外文翻译--地面电气控制工程在施工机械与地面之间的交互作用及其在建筑机器人学中的应用 中文版

1 地面电气控制工程在施工机械与地面之间的交互 作用及其在建筑机器人学中的应用 K. ,*, S. , R. , H. b ª125b 6809 004; in 005; 6 005 7 005 摘要： 在“地面电气控制工程 ” 技术 领域中，地面技术与电气控制技术相结合，而 “ 电气控制技术 ” 是 一种用电气控制机械的技术 领域。在“地面电气控制工程 ” 的领域中，一台建筑机器可以辨别出土壤和岩石，并自动评价他们的特性和地面的条件状况，同时最大限度的确定用以控制地面和机器相互作用的有效方法。在这篇论文中，一些研究被引用过来，并将以发展的观点对在该技术领域的研究进行阐述。 关键词： 地面电气控制工程；建筑机器人；土壤与机械的相互作用；地面条件评价；机械控制 1介绍 作为以加工 如土壤 ,砂砾 ,岩石等等 为对象 的 建筑机械的操作者，应大体上对地面的状况作出评价，并针对该条件作出最合适的运作方法。当建筑机器人在工地做同样的工作时，他应具有 评价地面状况，并由此决定最好的自我控制方法的功能。建筑机器人所具有的地面条件评价和自我进行控制加工过程的功能有望在未来的几年中成为最重要的功能。 作者认为，在“地面电气控制工程 ” 技术 领域中，地面技术与电气控制技术相结合，而 “ 电气控制技术 ” 是 一种用电气控制机械的技术领域。在“地面电气控制工程 ” 的领域中，一台建筑机器可以辨别出土壤和岩石，并自动评价他们的特性和 2 地面的条件状况，同时最大限度的确定用以控制地面和机器相互作用的有效方法。在这篇论文中，一些研究被引用过来，并将以发展的观点对在该技术领域的研究进行阐述。 2. 地面电气控制工程 在 的应用 喷射混合 方法 ( 一种 代表 性的 方法 ，被用来 改善建筑 施工现场场地的 深软土壤 。图 1和 2分别展示出了用于 器结构和 该机器的施工 过程 , 搅拌叶片附着在一绕轴线旋转的正方形钢管上，它被旋转着驱动到地下，当叶片接触到坚硬的地层时，他们被反转拔出，再此过程中，一种化学药剂混合物刀刃大使随员到正方形钢管是旋转在管的轴和是受驱策的到地面，之后刀刃达到坚挺的土壤层 , 他们是拔出地面的 。 化学的代理是然后送向下的穿用高压空气沿正方形管道注入 到柔软地层中。这种试剂与软土壤混合并其中的水分发生化学反应生成一种坚固的圆柱状物。这种方法坚固土壤，还用于做各种不同结构的地基。 在 要开发一种控制系统，该系统能够根据地面土壤状况来控制使化学药剂的注入总量达到最优，从而有效的使生成的坚硬柱状物的各部分成分一致。在“地面电气控制工程 ” 技术领域中，作者建议具有在建筑施工过程中对地面土壤状况可以进行适时性评价的系统应有效的被应用到机械的自我控制和建筑施工的最优化设计中来。 地面评价在 在 从测量机械的载荷和测量控制 机械的参数可以适时性评价出地面土壤的特性。 前者是作用在叶片上的搅拌扭矩和穿透抵抗力，后者是叶片的搅拌旋转速度和穿透速度。为完成地面评价系统，地面条件与机械载荷的关系以及机器的控制参数对该关系的作用必须要知道清楚。在这个问题上，有两种普通的方法，被应用到评 3 价过程中，用以来对待不明的地面条件和地面与机器的交互作用中 1 。第二种方法是，运用土壤的切削理论进行理论讨论来研究土壤的特性和旋转扭矩的关系 2 。 4 在本论文中，用后 者的方法 来 解释 ，因此，在理论上地面土壤的特性用混合旋转扭矩模 价。 土壤切断 图 3给出了 切 削 土壤 的 切 削 刀刃 的草图， 3 提出了关于水平切削阻力 验关系 式如下： B * B* b* (dt/, m)， m), 平移动刀刃的距离 (m),的切断反抗 阻力 (N/斜 角 ( 透 反抗 阻力 的系数 (N/ 是土壤和刀刃 之间的 摩擦角 ( 土壤 有关的 常数 。 右边第一部分表示当水平切削土 壤时的切断，第二部分是 刺入地面 时作用在刀尖上的反抗阻力，特殊切断反抗阻力 式 (1) 中表示为土 壤 对刀具 的 抵抗 力 ，尽管它经常在原地点测试出，然而它也通过等式 (2)用 内摩擦角 ( )和土壤的 粘着力 c (N/示。和 准穿 透 测试值 (有关，用等式 (3)和 (4)表示 . (c +p(z) =(20N)15 5 c = 03N 这个 标准穿透测试值 可以在指定的原地穿透测试中获得。 由测试 般情况下 1/m) 3。 与土壤的密度 和所处的深度 混合搅拌扭矩的推定 在 搅拌过程中，叶片绕钢管中心线旋转并 被 驱 入 到地面 ，作用在叶片刀刃的 搅拌扭矩可以通过计算沿管子轴线切削阻力的动量的积分，当搅拌叶片以垂直穿 透速度 v (m/和转动的频率 f (转 /驱入到地面时， 搅拌扭矩 T(以用下列公式表示： T = 4 (10_ (10_*4 f 地面的 搅拌扭矩 得到。 透速度 v (m/ 搅拌扭矩 T(相互关系可通过计算这些等式进行研究，可得下面的关系 式： T = a(v + b)( N + c)+ d. 在这里 , a, b, c, 混合 搅拌叶片 刀刃的大小和土壤的类型 决定的 常数 。通过比较计算结果和在一些实际地点并在通常施工条件下所测得的数据，可把他们分别设定为以下数据： 沙质型地面 : a=401N b=2.0 m/c=d =1417性地面 : a= 1200 N b = c = 0,d = 2000图 4显示出 估计 的 结果 ,在该图表中，通过这种方法预算的 值 对比着列出。 虽然在图中表现出一些分散 ,但 预 测的 得的 标准 。由此可以总结出：在 面的 法 来评定，也就是说， 6 在施工现场中，地面特性可以被适时性监控检测。 论文中介绍的地面评定方法被应用于建筑自动化中，也就是说，注射到地下的化学药剂的量能于每一寸土地的特性相一致，这样就可以产生结构一致的圆柱体。更进一步说，搅拌机械的操作方法能够由地面的特性来控制，这样在施工中可以发挥其最大的作用。例如，合适 的叶片穿透 速 度 6)中已测定的 的能力所决定。通过调整化学药品的用量和根据地面状况来控制叶片的穿透速度来优化 样就使材料和机械能量在施工中消耗最少，这也将意味着用该系统可以减小地理环境因素对施工的影响。 实的电气控制 土壤压紧中的振动滚筒 在道路 ,水坝 ， 小型机场和其他的 需要用 如土壤 , 砂砾和岩石 等 材料 来完成建筑施工的 结构建设 施工中，所用的 材料应该 被压实机械进行压实，以使 建造的结构稳定 可靠。振动的滚 筒是土壤压实机中的代表 ,在工作中旋转 它 所具有的偏心质量来产 7 生周期性的压实变力，用以压实土壤。 (图 片 1) 当压路机工作时，它振动的滚筒在地上振动 ,它的振动 作用可以改 变地面的机械属性 。利用这一现象 ,地面 特 性 可以通过 测量振动滚筒 作用效果来评定。这种观念已经应用到了地面 压 实领域。作者认为：用一种方法可以评价路面状况同时利用已经测定出的路面路面状况来控制滚筒的振动性能，这种方法也是地面电气控制工程这一领域的一个研究方向。 振动滚筒的作用 图 5和 图 6是测 出 的振动的滚筒的 加速度和 它的频率 。在测量中 ,砂砾 土壤 用中级 的滚筒 压实。图 5表示 的是 滚筒 在并为足够压实的 软地面 上的测试 结果 。从图中的数字易得出，地面的硬度对振动滚筒的振动作用影响重大，也就是说，在图 6中 硬的紧凑的地面 上，加速度这一简单的正弦波产生失真现象。在频率特征曲线上，光谱的组成不仅仅依据振动滚筒的操作频率，而且还依据一半的滚筒操作频率和它的组合 频率 （ 。 ）。 8 这里， 等式 7表示，该数值用来表示加速度的定量干扰， 示对加速度曲线的干扰越大，光谱干扰量 数字化模拟滚筒的状态 在数字化模拟中 ,振动的滚筒 和 地面 的 振动系统 由图 7中的 振动模型 系统来表示。振动的滚筒被假定在设定的地面振动模型中做周期性循环振动。等式 (8)表示该系统的 运动 方程式 5。 9 架 结构的 质量 ( 鼓的块 质量 (公斤 F 是最大的动态 周期 力(N), 框架 结构 之间 的 弹性 阻尼器系数 (N/m),是地面的 弹性系 数 (N/m)， Ns/m),Ns/m),m), 架 结构的位移 (m),s),m/ 10 字母 性系 数 与 地面硬 度 相 一致。 阻尼 系数对振动有减弱作用。在特定的振动条件下，振动过程中滚轮离开地面的时间是一致的。在模拟实验中，只有当滚轮离开地 面时，弹性系数 面的阻尼 系数 段时间的位移 8）得到，它的频率特性可以通过傅立叶转换得出。 该模拟系统中用到的各种不同的滚轮和地面的机械参数的组合如下： 图 8表明： 模拟 的结果，用 就是说，它与地面的硬度 图中数据易得出：尽管 机械参数对实意味着，地面的硬度并不能由 虑到不同类型和尺寸的振动滚轮应用于建筑 领域，该领域采用此方法是不充分的，因为，当这种方法应用于压实领域时，每一个振动滚轮都需要一个明确指定曲线，这样就太麻烦了。 11 无单位指数频率比 9), 频率比 筒 的 机械参数 产生的影响 ,图 9 是 重新整理图 8中的数据所得，频率比 图 9 表 明 虽然有一些 分 散 。这意味着， 此，频率比能够由测得的 为地面的阻尼系数 等式 (9)计算出来， 与各种尺寸滚轮的振动作用的测量结果作对比 。 滚筒对地面的压实作用可以通过滚筒与地面产生的接触应力来评价。这是因为它引起压力在地面上的传递，这在土壤压实中起重要作用。当滚筒彻底离开地表面又回到地表时，往往希望由撞击地面产生很大的接触力。接触力通过等式（ 8）中的值获得，它表达的是地面的反作用力。 12 因为接触力由滚筒和地面的交互作用确定的。假如滚筒的振动条件如操作频率和动态作用力通过地面硬度可调节 ，那么被期望的有效牙实效果就会实现。地面硬度和接触力的关系通过模拟结果进行研究，同时滚轮振动条件对该关系产生的作用在研究中被讨论，研究发现最佳频率能通过地面硬度决定，在最佳频率时，滚轮对地面的作用力最大。 图 10表明了 讨论 的结果， 最佳频率 与 地面硬 度 的 关系被绘制出来。在图中，水平线中的地面硬度值被地面滚筒系统的共振频率取代 5。 当地面硬度值 图 9去确定压实路面的最佳频率是可能的，当滚筒特定和用本论文中的方法测得地面硬度时，机器的机械特性系数也会知道。因此在“地面电气控制工 程”领域中，振动滚筒的最优控制系统可以实现，也就是说，从滚筒的振动特性中可以监测出地面的硬度，并由测得的硬度值决定最佳频率以最有效地对路面压实。 4. 其他的研究 在技术领域还有一些别的研究，以下是一些这些研究的典型例子。 13 自动机械控制 本研究的目标是研究一种 装载铲的 自动机械控制系统 6。 在这系统 ,已被挖掘出的 土壤外 部 形 这一信息会被一种 同时挖掘 铲 被有效的控制以装载土壤 。在研究中， 控制 程序的 算法 被检 查 的同时， 它的可靠性 也通 过模型实验 被 证实 。 隧道钻机器的 先进控制 隧道钻机器的前进控制方法基于地面与机器的相互作用发展起来的 ,在日本 它被称为盾形机械 7。在这系统 ,推 力 及其动量使机器沿着预先设计的直线前进，它们的值通过预测前进中机器受到来自土壤作用力的方法确定，系统的适用性已经在建筑施工领域的检测。 5. 结束 “地面电气控制工程 ” 技术领域的观念，通过介绍一些在该领域有实际用途的研究被评论，除论文中提到的研究和技术之外还存在有很多。在建筑领域，智能化机械的发展是该技术领域被期望的贡献。 14 参考文献 : 1 , , . 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