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1.1现场总线与网络技术及公共直流母线技术的兴起
1.1.1现场总线及网络技术的普及和应用现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统，其主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器和执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。目前世界上存在着大约40余种现场总线，如法国的FIP，英国的ERA，德国西门子公司的Profibus，挪威的FINT，Echelon公司的LONWorks，PhenixContact公司的InterBus，RoberBosch公司的CAN，Rosemounr公司的HART，CarloGavazzi公司的Dupline，丹麦ProcessData公司的P-net，PeterHans公司的F-Mux，以及ASI（ActraturSensorInterface），Modbus，SDS，Arcnet，国际标准组织-基金会现场总线FF：FieldBusFoundation，WorldFIP，BitBus，美国的DeviceNet与ControlNet等等。现场总线技术改变了整个工业控制过程的系统结构，使仪表信号（4～20mA）过渡到全数字通讯信号。这个改变对于造纸传动自动化是颠覆性的，使整个控制系统结构和方式进入到了一个信息化和智能化的崭新阶段。
1.1.2人机界面取代按钮和操作器由人机交互式操作屏全面取代传统的按钮操作，也彻底改变了造纸传动工业现场。操作屏不仅可以任意设置按钮的功能和数量，还可以实时监视系统的各个运行状态以及参数等。在系统结构方面，目前普遍采用双端口网络系统，其中一个端口用于传动系统及各个执行单元，另一个用于操作屏进行数据传输，提高抗干扰能力。操作屏的使用，使用户节省了大量的现场电缆的铺设以及操作台的安装，节约了自然资源和工作量。目前由于自然资源的价格上涨，显示操作屏的价格下降，在一次成本投入上已经十分相近，如果考虑辅助传动控制的按钮连线，操作屏的投入成本更具优势。
1.2公共直流母线的推广和应用
1.2.1公共直流母线与交流母线的区别与特点公共直流母线系统的应用在造纸传动自动化技术领域具有标志性作用。所谓公共直流母线，简单地说就是将变频器的交直交内部结构，变为交直交外部系统结构。图1和图2是公共直流母线和交流母线的原理结构图，以说明两者的区别。从图中可以看出，交流母线变频器是各个变频器分别与交流电网连接，各自工作是独立的；而公共直流母线结构则是有一个总的进线整流单元，通过直流向各个逆变器单元供电。这种结构上的变化，导致其工作方式和效果不同。从相关资料和研究分析可以归纳这两者的主要区别和特点如下：(1）由于烘缸等大惯性负载的存在，在交流母线系统中往往会出现过压跳闸等情况。但在公共直流母线系统中，因为能量可以通过直流母线在所有电机之间互相流动，从而解决因为负载波动引起的跳闸，很好地克服多电机间电动状态和发电状态之间的矛盾。(2）通过集中整流，可以使公共直流母线电压在技术手段上做得更加可靠，降低故障率。但是事物总是利弊相伴，集中整流尽管可以通过技术手段提高可靠性，但毕竟是一个单机运行，一旦整流单元故障，也会造成整个系统停机。而交流母线系统，由于每台变频器都是独立的，因此，一台故障不影响整个生产线的运行，排除故障相对简单。(3）关于节能和降低成本。由于在技术上明显复杂，如果不采用特殊手段，公共直流母线的价格目前高于交流母线的价格。关于节能的观点，目前尚没有理论和实验数据证明这一说法。(4）关于谐波抑制问题。变频器的谐波主要来源于高频开关的脉冲电流，使电网的电流波形失真，导致大量谐波产生。从统计学的角度看，当采用公共直流母线后，母线上的电流是多台变频器不规则的脉冲电流叠加，各个变频器的电容相当于并联，理论上比交流母线电流波形好，谐波影响会得到改善。但由于整流单元的集中，对变压器的影响比交流母线要大，特别是普通六脉波系统，会在电网侧产生很大的5次谐波，甚至达到干扰其他用电设备的程度。因此，当功率超过2000kW时，建议采用12脉波整流单元，这样可以有效减小谢波干扰的影响。而交流母线系统，由于没有集中大功率整流，因此5次谐波的影响要小。关于回馈制动问题。由于纸机传动是一种长期稳速运行的系统，是否考虑增加回馈制动单元，应当根据系统的总投资、运行车速及停机的要求综合考虑。一种说法是通过能量回馈可以节省能源，但实际上纸机正常生产后是很少需要紧急停车的，因此用相当增加一套整流系统的代价来解决回馈能量的回收问题值得权衡利弊。当车速1000m/min以上时，为使惯性部分尽快停下来，适当增加一定功率的能耗制动，也是一个不错的选择。
1.2.2公共直流母线实现方案及运行维护成本分析目前在ABB、AB和西门子公司的标准产品系列中，都有标准的直流母线系统。除AB系统在直流母线产品和交流母线产品中差别不大以外，其他两家公司的直流母线系统都比交流母线系统价格要高。特别是整流逆变单元，比国产产品价格要高出数倍。因此，目前普遍解决方案是在不带逆变回馈单元时较多采用的是国产整流单元，配以上述公司的逆变器或变频器，这已经在国内许多造纸生产线上使用。当然如果系统投资资金充足，客户要求，采用更高性能的PWM整流逆变系统，既可以实现整流回馈，又可以降低谐波影响。现将可能的方案介绍如下：(1）可控硅整流逆变回馈供电系统。这种系统是目前各大公司主推的系统，造价较高，具有能量回馈能力，谐波影响根据功率大小、6脉波和12脉波而不同。(2）国产整流单元，配逆变器加能耗制动公共直流母线系统。这种系统经济性较好，性能与整流回馈相同，谐波影响与上一方案相同。(3）国产整流单元，配变频器加能耗制动公共直流母线系统。这种方案是国内的系统集成商，在激烈竞争下采用的一种降低成本的方案。这种方案适合于当变频器价格低于逆变器价格时，具有一定竞争力，但如果与逆变器价格相当，则与方案（2）相同。(4）局部直流母线方案，其是在交流母线系统的基础上，为了解决惯性负载的过电压跳闸问题或针对某些负荷分配点需要能耗制动的情况下而采取的方案。整个系统仍然是交流母线即通常的变频器系统方案，但是将惯性负载传动点的变频器外接制动单元的端子通过一定的技术手段相互连接，在相连接的变频器之间形成公共直流母线。其性能和工作特点与集中整流直流母线相当，只不过集中整流由分散整流代替。特点是简单、低成本，但系统接线复杂，给系统的可靠性和维护带来不便，在小系统中应用比较适合。总之，从目前来看，公共直流母线、网络通讯和操作屏等现代信息技术已经成为纸机传动自动化的发展趋势；以AB公司等为代表的工业以太网技术以及远程监控和服务等将成为下一步技术发展的大方向，甚至无线网络和远程调试等在今后的发展中都是可能的；对纸机传动自动化来说，还有优化设计、程序化的安装和调试，以及精准的故障诊断与维护等问题。
2现代纸机传动自动化系统的组成与设计特点
2.1现代纸机装备的最新技术动向从2014CIPTE国际造纸技术报告会获悉，以芬兰维美德公司、德国福伊特公司为代表的纸机装备制造商，分别从各种不同的角度为纸机装备的发展提出了多种解决方案。其中，优化概念模块化纸机实际上是在整个系统中，将不同纸机的各个部分部件，用统一的设计和规划方案，尤其是连接部分、通用部件的标准方面，如同组装模块一样，可以批量生产适合各种不同纸机的产品部件。在需要的时候，可以迅速地通过模块组装和连接形成不同的造纸机生产线，这就是优化和模块化的核心所在。在纸机装备的模块化和优化设计的推动下，纸机传动自动化其实也正在朝着这个方向发展和变化。无论是从软件设计还是硬件结构，国外的大公司以及国内的一些企业已经在不同程度上实施并推进这一方法的实现。所谓面向对象的设计方法和解决方案，实际上是从软件工程的开发角度，来设计和构建电气传动系统的软件和硬件系统，从而最大限度地减少重复性工作和最大限度地降低制造和设备采购成本，提高工作效率，降低系统的故障率和增加可靠性。
2.2硬件模块化、通用化设计根据模块化的设计思想和标准化的系统目标，ABB和西门子的大功率变频器就是一个典型的实例。在ABB的大功率变频器设计中即采用了模块化的设计，一台大功率变频器可以由若干个硬件功率模块组成。当某个模块故障时，可以在不停机的状态下降低功率继续使用，直至更换新的模块以后恢复原功率运行。西门子S120变频器系统则在模块化方面体现更加彻底，不但主回路模块化，连控制回路也一起模块化了。在新的系统中变频器本身就组成了一个小型分布式控制系统，控制中心管理着变频器的各个主回路模块，每个模块仅相当于一个功率单元。如果说ABB变频器是变频器并联运行的话，西门子变频器就是一个小型集散控制系统。控制单元独立于功率单元，一台控制器可以管理多个功率单元。这种硬件结构的设计使模块化达到了电力电子装置的最新高度。除此之外，在诸如电控柜、操作台以及辅助传动的控制回路设计方面，模块化的设计也体现了面向对象的特征。将一台电控柜从柜体设计到安装板以及柜内的每一个部件和回路，统统按照对象描述和封装模块的思想进行设计。在硬件的选择上尽可能做到对于整个公司的硬件系统要求做到模块化设计，即凡是运转方式、功率等级基本一致的对象，采用一样的模块加以控制，同时在对比较重要的控制单元的柜体设计中，凡是控制模块在条件许可的情况下再增加一块备用的控制模块（与厂家协调），这样当某个受控对象的控制回路出现故障时，抽出故障模块，换上备用模块，系统先恢复运行再维修故障模块。在整个系统的硬件设计中，类的设计即每一种抽屉状模块的设计中，系统面向对象所必须具备的封装及数据隐藏得以着重体现。在这里，我们强调的是每个受控对象（独立的用电负载）不仅仅要有一个实实在在的硬件类与之对应，在PLC程序中也会存在一个相对应软件类与硬件类对应，这样，每一个受控的实体对象都在控制系统对这两个相互依存的类对象的调用中，实现工艺的要求。而在此时面对纸机装备的优化概念模块化处理中，对于相对应的控制系统，我们也应该有同等的要求。在面向对象的硬件系统设计中，最大的特点就是控制回路的模块化，使其在强电回路封装的基础上继续封装控制回路，从而使得系统具有以下特点：(1）尽管模块受到被控对象功率的不同、运行方式的差异导致具体电路上的差别，但在外观上尽量标准化，使得除了模块之外，柜体也可柔性化设计；(2）从元器件到模块，应尽量体现出最大程度的通用与互换性；(3）模块的接口尽量简单，互换时简单方便；(4）模块设计应尽量使得可靠性足够高。在面向对象的硬件系统设计中，我们可以做到：(1）大大简化系统构建及设计过程的难度；(2）形成柔性化的控制系统；(3）更加利于专业化分工；(4）更有利于系统未来的扩容和改造。在这里，我们以最为常见的电动机控制回路的设计来详细说明面向对象的硬件系统如何实现：首先分析普通电机（对象）的特性：(1）电机直接启动，自由停止；(2）无反接制动及能耗制动的需求；(3）电机内无报警装置，提供额外异常信号指示；(4）短时间的电机堵转等异常情况在热保护等手段作用之前，不会给电机带来伤害。下面以一个简单的电机控制系统为例，说明我们在硬件设计时采用的方法，如图3、图4。我们将一个普通的电机作为对象，对它进行分析，从而得到控制要求，利用面向对象技术，将跟它有关系的操作封装在一个结构系统，使得在一张图纸上可以看到它的全部信息，并且全部模块化设计，利用端子接线。对于图4，我们可以在它的基础上，针对具体的工控要求，很快进行修改而不破坏其内部封装，改造成适用于变频和软启等硬件设计，几乎没有什么太大的变化，这一现象，体现面向对象中继承的思想。同样的设计完全可以在电控柜和操作台上实现，从而将我们的关注点完全放在这样一个个对象上，而不是一个庞大系统的每一个细节，可以极大地节省设计时间，简化设计步骤。而对于相同或者差异不大的对象或者项目，完全可以很方便的完成，而不用再担心改动错误。因为在封装对象的时候，我们投入了极大的精力，使得每一个对象里面的每个元件都有跟随作用。如果封装后有错误，是无法通过测试的。这首先保证了自己所使用的“元件”是无误的，而不像面向过程中每一步都没有电气属性，改动完之后不知道是否正确的尴尬局面。目前，对于整个造纸机传动自动化来讲，我们往往对于辅助传动的着力点过少，从现在这个行业的故障率来讲，目前应该将辅助传动控制与主传动进行一体化设计。对此，我们还是针对于每一个项目进行具体设计，因为辅助传动在各自的分布可能要求不一致，系统之间又没有具体的联系，还是采用面向过程的设计思路，简单方便、可靠性高。
2.3软件模块化、通用化设计在国外，1999年Benitez等人提出面向对象方法在PLC程序设计应用中的必然性。2010年ChiacchioP．等人提出IEC61131标准中的PLC程序设计方法已无法满足自动化系统的发展需求，提出面向对象的编程方法。AdnanSalihbegović等人也提出将软件工程方法运用到工业自动化控制中。在国内，2000年陈娟等人将面向对象方法运用到粮食储运自动化系统中，讨论了类的抽象和封装的实现。2009年张逸群等人将面向对象方法运用到煤炭输送机控制系统的PLC程序设计中，阐述了基于STEP7的面向对象程序设计方法。2009年12月，祝瓛冰出版了《面向对象的现代工业控制系统的实用设计技术》一书，更是取得突破性技术，使得面向对象的方法更加实用于PLC程序设计。综上所述，在国内外研究中面向对象方法已经在工业控制中崭露头角。但在此时，纸机传动自动化软件设计还是处于传统的阶段，对于此次当代纸机装备制造商提出的优化概念模块化纸机，为了提高工业效率的适应性，还是难以满足，所以我们将面向对象方法引入纸机传动自动化行业，在硬件上加以强类封装，同时相对于每一个硬件类，都有一个相对应的软件类。这样对于一个控制系统的对象，我们只要通过接口，操作硬件类与软件类相互联系，就可以很好地完成控制任务。下面以普通电机为例，介绍其每个环节的做法：(1）建立需求分析表，如表1。其作用就是以控制系统对此类目标的需求，对未来对象所执行的任务进行反向递推，将需求层层细化。(2）建立变量表，如表2。这个需要好好琢磨，以至于反复修改。(3）编制类的梯形图，测试修改，反复多次。这样，所有编程均基于所述接口，对于每一个具体的工程对象，仅仅只需要修改相对应的外部变量，而不需要在所封装的程序内部做修改。当然这个过程是循环往复的，它需要我们有足够的测试对象以及测试次数，但这一点，相对于以往工程项目毫无头绪的修改，导致的出错率还是可以接受的。
3现代纸机传动系统常见技术问题分析与处理方法
纸机在运行中，由于机械、电气紧密联系，相互配合，因而故障出现时，往往会导致很难确定是何原因。作为电气技术人员，在对所管设备充分了解后，理应对于其工作原理以及设计思想有所了解，最后依据现象做出分析判断，区分故障，从而解决问题。在造纸生产中，不可避免地会出现一些类似操作失灵、频繁断纸等表面现象，操作人员往往第一时间会认为是出现了电气故障。此时，作为电气工程师则必须首先对故障现象进行仔细分析，完整描述，准确判断。要做到一看、二想、三检验，即：一看就是先看准问题的部位和现象，进行细致分析和准确描述，分清问题所在。二想就是对于问题表现的现象，要冷静思考、综合判断，特别是结合公共和电气参数的记录值，对现象的产生原因做出判断，防止误判。三检验就是在可能情况下，通过一些参数的人为变化，检验和核对问题的原因，最终确定问题的原因和处理方法。下面通过对几种常见问题的分析和判断，以说明问题的处理方法。
3.1速度不稳、断纸、引纸困难这类问题在早期的新纸机调试和二手机开机过程以及更换产品品种时较易发生。由于目前机械和传动设备都已经设计比较完善，操作人员也已经比较熟练。在设备和工艺以及电气之间发生问题梳理不清的情况已经减少。但是，从电气技术原理的角度分析问题的根源和找出解决办法仍然是电气工程师应当具备的基本能力。面对速度不稳、断纸这样的现象，往往会伴随着工艺和机械设备等相互交织的问题。有经验的车间主任、班组长可以很快判断问题的原因所在。以下通过电气传动的参数数据分析来说明逻辑分析方法：(1）仔细观察上位机记录的转速和转矩变化曲线，在反应的断纸点观察是否有速度的突变和转矩突变以及突变的方向和规律。这一点非常重要，传动参数的记录数据，特别是实时数据对分析判断至关重要。(2）基本分析和判断：如果在断纸附近速度曲线变化不明显，而转矩或电流在断纸附近显著波动，通常可以认为调速系统是正常的。可以不予理会关于速度波动的说法，这是因为如果速度没有明显变化而转矩或电流有明显波动，则恰恰说明调速系统是正常的。在双闭环系统中，速度反馈是外环，电流或转矩是内环。内环的响应要远远大于外环，因此正是电流的波动才抑制了或抵消了速度的波动，是正常的响应。(3）反之如果先有速度的变化，不论是缓慢变化还是突变，之后才是电流的变化，那么可以怀疑调速系统或在设备的某些部位存在问题。可能的问题有：编码器或速度反馈干扰或不稳定，引起速度波动；可以进一步观察速度反馈系统或电机和编码器的连接部位，进行必要的检修和加固，对导线连线以及屏蔽等进行检查和再次接线；如果电气系统检查无误，则可以怀疑设备或安装存在的可能问题。在某厂的系统中曾经发现过施胶部在施胶过程中主传动点速度缓慢变化的情况，后经检查发现是由于主从控制的安装不当引起，当胶辊在受热后形变较大时，会发生直径增加的情况因而导致线速度缓慢增加。引起不稳定或张力增加而出现断纸，更改主从配置后问题得以解决。(4）另外，在压榨部也会出现莫名其妙断纸的现象。在观察电气记录后如果没有发现问题，则可以提醒操作人员注意真空度和湿纸的干度，真空度的变化也会引起纸的强度变化。同时，应当充分注意速度环PID参数整定要合适。举例说明，如图5。此为卷取部换卷时的曲线记录。从曲线上看，当换卷时从三烘到卷取的纸幅所承受的拉力减小，从而导致三烘部的负荷加大，引起速度下降，在速度闭环系统的控制下，变频器进行了自动调节，但是此过程持续时间较长，从而可以明显看到三烘之前的纸幅下垂现象。从图5（上）明显还可以看出，速度控制的调节时间太长，速度下跌较大，因此需要增大速度环的比例系数，缩短积分时间。从图5（下）明显可以看到，同样在进行换卷时，速度有波动，但是速度下跌较小，而且调节过程的时间明显缩短，纸幅变化量不大。总之，应对速度不稳问题，一定要以记录数据为依据，然后再根据工艺过程分析问题的根源所在。电气工程师不但应当能够发现自身系统的问题，更要能够分析和判断出其他方面的问题，才能是合格的工程师。
3.2负荷分配控制方案及存在问题对策在网部和压榨部以及施胶部等，都存在负荷分配的控制问题。早期直流系统中负荷分配控制是由模拟的转矩电流分配器来完成的，现代纸机由于采用了通讯控制方式，这种分配关系由模拟变为数字，但基本的控制原理是相同的。本文所要阐述的是在负荷分配控制中针对不同情况的控制策略选择问题，这也是本人及其团队多年来研究和实践的总结，现分几个问题介绍如下：(1）刚性负荷分配控制的稳定性问题通常情况下压榨部、网部、施胶部等各部分的负荷分配问题，都可以定义为刚性连接的负荷分配控制问题。所谓刚性连接就是指两个连接的电动机之间没有速度误差，例如压榨部，上下辊之间在正常时是不可能有速度偏差的，否则纸页就会产生质量问题，网部和施胶部都可以做类似的解释。在这种负荷分配控制中，普遍采用的方案是用转矩或电流叠加进行分配，其中一台作为主传动，另一台作为辅传动。通过转矩电流的比例分配，满足协调所需的工艺控制要求。但是，这种方案是否存在稳定性问题呢？长期以来一直没有理论的证明和分析，陕西科技大学2013届研究生张洪涛在参考相关资料的基础上，将速度反馈微差注入的方法引入到负荷分配控制的稳定性仿真分析中，在理论上证明了刚性连接情况下采用转矩或电流进行负荷分配控制是稳定的。现将这一原理仿真模型进行说明。图6中编号1代表的是速度给定，编号2和3是负载和负载扰动的加载点。模型中刚性耦合的模拟是通过求取两者的速差，然后再乘以刚性系数去叠加到各电流调节器的输出上，从而代表由于速差而引起的转矩传递。主传动点的速度给定直接乘以一个补偿系数作为从传动点的速度给定，此补偿系数一般大于1，目的是为了使从传动点的速度调节器饱和。将主传动点的电流反馈和主传动点的转速调节取最小运算，目的是为了使主传动点的电流反馈值对从传动点的电流给定值起到一个限幅的作用，也即从传动点跟随主传动点的电流反馈，从而模拟转矩控制的效果。仿真波形如图7所示。由仿真波形可以看出，速度的稳定性较高而且从点电流在整个过程当中都仅仅跟随主点电流，保证主从出力相同。在25s时在标号2处添加一个负载扰动信号，此时转速变化很小，而电流的波动相对转速要大，但在不到2s时间内又稳定下来，且主从电流一致。从仿真波形来看，用转矩控制的负荷分配方式对刚性耦合的负载进行控制，系统始终是稳定的。(2）柔性耦合的负荷分配控制的稳定性问题图8是柔性耦合负荷分配控制系统中基于速度控制的仿真模型，其中主从传动点都处于速度控制模式，通过比较主从点的电流反馈值，然后求差，再乘以柔性补偿系数叠加到从点的速度给定上，从而微调从点电流，使得从点的电流值跟随主点电流的目的。在柔性耦合的负荷分配控制中，同样先采用主从传动点都处于速度控制模式进行仿真分析。在速度控制模式下通过比较主从点的电流反馈值，然后求差，再乘以柔性补偿系数叠加到从点的速度给定上，从而微调从点电流，使得从点的电流值跟随主点电流。模拟柔性耦合机械上的连接还是通过求速差，再乘刚性系数去叠加到各电流调节器的输出上。和刚性耦合中不同的是，当在主点加负载扰动时，其对从点转矩的影响需要经过一定的延时，所以在此还是通过求速差，再乘刚性系数去叠加到各电流调节器的输出上。在此模型中，添加了一个延时模块，其延时取决于实际转矩的传递时间。仿真时，在编号2处加负载扰动，而延时环节则加在去主点电流环的一侧，此时代表当从点负载发生波动时，其到主点转矩的传递需要经过一定的延时。仿真波形如图9所示。从仿真波形可以看出，当从点加负载扰动时，主从点转速的波动仍然很小，电流波动相对较大，但在短暂调整后又趋于平稳，从点的电流跟随性良好，说明主从点负载均衡，达到了负荷分配的目的。从上面仿真结果来看，对柔性耦合的负载采用速度控制的负荷分配方式是稳定的。图10是柔性连接的转矩控制方式仿真模型，模型中柔性耦合的模拟与刚性连接相同，均采用求取速度反馈差值的办法，用差值乘以刚性系数后叠加到各电流调节器的输出上，代表由于速差而引起的转矩传递。主传动点的速度给定直接乘以一个补偿系数作为从传动点的速度给定，此补偿系数一般大于1，目的是为了使从传动点的速度调节器饱和，从而形成转矩控制的方式。将主传动点的电流反馈和主传动点的转速调节取最小运算，目的是为了使主传动点的电流反馈值对从传动点的电流给定值起到一个限幅的作用，也即从传动点跟随主传动点的电流反馈，从而模拟转矩负荷分配控制的效果。与刚性连接不同的是增加一个延时环节，图10是将主扰动的影响经过延时后叠加到从点上。由图11仿真波形我们发现，当柔性耦合的负载采用总线通讯转矩控制的负荷分配方式时，主从点的转速与转矩都发生了振荡的现象。而前面采用总线通讯速度控制方式时，主从点的速度与转矩都能经过短暂的调节趋于稳定，且从点的电流和主点的电流基本相等。这也说明了柔性耦合的负载当采用转矩控制的负荷分配方式时是不稳定的，此跟实际调试当中遇到的现象完全吻合。总之，对于负荷分配控制系统而言，正常情况下我们都可以看作是刚性连接的系统。因此，无论是速度控制方式还是转矩控制方式，系统本身都是稳定的。但是如果具有延迟特性的负荷分配控制系统，由于转矩和速度之间增加了反馈延迟，就会造成不稳定现象。典型的例子如高速卫生纸机的负荷分配控制系统，在网部和大缸之间由10m以上的毛布进行连接，毛布的弹性作用会导致转矩和速度的延迟。这时如果采用转速控制的负荷分配方案则是稳定的，反之如果采用通常的转矩负荷分配控制方案则极有可能会造成系统不稳定，理论研究和实践都证明了这一点。
3.3高速纸机传动系统的特点目前针对高速纸机，在控制精度要求上有一种流行的观点，是高速纸机要求的控制精度更高或者变频器的性能要更好等等。究竟纸机进入高速以后，在传动技术要求和控制精度等问题上与普通纸机传动有什么区别和不同？在这个问题上，由于资料和信息都不甚充分，在此针对传动系统的基本原理和高低速的区别提出以下几点看法：(1）从控制系统特征看，纸机的速度指标是线速度，而电机的指标是转速，因此我们应把电机和纸机分开来看。对于纸机侧，只关注线速度多少；对于电机侧，则关注的是转速。因此同样的转速，可以工作在1000m/min，也可以工作在500m/min，所以控制性能和精度要求没有本质的差别。(2）由于高速纸机速度高、惯量大，所以在动态特性指标上应当有更高的要求。比如转矩的响应应当更快，速度环的闭环指标应当注重与超调量尽可能小等等。这些指标对于任何速度的要求都是一样的，但是对于高速纸机而言，应当更注重调试的质量和性能。(3）静态或稳态速度精度问题，稳态下对速度精度的要求是由纸张特性决定的。纸机在高速和低速条件下工作时，相同控制精度下对纸张的形变量是一致的。根据胡克定律：F=K×Δv×t，对于高速纸机而言，运行在高速和低速情况下，对于同一控制精度，速差相对而言是一样的，因此得出结论是控制系统的稳态精度与车速无关。(4）变频器的频率分辨率和速度闭环精度没有直接的联系。只要闭环稳态精度在0.1%以上，则高速纸机控制系统对变频器没有特殊的要求。但是由于控制原理不同，在变频器的不同品牌中，转矩控制特性不同，即动态响应不同。这一点对系统的影响需要考虑。总之，对于高速纸机而言，由于动态响应的要求较高，所以变频器的选择应当以矢量控制型和直接转矩控制型为主，且要求转矩控制最好是独立的，能够形成转矩闭环。
带传动是机械设备中应用较多的传动装置之一，主要有主动轮、从动轮和传动带组成。工作时靠带与带轮间的摩擦或啮合实现主、从动轮间运动和动力的传递。
带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉、缓冲吸振及过载打滑以保护其他零件的优点。
1.2圆锥-圆柱齿轮传动减速器
YK系列圆锥-圆柱齿轮传动减速器适用的工作条件：环境温度为-40～40度；输入轴转速不得大于1500r/min,齿轮啮合线速度不大于25m/s，电机启动转矩为减速器额定转矩的两倍。YK系列的特点：采用一级圆弧锥齿轮和一、二、三级圆柱齿轮组合，把锥齿轮作为高速级（四级减速器时作为第二级），以减小锥齿轮的尺寸；齿轮均采用优质合金钢渗碳淬火、精加工而成，圆柱齿轮精度达到GB/T10095中的6级，圆锥齿轮精度达到GB/T11365中的7级；
减速器的选用原则：（1）按机械强度确定减速器的规格。减速器的额定功率P1N是按载荷平稳、每天工作小于等于10h、每小时启动5次、允许启动转矩为工作转矩的两倍、单向运转、单对齿轮的接触强度安全系数为1、失效概率小于等于1%等条件算确定.当载荷性质不同，每天工作小时数不同时，应根据工作机载荷分类按各种系数进行修正.减速器双向运转时，需视情况将P1N乘上0.7～1.0的系数，当反向载荷大、换向频繁、选用的可靠度KR较低时取小值，反之取大值。功率按下式计算：P2m=P2*KA*KS*KR，其中P2为工作功率；KA为使用系数；KS为启动系数；KR为可靠系数。（2）热功率效核.减速器的许用热功率PG适用于环境温度20℃，每小时100%连续运转和功率利用律（指P2/P1N×100%）为100%的情况，不符合上述情况时，应进行修正。（3）校核轴伸部位承受的径向载荷。
2结构设计
2.1V带传动
带传动设计时，应检查带轮的尺寸与其相关零部件尺寸是否协调。例如对于安装在减速器或电动机轴上的带轮外径应与减速器、电动机中心高相协调，避免与机座或其它零、部件发生碰撞。
2.2减速器内部的传动零件
减速器外部传动件设计完成后，可进行减速器内部传动零件的设计计算。
1）齿轮材料的选择应与齿坯尺寸及齿坯的制造方法协调。如齿坯直径较大需用铸造毛坯时，应选铸刚或铸铁材料。各级大、小齿轮应该可能减少材料品种。
2）蜗轮材料的选者与相对滑动速度有关。因此，设计时可按初估的滑速度选择材料。在传动尺寸确定后，校核起滑动速度是否在初估值的范围内，检查所选材料是否合适。
3）传动件的尺寸和参数取值要正确、合理。齿轮和蜗轮的模数必须符合标准。圆柱齿轮和蜗杆传动的中心距应尽量圆整。对斜齿轮圆柱齿轮传动还可通过改变螺旋角的大小来进行调整。
根据设计计算结果，将传动零件的有关数据和尺寸整理列表，并画出其结构简图，以备在装配图设计和轴、轴承、键联结等校核计算时应用。
联轴器的选择
减速器的类型应该根据工作要求选定。联接电动机轴与减速器，由于轴的转速高，一般应选用具有缓冲、吸振作用的弹性联轴器，例如弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器。减速器低速轴（输出轴）与工作机轴联接用的连周期，由于轴的转速较低，传递的转距较大，又因为减速器轴与工作机轴之间往往有较大的轴线偏移，因此常选用刚性可以移动联轴器，例如滚子链联轴器、齿式联轴器。
联轴器型号按计算转距进行选择。所选定的联轴器，起轴孔直径的范围应与被联接两轴的直径相适应。应注意减速器高速轴外伸段轴径与电动机的轴径不得相差很大，否则难以选择合适的联轴器。
目录
一绪论………………………………………………………………………1
二结构设计
三设计计算过程及说明……………………………………………………….3
1选择电动机..............................................................................................….3
2传动装置的总传动比及其分配.......................................….............................3
3计算传动装置的运动和动力装置参数..................................…........................3
4带传动设计.......................................................…..........................................4
5齿轮传动设计.....................................................…........................................5
6轴的设计........................................................................................…...........11
7轴承的选择..............................................................................................…22
8键的选择.....................................................….........................................…22
9减速机箱体的设计...............................................…......................................23
10减速器附件设计.....................................................................................….2311密封与.......................................................…........................................24
——以《堪破》为例
摘 要：《堪破》的创作思路源自于本土传统文化佛教中的一则禅机小故事，佛家故事众多，且内有玄机，往往能破迷开悟，启化人生，对现代文明有着深远的意义。
表现方式上，这部作品继承了传统动画写意的风格。并且延续了中国学派传统美学的风格，如大量留白的背景，简约和空白的背景可以更加衬托人物的运动，体现了一种中国式的特殊美感。再有散点透视，打破真实，根据艺术需要组合画面元素，这也是传统艺术绘画中的一个特点。
声效部分运用传统古风乐器笙和木鱼的声音。木鱼又是佛教生活和音乐中代表性的道具和乐器。作品中用木鱼的缓急来描绘和尚不同时期的心情，用笙渲染很突然地紧张气氛。
创作手法上摒弃了传统的纸笔手绘，采用电脑分层手绘，电脑集中合成，再添加音乐和效果。与现代计算机技术相结合，既有手绘动画的灵活性，又提高了画面的效果和制作的效率。
作品意在表现一种传统中国元素视觉效果，展现本土艺术风格神韵，宣扬中国博大精深的民族精神文明。提倡继承和升华源自民族文化沃土的动画形式，传承祖国深厚的文化，让中国动画成为一种品牌屹立于天下。
关键词: 传统，计算机技术,中国元素
Abstract
《kanpo》 the creative ideas from the local traditional culture, Buddhism in a Zen story, many Buddhist stories, and there are subtleties, and often can break fans enlightenment, Kai of life, of modern civilization has far-reaching significance.
Show the way, this works freehand inherit the traditional animation style.And continued the style of the Chinese school of traditional aesthetics, such as a large number of blank background, the background simple and blank characters can be more set off the movement, embodies a unique Chinese aesthetic.Further points of perspective, to break the true combination of picture elements required under the Arts, which is the traditional art of painting a feature.
some use of traditional musical instruments sound archaic sound sheng and wooden fish. Wooden fish is representative of Buddhist life and music, props and musical instruments.The priority of works used to describe wooden fish monk's mood in different periods, rendering very suddenly with Sheng tension.
Creation of means to abandon the traditional pen and paper hand-painted, layered hand-painted by computer, computer centralized synthesis, and then add music and effects.And modern computer technology combined with the flexibility of both hand-drawn animation, but also improve the effectiveness and screen productions.
Works intended to show a traditional Chinese elements in the visual display local art style and spirit to promote China's profound spiritual nation.Promote cultural inheritance and sublimation from the fertile soil of the animation, the motherland rich cultural heritage, so that a brand name for Chinese animation stand in the world.
Key word:
Traditional,computer technology,Chinese elements
目 录
摘 要
Abstract
一、本土艺术文化对本土动画的蕴养…………………………….5
1．1思想的影响…………………………………………………5
1．2题材的影响…………………………………………………5
1．3形式的影响…………………………………………………5
二、传统动画的特征……………………………………………………6
三、中国传统动画的成败………………………………………………7
四、以现代技术承继传统动画…………………………………………7
4．1传统与现代的磨合……………………………………………7
4．2风格与技术的并用……………………………………………7
五、结束语…………………………………………………………………9
致谢 ………………………………………………………………10
参考文献
言
在计算机动画风靡一时的当今社会,在传统动画比较萎缩的今天,作为现代人我们不得不承认高新技术给动画创作带来的深刻变革和影响。电脑动画有利有弊，但是计算机对传统动画也潜在很大的帮助，主要体现在计算机代替手工劳动和利用计算机技术完成无法实现的画面效果和真实模拟镜头上面。具有中国本土艺术特征的动画必然产生于自身 丰厚的文化土壤，本土文化已经确立了一种和谐相生的文化生态关系，所以传统动画形象在现代生活方式和文化方式中也必然有生存的土壤。纵观中国传统动画史的成败，要想让国产动画独树一帜，就要确立动画创作技术与本土艺术文化的结合的创作理念，技术上与时俱进，又不失传统动画艺术风格的生动性。因而现代动画不但要解决动画创作的技术和方法问题，还应该加强对民族本土文化的亲和力。民族的才是世界的，中国动画一定要有自己的特色。将两者的结合，才能使中国动画具有民族性，创新性。才能促进和繁华我国的动画事业。
一 本土艺术文化对本土传统动画的蕴养
我国是一个有个悠久历史和文化传统的多民族国家，各个地域各自具有的独特文化和地域性的元素是取之不尽的文化资源，对这些传统文化资源的挖掘和再创造使我国传统动画呈现出独特的风格，充分体现了艺术文化对动画的影响。
1．1思想的影响
思想上，我国的优秀作品体现出我国独特的审美思想，我国深受儒家文化影响，儒家思想强调社会责任感，在儒家思想的影响下，我国素有“文以载道”的传统，强调艺术的社会功用。“文以载道”影响了人们的审美方式和思维方式，“文以载道”也深刻影响了我国传统动画的创作，在动画的创作中一直遵循“寓教于乐”的创作理念，教化的思想在我国动画中非常明显，比如《骄傲的将军》告诉人们不要骄傲，要谦虚、进取。《猪八戒吃西瓜》告诉人们不能好吃懒做。而《三个和尚》没有一句台词，通过简单的动作，幽默的故事，润物细无声地表达了出团结的重要性。受儒家思想的影响，文学艺术都是追求“中和之美”，中和是中国古代传统的文化心理模式和思维模式，也影响了我国动画的创作。喜剧性的动画，像《过猴山》、《三个和尚》中的对于喜的表现都是含蓄的，夸张而有节制，而我国在喜剧的表现中体现出我国含蓄、乐而不的追求。《过猴山》中老者和猴子的斗智、《三个和尚》中三个和尚和老鼠的对立，都是含蓄幽默、轻松诙谐、温和宽厚。中和追求对于我国动画的影响还体现在大团圆结局，这也是我国戏曲的重要特征，不仅是创作上的追求，而且是传统文化的体现。
作品《堪破》的立意在“禅”。禅是佛教文化的中心思想。而佛教文化在本土文化中历史悠久，对我国的文化思想有着根深蒂固的影响。禅的意义就是在定中产生无上的智慧，通过一件小事或一句话让有你醍醐灌顶效果。堪破并非放下，而是领悟自身及其周围事物的价值。惧由心生，恶有心起。千万别为了些莫须有的事物迷失了自己。要相信自己，相信这个世界。有了一颗淡然的心，坦然的面对身边的人事。一身正气，定能自在。
1．2题材的影响
题材上，中国有丰硕的文学成果，给传统动画提供了源源不尽的题材借鉴，如《大闹天宫》的故事就是源自古典小说《西游记》。《哪吒闹海》的故事源自古代神话小说《封神演义》。
1．3形式的影响
形式上，本土艺术表现形式的多样性给传统动画充分的汲取空间。最为突出的就是水墨画的形式，如《山水情》《鹿玲》，从《大闹天宫》和《哪吒闹海》中可以看到民间艺术和壁画对传统动画角色造型的影响。再如《骄傲的将军》中对京剧中画脸的体现。等等数之不尽。
二 传统动画的特征
中国动画的艺术特征来自于传统艺术，而传统艺术深受中国哲学、美学思想的影响。中国动画最具特色的艺术特征就是“写意”。
一是情节的写意，传统动画在情节设计上更重视过程而非结果，创作时美术思维更胜于电影思维，表达方式倾向于象征化。
二是动作的写意，动作设计有个很明显的特点，就是更注重其功能性而非合理性。设计者很重视动作和谐的节奏和韵律，表现飘逸优美的姿态，用意向化的线条，将生活中的动作转化为写意的表演。
三是想象的写意。早期的角色形象和背景的设计灵感多来自绘画壁画、民间艺术，其装饰性大于功能性。角色形象不能突出性格。
四是主题的写意，中国动画一向被赋予“寓教于乐”的使命，通过幻想的故事或象征的形式，表现深刻的主题。主题经常是含蓄隐晦的，以简单的故事反应深刻的哲理，不同于西方动画片推崇简单的善恶两元对立。
《堪破》在表现方式上，这部作品继承了传统动画写意的风格。并且延续了中国学派传统美学的风格，如大量留白的背景，简约和空白的背景可以更加衬托人物的运动，体现了一种中国式的特殊美感。再有散点透视，打破真实，根据艺术需要组合画面元素，这也是传统艺术绘画中的一个特点。
声效部分运用传统古风乐器笙和木鱼的声音。木鱼又是佛教生活和音乐中代表性的道具和乐器。作品中用木鱼的缓急来描绘和尚不同时期的心情，用笙渲染很突然地紧张气氛。
三 中国传统动画的成败
中国动画一路走来 ，一度曾走在世界的尖端，在一代动画家的探索下，开创了“中国学派”，也开创了中国动画的新局面，创作的水墨动画更是国宝级珍品，至今世界其他国家也难以效仿。中国动画虽然曾一度辉煌。但同时也体现出它的弊端。内容上教化色彩过浓，难以受到多层次观众欢迎的。技术上落后，多依赖于手工，制作时间长，造成作品量少，市场不够，造成很多滞后。
四 以现代技术承继传统动画
4.1传统与现代的磨合
首先思想上，传统动画与现代人尤其是年轻一族有着观念上的冲突。传统动画说教色彩太重，时至今日按照传统教育模式营造动画，也依旧带着一副道德说教的色彩。而现代人在一种多元化的大背景下，受到外来文化的影响，观念上已经无法接受陈腐俗套的东西，现代人崇尚自由，追求新奇刺激。所以传统观念的动画引不起现代人的欲望。
其次题材上，过于陈旧，缺乏创新。传统动画题材畏手畏脚，放不开，过于狭隘这也与现代人不相容的。
再次技术上，传统的制作方式耗费时间长，工作量大。导致作品少，精品更少。如今互联网的时代，媒体传播充斥大多数人生活。少数的动画作品不能满足众多人的需求。
4.2风格与技术的并用
知道了传统和现代动画的冲突，我们就要想办法解决，解决的最好办法，就是两者取其所长，避其所短。传统动画在形式和风格上的成功之处是大家有目共睹的。中国动画就该有自己的民族特色。至于思想内容上与现代人的冲突，动画业者能够改变观念，与时俱进，自然是可以克服和 改变的。但是传统动画技术上的缺陷显得日益沉重。所以我们应该保持传统动画的风格和形式，提高制作技术，借助于计算机技术，让其深入其中，有效地利用。
这次作品《堪破》就是一次传统动画风格与现代计算机技术相结合的一次尝试。如借鉴三个和尚，背景留白，强化人物动作，采用传统写意风格。但是其中又加入了新的元素和形式，如画面处理成蜡笔画的效果，色彩更鲜亮，提高了画面的可观性。技术上，前期是电脑单张绘图，然后flash合成，再用后期剪辑加入音效和特效。保留了传统动画的灵活性又提高了工作效率。
五 结束语
中国的动画发展应该走中国特色的文化道路,挖掘传统文化资源,整合开发中国特色的动画作品,挖掘和弘扬本民族优秀的传统文化,重新塑造新时代的民族形象。《堪破》是我的一次尝试，也借此想激励热爱动画的年轻人，重视中国动画的民族化，民族的才是世界的。
致谢
首先感谢老师们大学期间的教育和培养，不仅让我对动画有了一定的了解，也具备了一定专业知识和创作能力。也感谢同学们的互相帮助和扶持。让我对动画有了一腔的热情和动力，也希望以后能坚持下去。能够有所作为，有所贡献，回馈学校及老师的教育和栽培。
参考文献
[1]闲云居士(中).禅的智慧故事全集[M].北京：中国长安出版社，2007.5
[2]宫承波（中）动画概论[M].北京 中国广播电视出版社 2007.2
[3]孙立军（中）. 影视动画经典技法剖析[M].北京：海洋出版社 2004.10
[4]冯文 孙立军（中）.动画概论[M].北京.中国电影出版社 2006.9
敢于挑战“不可能”，才能有创新
很多创新成果在取得以后回望，当时的设想都是三个字――“不可能”。然而，机会往往就蕴藏在这诸多“不可能”之中。赵亚平教授深知这一点。多年来，他锁定新型环面蜗杆传动、齿轮啮合理论等方面进行研究与开发，其创新成果应用前景广阔，深受学界好评。
二包环面蜗杆传动具备一系列优良特性，但是对各种误差变形十分敏感，
限制了其推广应用。平面二包传动，由于蜗杆边齿变尖与根切的限制，使其无法应用于蜗杆多头数或小传动比的场合。赵亚平据此提出了双圆环面二包传动这种新型环面蜗杆传动装置，克服了上述不足。他提出的两点下山割线法（DPDS方法）是研究线共轭曲面啮合特性的有力数学工具。在研究过程中，他不但注重考察诱导主曲率和滑动角等局部啮合特性参数，而且注重考查蜗轮齿面共轭区范围，蜗杆工作长度及瞬时接触线的分布等全局啮合特性，从而丰富发展了蜗杆副的啮合几何学。目前，双圆环面二包传动作为一种新型机械传动装置，已经获得多项专利授权。
业内人士都知道，标准二包传动，蜗轮齿面中部存在二次接触区，瞬时接触线相互交叉，接触频率高，容易发生疲劳点蚀，是蜗轮齿面的薄弱环节。可以通过角修形，自然地切去蜗轮齿面的二次接触区，使原接触区和新接触区都和蜗杆螺旋面密切，从而大幅度地提高二包传动的啮合质量。赵亚平在此基础上导出了一般化的角修形条件，指出了角修形的物理意义；数字化地论证了原接触区和新接触区都和蜗杆螺旋面密切，但密切的程度有所不同；阐述了角修形切除二次接触区、同时使得蜗杆工作长度变短的机理。相关结果发表于国际期刊Science China Technological Sciences，审稿意见认为：“论文主要内容是对采用作者提出的角修正的双圆环面二次包络环面蜗杆传动齿面啮合情况进行分析。为此主要工作是建立传动数学模型及其啮合特性方程，并进行实例分析。论文对于该种传动性能研究具有重要的指导意义。有发表价值。双圆环面二次包络环面蜗杆传动属尚未充分研究和开发的环面蜗杆传动，开展相关研究，特别是采用修形技术提高其啮合性能具有一定的理论意义。具有一定的理论价值。算例丙的蜗杆头数达到12，远远突破一般蜗杆传动的情况。”相关论文获得过湖北省、及湖北省机械工程学会的优秀论文奖励。目前，该研究已获得角修正双圆环面二包传动及其制造方法的发明专利授权。
除此之外，针对标准传动存在二次接触区，啮合性能有待进一步提高和角修形传动虽然啮合性能优良，但制造工艺比较复杂的问题，赵亚平提出了高度修形、中心距修形及传动比修形等一系列制造工艺简单且修形效果优秀的修形方案，使得环面蜗杆副双线接触的机理有了清晰明确的解释。同时，他还对环面蜗杆传动特性进行了研究，运用弹流理论和齿轮啮合理论，导出了任意啮合点处，卷吸速度、角和弹流膜厚系数的计算公式。摆脱开材料、载荷等因素的影响，以角反映成膜条件，以弹流膜厚系数反映油膜厚度，便于衡量整个接触区内特性的差异，有利于分析工艺参数对蜗杆副性能的影响。有关结果曾经在CIST2008&ITS-IFToMM2008（北京）学术会议上宣读，并发表于国际期刊TribologyTransactions。
致力于解决生产实际中的问题
出身工科背景，赵亚平一直希望自己的研究成果能够得到推广应用，服务经济社会发展。为此，他多方探索，并取得了一系列成果。
在生产过程中，由于能够实现多齿双线接触，各类环面蜗杆传动对各种误差变形都比较敏感。这是限制环面蜗杆传动应用推广的主要问题，也是环面蜗杆传动的主要不足之处。而解决这个问题办法之一，是通过失配修形，使得蜗轮副变瞬时线接触为瞬时的点接触。当然，这里的所谓点接触是理论上的。实际上，由于齿面的弹性，受载之后，瞬时接触点扩展成瞬时接触椭圆，沿接触迹线众瞬时接触椭圆集成齿面上的接触区。上述失配修形方法，早已成功应用于锥齿轮传动和准双曲面齿轮传动。但是对于环面蜗杆传动，相关研究进展比较缓慢，主要是因为，环面蜗杆副的齿面非常复杂，没有找到有效的方法计算瞬时接触点。
赵亚平结合自己在相关领域的经验，提出了两阶段下山割线法（TSDS方法），用于计算失配环面蜗杆传动的瞬时接触点。该法无需计算包含偏导数的Jacobi矩阵，对迭代初值的敏感性低，还能克服迭代过程中的奇异性，适宜用来求解复杂的非线性方程组；改进了确定点接触失配齿轮副瞬时接触椭圆的局部综合方法，使得瞬时接触点邻域内曲率干涉的判别更为合理；发现以标准蜗杆和Ⅰ型蜗轮相配，组成的失配蜗轮副对各种装配误差均不敏感，能够避免曲率干涉，实现较好的点接触，而且蜗杆工作部分较长，具备可观的承载能力；由具体算例计算出蜗轮转角误差曲线，表明了它具有近似抛物线形状，说明所提出的失配方式，具有一定的减轻振动、吸收冲击的效果。有关结果发表于国际期刊Computer-AidedDesign。
他的研究为失配环面蜗杆副的正确设计奠定了基础。
双自由度齿轮啮合理论的研究，开始于上世纪60年代的前苏联，但是可以实际应用的曲率参数计算公式，却得到的比较晚。对双自由度啮合，也还存在较多理论上的模糊之处，妨害了它的应用。赵亚平经过深入研究，指明双自由度啮合有退化与非退化两种形式，给出了退化啮合的条件，阐述了两种形式各自的啮合特性；提出了计算向量的新型表达式；导出了双自由度啮合齿轮副诱导法曲率和诱导短程挠率的新型简洁计算公式，该公式适合于利用计算机进行编程计算；提出双自由度啮合齿轮副滑动率的概念，并且给出相应计算公式。有关成果发表于国际期刊Mechanismand Machine Theory，并获得过湖北省和湖北省机械工程学会的优秀学术论文奖励。同时，他应用双自由度啮合理论，对Archimedes滚刀双自由度范成圆柱齿轮的啮合原理进行了研究，给出了提高加工精度的工艺措施。相关成果发表于Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers，PartC，Journal of Mechanical Engineering Science等国际期刊。其成果对齿轮加工工艺的改进与加工精度的提高，具有理论指导意义，同时为新型高副共轭传动机构的创成，做了理论上的准备。
关键词：航空绞车，钢索，离合器，往复螺杆
0 前言
航空绞车是飞机拖靶时缠绕钢索一个重要设备。但其运行不可靠、操作危险性大、工作效率低等问题一直困扰着训练的质量。传统钢索收放是靠人工操作，既费事费力，往往因为缠绕不规则容易损坏绞车，甚至伤及操作人员。为此我们经过多次试验和改进，设计出一种新型半自动化航空绞车，大大地提高了工作效率，减轻了劳动强度，降低了缠绕钢索的危险性。
1 航空绞车技术改进方案
通过对老式航空绞车的技术分析以及使用中所出的故障问题反复研究，确定从降低缠绕速度、提高传动精度、加装离合装置、改进放索架、加装极限回绕装置等方面加以改进，以提其工作自动化性能。
（1）降低缠绕速度
由电动机—减速器传动：
V绞=V机/N减=1400/8=175（r/m）
V复=V绞/M=175/21.124=8.28（r/m）
改为电动机—皮带轮减速比—减速器传动：
V绞=V机×N减/N减=1400×0.378/8=64（r/m）
V复=V绞/M=64/21.124=3.04（r/m）
其中：V机为电动机速度，V绞为绞盘速度，V复为复螺杆速度，N皮为皮带轮减速比，N减为减速器减速比，M为齿轮传动比。
由此解决了以前缠绕速度过快、钢索受力大易跳动出现间隙、转动不平稳等一系列问题，从而保证了可操作性和工作可靠性，特别是避免了往复螺杆的损坏现象。
（2）提高传动精度
一方面加长往复螺杆长度，加大两端半径，保证了缠绕钢索两端到位。挫修往复螺杆导槽底面，加大加厚排索头，与往复螺杆结合由轴承连接改为自由连接。靠弹簧力，保证排索头与往复螺杆导槽根部的深度，接触面积增加，使传动更加平稳。科技论文。将往复螺杆采用全包的铜瓦相镶，校正了与上、下导向杆的平行度，提高了传动精度。另一方面，排索机构改为活动的拖板式，可以调整排索机构与绞盘的相对位置，消除排索机构与绞盘钢索的传动误差，与钢索结合的张紧部件采用导轮与撬板式，缠绕力可调，保证了缠绕力的恒定，从而提供传动精度。科技论文。
（3）加装离合器
在减速器输出与绞盘之间加装离合器，可随时脱开减速器与绞盘的连接。在往复螺杆与传动部件之间加装离合装置，可随时调整绞盘钢索与往复排索机构的相对位置。每离合一次，可使排索机构落后绞盘一圈(即5．26mm)。
（4）改进放索架
在放索架转轴两端加装了两个刹车装置，增加了缠绕中的阻尼作用，避免了因突然刹车而造成的钢索松驰现象。
（5）加装极限回绕装置
为保证极限的缠绕质量，钢索达到极限时，该装置利用杠杆原理的作用向极限位置回转，保证了钢索到位，提高了返回的质量。
（6）加装了起吊装置
绞盘的装卸利用起吊装置上的手动葫芦进行，吊起后旋转即可卸下。
（7）改变缠绕方法
由原来排索机构与绞盘同步运行，改为排索机构与绞盘保持一定落后量，在缠绕过程中利用离合装置始终保持一定的落后量，这样使绞盘缠绕出的钢索紧密、均匀，避免了钢索跳动出现间隙。
2 航空绞车改进的技术难题
根据上述基本方案进行改进，必将遇到一系列的技术难题。我们充分考虑了各方面影响，总结出了以下技术问题。
（1）钢索的弹性变形
钢索具有弹性变形，虽然钢索的直径为5．1mm，但缠绕到绞盘上后，其直径一般则为5．1-5．26mm，随着缠绕紧度和层次的变化，每层的缠绕速度也随之发生变化。由于各层的长度和缠绕速度的变化，各层的变形量也有所不同，加之钢索质量不等和粗细不均匀以及局部受力变形必将对缠绕质量产生一定的影响。
（2）绞盘缠绕速度与排索机构的运动行程的不同步性
理论设计绞盘缠绕速度与排索机构的运动行程是同步的，但这是一种理想状态，在机械传动上是难以实现的。齿轮传动存在间隙，传动比不可能取整数，必须带来一定的传动误差，此类属于一种累积误差，即随着缠绕层次的增加，误差越来越大。其后果是滞后出现钢索堆积，排列均匀不能保证；超前出现间隙过大，紧密程度不能保证。这样外界稍有干扰或排索头运动到端部，则会出现纹路错乱或局部跳动等现象。
3航空绞车技术问题的解决方法
由于缠绕的钢索使用环境较为特殊，对缠绕质量要求比较，即要求每层平整、又要求缠绕圈数固定，为此采取以下方法加以解决。科技论文。
（1）缠绕圈数的保证
纲索缠绕的圈数关键在于第一层缠绕要好，此层对上面各层有着重要影响。因此在绞盘的滚筒外面固定了一个76圈的螺旋导槽筒，这样既保证了第一层圈数固定，又保证了其它各层具有相同缠绕圈数。
（2）缠绕紧度的保证
缠绕中采用排索机构始终落后于绞盘的方法。在设计上保证往复螺杆的速度为3．04r／m。这样在绞盘上所形成的螺距S；38~r／M：5．65mm。则理论圈数为71圈(400／5．65)，而实际是76圈，在绞盘上的螺距为5．26mm(400／76)。由此可见，往复螺杆形成的螺距大于绞盘上的实际螺距，即排索机构钢索超前于绞盘，在缠绕中利用往复螺杆轴端离合装置随时调整排索机构保证一定落后量，每离合一个齿可以保持一圈螺距的落后量，从而保证了紧度。
（3）两端到位的保证
为保证两端到位，在运行到距端部120mm之前实施干扰，这样钢索到端部时与排索基本同步，两者同时到位，为保证两端到位时的质量，设置极限缠绕装置，钢索到极限后，杠杆作用由支架带钢索向极限运动一下，使钢索在极限时间增长，反复试验效果不明显而取样。为保证返回时仍有一定落后量，一方耐n长了往复螺杆导槽长度即由406mm增至410mm；另一方面加大了往复螺杆两头半径，使排索头在两端行程增加，返回时仍有2--3圈螺距的落后量，保证了缠绕紧度。
（3）返回质量的保证
返回时钢索要在端部重叠1．5圈后落下，缠绕速度快了，落下后跳动出现间隙，为此降低缠绕速度由原来减速器以175r／m的速度带动绞盘转动，以8．2r／m速度带动往复螺杆转动改为绞盘速度83r／m，往复螺杆3．94r／m的转速，较好的解决了返回时的缠绕质量问题。
4 结束语
航空绞车自动化改进后，经过近一年的部队使用证明，具有自动绕索功能，减少了劳动强度，提高了工作效率，有一定的推广价值。尤其在断电或无电源情况下，可以在减速器外伸轴端套上摇把进行人工缠绕，若使用中出现故障需要退钢索时，只要将绞盘与减速器的离合器脱开，将钢索与张紧装置脱开，在放料盘上安上摇把，即可退掉所需钢索。
参考文献：
1.吴序堂，齿轮啮合原理[M]．北京：机械工业出版社，1984
2.赵敖生等，机械制造学[M]．南京：东南大学出版社， 1989
英文名称：Electric Drive Automation
主管单位：天水电气传动研究所
主办单位：天水电气传动研究所
出版周期：双月刊
出版地址：甘肃省天水市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1005-7277
国内刊号：62-1106/TM
邮发代号：54-91
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1975
期刊收录：
核心期刊：
期刊荣誉：
Caj-cd规范获奖期刊
联系方式
关键词：高强度，铁基粉末冶金材料，应用
在模具设计前，必须进行粉末冶金制品的形状设计。制品压坯的形状设计是保证产品使用要求的情况下，从压制过程(装粉、压制、脱模)、模具寿命、压坯质量等方面来考虑，并对制品图线形状作适当的修正。本文是将电动工具中原有的钢制齿轮(材料为40Cr)用粉末冶金材料代替，并针对以下内容进行了二次设计：(1) 在原有钢制齿轮齿形的基础上对粉末冶金齿轮的齿形齿廓进行二次设计；(2) 对实际啮合的粉末冶金烧结齿轮的尺寸修正；(3) 粉末冶金齿轮齿面接触强度和齿根弯曲强度的理论校核。
1.齿形齿廓的选择和计算
选择齿轮材料应考虑如下要求：齿面应有足够的硬度，保证齿面抗点蚀、抗磨损、抗咬合和抗塑性变形的能力；轮齿芯部应有足够的强度和韧性，保证齿根抗弯曲能力。此外，还应具有良好的机械加工、热处理工艺性和经济性等要求。在齿轮传动机构的研究、设计和生产中，一般要满足以下两个基本要求：
1.传动平稳—在传动中保持瞬时传动比不变，冲击、振动和噪音尽量小。
2.承载能力大—在尺寸小、重量轻的前提下，要求轮齿的强度高、耐磨性好及寿命长。
由于螺旋锥齿轮与直齿锥齿轮相比，在使用上有如下优点：
1）增大了重迭系数。由于弧齿锥齿轮的齿线是曲线，在传动过程中至少有两个或两个以上的齿同时接触，重迭交替接触结果，减少了冲击，使传动平稳，降低了噪音；
2）由于螺旋角的关系，重迭系数增大，因而负荷比压降低，磨损较均匀，相应的增大了齿轮的负荷能力，增长了使用寿命；
3）可以实现大的传动比，小轮的齿数可以少至五齿；
4）可以调整刀盘半径，利用齿线曲率修正接触区；
5）可以进行齿面的研磨，以降低噪音、改善接触区和提高齿面光洁度；
6）在传动中产生的轴向推力较大，所以对轴承要求较高，在传动机构中需选用适当的轴承。
由于上述特点，所以螺旋齿锥齿轮常用于圆周速度较高，传动平稳和噪音较小的传动中。
通过和直齿锥齿轮的比较，本设计采用螺旋锥齿轮。计算采用的是等高齿锥齿轮，即从齿的大端到齿的小端齿高是一样的，这种齿轮的面角、根角和节角均相等。这样设计不仅减少了大部分的计算，而且对于模具的设计和压制来说更为有利。螺旋锥齿轮齿形参数直接影响齿轮的承载能力、轮齿刚度和传动的动态特性，各参数相互影响、相互制约，其选择的原则是：由各参数确定的齿形，应保证轮齿有较高的弯曲强度和接触强度，最好符合等强度的设计原则。轮齿在啮合时，要求传动平稳，无齿形干涉现象。齿形形状要力求简单以便于制造。
1.主、从动锥齿轮伞齿轮齿数的选择在选择齿数时，应尽量使相啮合的齿轮的齿数之间没有公约数，以便使齿轮在使用过程中各齿之间都能互相啮合，起到自动磨合的作用。同时，为了得到理想的齿面重叠系数，大小齿轮的齿数和应不小于40。
2.齿面宽F 的选择对于等高齿锥齿轮来说：在“奥利康”制等高齿锥齿轮上，由于其延伸外摆线的曲率变化比弧齿锥齿轮的圆弧齿线大，因此，齿面宽不宜过大。一般可取F=(0.25 ~ 0.30)A0，A0 为节锥距。
3.螺旋角β 的选择汽车主减速器锥齿轮的螺旋角多在βm=35~40°范围内。为了保证有较大的mF 使运转平稳、噪音低。依据经验选βm2=36°。
4.法向压力角α 的选择大压力角可以增加轮齿强度，减少齿轮不产生根切的最少齿数，但对于尺寸小的齿轮，大压力角使齿顶变尖及刀尖宽度过小，所以在轻负荷工作的齿轮中一般采用小压力角，可使齿轮运转平稳，噪音低。对于本设计中的“奥”制齿轮采用的齿面平均压力角α=17.5°。论文参考网。
5.齿顶高系数及顶隙系数齿顶高系数取ha*=1；顶隙系数C*=0.25。
2.实际啮合的粉末冶金烧结齿轮齿形的修正及校核
压坯密度对于提高和稳定烧结制品的强度与尺寸精度十分重要。为使压坯密度均匀，顺利脱模，结合齿轮设计的特点，对齿形以下几部分进行了改进：
a.为了增高齿的强度和降低噪声，同时考虑到实际当中齿形模冲加工的特点，对齿轮的齿顶和齿根的齿形进行了修正。
b.一般压制成形都是沿着压坯的轴向进行的。而制品中径向(横向)的孔、槽、健、螺纹和倒锥，通常是不能压制成形的，需要在烧结后用切削加工来完成的。论文参考网。但本齿轮的键槽是轴向的，并不影响压坯的脱模。
c.从节省原料和不影响安装的角度考虑，把原来的三个定位凹坑改成花键式，而且不影响脱模，且能节省原材料。
通过对改进后的齿形进行载荷计算和齿面接触强度的理论校核，结果说明所设计的齿形参数能够满足服役要求。
3.齿轮模拟台架试验
将上述材料的大齿轮，分别在100℃、200℃和250℃回火，硬度分别为HRC43~45、HRC38~40、HRC30~32；之后装机进行实验，对磨件为40Cr钢，硬度HRC48。台架试验记录结果：
第一套齿轮(硬度HRC43~45)：经装机试验当试验到1.5h时，出现声音异常，拆机检查，小齿轮打崩二个齿，但大齿轮完好；换上钢制的小齿轮，淬火硬度HRC42~43，经测试10h，机器正常，拆机检查，磨损正常，即进行第二个项目测试 (空载实验) 55h，拆机检查，一切磨损正常，(其中换了一个转子，碳刷3副)；之后进行模拟实验，运转到10.5h时，机器冒烟，烧机，停止测试，拆机检查发现，前轴承爆裂，定转子烧毁，大齿轮打崩一个齿，小齿轮磨损比大齿轮严重。经分析原因：大齿轮打崩是因为前轴承爆裂，而造成转子乱跳而产生的，是意外发生的现象，并非齿轮强度问题所造成的，所以其材料可以继续试验。
第二套齿轮(大齿轮硬度HRC38，小齿轮HRC42(材料 40Cr)：进行模拟试验运转16h时转子烧毁，拆机检查，齿轮磨损正常，换转子继续进行，运转26.5h时电机烧毁拆机检查，齿轮磨损正常。换电机继续进行，运转7.5h时电机烧毁拆机检查，齿轮磨损正常。再换电机继续进行运转12h时电机烧毁拆机检查，齿轮磨损正常。换电机继续进行，运转17h时电机烧毁，拆机检查，齿轮磨损正常。论文参考网。再换电机继续进行，运转15h电机烧毁，拆机检查，齿轮磨损正常。停止试验。
第三套齿轮(硬度HRC30~32，小齿轮HRC35，大小齿轮均为粉末冶金材料)：经装机试验，通过工况测试，磨损正常；第二个项目测试 (空载实验) 30h时，大齿轮小齿轮磨损严重，停止测试。结论：硬度太低而造成磨损。在本测试条件下，渗碳烧结齿轮材料耐磨性优于意大利和40Cr材料；在本测试条件下，改进后齿形传动平稳，降低噪音；由此可以认为，本课题研制的新材料和完成的齿轮齿形设计能满足电动工具的使用要求。
【参考文献】
[1]李华彬,何安西,曹雷,扬健,李学荣.Cu/Fe复合粉的性能及应用研究[J].四川有色金属, 2005,(01).
[2]程继贵,夏永红,王华林,徐卫兵.聚苯乙烯/铜粉温压成型的研究[J].工程塑料应用,2000,(06).
论文关键词：半喂入式联合收割机的特点与操作方法
人类社会的发展，离不开科技的力量，要建设社会主义新农村机械论文，离不开对农业技术的普及和农业机械的投资。半喂入式联合收割机是一种具有稻、麦兼用机,性能良好，特别适合南方水田的稻、麦收割,因为半喂入式联合收割机还可以收割较严重倒伏的作物，深受农民的欢迎。相对于农村农机人员文化较低，而半喂入式联合收割机整体结构较复杂,对使用者的技术水平要求也较高。笔者对半喂入式联合收割机的结构、操作方法以及保养维修等方面作一概述，给各地的农机人员作个参考。
主要结构特点
1.割台
割台动力单向同步输送,扶禾高度和速度要适时调节,满足不同高度作物、不同脱粒难度品种和倒伏作物要求,对严重倒伏作物也能轻松扶起并顺利输送。切割装置采用动定刀组合及动刀左右双驱动机构,割台震动小,零部件不易损坏。宽割幡,各链条交接口设计紧凑,交接平稳顺畅,输送平滑均匀整齐,不易堵塞。
2.脱粒清选装置
采用下脱式轴流二次清选机构,大直径超长单脱粒筒,凹板包角大,脱粒间隙可调,减少籽粒破碎率,提高籽粒清洁度。上抬式脱粒筒,脱粒清选室可完全打开,清扫拆装和维修保养方便。整体箱式大摇摆振动筛,多级筛分选,气选方式并用,提高清选能力,改善湿脱性能。采用可更换的高强度的钢板筛网,并可根据实际情况,增设唇形加强板、加强筋等方式来增强对难脱作物品种的适应性。
3.简便多样化的茎秆处理方式
茎秆处理有切碎和条放两种方式。圆盘切草刀采用齿形陶瓷制作,且采用双支承切断方式,延长了刀片的使用寿命。茎秆排草两段输送,输送整齐,不易堵塞。
作业开始时的调整
在作业前,必须对机组进行合理的调整,这样才能保证机器正常工作,且有良好的作业质量,从而提高工作效率、延长使用寿命。
1.作业前调试
（1）割茬高度和割幅宽度。割茬高度的调整主要取决于地面平整度、作物生长高度及作物是否倒伏等因素。半喂入联合收割机割茬高度—般控制在 5-15cm之间。适当提高割茬高度有利于延长割刀使用寿命。实际作业时—般不应进行满幅收割,而应空出5-15cm的幅宽。
（2）作业速度。—般情况下,可将副变速放到高速挡,主变速位于最快的位置进行快速收割,但在作物潮湿、倒伏、高产难脱或地块高低不平时,应适当降低前进速度,降低的程度主要视作业质量而定。
（3）脱粒喂入探度。脱粒喂入探度—般自动控制,通过调节自动脱粒深度传感器位置使穗头到达脱粒深度指示的位置,脱粒性能较好。当收获过程中发现脱粒负稍较大时,可使用手动脱粒深度开关将脱粒深度适当调浅—点。
（4）振动筛筛片手柄的调整。振动筛筛片的作用主要是控制籽粒的清洁程度。在使用中筛片手柄—般位于中间位置。当籽粒清洁度差、枝梗较多时,应调小筛片的开度；当作物潮湿负荷大,杂余较多,籽粒抛洒严重时,应调大筛片的开度。
（5）扶禾链辅助拨导轨的调整。—般情况下收割直立作物,拨指导轨的位置对收获质量影响不大。当怍物较高、作物倒伏易打结时,须将拨指导勒调到起作用的位置。当作物容易掉粒或麦收后期茎秆容易折断时,可将导轨调整到不起作用的位置,使扶禾链上力拔指缩进扶禾链壳内。
2.作业时的适应性调整
收割机开始作业时,先将油门调至2000r/min左右,缓慢合上脱粒、割台离合器,让收割机缓慢进入田块后,操作液压转向杆,降下割台,通常使分禾板的尖端离地面2-3cm。在刚下田时,应将脱粒深浅装置调至脱粒深的位置。在收割时,再根据作物的高度、脱粒效果调节脱粒深浅至恰当的位置论文提纲怎么写。在收割50-100m后,应停下来检查收割机的脱粒损失、谷物分离和清选效果及谷物的破碎等情况,然后对收割机进行险查和调整。调整后,继续收割 100m左右,再进行检查和调整,直到满意为止。
随时检查定期保养
1.随时检查
（1）清除杂物。拆下所有防护罩、各传动链条、割刀、摇动筛及脱粒滤网,打开机内清扫口,用水冲洗掉粘附在各处的泥土、杂物等,清除缠绕在传动部位、链条及机内死角处的秸秆杂草,并用干布擦净,空转三四次,再用压缩空气吹扫,以清除机内的残留杂物。
（2）保养割刀。清除动刀片及定刀片上的泥土,若刀片磨损、破损或变形超过规定时必须更换；动刀片与定刀片之间的间隙为O-0.5mm,涂油防锈。
（3）检查、调整“扶起链条”检查张紧挂钩的下附距离(该距离的标准为 0.5-2.5mm),如过大说明链条松动。应调整张紧弹簧。当链条不能张紧时,应当拆下二节链条。
（4）检查“左右穗端链条”的张紧度。观察滚轮轴与罩的长孔部位,如有33m印以下的空隙属正常；当无空隙时,说明链条已松,应调整。调整方祛是拆下二节链条(只有通过此方祛才能调整)。
（5）观察滚轮轴与罩的长孔部位。如有33mm以下的空隙属正常；当无空隙时,说明链条已松,应调整。调整方祛是拆下二节链条。
（6）切草刀磨损或缺损应更换；切草刀与喂入刀之间的间隙应为4.5-7.0mm,不在此范围内,应予调整。
（7）每天检查各紧固件的牢固性。主滚筒弓齿有无松动,切草刀的锋利程度,各传动部件及轴承的情况,各密封处的情况,传动带是否张紧,链条有无松弛现象,履带是否损伤,是否有渗水渗油现象,发动机机油是否适量,冷却水是否充满,空气滤芯是否干净、仪表工作是否正常等。
（8）加注油。每天必须在割刀、割台输送链、脱粒机输送链和夹持杆等活动部位加注油。在检查中发现的问题应及时调整或修理。
2.定期保养
（1）收割机在磨合运转时,链条、传动带和履带会发生初期伸长,所以在最初使用20h后必须调整其张紧度。
（2）首次工作满50h后,必须更换发动机机抽、各传动箱齿轮油或液压抽、支重轮和导向轮轴承内的油,更换时必须使用规定牌号的油品。
（3）首次工作满50h后必须更换柴油滤芯和机油滤芯,以后每隔300h必须更换。
（4）工作满200h后应更换各传动带、主滚筒弓齿(可反向使用)、切草刀、副滚筒弓齿、搅龙切刀、振动筛密割狡条、导向轮和支重轮的轴承。
（5）电气系统导线每年应检查1次。
（6）燃油管、散热器接管、高压油管等橡胶类零部件每2年应更换1次。 收割机的管理
收割机在经过一个作业季节后,要存放到下1个季节才使用,时间较长,应妥善保管。
（1）收割作业结束后,应将收割机从拖拉机上卸下,全部清洗1遍。检查各零部件,对磨损件应修复或更换。
（2）将各点注足油。动、定刀片表面涂上黄油防锈。割台挡板、扶禾器罩等涂上防锈剂。
（3）卸下输送带,并和悬挂机构及其他机件存放好。
（4）将收割机放置在干燥防雨处。扶禾器尖朝里放(对墙而放),以免碰坏或伤人。收割台上严禁堆放其他重物,防止割台变形。
【关键词】谐波齿轮传动；螺杆泵；增速；柔轮
0.前言
目前，世界蕴藏有巨大的稠油资源，据有关专家估计比常规原油资源高数倍至十余倍，具有替代常规石油能源的战略地位。稠油资源分布广泛，几乎所有产油国都有发现。据调研资料，世界上稠油资源丰富的国家有加拿大、委内瑞拉、美国、前苏联等，其稠油资源约为4000～6000x108m3（含预测资源量）[1]。中国大部分含油气盆地稠油多于常规油，有共存和有规律过渡分布的规律，稠油资源非常丰富，约占总石油资源的25%～30%以上。国内老油田大多处于开发后期，排量小，油层较深的稠油、含砂、含气的难采油井越来越多，并且常规采油工艺投入大、产出低、短期产出与投入比不经济，制约了各油田后期开采。针对这种情况，可以采用螺杆泵采油技术加以解决。
1.螺杆泵驱动系统设计设计要求
（1）基本参数：谐波齿轮传动的增速比大于等于20；谐波齿轮传动的结构外径小于等于Ф116cm；（2）总体方案分析及设计；（3）谐波齿轮传动结构方案及结构设计。
由于井下空间狭小，需要所设计的装置体积较小。油管转速为6r/min，螺杆泵转子的转速为120r/min，在保证增速比大于等于20的条件下，转速可以调整。油管转速低可以实现较长的寿命。
在功能方面，要改变原来采用的采油方式。原来的采油系统在工作时动力源的动力通过减速箱首先减速到合适的转速然后驱动方卡子，再由旋转的采油杆柱驱动井下采油螺杆泵转动，从而实现将井下原油通过采油杆住与油管的环形空间举升到地面。
2.主要功能实现方法
考虑到增速器结构尺寸较小，传动比大，所以选择用少齿差行星轮系。少齿差行星轮系具有体积小，传动比大，重量轻等优点。由此，有三种增速方案：谐波齿轮传动，少齿差行星齿轮传动，摆线针轮传动。
2.1谐波齿轮传动增速
谐波齿轮传动是一种依靠弹性变形运动来实现传动的新型传动，它突破了机械传动采用刚性构件机构的模式，使用了一个柔性构件机构来实现机械传动。构成谐波齿轮传动的3个主要部件有：波发生器，柔轮，刚轮。谐波齿轮传动对运动的传递是在波发生器作用下，迫使柔轮产生变形，并与刚轮相匀作用而达到传动目的。 在未装配前，柔轮的原始剖面呈圆形，柔轮和刚轮的周节相同，但两者的齿数不相等。柔轮的齿数Z1，比刚轮的齿数Z2略少，而波发生器的最大直径比柔轮的内径略大。一般情况下为了有确定的输出，都会有一个固定件，一个主动和一个从动。具体哪个固定，哪个主动，哪个从动，需要根据需要实现的功能要求来决定。当波发生器装入柔轮后，受到一对方向通过椭圆的曲率中心和它的旋转中心的力的作用。当输出轴上承受载荷后，柔轮产生变形，这是柔轮对波发生器的作用力方向仍通过椭圆的曲率中心，但不通过发生器的旋转中心，这就形成了使波发生器旋转的旋转矩。当输出轴上载荷继续增加时，柔轮作用在波发生器上的作用力和这时作用力之间的力臂也随之增加。则作用在发生器上的旋转矩也随之增加。当此旋转矩超过发生器的阻矩时，就产生了增速现象。
2.2少齿差行星齿轮传动增速
少齿差行星齿轮传动按传动型式可分为NN型和N型。以N型为例。这种型式的传动，通常均是采用输出机构把行星轮的回转运动传给低速轴。N型传动，其转臂有单偏心和双偏心两种。双偏心的转臂，两个偏心相差180度，装在其上的两个行星轮也相差180度，这样由偏心而产生的离心力相互抵消（但这两个离心力大小相等方向相反，且不在同一直线上，所以不平衡力偶仍然存在）。单偏心的转臂只有一个方向的偏心，其中装一个行星轮，必须在偏心的相反方向加上平衡重才能使离心力得到平衡。
N型常用的输出机构有五种类型，即销孔式、浮动盘式、滑块式、零齿差式和双曲柄式。以零齿差输出机构为例。主要特点是用标准刀具在普通机床上就可加工，不需要专门的工艺装备。零齿差输出机构可内齿轮输出，也可外齿轮输出。两对齿轮中只有一对是少齿差，起增速作用，另一对则是作为平行轴间联轴器的零齿差内啮合。转臂是单偏心，必须装设平衡重。
这种传动增速的特点是传动比大，体积较小，重量轻，运转平稳，齿形容易加工，装拆方便。合理地设计、制造及，可使其传动效率达0.85-0.91。实践证明，少齿差传动最适合于大传动比、小功率的场合，在我国已经被用到很多机械或者齿轮装置上。但少齿差要考虑变位问题。由于内啮合和内齿轮加工中，相啮合双方的位置关系、几何关系与外啮合不同，在设计内啮合变位齿轮传动时，齿数的搭配和变位系数的选择要受到各种干涉条件的限制。为避免干涉要进行验算，设计时要考虑齿轮根切问题。提高了加工难度，且刚度不够高。
2.3摆线针轮行星传动增速
摆线针轮主要由4部分组成：
（1）行星架H由输入轴1和双偏心套2组成，偏心套上的两个偏心方向互成180°。（2）行星轮C齿形通常为短幅外摆线的内侧等距曲线。按运动要求，一个行星轮就可传动，但为使输入轴达到静平衡和提高承载能力，对于一齿差针摆传动，常采用两个完全相同的奇数齿的行星轮，装在双偏心套上，两轮位置正好相差180°。行星轮和偏心套之间装有用以减少摩擦的滚子轴承（称为转臂轴承）。（3）太阳轮 又称针轮，针齿壳上装有一组针齿销，通常针齿销上还装有针齿套，称为针齿。（4）输出机构这种常采用销轴式输出机构。
3.结论
本次设计针对螺杆泵采油系统做了改进，由于原来用抽油杆的采油方式转速高、磨损快、寿命低，改为直接用油管驱动螺杆泵采油。螺杆泵采油系统按驱动方式可划分为地面驱动和井下驱动两大类，本次设计采用了地面驱动方式。油管转速较低，螺杆泵转速较高，所以要设计一个增速器。
由于所设计的结构尺寸小，且传动比大，故可选择的螺杆泵增速有三种方式，谐波齿轮增速，摆线针轮增速，少齿差行星齿轮增速。这三种增速方式各有优缺点，也都广泛应用。通过对三种传动采油方案的对比分析，选择基于谐波齿轮传动的螺杆泵驱传动系统。
【参考文献】
[1]万仁薄.采油技术手册（修订版）第四分册[M].北京：石油工业出版社，2003.
[2]孙俊峰.螺杆泵采油技术在锦州油田的改进及优化[D].哈尔滨：东北石油大学硕士论文，2009.
[3]周卫东.渐开线谐波齿轮传动齿廓参数优化及动态仿真[D].大连：大连理工大学硕士论文，2008.
