剪纸鱼教学设计

剪纸鱼教学设计（共5篇）

1.剪纸鱼教学设计 篇一

主要用于双边剪过程信号采集处理, 实现双边剪自动化剪钢。双边剪安装在精整剪切线上, 用来剪切经轧制、矫直、冷却、修磨后的单张钢板的两个纵向边部的同时, 把切下来的边条横向剪切成一定长度的碎边小块并以收集。

2、电源系统

2.1 动力电源系统

双边剪主电源由2路AC380V交流电源构成。第一路分别经过一个6400A的断路器之后再分为两路分别给4个800KW整流回馈单元供电。另一路AC380V电源分别经过两个3200A的断路器之后给8个夹送辊供电和其他部分供电。

2.2 控制电源系统

PLC控制电源为AC220V/300A, 操作电源为AC220V/100A, 电磁阀电源为DC24V/300A, 6个磁头电源分别为AC380V/5KW, 备用为AC380V/100A。

3、传动系统

通过四台800KW整流回馈单元将整流后的直流电通过同一段直流母排给4个500KW, 2个300KW, 2个200KW, 1个75KW, 1个10K的逆变器供电。2台500KW的逆变器给2台250KW的主电机供电, 主机速度由编码器反馈给逆变装置。输入辊道由48个10KW的电机带动, 分别由一台6SE7038-6TK60/500KW逆变器供电。输出辊道是32根10KW的电机拖动的, 分别由2个6SE7033-7TG60/200KW的逆变器给他们供电。移动装置为37KW的电机由一台75KW的逆变器向其供电, 电机转速由编码器反馈给逆变器。激光划线由一台5KW的电机拖动, 由一台10KW的逆变器给他供电, 电机状态由编码器反馈给逆变器。

夹送辊由8个60KW, 直流电机分为前后两组控制, 每个由1个120KW的直流装置拖动。电机的运行速度由编码器反馈给逆变器。8台夹送辊电机风机为2KW电机构成。

主电机风机由4台1KW的电机构成控制方式与夹送辊相同。4台主机制动器由1KW交流电动机构成, 移动侧和固定侧剪刃侧隙调整为可连续正反转的电机构成, 接触器断路器控制热继电器保护。移动底座电机风机和制动器由交流电机构成。2台换刀车移动电机5KW连续正反转的电机构成。换刀车旋转台电机也由连续正反转的电机构成。

液压站由3台低压泵电机, 2台高压泵电机, 2台循环泵电机, 4台干油泵电机, 2台稀油泵电机构成。废料收集为可正反转电机。所有的风机和小电机都是有断路器接触器控制热继电器保护

4、PLC控制系统网络

通过厂内以太网信号, 接至交换机, 工控机和S7 400PLC到交换机端口。控制器与驱动器以及所有的变频器和ET200M通过DP总线连接, 接触器控制的电机分别由ET200M控制。在DP总线上挂了3个TP170触摸屏。

5、PLC模块主要性能及技术参数

6、结语

随着科技的发展, 自动化控制水平越来越高, 以后的双边剪控制系统技术越来越成熟, 应用越来越广泛, 本文以抛砖引玉的形式简述了双边剪控制系统的原理, 仅用于进行技术探讨与交流, 希望广大读者斧正或介绍更好的控制模式, 无任何商业与获利目的, 若文中涉及部分技术专利或著作权限, 敬请包涵谅解或联系编者修改删除。

摘要：双边剪通过电气传动控制和PLC系统控制, 从而实现自动化送钢、剪钢、废料回收等生产工艺, 满足整条生产线快速、高效生产的需求。

关键词：自动化,传动,控制,PLC,系统

参考文献

[1]沈重编著.《滚切式双边剪设备设计及使用说明书》.

2.土壤抗剪强度测定理论教学与实践 篇二

农学基础是农业机械化及其自动化专业的学生的一门必修课程,本课程以大田作物为研究对象,教学任务是使学生掌握“三基”—农学的基本理论、基本知识和基本技能。因为农机化的本质就是农机与农艺结合,农业机械化的实现将是农业生物技术与工程技术融合的产物,农机与农业的配套是当前农业向机械化发展中的关键,所以学生必需掌握农业生产的过程和技术。显然,农业机械化及其自动化专业的学生学习农学基础的侧重点不是如何搞作物栽培,搞育种,而是了解土壤、作物、种子、无土栽培的基本知识和农业生产上的具体内容以及农业新技术等。这些内容最难的是土壤这章的一节土壤抗剪强度的测定,因此,根据我院工科学生的学习农学基础的特点,围绕着培养现代农业化的高素质人才的教学改革指导思想[1,2]我们开展具体工作,砍掉了前几年一直开设的几个实验,保留下唯一的一个实验即土壤抗剪强度的测定的实验,做到少而精。

1 土壤的抗剪強度的教学

1.1 通过直接剪切实验明白库仑定律

土壤的抗剪強度概念,土壤的抗剪強度见图1。

P-荷载S-抗剪强度C-粘结强度

图1中的土壤的抗剪強度是指耕作机械部件用各种变形的方法破坏土壤时,土壤颗粒运动所产生的最大内部阻力,土壤抗剪力包括土壤粘结力和内摩擦力。土壤抗剪强度是土壤在外力作用下,其一部分土体对另一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。

s—要求测定的土壤抗剪强度值(土壤抗剪强度

S与正压应力P关系);

S与P关系曲线—土壤抗剪强度曲线;

C—土壤粘结力;

φ—土壤内摩擦角;

通过直接剪切实验让学生明白库仑定律。

库仑定律的表达式:

砂土S=Ptgφ(C=0)

粘土S=Ptgφ+C

或者说通过直接剪切试验得到上面公式,这个表达式即为著名的“Colomb”定律。

库仑定律叙述为:砂土的抗剪強度S仅等于法向应力P与内摩擦力系数tgφ之积的内摩擦力;粘土的抗剪強度则为内摩擦力Ptgφ与粘结力C之和。

1.2 土壤抗剪强度与土壤附着力的关系

农机具在地面行走时,土壤产生的反作用力称为土壤的附着力,或水平推力。在拖拉机的履带或轮胎的接地面积内,承受着和车辆相同的垂直压力,履带的履齿或轮胎的花纹之间充塞着泥土。

当车辆运动时,接地面积内就产生土壤剪切,所以土壤的附着力是由土壤的抗剪强度产生的。

M.G.Backer根据库仑抗剪强度的公式,建立了计算土壤附着力的公式:

式中,A为接地面积,W为机具重量。

从上式可以看出,土壤附着力的大小,除决定于土壤特性,即C和?值的大小以外,对一般土壤来说,为了产生必要的推力,A和W这两个因素都是必要的。

但对于含水量饱和的粘土(如我国部分冬水田)来说,φ=0,所以农机具的重量并不产生推力,并且C亦很小,即增加接地面积作用亦不大。

2 土壤的抗剪強度的实验

实验目的:了解应力控制直剪仪器的构造及工作原理;掌握应变控制仪测定土壤抗剪强度的操作方法;掌握测定土壤内摩擦角和内聚力的方法。

2.1 测定土壤抗剪强度的基本原理

土壤抗剪强度是土壤在外力作用下,其一部分土体对另一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。

直接剪切试验是室内测定土的抗剪强度的基本方法。试验的主要仪器是直接剪切仪,其中主要部件剪力盒,如图2所示。用环刀窃取土样,并把它推入剪力盒内,土样面积F=32.2cm,通过加压板在土样上的平均法向应力P=N/F,法向力是由砝码通过杠杆施加的。当剪力上盒固定,下盒施以水平力T,当剪切破坏时的最大水平力Tmax,除以土样面积的平均剪应力S=Tmax,/F。

1-加压板2-上盒3-下盒4-土样5-支架6-透水石7-滚珠

剪力盒分上盒和下盒两部分,上盒固定,下盒可沿水平方向滑动。试验时,将士样置于剪力盒内,在加压板上施加垂直压力P,使土样受到平均垂直压力σ=P/A(A为土样面积)。随后在下盒施加水平力,使土样沿上、下盒的分界面处受剪,当水平力增至T时,土样发生剪切破坏,此时的极限剪应力τ=T/A,即是土样在垂直压力σ作用下的抗剪强度τf。为了了解土的抗剪强度随垂直压力的变化规律,试验时可取4～5个相同土样,在不同的垂直压力下剪切,这样,对应于不同的垂直压力。σ1、σ2、σ3、σ4……,可以得到相应的抗剪强度τf1、τf2、τf3、τf4,……。将试验结果绘制τf—σ关系曲线,如图3所示。

(a)无粘性土(b)粘性土

τf-σ关系曲线称抗剪强度线,其表达式为:

砂土τf=σtgφ

粘性土τf=σtgφ+c

tgφ—抗剪强度线的斜率,称土的内摩擦系数;

φ—抗剪强度线与水平线的夹角,称土的内摩擦角,一般砂土φ=26o～40o,粘性土φ=13o～28o;

c—粘性土抗剪强度线的纵截距,称土的粘聚力,一般c=20～650kPa。

土的抗剪强度的内摩接力σtgφ和粘聚力c两部分组成,φ和c是土的强度指标,砂土一般无粘聚力c,只有内摩擦力σtgφ。粘性土的粘聚力主要来源是土粒间的分子引力和土粒间化合物胶结。前者称原始粘聚力,后者称固化粘聚力。原始粘聚力随土的压密,土粒间的距离减小而增大。固化粘聚力随胶结物的结晶和硬化而增强,但当土的结构被破坏,固化粘聚力即消失,且不能恢复。对于不同的土,c、φ值不同。对于同一种土,在一定的物理状态下,c、φ是一确定值,可以作为反映土强度的两个基本指标。

2.2 土壤抗剪强度τf的计算

土壤抗剪强度τf=T/A,T为施加在剪力盒下盒上的水平力,T的大小与测力环的变形量R成正比,即T=KR。

故τf=KR/A,令k/A=C,则τf=CR,而C在测力环出厂时即已标定(本试验装置中C=1.923KPa/0.01mm)。因此,只要测出测力环变形量R即可算出土壤在该状态下的抗剪强度。

2.3 实验器材

试样:用环刀切取原状土壤,测定其试验前的土壤容重及含水量(后者以切下的小土块进行)土样上下用方玻璃片盖好备用。

设备用品:应变控制式直接剪切仪、砝码、螺丝刀、测微表、秒表、方玻璃片、腊纸、切土环刀、切土刀、铝盒、润滑油少许。

2.4 实验步骤

为了使学生做好该实验,我们反复研究和琢磨该仪器,反复修改实验指导书,最终制定出理论与实践相结合的实验步骤。

1)取下加压框架,了解剪切盒及其部件的构造。

2)装土样:对准上下盒,插入固定销钉,在下盒内放一透水石,其上再放腊纸一张。将盛有试样的环刀平口向下,刀口向上,对准剪切盒的上盒,在试样上放腊纸一张及透水石一块,然后缓缓将土样推入盒内,并依次放上活塞、钢珠。

3)缓缓转动手轮甲,小心使推轴与剪切盒及测力环正好接触,但尚未加力(此可由测力环的测微表指针稍有微动得知)。

4)调零:缓慢转动手轮甲,小心使推轴与剪切盒及测力环正好接触,但尚未加力(此可由测力环的测微表指针稍有微动得知)。再看测微表的指针是否指在零处,否则进行调零,旋转上表盖调零。

5)调杠杆平衡:加上传压框架,刚好压在土样,去掉所有外加重力(秤砣和砝码的重力),顺时针旋转手轮乙,使升至最高点位置,调节平衡锤,使杠杆平衡,处于水平状态。再逆时旋转手轮乙几圈,开始依次加秤砣和砝码,在载荷时要一次轻轻加上(松软土质为防止其挤出应分次施加)。当土样受压下沉时,杠杆上的秤砣和砝码也平稳地下沉,试验过程中压力是无变化的。剪切时使降至最低点位置,在整个试验过程中严禁顺时针方向转动手轮乙,以免产生间隙震动土样。

6)拔销后开始测试读数。加妥垂直重压力后,立即拔出剪切盒固定销钉,开秒表,开始以每分钟6转的速度均匀摇转手轮甲进行剪切试验,使土样在3～5分钟剪损。每转一圈应读计测力环测微表读数,实验进行至连续若干读数不再增加或有所减退时为止,此时认为试样已经被剪损。也可以用电动的,不用手动摇转手轮甲,直接开电动开关,选择合适的电动机档位,使手轮甲匀速转动,读下测力环测微表中最大一次读数并记下它。

7)卸载并装回各部件。卸除载荷后,取出试样观察,自剪切面附近取出两小盒土样测定试验后的含水量,擦净仪器并装回各部件。

8)秤砣力和砝码力一同视为外加载荷重压力。

9)注意事项:

(1)在试验过程中,不要将手或脚放在秤砣、砝码下面,以免操作失误扎伤手脚;

(2)切忌用潮湿的手接触电动开关,以免触电;

(3)要专人负责拔和插剪切盒的销钉,以免手轮甲转动后,开始进行剪切时才想起销钉忘了拔,使得销钉受弯曲变形,损坏试验仪器;

(4)进行试验的人员要分工明确,要专人负责记载外加载荷重压力,手轮甲的转数,剪切时间,测微表的读数;

(5)外加载荷重压力的秤砣、砝码在试验中应悬空,不要碰到任何物体,以影响测量精度。

2.5 实验报告

为了检验和考核学生是否真正弄懂实验原理和清楚实验步骤,我们编写出实验报告,实验后学生提交实验报告,教师及时批改,保证了授课与实验的质量。

实验报告格式:

班级 姓名 日期

应力环编号

垂直压应力σ=P/A= kPa

剪切历时 分 秒,手轮转速 转/分。

抗剪强度 kPa

内摩擦角φ=内聚力C=

3 结语

本文从开展土壤抗剪强度的测定实验来说明突出农学基础教学的难点,做到理论教学与实践相结合,为实施该试验的教学计划所采取的方案和步骤,为培养现代化的农业机械化人才做出了努力。

摘要：根据工学院人才培养目标和人才培养规格,以理论与实践相结合为原则,制定教学大纲与实践教学大纲,建立农学基础课程的教学计划体系以及相应的章节内容,并按大纲的要求进行教学与实践,教学进程紧紧围绕理论与实践两条主线进行,为学生适应农业现代化服务提供理论支持。

关键词：土壤抗剪强度,测定,理论教学,实践

参考文献

[1]田官贵.略谈21实际高校人才培养质量[J].江汉论坛,1999(4):121-125.

3.可调式握力高枝剪设计及分析 篇三

果树的修剪与果实采摘是果树生长管理时期不可或缺的重要环节。我国的水果生产量居世界首位,果树种植分布地跨大江南北,产生了大量的果园修剪和采摘作业量。虽然,近些年我国采摘机械得到迅速发展,采摘器、动力剪枝采摘工具等采收机具已有所应用; 但已有机具大多功能单一,不能解决果园生产中实际问题[1]。

利用高枝剪进行果树修剪和果实采摘作业,是以人手的握力来操作手柄,带动刀具的开合,剪断枝条或采摘水果; 但由于枝条的高度不等,传统的高枝剪长度不可调,造成了操作不方便。为此,本文根据果园种植的新型模式和果树的生长特性,将高枝剪设计成长度可调式,以方便操作。

1 果树修剪

果园一年四季都会有果树修剪作业,果树修剪对果树的生长大有益处:

1) 减少多余的枝条覆盖,提高有效叶幕层,增加有效叶系数,提高光合作用。叶片是果树光合作用的场所,光合作用可以为果树累积充足的有机营养,促进果树高产。

2) 通过修剪枝条来控制果树枝条生长的顶端优势,并促进花芽分化。修剪后,入夏时枝条顶端即停止生长,养分不消耗在顶端生长上,枝条顶端形成叶丛枝,叶而积大,又都是成熟叶片,光合效率高,能增加枝条的营养积累,从而提高了顶芽细胞质的浓度,即可完成花芽分化,第2年春季就能开花[2]。

3) 修剪果树可以克服树体外围结果和产量大小年的现象。树体自然生长,造成内部枝条过密,结果部位外扩。过分提高果树当年产量,树体营养亏损,引起第2年开花结果少,产量下降,形成大小年。

2 高枝剪设计

2. 1 工作原理

握力式高枝剪适用于各个季节果园内枝条的修剪及果品的采摘,不受季节性、通过性和地域性的限制。其单纯依靠人力通过手柄的捏合,带动拉线,拉线与动刀铰接,在一捏一合的动作下完成剪枝。剪枝机构运动简图如图1所示。图1中,人手握住手柄从a位置向b位置运动,带动动刀从a位置向b位置运动; 伸缩杆则可以根据工作对象的高度调整到相应的长度。

2. 2 机构构成

可调式握力高枝剪由手柄、伸缩杆、传动机构和剪刀4部分组成。

伸缩杆分为3节可调伸缩部分,根据伸缩杆上打孔的数量实现有级可调,通过3部分杆件的伸缩配合可实现8种作业高度,完全打开可以达到5m; 如加上人的身高,最大作业范围可以达到6m。收纳后,杆子最短为1. 8m,便于携带。调节部件用来控制伸缩杆的伸和缩,伸缩杆的3部分中间一节是固定不动的,其余两节分别以中间部分为基准向上、向下伸展( 调节器a控制第1节向上伸展,调节器b控制第3节向下伸展) 。

传动杆在伸缩杆内部,连接手柄的拉线,也分为3部分以配合伸缩杆的伸缩,依靠手力捏合即可剪断高处的枝条。

刀片加装塑料齿状夹子,可在剪枝时夹住枝条,也可夹住采摘的果实。修剪刀头可以旋转,增加操作人员的可视角度。

手柄可以旋转,这样操作人员就可以灵活工作;刀头上加装锯片,可去除一些较粗大的树枝。机构整体构成如图2所示。

2. 3 高度调节部件的设计

可调式高枝剪伸缩杆选用铝合金材质,进行了镀铬处理。铝合金材料密度小,强度与质量比高,在生产过程中加工成型方便,在便携式工具的研究中已经得到了广泛的应用[3]。铝合金镀铬后,不仅可以有效提高其装饰性,还可以增强其防腐性和耐磨性,能极大地提高伸缩杆在果园复杂环境下的使用寿命。伸缩杆结构及3节伸缩杆的截面参数如图3所示。在每节伸缩杆上都冲压了1个半径3mm的凹槽,来作为伸缩杆伸缩运动的导轨和导槽,保证伸缩杆无相对旋转,从而便于各节伸缩杆在达到预定位置后实现全部约束。

3节伸缩杆之间的连接和调整由调节器a、b来完成,调节器结构和参数如图4所示。调节器采用按钮式设计,操作方便,可靠性高。将调节器安装在1、2节伸缩杆和2、3节伸缩杆的结合部位,通过卡销对两节伸缩杆相对位置的限定,来实现伸缩杆的有级调节。

2. 4 剪切部件的设计

高枝剪的主要作业目的是剪断枝条,所以关键部件是剪刀。握力式高枝剪的剪刀与普通剪刀不同的地方在于以下3点:

1) 刀片分为一动一静,握动手柄是带动动刀片的开合,定刀与伸缩杆在一条直线上保持不动;

2) 刀刃形状不是直线,而是圆滑的弧线,且刃口单面成楔形,能够实现滑切。因为滑切要比砍切省力[4],所以这种刀刃可以更方便操作。

3) 两片刀片上分别有一个带有锯齿状的夹持件,在剪断枝条的同时可以夹住剪下来的枝条。这样,废弃的枝条就不会搭接在枝杈之间,从而阻碍有效光合作用的进行,并且方便废弃纸条的回收。

3 刀具模型分析

3. 1 创建高枝剪刀具参数化特征模型

在Inventor零件环境下通过拉伸、切削、打孔、扫掠等命令构建1: 1的高枝剪刀具的三维参数化模型,如图5所示。

3. 2 基本假设

在AIP中进行有限元分析之前,要进行基本的假设。对参数化模型的假设包括:

1) 认为高枝剪刀具的材料是各向同性;

2) 受力过程中的变形量与实际尺寸相比相当小;

3) 工作过程中剪刀承受的是静载荷。

3. 3 载荷计算

握力式高枝剪剪切力来自于人手的握力,握力的大小可以根据以下回归方程[5]计算得出,即

式中GS—握力的千克数;

KG—人体体重;

F—人手的握力。

人的体重按照男士65kg、女士50kg计算,那么男士正常的握力应该在400N左右,女士正常的握力为250N左右,随着体重的增加握力还会增大。

手柄采用工程塑料制成,基于人体工程学设计而成。利用杠杆原理,保证操纵人员在减除一些粗的树枝时不需费很大的力便能轻松完成剪枝任务。在手柄上加装回位弹簧,剪枝完成后保证手柄回到原位,为下次剪枝做准备。手柄空套在伸缩杆上,这样在剪枝时可以灵活转动,提高剪枝效率[6]。杠杆原理的计算公式为

为了使理论计算数值更接近实际情况,握力的作用点选择在手柄的中间位置,剪刀刀刃的受力点也选择在中间位置。量取手柄的力臂与剪刀的力臂之约比为5: 2,那么握力与剪刀的剪切力之比为2: 5,即人手能提供给剪刀剪切力为5F /2。

滑切过程中的经验公式[6]为

P3s = 常数

式中P—切割阻力;

s—滑切长度( 刀刃沿刃线方向移动的距离,与切割角α有关) 。

Ph—滑切力( 此时滑切力等于剪刀的剪切力,即Ph= 2. 5F) ;

lh—滑切长度( lh=d/cosα) ;

Pz—正切力;

d—枝条直径。

整理以上公式,得出

设计中,握力式高枝剪剪刀的切割角α = 12°。因此,经计算得出F = 0. 397Pz。

使用最大量程为1 000N的推拉力计,安装一个带有刀片的刀头,选择桃树不同位置的多根枝条,针对直径不等的多组枝条分别进行50次剪切试验,并记录数据。试验表明,在直径小于15mm范围内的枝条均可以成功被切断。当取极大值1 000N时,仍然在人手的正常握力范围内。

3. 4 高枝剪刀具的有限元分析

参考市场上已有的一些农用刀具( 如剪刀、菜刀等) 的材料,高枝剪刀的材料选择不锈钢440C。这种不锈钢具有较高的硬度,屈服强度高( Qs = 689MPa) 、塑性好,适合制作高质量刀具,可用于耐腐蚀环境下,如图6所示。

根据剪切试验所得的数据对高枝剪的剪刀施加载荷,并利用AIP中的ANSYS进行有限元分析,得到高枝剪剪刀的等效应力、安全系数和变形量。在机械设计中,只有安全系数k≥1的设计才可以被接受。一般认为控制在2 ~ 4之间的设计最为合理,而且设计中最大等效应力要小于材料的屈服强度,各个方向的变形量要控制在5mm以内[7,8,9]。分析结果表明: 剪刀的最大等效应为541. 74MPa < Qs,最大变形量约为0. 31mm < 5mm,最小安全系数为1. 27 > 1。图7为软件分析所得的变形和安全系数的云图。

4 果园试验

2013年,分别在顺平县桃园和顺平县苹果园对高枝剪进行了剪枝和果品采摘试验。在操作过程中发现: 可调式握力高枝剪携带轻便、操作省力,可以轻松剪断截面直径小于15mm的枝条,也可以对截面直径更大( < 20mm) 的枝条进行修剪,且刀具完好无损。操作过程中,通过对伸缩杆的拉伸调节,可以对果树高度范围内的任意枝条进行修剪,而且视角灵活,并能够实现树冠处的果实采摘。

5 结论

根据果树修剪的作业要求,利用人体的自然握力,设计了可调式握力高枝剪。因此,对伸缩杆结构、伸缩调节器和剪切部件进行了参数设计和三维建模分析,通过内嵌于Inventor软件中的Ansys有限元分析软件,重点对其剪切部件进行了静力学分析,结果显示高枝剪剪刀能够满足工作时的力学要求。果园实际操作表明: 可调式握力高枝剪可以完成截面直径< 20mm的果树枝条修剪和成熟果实的单体采摘,适用于高度 < 6m的果树。该设计能够满足桃园、苹果园等果园内的剪枝、采摘等工作要求,操作方便灵活,工作环境不受时间和地域限制,环境适应性强,工作可靠。

摘要：可调式握力高枝剪的设计包括外观参数的确定和刀具的设计。根据大宗果树的生长状况确定高枝剪各关键部件结构及参数;根据高枝剪在果园作业受到剪枝过程中刀具剪断和夹持枝条所需力的大小进行刀具的设计。通过在Inventor软件中构建可调式手握高枝剪三维模型,利用AIP中的有限元功能对模型进行分析,得出果园工作环境下高枝剪的安全系数和变形量。果园作业试验结果表明:在该设计参数下,高枝剪性能可靠、使用灵活。

4.剪纸鱼教学设计 篇四

1 切分剪机组的液压系统介绍

切分剪机组主要包括切分剪本体、摆动辊道、侧导辊。切分剪机组采用液压驱动,可以实现手动和自动控制模式。

1.1 切分剪本体和液压系统

切分剪本体主要由机架、剪切上刀架、压料装置等组成。

(1)剪切上刀架:它是切分剪的剪切机构,与下剪刃规格相同的上剪刃安装在倾斜的刀座上,用螺钉将上刀架与上剪刃把合在一起。上刀架上设计了一对定位楔,其用途是为保证在剪切时上剪刃位置不发生改变。

(2)压料装置:压料装置设置于剪机入口,用于在剪切时防止钢板翘起,从而撞击剪刃、加大剪切力。压料架采用焊接结构,可实现上下运动,其执行机构是机架左右立柱上的液压缸,当剪切钢板时,压料架压下,不剪切时,压料架抬起。两侧压料缸上下同步动作是通过同步齿轮齿条结构来实现的。压料架的上极限位置通过安装在机架上的接近开关来控制。由于剪切温度较高,压料架在剪切时需直接与钢板接触,为保证压料架的寿命,本压料架通净环水冷却。

(3)液压系统:剪切上刀架向下剪切由动缸带动实现。为了满足剪切力的要求,切分剪采用剪切主液压缸和剪切副液压缸串联形式;在液压系统中,设计了两级安全插装阀组、进油插装阀组、背压插装阀组、缓冲蓄能器。压料机构的执行元件是两个串联的的液压缸,液压系统包含了进油插装阀组、蓄能器、压力表,蓄能器用于在紧急事故的备用压力源。剪切和压料机构的液压系统原理图如图1 所示,侧导辊机构和摆动辊道液压系统原理图如图2 所示。

1.2 侧导辊机构和摆动辊道

(1)侧导辊机构:在输送辊道上进行切分前,将钢板推到固定导辊侧,使钢板剪切边紧靠导辊与定尺剪剪刃成90°。推板装置6 台安装在辊道之间,主要靠装有立辊支座,支座上装有两个立辊、四个辊轮,由液压缸驱动立辊座,四个辊轮在轨道槽上移动,实现钢板横向移动。根据侧导辊机构动作要求,液压控制系统包括电磁换向阀、液控单向阀、单向节流阀、安全阀等。

(2)摆动辊道:其主要用途是将剪切后的钢板运出,在辊道下部装有一个液压缸完成辊道的摆动,摆动辊道的执行结构是摆动辊道升降缸,用途是实现摆动辊道的整体升降、整体吊出检修。根据摆动辊道的工作过程,液压控制系统包括电磁换向阀、液控单向阀、单向节流阀等。

2 剪切和压料液压系统的仿真和分析

为了得到剪切和压料液压系统的相关动作曲线和特性,利用专业仿真分析软件AMESim进行建模和仿真,AMESim是由法国的IMAGINE公司开发的,具有操作简单、方便、界面友好的特点;AMESim具有多个元件模型,能够提供一个时域的仿真环境。

2.1 液压系统建模

依据剪切和压料机构的液压系统原理图,构造出液压系统的仿真模型图,如图3 所示。

2.2 仿真分析

仿真分析的优点是提高效率、节约成本。针对剪切和压料机构的液压系统,由于压料动作结束后,才能进行剪切动作,所以分别对剪切和压料机构液压系统的模型的压料动作、上刀架剪切动作进行仿真,得到压料动作、上刀架剪切的位移曲线如图4 所示,压料速度曲线、上刀架剪切的速度曲线如图5 所示。

(1)由图4 得,液压系统设计可实现机械动作功能要求。将图4、5 与设计工作参数比较,其压料速度曲线、上刀架剪切速度曲线与设计参数基本吻合。

(2)由图5 可见压料速度曲线、上刀架剪切速度曲线振荡较大,因此调整蓄能器参数,将压料蓄能器由6.3L变为10L,上刀架剪切系统的蓄能器由32L变为40L,然后重新进行模拟仿真,得到仿真曲线如图6 所示。从仿真曲线可见,蓄能器容量增加后,上刀架剪切的动作速度更加平稳,从而提高了剪切钢板的精度和效果。

(3)按照蓄能器容积变化后的参数的液压系统,在调试时采集相关数据,绘成如图7 所示速度曲线。将图7 与图6 对比可见,压料速度曲线和上刀架剪切的速度曲线的仿真结果和实际工作情况基本吻合,实际速度比仿真速度稍滞后,这是由于实际管路铺设时弯曲较多,并且液压阀的动作时间比仿真的动作稍慢。总体来说,仿真结果对实际调试提供了一定参考,节省了现场调试时间。

3 结论

(1)根据切分剪机组工艺要求,设计了剪切和压料机构液压系统及侧导辊机构、摆动辊道液压系统。

(2)基于仿真软件AMESim进行分析,避免建立复杂的数学模型和公式,能够获得很好的电液系统的仿真效果;仿真结果反映出液压系统的性能,为设计、调试提供了参考。

参考文献

[1]张亦工.80MN双柱式预应力结构快速锻造液压机的设计研发[J].锻压装备与制造技术,2011,46(3).

[2]薛春兰,等.1800k N快速锻造操作机大车行进控制系统研究[J].锻压装备与制造技术,2015,50(1).

[3]付永领.AMESim系统建模和仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.

[4]严诺,郭亚军,王虎.基于AMESim的液压举升系统特性研究[J].四川兵工学报,2015,(2):73-75.

5.剪纸鱼教学设计 篇五

结构优化设计是近三十来年发展起来的一门新技术。优化设计能使设计者从被动的分析、校核的过程, 从而进入主动的设计过程, 这是结构设计上的一次飞跃。建筑结构优化设计不应该只是钢筋的优化。否则, 如果遵循同一本规范, 计算采用同样的软件, 设计所得的结果应该是一样的。这种优化过程将原有的安全贮备减小, 不是科学的工作, 不能称其为优化。

采用现浇框架剪力墙结构, 建筑的平面布置相对灵活, 广泛应用在高层住宅、旅馆等居住建筑当中。所以, 推广多高层框架剪力墙结构优化技术, 体现其带来的经济效益, 提升设计团队及开发商的综合竞争力, 提高设计质量, 避免过多的材料浪费, 提高优化设计工作的效率, 是应该有重大意义的。现今, 在限额材料用量的结构设计, 以及尚未有一整套通用的结构优化设计软件的环境下, 能有一套能为广大工程技术人员容易掌握的优化理论体系, 这应该是当前结构优化领域中的一个重要研究方向。鉴于钢筋混凝土多高层框架结构是当前多高层建筑常常采用的结构形式, 故本文简要介绍了多高层框架剪力墙结构的优化理论及控制因素。

2 结构优化设计的基本理论

结构优化设计理论的数学模型, 是将结构优化问题归结为约束极值问题, 包括选定设计变量、确定目标函数、建立约束函数等三方面的内容。

现列举一单跨简支梁的优化设计过程介绍结构优化设计的基本原理, 图1为某简支梁的计算简图。

图1的矩形截面简支梁, 已知模量E=2.1×105MPa, 密度P=78kN/m3, [σ]=200MPa, 按照设计规范, 梁高h应大于160mm, 梁宽b应大于80mm, 跨中最大挠度应满足dmax=0.00351。要求在跨中100KN的集中荷载下, 应该选取怎样的截面尺寸, 才可以满足使用要求的前提下用料最为节省。现在问题是如何进行截面尺寸选择。

一般的结构设计是按所受的外力P, 根据受弯构件的强度条件来选择抗弯模量S的。对于矩形截面, 根据结构要求和设计规范, 先确定一个h (或b) , 再确定b (或h) 。这样一组的h、h应该还需要刚度校核, 如果满足, 那么作为结构设计的任务可以完成了;如果校核不满足, 则需要另外选择一组h、b再进行校核。根据设计经验, 进行有限次选择后, 能得出既满足强度条件, 又能满足刚度条件的截面尺寸。从这里可以看出, 常规的结构设计没有把设计所追求的目标和应满足的条件有机的联系起来, 因此, 得出的结果不一定是最优设计值。结构优化设计则是从另一角度提出问题:由己知条件b=8cm, h=16cm, 即b与h值各自形成一个数值的集合, 两者的交集形成截面尺寸, 截面可以有无数组合, 但其中必有一组的组合既满足强度条件, 且重量最轻, 是最优截面组合值。由于结构优化设计把所追求的目标 (重量最轻) 与应满足的条件有机结合起来, 用优化法搜索, 直到达到最优的目标, 因此, 得到的应是最优设计。

2.1 设计变量

建筑结构优化设计分析中待确定的参数, 为设计变量, 可用XL或YL表示。如上面的例子中简支梁的截面尺寸b或h。设计变量有连续性变量和离散性变量两种。因为数学上处理离散性变量比较困难, 所以通常遇到离散变量时, 通过适当的简化方法来建立连接。设计变量的个数, 即为所要求解的最优化问题的维数。工程结构的复杂程度不同, 其最优化问题的维数也会有所不同。

对于某些参数, 是描述结构或建筑材料特性的参数, 在优化过程中, 其值是固定的, 可以作为常数考虑。例如上面的例子中简支梁的模量E和密度p。固定参数的选用应按实际要求选取, 并与所分析对象相对应, 以保证优化设计分析结果的正确性。

2.2 目标函数

目标函数是设计变量的函数, 代表所分析方案的某个重要的特征或指标[1], 可表示为F (X) 。目标函数随着问题的要求不同, 表现的形式也是不一样, 因此, 具体情况需进行具体分析。优化设计是从许多的可行设计方案当中, 以目标函数为标准, 找出这个函数的极值 (极小值或极大值) , 从而选出最优设计方案。目标函数的选取, 应能全面有效的反映方案的目标效果, 并能考虑到影响优化设计质量的各种因素。例如上面的简支梁优化例子中, 求梁的最轻设计, 同时满足几何约束、强度、刚度条件。这个求解目标, 就是目标函数。

2.3 约束函数

优化设计中, 寻求目标函数极值时的某些限制条件, 称为约束条件。例如上面的简支梁优化例子中, 梁的几何约束、强度、刚度条件。约束条件包括常量约束与约束方程两类[1]。常量约束表明设计变量的允许取值范围。约束方程是以所选定的设计变量作为自变量, 以要求加以限制的参数为因变量, 按一定的关系建立起来的函数关系式。

3 多高层框剪结构整体优化设计的造型控制因素

造型控制因素主要涉及的是建筑的造型方面, 包括:结构体系、基础体系及地下室楼盖结构造型、建筑平面规则性、建筑高度与竖向高宽比、楼盖结构体系、剪力墙的位置与数量等。在进行方案的整体优化时, 应该首先对造型控制因素优化。

3.1 体型

鉴于框剪结构是现今常用的建筑结构形式, 本部分内容主要论述该种体系的变形及受力特点。框架剪力墙体系, 它兼有框架体系和剪力墙体系两者的优点, 其建筑平面布置灵活, 也能满足结构承载力和侧向刚度上的要求, 能发挥较大的经济效益。为了增强房屋的抗扭能力, 剪力墙宜布置在房屋各区段的两端。在平面形状或刚度有变化时, 最好能设置剪力墙, 以加强该薄弱环节。

在一般的剪力墙结构中, 楼层剪力在各道剪力墙之间是按其等效刚度EIeq的比例进行分配。框架在水平力作用下, 其变形曲线为剪切型, 楼层越高水平位移增长越大。在纯框架结构中, 各棍框架的变形曲线类似。所以, 楼层剪力按框架柱的抗侧刚度D值比例而进行分配。对于框架剪力墙建筑结构, 框架与剪力墙之间通过平面内刚度无限大 (假定) 的楼板连接在一起。在水平力作用下, 使框架与剪力墙的水平位移协调一致, 不能各自自由变形, 在不考虑扭转影响的情况下, 在同一楼层的水平位移将会相同。因此, 框剪结构在水平力作用下的变形曲线应呈反S形的弯剪位移曲线。

3.2 基础体系及地下室楼盖结构造型

基础工程约占工程总造价的20%～30%左右, 因其位于地基下, 施工复杂, 难度大, 所以基础结构的优化设计尤其重要。同时, 应该充分重视施工方案的可行性。建筑地下结构的优化设计, 应包含基础选型、地下室底板、外墙、顶板结构设计及防水、地下室楼盖结构选型和上部主体结构嵌固部位构造设计等。其中基础体系的选择及地下室楼盖结构选型是最为主要的。文献[2,3,4,5]提供了一些主要的基础的选取原则:

⑴为保证建筑物不致发生过量沉降或倾斜, 并能满足正常使用要求, 建筑基础的选取应综合考虑建筑所在场地的地质状况、水位、其上部结构类型、使用功能、施工条件以及相邻建筑的相互影响。

⑵基础体系应选用整体性能好, 并能满足地基承载力和建筑物容许变形的要求, 同时能适应不均匀沉降, 以达到其安全实用和经济合理的目的。

⑶对于多层建筑, 当地基承载力较大, 或采用复合地基时, 可以优先采用独立桩基基础。

3.3 建筑平面造型

高层建筑的外形可以分为板式和塔式两大类。板式建筑平面两个方向的尺寸相差较大, 分为长、短边。为了增大一字形板式建筑短方向的抗侧刚度, 可以将板式建筑平面做成折线形或曲线形。塔式建筑平面两个方向的尺寸接近或相差不大, 其平面形状有圆形、方形、长宽比小的矩形、Y形、井形、切角的三角形等, 高层建筑常采用塔式的建筑平面形式。

建筑平面形状是简单规则的凸平面, 如圆形、正多边形、椭圆形等平面, 可以减小风压。有较多凹凸的复杂形状平面, 如V形、Y形、H形平面等, 则对抗风不利。因此, 对抗震有利的建筑平面形状应该是简单、规则、对称、长宽比不大的平面。平面形状不宜过于狭长, 突出部分的长度不宜过大, 不宜采用角部重叠或是细腰形的平面形式。平面过于狭长的建筑物, 当在风荷载作用下时, 有可能出现楼板弯曲。同时, 当在地震作用下, 有可能由于地震地面运动的相位差而使结构两端的振动不一致, 产生震害, 还可能出现楼板平面内高振型, 这种变形在一般计算方法中无法计算。建筑平面有比较长的外伸 (例如L形、H形、Y形等) 时, 外伸段与主体结构之间会出现相对运动的振型。

3.4 结构平面布置

建筑结构布置包括梁、板、柱、墙、楼梯间等构件在空间上的布置, 框架剪力墙结构的布置, 参考文献[2,3,4,5], 列出以下一些主要的结构布置原则:

⑴建筑的结构应设计成双向抗侧力结构体系, 主体结构构件之间不宜采用铰接连接。当有抗震设计要求时, 在两个主轴方向均应布置剪力墙, 增强抗扭及抗震承载变形能力。主体结构构件的中线宜互相重合, 结构梁与结构柱中线之间的偏心距不宜大于柱宽的1/4。

⑵剪力墙的布置宜符合下列要求:剪力墙应均匀对称地布置在建筑物的周边附近、楼电梯间、恒载较大的部位。在伸缩缝、沉降缝、防震缝两侧不宜同时设置剪力墙。剪力墙的布置宜分布均匀, 单片墙的刚度宜接近。剪力墙间距不宜过大, 应满足楼盖平面刚度的需要, 否则应考虑楼盖平面变形的影响。

4 结束语

本文从结构优化设计基本理论及造型控制因素等方面研究了各种影响多高层框架剪力墙结构优化的控制因素的特点及其控制要求。其中, 造型控制因素应包括体型、基础体系及建筑平面规则性结构布置等。从以上的研究和分析可知:结构体系与建筑高度、建筑平面长宽比、竖向高宽比等对结构的优化效果起着重要作用。

同时, 以上的研究表明:造型因素的控制是一个建筑结构方案合理性与否的前提条件。通过研究这些控制因素的特点及控制要求, 结合优化设计和满应力准则优化法原理, 可建立多高层框架剪力墙结构整体优化设计理论。

参考文献

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[2]戚鹏程.概念设计在建筑结构设计中的地位和应用[J].建筑科学, 2007

[3]包世华, 方鄂华.高层建筑结构设计[M].北京:清华大学出版社, 1992

[4]GB500ll-2001 (2005年版) , 建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社