机电传动与控制实训（通用11篇）
关于《机电传动与控制》在当今高职教育中的教学探讨
随着21世纪我国经济、科技和社会的`高速发展,为了使职业教育能更好地适应我国经济和社会发展的要求,职业学校的办学模式、课程设置、教学内容和方法,应当进行改革.本文就<机电传动与控制>课程教学内容和方法的改革进行探讨,以期取得更好的教学效果,适应当今发展形势的需要.
作 者：凌均淑 作者单位： 刊 名：中国科技博览 英文刊名：ZHONGGUO BAOZHUANG KEJI BOLAN 年，卷(期)： “”(23) 分类号：G 关键词：机电传动与控制 分层次教学 项目教学法车辆机电复合传动作为混联式混合动力的形式之一, 主要是借助功率传递出的能量进行运转, 这两种功率分别是电力和机械, 此举有诸多优势, 一是可以最大限度的利用机械功率流所具备的效率、可靠性高的优点;二是能确保发动机运转在效率较高的领域, 进而有效提高机动车辆燃油的性价比和动力性能, 总之优势诸多。
纵览当前这个行业技术发展的水平, 还是存在一些不尽如人意的现状, 比如大客车、重型货车会受到电机功率密度和电池能量密度所限, 难以达到动力性能和行驶里程的标准。目前, 国内外相关专家和学者一直对混合动力车辆综合控制策略进行重点研究, 研究的领域主要集中在两方面, 一是并联结构;二是串联领域。其中上汽公司对丰田Prius汽车的试验研究对混合动力汽车控制策略和方法提供了重要的借鉴和参考。
2 EMT系统的组成
EMT系统由多个子部件组成, 如发动机、电动机、发电机、变速器等, 系统运转主要依靠机械和电力两路功率了进行能量传送, 此种传输方式可有效满足大重型车辆功率与转矩的要求。运转具体流程如图1所示:
3 EMT系统功率耦合方案分析
EMT系统有双向、单向模式之分, 针对单模式的EMT系统而言, 功率耦合主要通过行星齿轮机构完成, 行星机构主要包括3个自由端, 分别是太阳轮、齿圈、行星架, 这三个自由端主要分别对应三个功率元件:发动机、电动机、发电机。这三个功率元件有诸多连接方式上。
因为电机具有堵转特性, 所以其受车速影响较大, 在起步车速为零时, 可以通过牵引电机进行直接驱动, 这样便可解决此类问题。又或者在路面崎岖或者有较大坡度的路面行驶时, 仅仅依靠牵引电机是难以达到起步标准的, 此时为了解决这一问题, 需要启动发动机, 这时行星排齿圈的输出转柜为, 其中K所代表即是需齿圈与太阳轮齿数的比值, 而代表的即为发动机输出转柜, 行星排齿圈在此基础之上, 与牵引电动机的转柜相互配合和叠加, 就能顺利实现驱动车辆的起步。
对于直接车速而言, 其所对应的功率分流耦合机构的传动比例为1。在比例为1的状态之下, 行星机构会发生变化, 出现整体回转的情况, 此时它的机械效率也将达到最高值。对于临界车速而言, 其与直接车速又有很大的区别, 它主要对应功率分流耦合机构的临界传动比, 此时电功率分流消失, 发电机转速也急速下降, 直至为零, 但是从整体而言, 分流耦合机构的总体效率达到了最大值。
4 EMT工作模式分类研究
EMT系统的工作模式有多种, 具体来讲有发动机驱动并发电模式、制动模式、倒车模式等等。在系统运行过程中, 有多种因素可能多导致需发电机转速穿越零点的不稳定性, 为了避免此类情况的发生, 需要在控制中规避发电机低转速和反转的工况, 在此会详细阐释各个模式下重要部件的工作状态: (1) 在纯电动部件处于工作模式时, 发动机和发电机处于不工作状态, 电动机处于电动状态; (2) 在发动机单独驱动时, 发动机处于工作状态, 电动机处于不工作状态, 发电机处于发电状态; (3) 发动机驱动并发电时, 和发动机单独驱动状态一致, 即发动机处于工作状态, 电动机处于不工作状态, 发电机处于发电状态; (4) 混合驱动时, 发动机处于工作状态, 电动机处于电动状态, 发电机处于发电或电动状态; (5) 在制动模式时, 发动机和发电机处于不工作状态, 电动机处于发电状态; (6) 在倒车模式时, 发动机和发电机处于不工作状态, 电动机处于电动状态。在不同模式下, 各个部件的工作状态基本如此。
5 对EMT能量管理的有效策略
要想有效提高EMT能量管理的有效策略, 需要抓住以下几个关键点, 第一, 确定能量管理策略的目标, 即以提高燃油经济性能为最主要的目的;第二, 确定能量管理策略的出发点, 即从发动机功率和工作点为开端, 以此确定发动机、电动机、电池组等重要部件的工作状态, 具体工作流程文字阐述如下:开始--驱动需求功率计算--电池需求功率计算--发动机需求功率计算--功率分配 (其中在进行功率分配的时候, 需要确定三方面的内容:发动机工作点、发电机工作点、电动机工作点) --返回。这样整个过程即可完成, 以此循环往复, 进行工作。
能量管理策略要取得较好效果, 驾驶员也需参与其中, 具体来讲就是要积极响应加速踏板反馈回来的驱动需求, 在实际驾驶车辆的过程中, 驾驶员在很大程度上决定着车辆驱动功率的需求, 因为车辆驱动功率的需求受驾驶员踩加速踏板的程度影响较重。
EMT系统是一种特殊的混合结构, 其本身兼具机械功率、电力功率的串联和并联。在存在形式上有两种, 即转柜耦合和转速耦合, 基于这种状态, 在确定发动机的转速或转柜时不能仅仅依赖于驱动需求转柜。车辆在实际运行的过程中, 还会受到宽调速范围所限, 因此车辆上的发动机工作点可能也会做出相应调整, 即超出最优经济转速范围, 要对这种情况的出现做好充分的准备。
6 动态过程控制算法阐释
EMT控制主要涉及两种类型的动态过程, 第一种类是根据总需求的变动而做出的相应调整, 比如功率变化、档位切换等, 都非常有可能导致部分目标转速或转柜出现显著变动;第二种类是控制模式或者档位切换的过程。在了解清楚这两种动态变化的全过程, 我们才能进行动态过程控制算法的分析和研究。据此我们也可得知, 所谓动态过程控制算法, 具体来讲即是按照一定逻辑设计进行, 以此最终达到一个稳态目标的目的, 整个过程始终处于稳步动态。为了避免超速情况的出现, 要在保证调节速率的前提下, 适当减少转速或者转柜突变, 这样做最大的好处便是可以有效减少变化过程中带来的冲击, 进而最大限度保护系统部件。动态过程协调控制算法包含内容良多, 最典型比如主离合器结合调速算法、换挡调速算法等等, 不胜枚举。总之各种调速算法的最基本的运算原理即是通过调节各连接元件的转速, 进而达到减少各种小部件, 比如换挡操作、接合主离器的转速差。
7 结语
综上所述, 对机电复合传动系统进行综合有效控制是一项非常复杂、专业性极强的工作, 需要耐心、细心、专业素质过硬才能不断取得进步, 虽然现在机电复合传动系统控制的技术尚不是十分先进和理想, 但是我们相信, 只要我们坚持不懈的努力和研究, 就一定可以实现此项技术的飞跃式发展。
参考文献
关键词：机电控制；工学结合；实训
当前，职业教育为区域经济和社会发展的服务功能越来越明显，以服务为宗旨，以就业为导向，走校企合作、产学研结合的发展道路，培养生产服务第一线的高素质的劳动者和高技能实用技术人才已成为职业教育战线的共识，同时也成为社会的共识。而以上人才知识与技能的获得仅仅依靠在学校的学习是远远不够的，只有在实际工作环境中学习才能获得，即要通过工学结合来实现。
在工学结合条件下，学生在实际工作环境中的心理状态和对环境的感受是与学校完全不同的；现代企业理念、良好行为习惯、应变能力、新的实用技能、创新能力也只有在实际工作环境中才能学到或形成。在实践中我们深深认识到：培养什么样的职业岗位人才，就应该有什么样的职业岗位教育环境；技能型人才、实用型人才的培养，只能在工学结合中实现。
目前国内高校在PLC课程教学中普遍面临问题是教学设备落后，跟不上PLC产品的更新换代的问题、教学试验资源有限，实验项目设计不合理、偏重编程练习，对实际项目缺乏整体认识、综合实训项目单一，与实际工作现场出入太大等问题。各高校采用比较多的PLC实训装置为液压传动与PLC实训装置、气动与PLC实训装置、机电气液一体化综合实训装置、PLC实训箱等。
1.机电控制实训教学系统
机电控制实训教学系统由型材实训台、物料提升机构、物料加工模块、气动机械手、物料输送及分拣机构、PLC模块、变频器模块、按钮模块、电源模块、各种传感器和I/O接口板等组成，共构成五个单元.每个单元的基本功能如下：
1.1.供料单元的基本功能：供料单元是教学系统的起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其他单元提供原料的作用。具体的功能是：按照需要将放置在料仓中待加工工件（原料）自动地推出到物料台上，以便输送单元的机械手将其抓取，输送到其他单元上。
1.2.加工单元的基本功能：把该单元物料台上的工件（工件由输送单元的抓取机械手装置送来）送到冲压机构下面，完成一次冲压加工动作，然后再送回到物料台上，待输送单元的抓取机械手装置取出。
1.3.装配单元的基本功能：完成将该单元料仓内的金属、黑色或白色小圆柱零件嵌入到已加工的工件中的装配过程。
1.4.分拣单元的基本功能：完成将上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣，实现不同属性（颜色、材料等）的工件从不同的料槽分流的功能。
1.5.输送单元的基本功能：该单元通过直线运动传动机构驱动抓取机械手装置到指定单元的物料台上精确定位，并在该物料台上抓取工件，把抓取到的工件输送到指定地点然后放下，实现传送工件的功能。
其中各模块分别由单独的PLC分站点去控制，各站点可独立运行，也可通过站点间的通讯进行一体化控制。整体结构采用开放式和拆装式设计，让学生可以自由组装和调试送料检测机构、物料搬运机构、物料分拣机构和自动生产线等机电一体化实训设备。为学生提供了一个典型的、可进行综合训练的工程环境，为学生构建了一个可充分发挥学生潜能和创造力的实践平台。
2.系统可实现的实训项目
2.1.传感器实训。系统中使用了大量的传感器，有电感式接近开关、漫射式光电式接近开关、磁性接近开关等。学生可通过在实训中调整各类传感器的角度、位置、测试各类传感器的动作信号等实训，掌握各类传感器的特性、工作原理及接线方法等知识。
2.2.气动技术实训。系统中使用了大量的气动元件，包括气源、多种电磁阀组、各种气缸、节流阀、速度阀等。学生可通过在实训中连接气动控制回路、调节各气动元件的动作情况等实训，熟悉各种气动元件的作用，了解各种气动元件之间以及气动元件与其它元件之间是如何配合起来进行协调工作的。
2.3.PLC控制实训。系统的各个工作站都是独立的，各自有一台PLC控制本站的运行，如果各个工作站分开来实训，每组3人的话，可同时满足十五个学生进行实训，并且每个学生都可以参与其中。在各个工作站中，学生可以通过编程学习梯形图编程的基本概念、梯形图的编程规则、PLC程序设计方法、PLC梯形图编程的特点与优势等。
2.4.电气控制系统实训。系统各个工作站的电气控制原理图均要求按照工业标准和习惯进行设计与连接，学生可以通过各个工作站的电气控制线路的连接、各种接口电路的标准化制作等实训，学习电路原理图的分析、I/O接线图的连接等知识点。
2.5.机械系统安装调试实训。系统中的各个工作站可让各组学生将机械部分全部的或部分的拆去，再按要求将其重新组装，并且调试至系统可正常、可靠地工作。
2.6.系统故障排查实训。教师可以在系统中各个工作站中设置一定的机械、电气和程序控制上的故障，学生则可以通过对故障现象的分析，排查练习，学习设备维修的方法和技能。
3.结语
本实训系统具有较好的柔性，即每站各有一套PLC控制系统独立控制。将五个模块分开培训可以容纳较多的学员同时学习。在基本单元模块培训完成以后，又可以将相邻的两站、三站直至五站连在一起，学习复杂系统的控制、编程、装配和调试技术。在此平台上可实现知识的实际应用、技能的综合训练和实践动手能力的客观考核。既可以作为课程的专业知识模块的单项实训项目的教学，同时可进行机电一体化设备、气动系统、自动控制系统的综合技能训练，还可以做为技能鉴定的考核设备，使学生对过去学过的诸多单科的专业和基础知识，在这里能得到全面的认识、综合的训练和实际运用。利用机电控制实训教学系统，可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学习者得到一个非常接近于实际的教学设备环境，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。
参考文献：
[1]吴蔚.工学结合勤工俭学培养大批高素质技能型人才--记职业教育工学结合座谈会[J].教育与职业，2005，（25）.
[2]王鸿博.PC-LINK网络在自动生产线控制中的应用[J].黑龙江科技信息，2008，（10）.
Hydraulic transmission and pneumatic PLC lab
基本情况：
1、THPYC-1型液压传动PLC实训装置：本实验装置是根据教育部“振兴21世纪职业教育课程改革和教材建设规划”要求，按照职业教育的教学和实训要求研发的产品。装置由实训平台、液压泵站、各种液压元件、测量仪器表、电气控制单元等几部分组成，其中液压元件包含液压缸、液控单向阀、电磁换向阀、减压阀、顺序阀、节流阀、调速阀等，电气控制单元包含PLC主机模块、控制按钮模块、继电器模块、电磁阀接口模块等。
装置实训内容丰富，可开设液压基础、液压基本回路、各种液压系统液压元件性能测试等实训项目，控制方式多样，能实现手动控制、继电器控制、PLC控制，各种液压元件为模块结构，模块采用防漏快速接头连接，构建液压回路方便快捷，设有电流型漏电保护装置及系统压力保护等。
本装置具有很强的实际操作功能，适合于高等院校开设的“液压传动”、“液压传动与控制”、“液压技术”等课程的实训教学。
2、THPQD-1型气动与PLC实训装置：本实验装置是根据教育部“振兴21世纪职业教育课程改革和教材建设规划”要求，按照职业教育的教学和实训要求研发的产品。适合高等职业院校开设的“气动技术”、“液压与气压传动”等课程的教学实训。
本实验装置提供有PLC主机模块、继电器、磁性开关、单作用气缸、三联件、梭阀（或阀）、双压阀（与阀）、快速接头等气动元器件。装置具有多种控制方式，气控、电控和手控等方式，带漏电保护及电源短路保护，安全性好，集各种真实的气动元件、继电器控制单元、PLC、计算机组态监控技术与一体，功能强大、适用范围广、综合性强。
本实验装置能完成40多种气动基本回路、继电器、PLC控制的气动系统回路实训项目，具有很强的综合性、直观性、开放性及实训性，是自动化、机电一体化、汽车等专业的教学、实训、考核的理想设备。
服务专业：
自动化、机电一体化、汽车检测与维修等专业
实训项目：
项目一：行程阀控制气缸连续往返气控回路；
项目二：叶片泵性能实验；
项目三：电车、汽车自动开门装置；
项目四：压力控制回路等多种实训项目。
技能鉴定：无
科研创新：无
职业学校学生主要是学一技之能，学生在校期间有很大一部分的时间是在校内的实训基地进行各工种的实习，以提高技能水平，经过2、3年的锻炼后进入企业，直接到工作岗位上，但是这样培养出来的学生到企业之后并不一定适应企业的生产需求，而目前大部分的学生进到企业之后，企业要先对他们进行二次培养，才能真正地适应岗位需要。这样造成了极大的浪费，为改变这种状况，在竞争激烈的时代，各个学校都在探索将企业和实训基地结合起来，使实训基地具有生产的功能，将传统的消耗性实习转变为生产性实习。
一、校内生产性实训基地的功能
1、由于中职机电存在的问题比如说设备，师资条件差，存在问题的情况下搞教学难度很大，对机电专业要把教学搞好，难度更大，设备很难达到学生工位的需求，实习材料的消耗性太大。通过生产性实训基地的建设，能使实训成本得以极大降低，使生产性实训成为实训教学的主要内容，大大提高实训教学的质量。即在生产产品、经营业务或技术研发的同时，完成对在校学生的实训任务。同时会促进学
生技能的提高，学习效率高，生产性实训的过程中也能激发学生的学习兴趣，很好的调动积极性。
2、从教师层面上，由于大部分的老师是从校门到校门，实践技能掌握的不是很好，没有工作经验，在教学中可以传授的东西很少，通过生产性实训基地的建设，老师要参与生产性实训，产品引进、来料加工等方面要全程参与，理论上得到了升华，老师在知识、技能方面的容量不断的扩大，反过来，提高教学能力。而且通过校内生产性实训基地的建设，学生的实训项目也由以往的传统性实训转变为真正的企业产品的设计、加工，涉及的内容不再是单纯的一门课程。企业的产品往往不是某个学科教师可以单独设计生产的，需要一些跨专业的教师合作才能解决问题，这就需要教师团队，促进教师专业发展。
3、生产性实训基地的建设，将会促进专业发展，机电专业发展没有新方法、措施很难发展，通过生产性实训，能够达到和企业对接的问题，提高了学生实习的质量，提高了老师的水平，对社会声誉起到了广泛的宣传作用，并且能取得一定的经济效益，从而促进专业发展。
4、通过校内实训基地的建设，可以学生树立团队合作精神。当今世界，社会分工越来越细，全球一体化促使人际交往日益频繁，不可能成功，沟通和合作变得十分重要。学生通过沟通协调密切合作，并且经常一起交流、商讨、争论以设计较佳的研究方案，最后通力协作圆满完成研究任务。
二、校内生产性实训基地效益
校内生产性实训基地的综合效益如何影响着整个中职教育的发展。中职教育以实现培养技能人才的社会效益为最高目标，不但要产生教育效益，而且要产生经济效益，尤其要有明显的社会效益。建立稳定的校内生产性实训基地是重点，开拓市场才有活力和生命。
1、提高产品科技含量，控制实训过程成本
由于实训产品基本上都是直接加工或半加工，科技含量不高，产品附加值低，只能赚一点加工费。要充分利用实训基地科研能力，设计、开发有科技含量的产品，提高产品附加值，增加实训基地收入。
2、提高产品合格率
我们学生在掌握基本操作技能后，初次加工产品时，或多或少会出现操作上或技术上的问题，会产生一些残、次品，降低合格率。这需要加工前先模拟生产一定数量的产品后再进行生产，在这个过程中，不同的加工要求，不同的加工操作方法，加工的先后顺序在反复生产实际得到解决及其强化。生产性实训由于加工的产品数量众多，学生生产加工时同一操作在一定时间内重复多次，由技能上升为技巧，从而提高实训产品合格率。
3、选择合适的校企合作
由于企业承担着学生技能训练的重要职责，在企业氛围中感受工厂生产效率和效益的重要性，学生在企业的训练效果将直接关系到工学结合教育的成败。所以，选择合适、对口的合作企业是学生掌握技能及与企业接轨至关重要的一步。
4、加大对外生产的规模
为解决机电专业学生学用分离、专业教师工程实践经验不足、学生顶岗实习等生产性实训的问题，例如我校针对纸品机械市场需求旺盛，学校有较强设备、技术条件等优势的实际情况，自发研究生产组装了无纺布机械。由于我校成立的公司是属于校企，同时生产产品多属小件，单件产品利润较少，需增加加工数量，提高效益。
液压与气压传动
【课程名称】
气压传动元件。【教材版本】
李世维主编，中等职业教育国家规划教材――机械基础（机械类）。第2版。北京：高等教育出版社，2006。【教学目标与要求】
一．知识目标
1． 了解空气压缩站的作用和组成。了解后冷凝器、贮气缸、辅助元件的公用。2． 熟悉气缸、方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀的功用及结构。3． 了解气压传动的特点及组成和工作原理。二．能力目标
1． 能够认识各种元件的符号及功能，注意气压元件与液压元件符号的区别。2． 能够比较液压传动与气压传动的特点，为正确选择传动方式作基础。三．素质目标
1． 具有应用所学液压传动的知识分析一般传动系统图的能力。2． 了解气压传动的主要特点及工作原理。四．教学要求
1． 认识气压传动的元件图形符号及功用。
2． 着重研究介绍与液压传动不相同的元件的工作性能和结构特点。【教学重点】
1． 空压机、后冷却器和贮气缸的功用及结构。2． 气动三联件的图形符号及功用。
3． 与液压传动的压力、流量和换向控制阀的结构，图形符号不相同的表示方法。【难点分析】
1． 气压传动的动力源比液压传动的动力源增加了后冷却器、贮气缸等元件的功用及气动三联件的作用。2． 各种控制元件的区别。【教学方法】
用比较法进行教学，讲授中配以示教板、挂图、实物或课件。【学生分析】
通过比较法学习，能较快地掌握气动元件的功用及图形符号。教学难度不会太大，须注意液压传动中所没有的元件的用途介绍。【教学资源】
1． 机械基础网络课程。北京：高等教育出版社，2006。
2． 吴联兴主编。机械基础练习册。北京：高等教育出版社，2006。【教学安排】
2学时（90分钟）【教学过程】 一．导入新课
1．提问：请同学介绍气压传动与液压传动的共同点和不同点。
2．在气压元件上，气压传动也有许多元件与液压传动的元件相似。本节课就介绍气压元件的结构和图形符号，请同学注意哪些元件是液压传动中所没有的，它们有哪些作用？ 二．讲授新课
1． 空气压缩站
它是为气压传动提供动力源，由空压机、贮气缸和后冷却器组成，如图8-30所示。
（1）空压机。与液压泵相似，按压力和流量分类。结构分往复和旋转式。
（2）贮气缸。贮存压缩空气，常称气包，是为消除气体的压力脉动。
（3）后冷却器，将空气中的水份分离出来，提高空气的纯度，保证空气的压力。结构如图8-32，33所示。
（4）空气过滤器、干燥器和油雾器。着重介绍气动三联件。如图8-35。
2．气缸，气马达
气缸与液压缸结构相似，气马达应用于气动砂轮，或气动抛光机，但应用不多。
3．方向控制阀
其结构与液压系统的方向阀相似，只是在图形符号上的排气口符号为三角形。因为排出的空气是直达大气。
4．压力控制阀
基本与液压系统相似，安全阀相当于液压的溢流阀，但结构上略有不同，如图8-42所示。
5．流量控制阀
与液压系统相同。
三．小结
1． 气压传动元件有许多与液压传动元件相同，但由于自身特点，动力源不一样，它是由空压机，贮气缸和后冷却器组成，以保证气压稳定，并清除空气中的水分。此外还有常用的气动三联件，它是由空气过滤器，油雾器和减压阀组成。2．换向阀的图形符号在排气口上由于与大气相同，以三角形尖头向外表示。其它相似。3．在结构上相似的元件，由于液压系统传动时，油液有一定的粘度，在各种阀体与阀芯之间的间隙公差可以选择比较大些，而气压传动的气体没有粘度，其元件的阀体与阀芯之间的公差就相应要小一些，否则将造气泄漏，无法正常工作。
1 基于同步双驱动技术的传动控制
1.1 系统控制分析
传统饼干成型机采用单驱动机构, 容易导致印花辊和托辊两端受力不均, 滚印出来的饼干厚度不均, 影响产品的质量。为解决这一技术问题, 本项目采用同步双驱动技术, 确保印花辊和托辊受力均匀, 实现平稳传动。图1给出了双级链式连接同步驱动控制系统框图。
系统应用双级链式连接与同步驱动控制, 进行负荷均衡补偿。控制信号经变频器后, 一部分作为作为电流均衡补偿的反馈信号输入, 另一部分通过电机转换为转速后作为同步控制器的反馈信号。
设同步补偿控制量、电机转速控制量、同步控制量分别为uij、unj、ucj, 考虑负荷均衡补偿后, 则同步控制器的输出为:
若同步负荷电流允许工作带宽为Δig, 在k时刻双驱动电机的实际反馈电流分别为i1 (k) 、i2 (k) , 则有:
(1) 当|i1 (k) -i2 (k) |≤Δig, 系统同步正常, 不进行同步补偿调节, uij=0;
(2) 当|i1 (k) -i2 (k) |≥Δig, 系统同步补偿控制, 设uij (k) 为第j个电机的同步补偿控制输出, aj (k) 、bj (k) 、kj为第j个电机补偿计算变量, 则二台电机的同步补偿量uij (k) 为:
式中, 其中kj由现场工艺决定, aj (k) 、bj (k) 由下式给出:
1.2 同步双驱动技术应用
图2给出了同步双驱动饼干成型机驱动结构和实物图, 驱动电机和传动总成分别安装在机体外壳的两侧, 托辊和输送带驱动辊两端分别通过传动总成和驱动电机连接, 并由驱动电机进行驱动, 印花辊与托辊通过传动齿轮组传动相连。
传动总成包括主动带轮、被动带轮、传动皮带、减速器、主动链轮、第一从动链轮、第二从动链轮和传动链条。设带轮、轴承、齿轮、链轮和联轴器的传动效率分别为η总、η带、η齿轮、η链和η联轴器, 则传动总成的总传动效率η为:
若设计所需的功率为Pw, 电机工作情况系数为k, 则单台电机功率为:
由此可见, 通过同步双驱动技术, 既确保印花辊和托辊受力均匀, 实现平稳传动, 可有效地降低单台电机的有功功率。
2 基于光电检测的链网自动纠偏机构
隧道型饼干机除了采用同步双驱动技术, 实现平稳传动外, 在传动过程中还应注意链网在密封式隧道炉的跑偏问题。在链网的传动过程中, 由于种种原因可能导致滚轮左右受力不均匀, 影响链网传动, 导致链网跑偏。传统饼干电烤炉采用手动调整, 每次换料均要手动调整, 运行维护工作量大。本项目采用基于光电检测和步进电机驱动的链网自动纠偏技术, 既降低维护成本, 提高安装调试的可操作性, 又保证纠偏快速可靠。
2.1 纠偏机构系统控制框图
本项目采用模拟量纠偏控制系统, 图3给出了系统控制框图。光电传感器实现光电转换, 是实现光电检测的核心部分, 负责把光信号转化为电信号, 通过信号的放大、处理、测量和控制, 获得液压系统便于识别的电信号。采样信号经预处理后送入MCU, 控制步进电机, 实现精确调速和定位。模拟量纠偏控制系统的执行机构一般会采用需要复杂控制算法的伺服电机, 采用闭环控制, 以达到快速而精确的纠偏控制。
2.2 链网自动纠偏技术应用
图4给出了饼干电烤炉链网自动纠偏装置结构和实物图。光电传感器选择边缘控制型 (EPC) 光电传感器, 安装在链网两边的恰当位置, 带钢的一侧安装发光源和光敏元件, 通过边缘控制型光电传感器, 链网在运转过程中发生偏移时, 根据带钢遮住光源的比例, 获得光通量所产生的误差信号, 经伺服系统來控制执行机构, 以实现对链网跑偏的控制。驱动控制装置接收到信号后, 控制电路对信号进行处理, 控制步进电机的转动。电机将螺距输出到螺杆组件, 带动纠偏托辊活动机构前后移动, 使纠偏托辊轴线的垂直线与炉膛中心线偏离一定的角度α, 从而纠正链网的跑偏量。
若链网右跑偏Δx时, 如图5所示, 则步进电机正转, 使托辊机构从A向前移动Δy至B, 使纠偏托辊轴线的垂直线与炉膛中心线偏离一定的α角度, 其中α≈a tan (Δy/L) , 由于Δy相对L较小, 故α很小。微小角位移使驱动轮产生一定扭距, 引起链网两端受力不相等, 从而使链网左边拉紧、右边放松, 逐渐减小链网跑偏量, 直到Δx=0。反之则步进电机反转, 使链网左边放松、右边拉紧, 逐渐减小链网跑偏量, 直到Δx=0。
3 测试与结论
为评估隧道型饼干机的机电传动系统运行效果, 广东丰盛食品机械有限公司在自行设计的DKD RF 100型电烤炉进行测试, 并与行业标准JB/T 4415-2011[8]比较, 结果表明链网左右跑偏量基本控制在5 mm以内, 均符合行业标准 (≤20 mm) 的要求, 且链网传动非常平稳, 无卡滞现象和异常声响, 电机运转非常正常, 升温时间远小于传统隧道炉, 达到优质生产的效果[9], 已申请了国家专利[10,11], 并通过有关部门组织的专家鉴定[12], 对提升国内食品加工机械智能化有一定的借鉴作用。
摘要：针对传统隧道型饼干机在机电传动不平稳问题, 提出一种同步双驱动成型机系统设计。首先, 应用双级链式连接与同步驱动控制, 进行负荷均衡补偿, 实现平稳传动;其次, 基于光电检测和步进电机驱动, 应用链网自动纠偏技术, 有效控制链网跑偏量。测试结果表明, 链网跑偏量控制在5 mm以内, 符合行业标准, 且链网传动非常平稳, 达到优质生产的效果。
关键词：机电传动,同步双驱动,链网跑偏量
参考文献
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【关键词】机电一体化 职业情景化 一体化实训室建设
【中图分类号】TH-39 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）02-0079-02
现代先进的职业教育理论认为，学生学习是一个连续不断同化新知识，构建新概念的过程，学生只有通过自身的情感体验，仔细观察，动手操作，交流讨论，思维才能得到培养，知识才能转化为能力。我校《机电一体化》课程是中等职业学校电子电气类专业核心课程，是一门实践性较强的职业技能课程，该课程在教学中注重学生的实践活动，实施了“一体化课程”的教学模式，通过长期实践教学的验证，是一种行之有效的教学模式。
而“一体化课程”的特征是：体现理论教学和实践教学融通合一，专业学习和工作实践学做合一，能力培养和职业工作岗位对接合一的特征。课程的实施主要通对以“典型工作任务”为教学主线，采用以任务驱动、项目导向的教学方法，实施工学结合、理实一体化的课程教学模式，最终培养学生的综合职业能力。而教学目标和任务的完美实现，很大程度上依托实训场所这个载体的建设和管理。
一、实训室的建设目标
基于“一体化课程”的特征，为了更好的实施一体化教学，我们必须努力打造符合教学的学习环境，它是“一体化课程”实施的硬件基础保证。
（一）准确定位实训室建设
实训室建设准确的定位将是实践教学质量的一个重要保障。实训场所的建设应定位为“理实一体化”的教学环境，所谓“理实一体化”的教学环境，旨在为综合提高学生的技能而设计，这类实训室主要为专业项目教学服务；它混合了理论教学与实践教学、专业教师与实践指导教师、教室与实验室的界限，形成一体化混合实践教学模式。
（二）满足“工学结合一体化”教学要求
“理实一体化”教学环境下的实训设备建设也要符合“工学结合一体化”课程教学设计理念。要以学习者为中心，体现学习者自主学习的教育理念而设计，要满足在角色定位上要体现教师是导演，学生是演员。实训内容应对接职业岗位所必须的技能要求，并紧密围绕“典型工作任务”的载体开展学习，实训装备要体现与实训项目匹配，才能满足行动导向教学方法，突出一体化教学优势，培养综合实用型技能人才。
（三）形成一体化综合型教学环境
对于实训室的建设，还要体现综合应用功能，实现三个一体化：即“教、学、做”一体化，“实验、实训、生产”一体化，“教、学、研、产”一体化。因此对实训环境建设要有体现企业真实工作环境特征，建设需进行“职业情景化”设计；同时还应积极扩大社会服务功能，可对外开展技术研发、技能培训及职业资格认定。
二、实训室的建设实施过程
为确保《机电一体化》课程的实施，按照教学环境职业化的要求，与企业合作共同研发教学设备，提供技术服务等活动，共建了机电一体化实训室，构建了专业文化与企业文化交融的教学环境，营造“明理强技、精业励新”专业文化氛围。
（一）实训室建设完成后的主要功能与特点
机电一体化实训室可定位为电子电气专业工业自动化控制学科类综合实训室。主要承担专业的《机电一体化设备安装与调试》、《现代工业自动控制技术》、《可编程控制技术》、《可编程控制器、触摸屏及变频器综合应用技术》等课程的教学与实训；同时还联合劳动和社会保障部门为兄弟学校、合作企业、社会人员提供《可编程序控制系统设计师中级》职业资格认证和专业技能的培训服务；还兼有为企业提供订单式技能培训服务。
实训室作为理实一体化的实训室，包含了集中教学区，工具存放区和实训区。其中实训区设计有30个工位，每两个工位配备有一台实训设备，共15台，设备型号为“（SX-815N型）可编程序控制系统设计师考核台”，该设备为我校与广东三向教学仪器设备有限公司共同研发的，是一种综合性能极强的机电一体化仿真实训设备，是一体化教学典型工作任务的实训载体，该设备既能够满足典型工作任务的技能需求，又能够实现一体化教学工作情境全过程；创设工作任务既方便与教学进度相同步，还能结合职业资格认定要求，形成具有独立功能的培训模块，满足职业资格培训与鉴定的需要。
同时实训室配套有多功能示教控制系统一套，配置了计算机网络及多媒体的教学系统，实训设备的气动控制系统用气采用集中气源供给。如此先进优良的实训室环境，完全具备“理实一体化”“工学结合一体化”的教学实施，更体现应有的前瞻性及综合应用的功能。
（二）实训室企业情景化设计，营造与专业教学相匹配的企业氛围
我们将企业环境进行教学化处理，教学场地模拟企业的真实环境，体现企业真实工作环境特征，融工作与学习于一体，为学生提供一个体验实际工作过程的学习条件，使学生在企业化模拟环境下进行工作实训。以此潜移默化地熏陶、引领学生培养增强职业素养和价值导向，从而在学校就养成良好的职业素养。
实训室主要有以下几项设计：1.企业环境的打造：将场所划分为集中教学区、示教区、工作实操区、讨论区、资讯区、工具存放区、物料区、清洁区、通道等；2.定制管理系统：广泛应用现场标识，如注意安全、当心触电、区域分界线标识等；3.建立管理制度、安全规范和标准流程：引入企业真实管理规程和制度。通过多种形式，使真实生产场境的再现或实际生产过程的模拟，营造企业氛围，让学生身在学校，心系企业，做到动脑启迪智慧，动手强化技能。
（三）加强专业文化建设，营造职业环境文化氛围
1.实训室环境专业文化建设旨在营造职业文化氛围，主要做法有，一是实训设施按照企业真实工作环境和职业氛围进行布置；二是按行业标准张贴安全标语、生产流程、安全操作规程、实训设备管理条例、现场8S管理等；三是主要产品介绍；四是张贴职业规范、岗位职责、工作守则、工作程序、工作标准等；五是张贴体现企业精神、专业精神的标语；六是张贴体现实验实训室典型功能特性的张贴板。
采用这种图文并茂方式的文化宣传来教育、熏陶和规范学生的言行，鼓励或警示学生在实验实训室的行为，使学生在潜移默化中得到专业文化的熏陶。在“润物细无声”之中使专业文化内涵与“中职性”并存，使实训室更具有独特的“中职性”。
2.实训室设置综合宣传档，图文并茂地介绍专业精神文化，主要内容有，一是介绍专业培养目标、专业理念、专业特色、专业在学校的发展历史，专业名师、优秀毕业生、校企合作单位等；二是行业的新技术新工艺及发展趋势介绍；三是本专业的人才需求信息和趋势；四是专业发展历史和取得主要成果；五是专业领域的名人格言警句；六是张贴体现精神文明以及职业道德具有专业特色的励志格言，营造和谐氛围，或张贴利于营造团结友爱、团队协作、关心尊重宽容别人、善待自己的人际文化的标语。
三、规范科学管理实训室
实践教学体系执行得好与坏，不仅取决于实践教学实训室的建设，也关系到实践教学实训室的管理与实训考核。必须制订操作性较强的实训管理制度，督查制度，考评制度，对各实训室进行科学管理，使其充分发挥了自身的功能。具体抓好以下三个环节的管理：
（一）宏观上强化各种管理规章制度
针对本课程实训室特点，引入企业管理规程，建立对应的实训设备管理条例；根据实训设备的状况和实训内容，制定相应的实训管理条例；依据实训性质，制订安全教育规章制度，认真做好安全防护工作。做到用制度规范行为，用行为提高实践能力；做到用规章维护设备设施，用设备设施保障实践教学。
（二）微观上严格各环节的管理
依着精简高效，职责分明，运转协调的原则，严格各环节的有效管理。如每学期末各教师就要提前为下学期需开出的实验实训课和实训耗材进行计划，报教务科的备案汇总，杜绝了实训课的随意性和实训器材耗材重复申报以及不必要的浪费。在实训前，对学生进行安全教育，强化学生的安全操作意识，杜绝产生安全事故的隐患，同时以此引导学生树立责任意识、环境意识、效率意识。
（三）创新半开放式的管理模式
中职学校培养学生主动探索、主动学习的能力尤为重要。利用学生专业协会平台，积极开展第二课堂，以技能竞赛和兴趣爱好推动实践教学，鼓励学生参加各种技能竞赛和创作，扩大兴趣爱好，对实训室采用了封闭与半开放相结合的方式进行管理，在很大程度上提高了学生自主学习的时间和空间，为培养他们的学习兴趣和创造性思维能力提供了极好的平台。
四、实训室建设的成效分析
机电一体化实训室的建设，符合现代职业教育教学理念和规律，经过多次实践教学的验证，有明显良好的教学效果，促进了有效教学，得到全体师生的认可。
（一）改善了教学环境，提高了教学质量
打造一个符合一体化教学的优良实训场室，创建真实的教学环境，能营造和加强课程技能训练的良好学习氛围，让学生带着真实的任务学习，以使学生拥有学习的主动权，参与度、学习兴趣、积极性明显提高，课堂气氛活跃，并以完成工作任务为主要学习方式，无论是学生的学习或老师的教学都倍感轻松、教学质量效率大大提高。
（二）强化学生知识技能训练，提高综合职业能力
《机电一体化》课程的教学是以“工作过程系统化”为导向，通过引导学生完成“任务项目”，让学生“做中学，学中做”，获得“工作过程知识”；在一体化教学环境和模拟的生产性实训室里，努力营造真实的工作场景和教学情境，完成实训教学与职业素质训导，实施全过程的生产性综合实训，通过一个一个的项目课程，强调学生“会学”了，而不是“学会”了什么，使学生获益不浅，大大提高学生的综合职业能力。
2008——2009
机电专业实训实习总结
机电专业教学，有机电技术应用和数控专业实验实训任务，在学校领导的大力支持和指导下，本学期数控实训专业班共计60人参加。实习中，广大同学拓宽了知识面，锻炼了工程应用能力，综合素质得到了较大的提高。同时实训实习也为推动我系实训教学改革提供了丰富的经验。本次实训重点从以下几个方面着手，努力提高教学效果：
一、明确实训实习的目的
安排数控实习的基本目的，在于通过该课程的学习，使学生熟悉地掌握数控车床或数控铣床（加工中心）的基本手工编程方法、典型零件、常规工序的数控机床加工操作方法，初步掌握数控机床精度检验和维护技能，并能达到中级或中级以上的水平。
具体表现在以下三个方面：
⒈重视学生良好习惯的培养
学生开始实训时先进行为期两天的入厂教育，主要内容是尊师教育、安全操作教育、文明操作教育、实训日常行为规范教育、专业思想教育、学习方法教育，擦机床训练、打扫车间卫生训练、工量具摆放训练。通过教育，有助于学生形成良好的思想意识，养成良好的工作习惯。
⒉因材施教
“包教，包会”，确保每一个学生达到基本标准要求，对于极个别差的学生，如果在规定的实训期间内达不到要求，允许随以下的班级训练达到要求。同时为优秀的学生创造脱颖而出的机会，鼓励他们参加高级工考试。
⒊尽量为学生提供较多的训练时间
实训教师克服机床品种繁杂，操作方法不一样的困难，尽可能的多安排机床供学生训练；同时尽可能延长实训时间，每天从早上：一直到晚上：都有实训，周六、周日也从不休息。
二、精心组织，认真做好实习教学
⒈实训教材的编写
我系实训中心现有台能正常使用的数控机床，共种不同的品种和型号，各自的操作方法均不相同，市面上没有任何一种教材合适我系设备情况，这就给实训教学带来极大的困难。为此，我中心老师经过艰苦而紧张的工作，终于在本学期实训开始之前完成了本共万字的讲义编写任务（其中有本为习题册、本为《入厂教育》手册），其中实训中心主任孙连栋老师一人完成本共万字的编写任务，实训教学第一次有了合适的教材，彻底结束了口述指令的历史，大大提高了实训的效果，学生反映良好。
⒉高起点设计训练目标
此次实训跨跃了用蜡模、尼龙棒加工的阶段，直接用铝料加工；训练题目难度按中级工设计。学生加工零件的精度高于部分机床的定位精度，为实现与就业的零距离对接打下了坚实的基础。
⒊新老结合，互相促进，互相提高
在此次承担实训任务的名教师中有名教师是第一次承担教学任务。在教学过程中他们能够克服老师少、设备系统繁多的种种困难，并虚心请教老教师，很快进入角色，迅速成为一名受学生欢迎的老师，出色地完成了本次教学任务。
⒋实习成绩的评定
为调动实习学生的积极性，保证实习效果，本系对实习学生的成绩评定分为两部分：
一是实习期间，由任课老师对学生的平时表现和加工情况做出鉴定；
二是由任课教师对学生完成的实习总测验进行评定，用百分制打分。
两者的结合最后形成学生实习的期末成绩计入学生学籍登记表。
三、实习教学取得的效果（更多精彩文章来自“秘书不求人”）
实习教学是理论与实践相结合的一种教学手段，有力的促进了我系人才培养计划的完善，是高职教育的重要组成部分。近年来，我系为适应学生的实践需要陆续增设与调整了一系列课程，受到了同学的欢迎。
实习教学达到了专业教学的预期目的。在实习之后，学生普遍感到不仅实际动手能力得到了前所未有的提高，绝大多数学生达到了数控中级工的要求，更重要的是通过具体的实践，进一步激发了广大同学对专业知识的兴趣，并能够做到理论与实践相结合，为后继课程（如和毕业设计）和今后自身的就业及发展打下了扎实的基础。
四、存在的问题
在每期结束后，我们都做了认真的总结和反馈。大部分学生对我们安排的实习表示了满意，对任课教师也给予了很好的评价，但学生普遍也反映出一些不足。根据我们现有的情况，目前我们存在不足有：
⒈师资队伍不足，已严重制约了教学质量的进一步提高。
目前，我们正式编制的实训教师只有人（名去读研的教师未计算在里），而本次参加实训的学生有人，现在的师生比是：，与我院提出的师资队伍建设规划中的到年在校生师生比：的这一要求还相差甚远。学生人数多在实训期间出现的问题也随之增多，且出现的问题往往各式各样，带课教师不可能一一加以解决，这样的话就影响了教学质量的提高，久而久之，学生的意见也会越来越大，对我院的声誉可能也会造成一定的影响。
⒉设备太少，机床种类的数量严重不平衡，远远不能满足实习要求。
目前，我中心共有台数控机床，其中有台数控机床已不能正常使用于教学，处于淘汰状态，另外台暂时不参加实训教学，所以实际上参与教学的只有台，学生采用班倒，这样的话平均下来～名学生共用台机床，加之学生参加实训的时间短，辅导的教师少，再者，数控车床、数控铣床和加工中心的数量和班级学生人数又有严重的不平衡，如此一来，我们的实践教学的质量不能进一步得到加强。
⒊设备品种太繁杂，一个教师要掌握～个系统和机床，不利于教学。
在这星期里我在铣床上学会了简单的打孔，和图纸上的M5或Φ5的区别。M5是用Φ4.3的转头打，而Φ5是用Φ5的转头打的。第一次我不懂得时候打错了不少材料，师傅没怎么说我，我很不好意思。
再重新对镗铣床用途及性能有了认识：铣床是用途较为广泛的重型机床。该机床有足够的功率和刚性，能满足强力铣削的要求：具有X、 Y 、Z 、三个进给，X、Y方向进给均有数字显示及夹紧装Z，是一种性能优良，工艺范围广泛，精度及生产效率高的先进设备，铣床没有可移动的工作台，工件固定在落地平台上，适宜于加工尺寸和重量较大的工件。规格较大的落地镗铣床还设有供钻削用的高速主轴。机床配有平台、回转工作台、后立柱、平旋盘、立铣头和万能铣头等附件。
读万卷书，行万里路
时光匆匆，岁月如梭,转眼为期三周的机电一体化综合实训就要接近尾声了。在实训期间虽然很累、很苦，但我却感到很快乐！因为我在学到了作为一名技工所必备的知识的同时还锻炼了自己的动手能力。而且也让我更深刻地体会到伟大的诗人—李白那一名言：只要功夫深，铁杵磨成针的真正内涵！我实习的第一天学习了关于电路安全的有关的知识与我实训过程中的注意事项。这是作为学生的我第三次进入工厂当令人尊敬的工人，也是第三次来到每一个工科学子一试身手的实训基地。我怎么会不激动万分呢？回想三周以来，有过汗水，有过失败，有过伤痛，有过微笑。正是这些五光十色的生活片断拼凑成了我人生中不可缺少的一部分，也给我留下了美好的回忆。
三周的机电一体化综合实训过去了，这短暂的三周中，使我从理论到实践上的一个飞跃，这次综合实训，使我深刻地理解了实践的重要性，理论无论多么熟悉，但是缺乏了实践的理论是行不通的，现在终于明白了“读万卷书，行万里路”这句话的含义。本次综合训的目的是使我们对机电一体化技术的理论和实践基础，了解一些初步的线路原理以及通过线路图安装、调试的方法；培养和锻炼我们的实际动手能力，使我们的理论知识与实践充分地结合，作到不仅具有专业知识，而且还具有较强的实践动手能力，能分析问题和解决问题的高素质人才。
我们本次实训的要求是完成机械手的动作，就是当物料到达终点时，机械手将物料从传送带上夹起，旋转，然后放到货运台上，最后机械手反转回到原味待命。顺序是这样的：机械手下降→手爪夹紧→机械手上升→机械手右转→机械手下降→手爪放松→机械手上升→机械手左转回到原味。我们一开始编写程序时，忘记加上时间传感器，动作飞快，根本夹不上东西，后来在每一步加了1秒的延时这才完成了整套动作。
通过三周的电工实习，我开阔了眼界，收获了一些平时得不到的知识，但同时，也获得了一些比知识更重要的东西—坚持、毅力、恒心。通过这次实训真正的感觉到了理论对操作的指导作用。这次实训感受最深的还是：累。确实如此，在工作台前一站就是好几个小时，累的腿都酸了。在整个工作间里充满了忙碌的声音，大家都不愿落后。做的慢的同学看到做的快的同学开始做下一道工序，急的满头冒汗。但是即使再急也要耐心的去做每一步，不然就可能导致最后的失败。实训让久在课堂的我切身的感受到作为一名工人的苦与乐，同时检验了自己所学的知识。综合实训更让我深深地体会到人生的意义——世间无难事，只要功夫
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