哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng)課件

1、第六章 操縱系統(tǒng)和安全系統(tǒng)設(shè)計(jì),1,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),一、概述 定義：把人和機(jī)械聯(lián)系起來，使機(jī)械按照人的指令工作的裝置和元件所構(gòu)成的總體,6.1 操縱系統(tǒng),1、操縱系統(tǒng)的功能,實(shí)現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換、即把操作者施加于機(jī)械的信號轉(zhuǎn)換， 傳遞到執(zhí)行系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械的起動、停止、制動、換向、變速和變力等目的,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),機(jī)械：拉桿、手柄、手輪和腳踏板； 電氣：按鈕、按鍵、開關(guān)； 液壓、氣動：調(diào)節(jié)閥、手柄等。 將操縱件的信號、運(yùn)動或作用力通過適當(dāng)?shù)男盘枴⒛芰康鹊淖儞Q和傳遞，以實(shí)現(xiàn)控制執(zhí)行件目的的中間環(huán)節(jié)。 杠桿、凸輪、齒輪齒條、絲杠螺母及搖桿機(jī)構(gòu)。 是與被操縱部

2、分直接接觸的元件。 常用的有撥叉、滑塊、氣（液）缸、電磁鐵等。 如定位元件、鎖定和互鎖元件及回拉元件,2、操縱系統(tǒng)的組成,操縱件 變送環(huán)節(jié) 執(zhí)行件 輔助元件,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),操縱力：人力、電動、液壓、氣壓和混合操縱系統(tǒng) 操縱件控制執(zhí)行件數(shù)：單獨(dú)操縱系統(tǒng)和集中操縱系統(tǒng),3、操縱系統(tǒng)的分類,4,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),4、操縱系統(tǒng)的要求,5,操縱件定位可靠 操縱件應(yīng)能長時(shí)間可靠地保持在某操作狀態(tài)的位置，不因其它非操縱力的作用而改變其操作狀態(tài)。而且，操縱件一旦因某種原因而偏離操作位置時(shí)，應(yīng)有自動回位功能。 操縱系統(tǒng)應(yīng)有可調(diào)性 操縱系統(tǒng)應(yīng)能進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)，以保證

3、系統(tǒng)的元件磨損后，經(jīng)過調(diào)節(jié)仍能實(shí)現(xiàn)所期望的操縱效果,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),人機(jī)工程學(xué)：研究機(jī)械系統(tǒng)與人和周圍環(huán)境關(guān)系的科學(xué)。 設(shè)計(jì)思想：1）以機(jī)器為中心；2）以人為中心,以機(jī)器為中心通常是設(shè)計(jì)者考慮問題的出發(fā)點(diǎn)如何以最佳的原理及結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能 以人為中心通常是用戶或使用者/操作者考慮問題的出發(fā)點(diǎn)如何以最舒適、最人性化的方式使用機(jī)器,二、操縱系統(tǒng)中的人機(jī)工程學(xué),1.人機(jī)工程學(xué)知識回顧,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),操縱系統(tǒng)是人和設(shè)備直接聯(lián)系的系統(tǒng)，它具有閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特征。在這個(gè)系統(tǒng)中，人是指令的發(fā)出者，從觀察周圍環(huán)境或從儀表指示中得到信息，經(jīng)過大腦作出判斷后產(chǎn)生

4、相應(yīng)的動作，即操作。操作的結(jié)果使設(shè)備進(jìn)入新的狀態(tài)，這種新狀態(tài)又從環(huán)境中或顯示儀表中反映出新的信號，又可能使操作者做出新的操作。明確人在這個(gè)人機(jī)系統(tǒng)中的工作能力和方法是合理設(shè)計(jì)操縱系統(tǒng)的重要前提。 人與設(shè)備相比，人是萬能的，是在人機(jī)系統(tǒng)中起決定性作用的。但是，人存在著體力（功率）不足、反應(yīng)速度慢、準(zhǔn)確性差、記憶力有限和易疲勞等弱點(diǎn)。因此，只有依據(jù)人的心理、生理特征和規(guī)律設(shè)計(jì)操縱系統(tǒng)，才能充分發(fā)揮人在人機(jī)系統(tǒng)中的主導(dǎo)作用,2.人機(jī)工程學(xué)簡介,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),一切設(shè)備的操縱件都應(yīng)布置在人的肢體活動最有利的區(qū)域內(nèi)，應(yīng)有利于發(fā)揮人的體能和靈敏反應(yīng)，并使人感覺舒適。 通常，人都是用

5、手和腳操縱設(shè)備，操縱姿勢分立勢和坐勢兩種。在極特殊情況下也可用異常姿勢,3. 操縱件的布置,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),手臂正前方鉛垂平面的活動范圍 陰影區(qū)表示最有利的活動范圍，小圓弧表示手臂的正?；顒臃秶?，大圓弧為手的最大可及范圍,水平面的活動范圍 粗實(shí)線表示正?；顒臃秶?，虛線為最大可及范圍，點(diǎn)劃線為最有利活動范圍,1) 站立時(shí)人手臂的活動范圍,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),a各方向活動的最大角度 b水平方向活動自如的角度,2) 站立時(shí)人上肢的活動角度,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),a-垂直面內(nèi)上肢活動范圍 b-水平面內(nèi)上肢活動范圍 c-不同身材的人上肢水平活

6、動范圍,B表示男子 C表示女子,3) 坐姿時(shí)人上肢的活動范圍,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),設(shè)計(jì)腳操縱件時(shí)注意： 由于腳操縱不如手操縱靈活，為防止腳操縱失誤或碰移操縱件，應(yīng)使腳操縱件具有一定的啟動阻力，此力應(yīng)大于腳自由放在踏板上的壓力,4) 坐姿時(shí)人下肢的活動范圍,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),要求保證操作者操作時(shí)用力適度和不易疲勞 手臂的作用力：握力、推力、拉力、提力、扭力和舉力 a 轉(zhuǎn)動快的手輪或搖把，應(yīng)使其轉(zhuǎn)軸中心線與人體站立的垂直面成60-900角; b 要求操縱力較大時(shí)，轉(zhuǎn)軸中心線應(yīng)水平放置； c 操縱力很大的手柄應(yīng)位于齊肩高度，以推力操作為好,5) 站立時(shí)用力范

7、圍,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),結(jié)構(gòu)形式： 手柄、手輪、旋鈕和按鍵 設(shè)計(jì)要點(diǎn)： 1）重視柄部的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，避免手掌與柄部完全貼合 2）采用不同形狀的柄部或者不同顏色的按鈕，便于識別和記憶 3）旋鈕設(shè)計(jì)成一頭尖，或做上標(biāo)記，指明刻度位置。 4）采用復(fù)合多功能操縱件，可以在操作時(shí)手不離開操縱件而完成多種操縱任務(wù)，節(jié)約操作空間,4. 適應(yīng)人的生理特征的操縱件結(jié)構(gòu)造型,1 手操縱件的結(jié)構(gòu)造型,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),視力是指人眼看清物體的能力，包括對物體的辨清能力、辨色能力、視野和視距,視野頭部和眼球固定不動地觀看正前方所能看見的空間范圍。正常人的視野在垂直方向約為13

8、0度，在水平方向約為120度,設(shè)計(jì)要點(diǎn)： 把操縱件和顯示儀表布置在中心視力范圍和正常視野之內(nèi)，并利用色彩來改善視覺。 盡量減少頭部和身體轉(zhuǎn)動，以減輕疲勞,5.人的視力范圍,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),常用操縱機(jī)構(gòu)簡圖,16,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),操縱系統(tǒng)：人體四肢的延伸，一般是以變力、變行程和完成較復(fù)雜動作為目的。 設(shè)計(jì)參數(shù)：操縱力、 操縱行程和傳動比 操縱力Fc、執(zhí)行件的工作阻力Fz與操縱系統(tǒng)的傳動比ic關(guān)系： 其中： 為操縱系統(tǒng)的傳動效率 操縱行程Sc、執(zhí)行件的行程Sz與操縱系統(tǒng)的傳動比ic的關(guān)系： 手操縱力建議不大于150N，腳操縱力不大于180N。操縱行程

9、的大小應(yīng)使人體在不移動位置的情況下能方便自如地達(dá)到。機(jī)床手柄的轉(zhuǎn)角不宜大于90 。 傳動比確定時(shí)要結(jié)合操縱力、操縱行程和總體方案全面考慮,三、操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì),1、操縱系統(tǒng)的主要參數(shù)確定,17,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),2、原理方案設(shè)計(jì),18,初步確定傳動比后，結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)要求，如執(zhí)行件的運(yùn)動軌跡、行程、速度和被操縱件的數(shù)目以及各執(zhí)行件之間的關(guān)系等，進(jìn)行原理方案設(shè)計(jì)。 原理方案確定要與整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的復(fù)雜程度、控制系統(tǒng)的自動化程度相一致，同時(shí)要考慮動力的來源和所占空間的限制。 設(shè)計(jì)過程：選擇傳動機(jī)構(gòu)確定傳動比結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),四、操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例,擺

10、動式變速操縱機(jī)構(gòu),19,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),在選定滑塊高度h 時(shí)， L越大，A也越大，設(shè) 計(jì)時(shí)擺角應(yīng)在6090,a滑塊偏移量 A擺桿軸與滑移齒輪軸間距離 R擺桿搬動半徑 L滑移齒輪總移動量 h滑塊高度,1) 幾何條件,20,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),單邊撥動滑移齒輪，撥動力F，撥動點(diǎn)距軸線距離為A，齒輪寬度B，軸徑d。求能使滑移齒輪順利移動而不自鎖的條件,2) 不自鎖條件,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),求解得： 若f =0.3 則3Af / BA/B 當(dāng)A/B 大于等于1時(shí)就會發(fā)生自鎖， 因此，必須保證 AB,22,求解,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章

11、-操縱系統(tǒng),6.2 安全系統(tǒng),一、分類,23,安全裝置或系統(tǒng)一般納入到控制系統(tǒng)中統(tǒng)一管理。如報(bào)警、顯示、處理等,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),1 動力系統(tǒng)保護(hù) 機(jī)械系統(tǒng)的動力源一般為三相380V的交流電源。電源進(jìn)入配電柜后，首先要經(jīng)空氣開關(guān)的保護(hù)，主回路和控制回路要有熔斷器。電機(jī)要有熔斷器和熱繼電器保護(hù)。熔斷器主要用于斷路保護(hù)，熱繼電器主要用于過載和過流保護(hù)。此外，還有欠壓、過壓和缺相等保護(hù)。在液壓和氣動回路中，要有安全閥和壓力繼電器,二、機(jī)械系統(tǒng)各子系統(tǒng)的保護(hù)要點(diǎn),哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),3 執(zhí)行系統(tǒng)保護(hù) 機(jī)械系統(tǒng)的最終目的是由執(zhí)行件完成的，其安全系統(tǒng)主要考慮行程保

12、護(hù)問題。 在執(zhí)行件行程的極限處應(yīng)有行程開關(guān)、限位開關(guān)或死擋鐵。數(shù)控系統(tǒng)中，指令系統(tǒng)有軟限位指令或更高級的通道保護(hù)指令。為防止位置環(huán)發(fā)生故障而產(chǎn)生“飛車”現(xiàn)象，伺服系統(tǒng)位置控制器要有超差保護(hù),行程保護(hù)常用元件 1 機(jī)械式開關(guān) 2 電磁式開關(guān) 3 光電式開關(guān),哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),4 控制系統(tǒng)保護(hù) 控制系統(tǒng)是安全系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)機(jī)械系統(tǒng)各部分運(yùn)動和動作的邏輯關(guān)系，因此，正確處理這些邏輯關(guān)系，是整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)安全可靠的前提和保障,哈工大-機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)-第六章-操縱系統(tǒng),6 環(huán)境保護(hù) 對操縱環(huán)境的不安全因素采取必要的安全防護(hù)措施： 在機(jī)械系統(tǒng)中加裝保護(hù)裝置 對機(jī)械的危險(xiǎn)操作區(qū)實(shí)行安全隔離或加防護(hù)罩；在汽車、拖拉機(jī)