数字样机模型进行各种试验，从而确保机械设备各方面性能满足要求，各运行参数得到相应的优化。其实现方法上与运动可视化研究相似，可采用三维建模软件与工程模拟软件结合起来进行研究。

3.2动态性能模块实现方法

振动机械动态性能直接影响着机器的最终质量性能和运转的可靠性，因此设计中必须给予重点考虑。对振动机械进行动力学可视化研究，目标是通过三维实体模型，判断振动机械的精确模态特性和在特定激励作用下的响应情况。此外，动力学可视化研究还用于求解振动机械正常运转及停机时应力、应变变化情况。在实现方法上可考虑用三维建模软件创建实体模型，接着导入到有限元分析软件进行动态性能可视化仿真研究。振动机械的运动形态直接影响着该类机械设备的工艺效果，因此在设计过程要保证其运动形式符合相关设计要求。对振动机械进行运动可视化研究，目标就是检验振动机的主运动参数是否满足要求，运动是否发生干涉等问题。在实现方法上可考虑用三维建模软件创建实体模型，接着导入到工程模拟类软件进行运动状态可视化仿真研究。

3.3数据存储模块实现方法

振动机械可视优化设计平台研究环节众多，且很多情况下需要反复运行，相关的数据量较大。另外，平台涉及的数据类型也很多，常见的有文字信息、数据、二维或三维图形、结果报表、音频及视频多媒体数据等。因此，有效的管理和利用这些数据同样是成功实施可视优化设计法的关键，该模块的实现方法可考虑创建功能相对齐全的中心数据库管理系统对相关数据进行有效管理。

4、结束语

可视优化设计相关方法在生产振动机械企业中的应用还处于起步阶段，相关的理论方法，如平台的搭建策略、设计的协同性、试验验证方法等问题还有待进一步研究。

参考文献：

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【关键词】优化设计 创新平台 大学教育

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2012）23-0097-01

一 机械优化设计创新平台建设的意义

创新，也叫创造。创造是个体根据一定目的和任务，运用一切已知的条件，产生出新颖、有价值的成果（精神的、物质的）的认知和行为活动。创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。我国已确定了在2020年把我国建设成为创新型国家的奋斗目标，这标志着我国进入了创新型国家建设时期。提高自主创新能力，建设创新型国家是国家发展战略的核心，是提高综合国力的关键。创新型国家要由创新人才来创造，因此创新型国家的基础是创新人才。美国心理学家和教育家泰勒提出：创造活动不但对科技进步，而且对国家乃至全世界都有着重要的影响，哪个国家能最大限度地发现、发展、鼓励人民的潜在创造性，哪个国家在世界上就处于十分重要的地位，就可立于不败之地。

大学生是最具创新潜力的群体之一。党的十七大提出“优先发展教育，建设人力资源强国”，强调“实施扩大就业的发展战略，促进以创业带动就业”，“完善支持自主创业，自谋职业政策，加强就业观念教育，使更多劳动者成为创业者”。在高等学校开展创新创业教育，积极鼓励高校学生自主创业，是教育系统深入学习实践科学发展观，服务于创新型国家建设的重大战略举措；是深化高等教育教学改革，培养学生创新精神和实践能力的重要途径；是落实以创业带动就业，促进高校毕业生充分就业的重要措施。为贯彻落实党的十七大提出的“提高自主创新能力，建设创新型国家”和“促进以创业带动就业”的发展战略，教育部下发了《关于大力推进高等学校创新创业教育和大学生自主创业工作的意见》（以下简称《意见》）。《意见》要求高等学校创新创业教育要面向全体学生，融入人才培养全过程。要在专业教育基础上，以转变教育思想、更新教育观念为先导，以提升学生的社会责任感、创新精神、创业意识和创业能力为核心，以改革人才培养模式和课程体系为重点，大力推进高等学校创新创业教育工作，不断提高人才培养质量。

创新教育起源于20世纪80年代的欧美国家，而1997年清华大学发起的“清华大学创业计划大赛”标志着我国高等学校创新、创业教育的开始。同年，团中央、中国科协、全国学联决定举行首届“挑战杯”大学生创业大赛，掀起我国各知名高校探索、发展大学生创业教育的。2002年教育部确定清华大学、北京航空航天大学等9所大学为我国创业教育试点院校，给予政策和经费支持，探索我国高校学生创业教育的基本方法和发展模式。现阶段，高等院校积极开展大学生创新、创业教育对有效缓解大学生就业压力，深化教育改革，强化大学生人格发展以及促进教育与社会经济协调发展均具有极为重要的社会意义与实践价值。

以上表明，我国已将大学生创新活动纳入高等教育培养目标，并将其提到一个相当重要的位置。

二 机械优化设计创新平台建设的基本思路和内容

对于机械优化设计创新平台来说，它首先是创新了工科院校应用型人才培养模式，是建设创新型国家对高等工程教育发展提出的历史性要求。我们准备建设的创新平台，主要是要利用农业大学工科教学现状和自身客观条件，利用计算机技术和网络资源，创设良好的创新学习环境，以弥补目前课程硬件设施的不足。学生可利用计算机随时登录机械优化设计创新视频和实践教学平台，根据自己的需要观察学习各式各类机器机构、各种优化设计实例，有效开阔学生的工程实践视野，帮助学生充实和积累学生创新感性认识。为学生具体创新活动提供充实可用的创作素材；利用视频实践教学平台，学生不仅能够掌握传统机械工程设计的基本方法，而且能够学习先进的工程优化设计软件。提高农业院校本科生的新设计方法的自我学习能力，缩小农业院校学生与重点院校学生在专业技术软件运用能力之间的差距。视频实践教学平台的建立能极大地方便了学生工程创新能力和实践能力的提高。

其次是构建多元化应用型创新人才培养模式，是适应我国大众化高等教育的发展，满足社会多层次人才质量标准需求的必由之路。教育部部长周济指出：到2005年底，中国的高等学校数为2300余所，在校的大学生总数已超过2300余万人，高等教育的毛入学率已提高到21%，实现了高等教育大众化的历史目标。大众教育的形成促使高校培养的人才尽快由知识型、技术型向学习型和能力型转化。同时越来越复杂、广泛和变化不定的社会市场对人才的需求，也为大众化教育下多元化应用型人才培养模式提供了广阔的发展前景。

最后是创新工科院校应用型人才培养模式，面向地方经济的快速发展，培养具有创新精神和实践能力的高素质创新人才，是教育为振兴河南工业基地建设和服务的重要任务，也是标本兼治、提高毕业生就业能力的重要途径。河南作为产业基地（主要是制造业）的地位日益突出，以技术引进、吸收、改造、提高与创新成为该省社会经济持续发展的主要驱动力。社会经济发展对现代工程师也提出了更高的要求，而创新则是现代工程的本质属性。培养具备良好的知识、能力、素质，能综合运用科学理论和技术手段来分析与解决各种工程问题的能力的高素质创新人才，是高等工科院校研究与建构应用型人才培养的教育体系的核心内容。

三 结束语

近年来，河南高校的学科专业建设工作取得了很大成绩，培养了大批专业人才，为推进该省经济发展作出了重要贡献。目前，该省工业调整振兴的任务十分繁重，对各类工程技术人才特别是创新型人才提出了更加紧迫的需求。在新形势下，充分发挥企业与高校的优势和作用，做好河南企校共建工科专业工作，是贯彻落实科学发展观，加强企校合作的一种机制创新；是加快企业人才培养，壮大创新人才队伍，推进该省工业调整振兴与经济发展的重要举措；是推动企校人才供需对接，实现企校优势互补、资源共享的有效形式，对于更好地贯彻落实河南省委、省政府重要部署，推进经济文化强省建设，具有十分重要的战略意义。

参考文献

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关键词：电梯机械故障；诊断；；装置

中图分类号：S611文献标识码： A

一、电梯机械故障概述

由于我国的经济发展尤为迅猛，使得我国的建筑行业也迈进了高速发展时期，大型的房地产项目如雨后竹笋般层出不穷，带动起建筑行业以及相关行业的进步。而电器身为高层建筑的必备品，也有了新的意义。我国的自主品牌不断革

新，提升了电梯的质量，在设计、制造、销售等方面形成一体化的发展模式，所以，我国电梯销售量也不断刷新纪录。随着经济的不断进步，电梯的需求量也随之增长，电梯的保有量也获得提高，通过统计不难发现，在 2013 年末，我国的电梯总产量约为 57.97 万台，同比增速约为 9.58%，保有量约为 292.24 万台，俨然成为当之无愧的产销及保有量强国。电梯在建筑楼房中的需求量也同房地产行业进行变化。

在我国现代化经济与建设当中，电梯机械设备在企业提高劳动生产效率，实现生产自动化、机械化的过程当中发挥着不可替代的作用，成为了企业生产过程中必备的运输设备。电梯机械设备因为其载荷运载形式的不同而存在差异，其主要是由各种钢结构件连接构成，由控制、操作和驱动等构成主体结构，而在电梯机械设备的钢结构的各个功能部件中又安装了电气结构。因此，加强电梯机械的故障诊断和做好电梯机械故障诊断系统的优化设计可以减少因电梯机械故障而产生的一系列挤伤、吊物（具）坠落、触电、冲顶、高处坠落吊钩破断、溜梯等安全事故的发生。

二、电梯机械故障的诊断

（一）机械疲乏形成的故障

当前较多电梯使用了电磁式称量设备，给电梯控制系统给予了持续变化的载荷讯号。如此一来不但能够有利于群控系统的调度工作，还有利于把载荷信号传输给电梯的启动体系，在电梯的启动及运转过程里调动供给电流，协调转矩，确保电梯的正常运转。

（二）体系引发的故障

电梯门出现故障的频率也较高，因此，通常会安装两个微动装置，其中一个在电梯到达 80%负载时运作，电梯在满载运行过程中，只响应轿厢里的指令，直接到达呼叫站点。而另一个装置要在电梯到达 110%超载时运作，电梯判断是超载，电梯将无法运行，门为打开状态，并发出警报声。微动开关透过螺丝固定于活动轿厢的底盘处，只要对螺丝进行调节，就能够将载重量的范围进行调节。

（三）自然磨损引发的故障

机械设备在工作的过程里，一定会造成磨损，一旦无法及时进行更换或调整，就会令滑动、滚动部件的磨损状况更加严重，最后导致机械磨损报废，酿成故障。

三、电梯机械故障诊断系统的优化设计

当轿厢的重量超过额定负载时，电梯的超载保护装置则会被触发，超载保护装置会发出警告信号予以提醒，同时超载保护装置会自动停止轿厢的启动和运行。由于电梯的超载保护装置有各种各样的类型，所以超载保护装置会被安装在各个位置，例如有的电梯是安装在机房，有的电梯是安装在轿厢底部，有的电梯是安装在轿厢顶绳头组合处。以下是常见的几种电梯的超载保护装置。

（一）活动轿厢

活动轿厢的轿厢底盘与轿厢架固定底盘之间一般固定一些橡胶垫，而这些橡胶垫就是活动轿厢的称重元件，当轿厢超载时，载重的压力会使轿厢底盘向下运动，从而使橡胶垫变形，微动开关被触发，电梯相应的控制功能则会被切断。活动轿厢这种超载保护装置虽然更换维修过程比较繁琐，但是因其低廉的价格，可靠的安全性得到了广泛的应用。

（二）活动轿厢地板

这一超载装置通常被固定在轿厢上，它的四周与轿壁之间存在一定的空隙，称量装置对轿底起一定的支撑作用，由于轿底承载的重量不同，轿底会进行轻微地移动。如果电梯超出了正常的负载量，活动轿厢地板就会出现下陷的状况，从而接通开关，电梯接受控制信号。

（三）轿顶称量装置

轿顶称量装置的称重原件是压缩弹簧组，当电梯承受不同载荷的时候，绳头组合会带动轿顶称量装置设置在轿厢架上梁的绳头组合处的超载装置的杠杆产生上下摇摆的运动，当轿厢超载时，微动开关则会被摇摆的杠杆所触发，电梯相应的控制功能就会被切断。

（四）机房称量装置

机房称重装置是将超载装置装设在机房中，一般是在电梯采用 2：l绕法，轿底和轿顶都不方便安装超载装置时采用，与轿顶称量装置的结构和原理类似，超载装置被安装在机房的绳头板上，机房的绳头组合会带动称量装置杠杆随着电梯载荷的不同而产生上下摇摆的运动，当电梯超载时，微动开关则会被摇摆的杠杆所触发，电梯相应的控制功能就会被切断。

（五）电磁式称量装置

近些年来，电梯技术表现出了极快的发展速度，尤其是群控技术的广泛应用，特别需要电梯的控制系统准确把握每一台电梯的承载中央，这样才能将电梯的运

转调整到最佳状态。

（六）管理优化

1、强化优化生产的组织及管理

一般为制订了优化方式的准则、进行的步骤以及优化方式所要参照的制度。通过我国相应的政策及规定，创建科学的管理方法及制度，拟定合理的优化费用范围，令优化的费用合理化，提前做好经济分析及经济核算，以提升设备使用率为前提，通过降低优化的费用来提升经济效益。

2、提升和优化维护决策

维护决策包含了维护形式决策以及维护类别决策。维护形式决策指的是选择一个良好的管理方式，提前对故障具有预知、排查、预防的作用。当前较常使用的形式大多是预防优化和酌情优化。维护的类别是通过设备状态来选择相符的方法。在应用的过程里，透过优化维护来保证设备状态的良好，令油、燃油、轮胎、配件的耗费量达到最低，各个总成及零部件技术保持良好，实现最长大修间隔时间的目标。

3、关注备件管理及运行管理

包含了备件技术方面的计划、采购、仓库管理、技术管理等等。执行实时故障信息采集的方式，对故障进行具体分析，将故障资料收集后进行诊断与优化。

四、电梯机械故障诊断系统的应用效果

想要保证电梯安全平稳的运行，则需要保证电梯的各个部件的状态和功能的安全，即保证电梯的各个部分的安全装置能够顺利的传递安全要求及安全信息。在电梯拥有合理的结构和足够机械强度的各组成部件的基础上，对于电梯的基本使用功能即在高大的建筑物内对人员和物料进行垂直的升降运输保证其安全平稳性，即在考虑到全部的动、静载荷和发生意外情况安全装置采取紧急措施后会产生的载荷的基础上，当电梯发生了额定满额时，不会导致电梯发生破坏。

同时，对与电梯安全关系较大的部位如：机房、井道、轿厢、层门和曳引绳等拥有极高的安全性。本文研究中运用的安全系统与控制电梯的系统没有任何的电气连接，因此，其完全不会影响电梯的正常运行。

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现有的工程机械一体化监测系统和设备由于不具有通用性，因此经常出现各种问题，导致工程机械一体化监测系统的功能得不到良好的发挥，效率得不到提升。因此有必要认识到目前监测系统存在的各种问题，然后采取针对性的措施加以解决，目前工程机械监测系统及设备存在的问题主要表现在以下几个方面。系统监测项目不够齐全由于应用到工程机械一体化监测系统的各种配件不够齐全，型号不一，类型不同，因此各种测量型的仪表组合并不能完全满足工程机械的监测要求，从而造成对工程机械的一体化监测无法发挥拥有的功能，存在诸多问题，其中一个突出表现就是监测的项目不齐全。工程机械一体化监测项目涉及的范围和领域非常丰富，常见的监测项目包含了电流、气压、电流、气压、油压、油温、水温、转速等,而对于这些项目仅仅依靠一个设备或者不同类型的设备组合是不行的，因此在系统监测项目不够齐全，直接影响了工程机械一体化监测的效果和质量，例如关于电压的监测设备就一般具有对油压的监测功能，无法计算相应的流量和工作时间数等。监测设备质量不过关，无法实现系统的正常化多数用于工程机械一体化监测的设备在质量上由于无法匹配工程机械的性能和操作系统，因此其监测的仪表过多而且比较复杂，其面板的布置也相当不方便。现有的监测仪表大多是很多厂家外购的产品，其种类型号都是不同的，因此用于工程机械一体化监测的仪表种类繁多，质量上无法完全达到工程机械一体化工作的要求，而且由于大小，样式存在差异，导致工程机械一体化的仪盘表看起来十分混乱，不容易观察和监测到数据，直接影响到了工程机械系统运行的正常化，影响工程机械一体化的工作效率和质量。工程机械一体化监测设备容易损坏而出现故障在工程机械一体化监测设备运行过程中，由于种类、型号繁多，生产厂家不同导致其在工作中无法正常运行。再加上在运行中，如果工程机械的操作使用人员对于某个型号的设备的工作原理不能理解，或者理解不透，都会带来种种问题。此外受到生产厂家技术水平的影响，监测设备由于工作环境不合理，不恰当，导致这些设备容易损坏和失效。如果工程机械在使用与操作过程中，一些监测系统的设备不能经常性的使用，就会导致这些设备在工程机械操作过程中失去作用，而操作人员只能在工程机械监测设备出现故障的情况下，完全依靠自身的经验去判断和操作，直接影响了工程机械的使用效率和质量。2.4工程机械一体化监测系统复杂不容易操作对于工程机械一体化的监测来说，提高其系统的操作性将是一个关键环节。目前很多机械上的监测系统都是安装比较复杂的设备，在信息的传递上效率不高，传递所使用的方式也比较落后。例如有些监测设备的信息传递主要依靠管路传递，这些管路的使用不但增强了监测系统难度而且对于安全性以及信息传递的可靠性也造成影响。因此优化工程机械一体化的监测系统是十分必要的。

工程机械一体化监测系统的优化设计的内容

中央处理器可采用目前比较成熟的单片机处理种功能的软、硬件技术。以日本东芝公司生产的单片机TMP87CH46N/47U为例，其ROM为16kB，RAM为512kB，有8个8位A/D转换器，2个8位计时器和2个16位计时器等，且具有功能强大的指令系统，其RAM可实时采集并存贮机械在一定时间内的测量参数，需要时可通过处理器的输出接口输入到计算机内进行处理。显示装置可采用目前较为流行的彩色图文液晶显示屏，由于采用全固体器件，工作可靠，便于适应工程机械的使用要求。目前常见的此种显示屏可具有内置国标汉字库、串行通讯速率20k/s、指令代码编程、16种颜色、单一电源供电等功能，而且可以以模拟与数字共同显示方式显示所测数据，即直观，又准确，完全可以适应工程机械监测的显示之用。控制装置可随时控制显示模式，选定显示参数，各测量参数即可固定显示，也可按控制装置的设定自动轮流显示。系统开始工作后，各个传感器直接将收集的信号进行转换然后发送至处理器，处理器通过专家系统来进行数据分析并进行判断，如果经过分析判断系统为正常状态，那么则继续监测工作，如果判断系统为异常，则开始报警。然后系统会自行开始对出现的故障和问题进行诊断，以发现其故障原因，并提示出可以采取的维修方式和方法。如果通过诊断发现不了原因，则需要将发生故障时的各种技术参数记录下来，然后借助专家系统数据库将这些故障记录下来，从而形成知识库。系统软件设计系统软件利用中央处理器自身的控制指令，用汇编语言编写，通过编程器输入CPU，机械启动后，该系统自动加电启动，经对各端口及寄存器进行初始化后，开始接收各传感器传来的数据，并对各数据进行处理，经端口检验，将接收到的数据与该端口测量参数的故障极限数据进行比较，若超出正常数据值，则经声光方式给予报警，若所测数据在正常范围内，则不予报警，并将数据存入RAM，然后将数据送入显示模块进行显示。为有效利用该系统的功能，各测量数据由软件设计自动存入其RAM内，需要时可通过系统的输出接口输入到外部计算机内，在计算机上对数据进行详细分析，以进一步了解其工作状况及故障发生时的情况。从以上分析来看，关于工程机械一体化监测系统的优化与设计应该根据工程机械自身的特点来进行，系统的优化设计的一个基本目标是要注重监测系统的可靠性有稳定性，要在注重经济性的同时，采取一些相对简单而又能应付恶劣工作环境的设备，从而提高监测系统的整体性能。

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自动化控制设计，应用计算机智能控制，实现自动感应、自动配置、自动控制操作提高安全性能。可靠性设计，避免过多的更换零部件，提高整机可靠性能，减少污染，符合人性化的设计原则。系统设计，采用多级防尘设计结构，防止异物进入，应用自动加注设施，高效集中，定时定量，减少成本，环保方便。

二、绿色环保机械的优化设计

（一）材料选择

在材料选择上要尽量考虑可再生利用的资源，选用可回收、易分解、可再生且环保的材料，尤其是结构件的设计要满足无毒、对环境无害的选配要求，以提高机械材料的再生率为宗旨。基于低能耗、长寿命、无污染的原则，尽可能提高耐久性能，实现机械化高效率。

（二）电机选择

在选择电机的过程中，要选择低油耗、低排放、低噪声的低公害电机，采用先进的科学发展技术，降低污染，减少噪声影响。比如，环保型水冷增压柴油机，噪声小、排放低、油耗小，运行安全可靠。

（三）优化技术改进

1.降低机械产品的振动和噪音影响

机械振动和噪音是机械设计中的焦点问题，一直备受人们的关注。降低噪声不仅体现了环保，也贯彻实施了人性化的设计策略。例如，在主机系统设计中可采用液压马达驱动代替发动机驱动冷却风扇，不仅达到了降低噪声的目的，还可以降低液压油泵振动、油管振动产生的噪声。又如，在装载机设计中，采用双向减振悬挂系统克服整机动力传动系统与车架间的共振及动力系统的磨损。

2.液压系统的清洁和防渗漏改进

注意保持液压系统的清洁对机械工程来说是非常重要的。在液压系统设计阶段要特别的精心，要采用国内外先进的科学技术、高端的设计，这样不仅可以除去油液中的垃圾，还可以减少机械部件的磨损，延长使用寿命。做好液压系统保洁可以避免油温升高过快，延长更换机油的时间。比如，采用增压液压油箱，可以防止灰尘和水分的进入，达到液压清洁的目的。因此，采用耐腐蚀、优良性能的液压管道,再加上精心的设计，是防止渗漏污染，保持液压系统清洁的有效结合。

（四）节能设计

绿色环保是当前机械工程发展的新要求，是符合人性化追求的设计宗旨。低消耗、无污染是机械设计的一个重要理念。在机械系统设计过程中，一定要做好高效节能的设计。在设备选材过程中选用节能发动机，可以考虑采用双泵分合流技术、液压负荷传感技术和静液驱动技术等设计方式达到高效节能的目的，实现环境的有效保护。

三、总结

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【关键词】气动机械手；气缸；优化设计；PLC

0 引言

炼胶生产线一般包括上辅机（包括胶料、粉料和油料的称量及投送系统）、胶料混炼设备（密炼机）和下辅机（胶片挤出、冷却和称量系统）三大部分。由于密炼机和下辅机之间的胶料需循环返回多次精炼的要求，而气动机械手是传递机构中的重要部分，通过夹持机构将物料从某一位置和方位，按一定运动轨迹传递到另一位置和方位，且是以空气为介质，具有使用、维修方便、安全、可靠、成本低、寿命长等特点，采用气动方式控制机械手机构被很多场合所采用[1]。设计气动机械手的原则是：充分分析作业对象的作业技术要求，拟定最合理的作业工序和工艺，并满足系统功能要求和环境条件；明确工件的结构形状和材料特性，定位精度要求，抓取、搬运时的受力特性、尺寸和质量参数等，从而进一步确定对机械手结构及运行控制的要求。

1 气动机械手的工作原理

图1 气动机械手的运动示意图

图2 气动机械手工作流程图

如图1所示，此气动机械手具有两个弧线升降运动，一个旋转运动和一个直线运动的自由度，将炼胶机的出料搬运至左侧或右侧的炼胶机上。机械手的动作除了左右旋转应用电机控制之外，其余全部动作由气缸驱动，气缸由电磁阀控制，整个机械手在工作中能实现上升和下降、左转和右转、夹紧和放松的功能，是目前较为简单的、应用比较广泛的一种气动机械手。

在主臂立柱底座上安装电机以便控制其回转自由度。小臂a与主笔立柱之间用气缸A控制连接，以便控制小臂a的弧线升降。在小臂a与小臂b之间采用气缸B连接，以便控制小臂b的弧线升降，在小臂b和夹持机构之间采用气缸C连接以便当小臂运动时夹持机构在气缸C的作用下能保持平稳的运行和垂直度，气缸C的充放气特性以及运动轨迹根据气缸B和A的充放气特性来决定。夹持机构的开合和夹紧由气缸D控制。将气动机械手的零点（原始状态）定为开始工作位的回转限位、升降限位、伸缩限位及放松状态。气动机械手为实现移料动作，需要完成如图2所示的工作流程图。

2 气动机械手气动回路的构成及原理

气动回路主要是由气源、各种控制阀以及执行气缸等组成，下面介绍回路的关键部件-执行气缸。

执行气缸包括连接主臂立柱和小臂a的气缸A，连接小臂a和小臂b的气缸B，连接小臂b和夹持机构的气缸C，以及控制夹持机构的气缸D。由于不同的气缸控制不同机械结构，其输出力也不同，所以四种气缸的型号也不同。同时要求气动机械手能够在升降过程中任意位置实现精确定位，精度要求为 1mm以内。由负载性质及气缸运动速度选定负载率β值，即可求出所需的气缸理论输出力P=F/β。

气缸D所控制的夹持机构和物料最大重量约为50kg，气缸C所控制的最大重量约为55kg，气缸B所控制的小臂b的最大重量约为70kg，气缸A所控制的小臂a的最大重量约为80kg。

一般来说，气缸可以保证起点和终点的定位精度，因此，对于夹持机构Z轴方向的定位，应用一般的气缸就可以保证其定位精度和使用要求。而对于小臂a和小臂b的升降精度要求，则可以使用 SMC公司一种新型CEI型气缸，在结构上增加了位移传感器件，使之与气缸浑为一体，整体结构紧凑合理，设计新颖，提高了气缸位移监测的性能，CEI型气缸在杠杆的两侧刻有细纹磁栅，当气缸左右移动时，位移传感部分将以双向脉冲方波形式输出能够实现中间任意位置的定位[4]，而且其定位精度可达到1mm以内，因此，应用上述气缸可以满足小臂a和小臂b的升降定位精度的要求和使用要求。根据以上原则和条件，详细选型见下表1。

表1

总体气动系统原理图如图3所示。气源首先经过滤减压阀处理，通过相应的电磁换向阀后进入各个气动执行元件。

图3 气动系统原理图

1、2、3、4―2位5通双电控电磁阀；5―气源处理组件；6―气罐

3 气动机械手控制系统配置

根据机械手运动仿真方案，机械手的循环动作依次为：上升正转下降伸出夹紧上升反转放松缩回反转下降下一循环。为了根据实际工作环境确定机械手工作时磁性限位开关的位置并调试机械手，对机械手的每一动作设定一个手动控制按钮。同时，为了保证气动机械爪工作时，整个机械手只能执行其一个动作，需要在程序上设计互锁功能。气动控制系统一般由控制器，电―气控制元件、气动执行元件、稳压气源、传感器和接口电路组成[2]。控制器一般指计算机、单片机或可编程控制器等控制器件，气动执行元件常用的有气缸、气爪、控制阀等，传感器一般指位置传感器、速度传感器和加速度传感器，接口电路指控制器与控制元件、控制器与传感器之间的接口[3]。

气动机械手有两种控制方式：操作面板控制和个人计算机控制，两种控制方式均以 PLC 为主要控制模块，其中个人计算机控制要求 PLC 与上位机实现有效通讯，通过上位机程序的改变来实现 PLC 程序的更新与运动参数的变化。为了实现气动机械手操作面板控制和个人计算机控制两种操作方式，拟采用PLC 为下位机，PC 机为上位机的控制模式，PLC 与 PC 机之间通过 RS232 协议实现通信，完成控制过程中的数据交换[5]。可编程控制器的程序运行方式是循环扫描方式，而非顺序方式，因此任何一个气缸在条件满足后即开始动作，在机械手运行中遇到突然停电时，可以关闭气源，对工件进行处理， 来电后重新初始化各项个元件与程序。

我们所要控制的系统中，有8个行程开关信号、一个按钮开关信号、一个由定位系统动作结束发出的信号共10个输入点，因此我们选用了西门子S7-200系列CPU224型号PLC，它有14路数字量输入点和10路数字量输出点，具有体积小、处理数据和通讯能力强、存储器容量大等优点。基本位布尔运算执行时间为0.22μs，用户存储器容量SK字节[6]。而且它还具备6路30kHz单相高速计数器和2路20kHz高速脉冲输出可以分别用来接收旋转编码器信号和直接控制步进电机运行。有模拟量输入/输出模块、高速计数器模块、位置控制模块、数据输入/输出模块、通信模块等，可以实现模拟量控制、位置控制和联网功能，在功能上完全满足了控制系统的要求，并留有一定数量的FO通道作为照明电路和其它储备用途。

图4 控制系统组成简图

4 结论

本文主要研究了气动机械手的执行机构和驱动系统的原理并进行了设计，采用气动驱动作为机械手的驱动方式，通过分析设计执行气缸及其控制阀等模块，以满足相应的动作要求，根据气动机械手的功能要求绘制了机械手的控制系统流程图，使机械手能实现多点连续的控制，同时分析气缸C和气缸B的充放气特性，以便优化两者的先后动作，再结合S7-200可编程控制器，使气动技术在顺序动作的逻辑控制系统的优点得到充分发挥。

【参考文献】

[1]陈启复.气动技术现状与展望[M].液压气动与密封，1992（1）：12-18.

[2]聂彤.多机械手气动系统的设计方法[J].液压与气动，2001（3）.

[3]齐进凯.气动机械手的结构设计、分析及控制的研究[D].东华大学，2006：45.

[4]杨振球.简易型精确定位气动机械手的研究及应用[D].华中科技大学，2006： 11-12.

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关键词 带式输送机；物料转载；胶带跑偏；磨损；优化设计

中图分类号 TB21 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）011-0169-01

带式输送机可对松散密度为0.5～2.5 t/m3的各种散状物料进行长距离连续输送，相比汽车，机车等运输方式，带式输送机具有运量大，动力能耗低，运输线路灵活，易于实现联锁控制等优点，是煤炭，冶金，化工等部门广泛使用的运输设备。为确保带式输送机连续可靠的运转，需严格控制及减少胶带跑偏，磨损等不利因素的出现。在机械化运输过程中存在着较多的物料转载，在每一处转载点，下落料流的冲击、物料在下层胶带面上的不均匀分布，是造成胶带磨损，跑偏的重要因素，极大地影响了带式输送机的正常工作，因此，针对以上问题，需要在设计阶段采取相应的设计优化。

1 物料转载导致的胶带磨损

转载点处两条带式输送机中心线在水平面的投影一般成垂直或共线两种情况，相应的转载形式分别为垂直转载与直线转载。对于两种转载形式，当两条带式输送机相对高度较大时，应考虑减小落料对胶带的冲击与磨损，应将溜槽下部做成倾斜折段，使物料与溜槽壁接触后再落至胶带上，以缓冲物料冲击。溜槽下部倾斜角度因输送物料粒度不同而有差异，一般运输粒度细小的粉状物料时，为确保不堵料，溜槽下部折段相对水平面的倾角应≥60°，粒度较大的块状物料由于堆积角相对较小，因此运输粒度较大的块状物料时，溜槽下部折段相对水平面的倾角一般可取较小值（≥45°）。通过选择合适的溜槽倾斜角度，可控制物料下落速度，以物料落至胶带时，沿带式输送机运行方向的速度与带速相近为最好：减少了胶带对物料的加速环节，降低了物料与胶带间因相对滑动而引起的动摩擦，从而减少落料对胶带的磨损，同时也令转载过程更加平稳。

另外，由于块状物料如块矿，成品烧结矿等重量、硬度较大，当大量块状料流落下时，会对承载的胶带及落料处带式输送机头部溜槽造成比粉状物料更大的冲击与磨损，严重缩短了胶带的使用寿命，影响物料转载的正常进行。对于此类情况，可将落料处带式输送机头部溜槽做进一步的修改，将溜槽做成积料式溜槽，如图1所示。除外形含倾斜折段外，积料式溜槽将受物料冲击部位做成台阶状，块状料落至台阶时会不断累积形成带倾斜面的小堆，当斜面角度大于块状料的动堆积角时，随后打在累积料堆上的物料会沿斜面向下滑落。通过将溜槽做成积料式，物料在转载过程中，料流在溜槽内的冲击一般发生在积料与落料之间，较好地保护了溜槽，同时由于块状料间的相互碰击，摩擦等作用，吸收了下落物料的动能，可减小对下层胶带的冲击，因而减少胶带磨损。

2 物料转载导致的胶带跑偏

相比于直线转载，垂直转载情形下，物料下落时往往对下层带式输送机胶带具有垂直于胶带面的侧向冲击，另外，下落的料流也很难落于下层带式输送机胶带中部，物料在胶带横截面上的分布发生偏斜，以上情况使垂直转载的下层带式输送机较易发生胶带跑偏。对于此类情况，可通过合理布置，使上层带式输送机落料中心与下层带式输送机中心线重合，或采用带调节挡板的头部漏斗使料流居中。当两条带式输送机相对高度较大时，将溜槽下部做成倾斜折段，改变料流下落方向，可避免物料对胶带的侧向冲击，垂直转载工况下减少胶带跑偏的合理布置如图2所示；当两条带式输送机相对高度较小（如同层转载），物料落至胶带面造成的侧向冲击为胶带跑偏的重要因素，可通过调节下层带式输送机导料槽位置及大小（一般取导料槽内壁宽度为胶带宽度的2/3），或增设调偏托辊等方式应对胶带的跑偏。

3 结束语

本文对带式输送机物料转载过程中可能出现的胶带磨损，跑偏等问题进行了探讨：物料转载为散状料机械化运输工艺中必不可少的环节，在设计过程中，应根据转载形式（垂直转载或直线转载），运输物料种类（粉料或块状料）等具体条件，对物料转载进行优化配置，降低胶带磨损、跑偏等不利因素的出现概率。