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随着经济的发展,当前交通运输业尤其是民航业呈现快速发展的态势,但是由于受到内部和外部等不确定因素的干扰,飞机失事的概率逐渐增加[1]。救生舱中氧气的精准供应,可为救援人员以及被困人员提供可靠的救生舱内氧气资源使用数据,进而提高受困人员得生几率[2,3]。为了确保人民群众的生命安全,寻求合理的方法对飞机失事后救生舱中氧气系统进行准确建模和控制,成为相关人员分析的重点问题[4,5]。飞机失事后的救生舱相关参数具有随机性和不确定性,飞机失事后面临的破坏性和环境都是大随机事件,救生舱氧气系统的控制需要对压力、气体温度和氧气系统参数的时间差数据的准确掌握,实现氧气系统性能的定量评估,而这些参数又很容易受到失事时外部环境的影响,无法预先设定。传统的氧气系统控制模型无法准确评估参数在恶化环境下的变化过程,仅能通过设定固定参数评估短期机组氧气性能变化情况,存在较大缺陷。通过对救生舱氧气系统压力、气体温度和氧气系统参数的时间差数据的处理,获取分析机组氧气性能得有价值数据,提出一种基于改进遗传算法的自抗扰控制器氧气系统参数优化模型,塑造考虑控制约束的自抗扰控制器参数优化设计目标函数,通过一种改进自适应混沌遗传算法对氧气系统参数进行整定,实现失事飞机救生舱内氧气系统的有效控制。仿真结果表明,所提控制模型增强了系统得动态性和静态性,可有效应对系统参数的动态性,具有较高得控制性能。
2救生舱氧气系统数学模型
为了估测救生舱氧气系统的性能,首先需得到救生舱氧气系统压力P、气体温度T和氧气系统参数的时间差t。依据氧气系统结构该中含有一个压力传感器,可通过瓶体氧气压力进行读数。由于该系统不含温度传感器,因此对正常气密性下的某飞机1个月的108个数据点进行采集,完成对上述数据点氧气压力值、外界环境温度以及驾驶舱内温度的偏相关分析,从而得到瓶体内气体的温度。偏相关性分析通常应用于各种相关的变量中,清除其中的变量干扰后,得到两两变量之间的简单相关关系。采用偏相关来分析消除氧气系统本身的渗漏率干扰后,外界环境温度与驾驶舱温度对气瓶压力的相关性。通过偏相关对其进行研究可知,驾驶舱内温度、外界环境温度以及氧气系统压力参数和氧气压力的相关性。氧气压力值主要受外界温度以及驾驶舱温度的影响,并且受外界环境温度的影响更大一些。基于来自空客的资料,可将瓶体内气体温度拟合公式描述成T=(TAT+Tc)/2,其中TAT表示外界温度、Tc表示驾驶舱温度。在通过点与点相比得到压差的过程中,为了使点和点在同一标准下完成比较,通过理想气体方程P1/T1=P2/T2,将压力转变成相同环境温度下的压力PS,各点的压力值均具有可比性,从而可得航段渗漏率PL=PS/t=(PS1-PS2)/(t2-t1),其中t1表示飞机着陆时间,t2表示为飞机起航时间。上述理想气体方程还可应用于任一温度下机组氧气系统压力的预测,从而降低了由于冬季航行前后温差较大而引起的需频繁更换氧气瓶的工作量,提高了工作效率。因为飞行航段时间间隔较短,系统压力值波动不大,易受到外界温度拟合精度以及压力传感器探测精度的干扰,造成最终得到的压力值变化很大。通过比较两个间隔超过24小时的点的压力值来解决上述问题,假设间隔24小时的渗漏率用PL24表示,为了清除采样过程中数据坏点的干扰,需完成对其的3天滚动平均,最终即可得到能够体现系统性能特性的24小时3天滚动平均渗漏率ΔPLavg24。ΔPLavg24=∑I=nI=1(PL24-1+…+PL24-n)/n(1)其中,n表示3天中点的总量。经以上处理后可基本得到研究机组氧气性能的有关数据。而对氧气系统效果的分析,和对氧气使用时间的估计则可采用一元线性回归法,其方法仅分析一个自变和一个因变量之间的统计关系。主要通过其分析标态氧气压力值PS和气瓶安装时间To的统计关系。假设PS和To的关系满足式(2):PS=U1+U2*To+_(2)其中,PS表示被解释变量,To表示解释变量,U1、U2表示待估计参数,_表示随机干扰项,其主要体现了PS被To解释的不确定性。通过普通最小二乘法对一元线性回归进行求解,具体的求解公式如下:Toavg=∑nI=1(To1+…+Ton)/n(3)PSavg=∑nI=1(PS1+…+PSn)/n(4)其中,Toavg表示解释变量均值,PSavg表示被解释变量均值。U2=∑[(To-Tovag)*(PS-PSavg)]/∑(To-Toavg)2(5)U1=PSavg-U2Tovag(6)氧气系统固有的气密性能随U2的降低而降低。U1值主要和各时间段有关,对性能分析不产生任何影响。该方法可完成氧气系统性能的机队排序,但是不能识别单机的性能恶化,仅可实现对未更换氧气瓶以及充氧数据的监控。而对于时间段较长的机组氧气性能改变的监测只能采用相互独立样本T检验的方法来完成,该方法能够分析短期机组氧气性能恶化的状态。该方法先采集前后两个时间段的PLavg24数据样本,通过比较上述两组数据的变化程度对机组氧气系统出现恶化的时间段以及恶化程度进行判断,该种方法不能完成整个机队的氧气系统性能排序。具体公式如下F=S21/S22(7)其中,S21表示上一时间段n项数据PLavg24的方差,S22表示下一时间段m项数据的方差,式(7F(n-1,m-1)分布,可采用差找F分布的方法得到F值,依据F对两组数据的差异性进行判断,若检测出两组数据相似概率低于2.5%,则可判断这两组数据有显著差异,从而基于两组数据的均值对氧气系统渗漏率的改便程度进行判断。
3自抗扰控制器氧气系统参数优化数学模型
遗传算法是一种依据生物遗传以及进化机制的适用于复杂系统改进的自适应概率改进算法。其模拟自然及遗传时产生的选择、交叉及变异等现象,从一个初始种群开始,在经过随机选择、交叉及变异处理后,得到一群更适应环境的个体,通过这样不停的进行繁衍进化,最终可获取到一群最适合环境的个体,从而得到失事飞机救生舱氧气系统控制问题的最优解。
3.1考虑控制约束的自抗扰控制器参数优化设计目标函数的建立评价失事飞机救生舱氧气系统性能的过程中,一般情况下会采用一个以失事飞机救生舱氧气系统瞬时误差e(t)为泛函的积分为目标函数,通过时间乘绝对误差积分准则(ITAE)对系统的动态性能进行评价,以时间乘与误差成绩绝对值的积分为性能指标,用式(8)描述JITAE=∫#0t|e(t)|dt(8)如果只考虑失事飞机救生舱氧气系统的动态特性,则给定的参数通常会造成氧气控制过大,不能实现预期的控制效果。由于氧气控制能量有限,所以将umax与umin作为一项重要的指标进行加权,则有Ju=umax-umin×∫#0|u(t)|dt(9)通过氧气控制能量受限以及氧气浓度误差泛函评价标准,采用权重系数法获取一个失事飞机救生舱氧气系统性能的评价指标,用式(10)描述J=Je+Ju=∫#0t|e(t)|dt+wk|umax-umin|×∫#0|u(t)|dt(10)通过上述过程可以得到目标函数的最优极小值,需要将其转化成极大值问题,因为J>0,故取g=1=J。遗传算法是一种自由选择的算法,在进行迭代时一定会出现很多不可行染色体,为了使算法能够高效的识别同时越过不可行染色体,需使系统的输出误差不超过给定范围。对于不可行染色体,通过惩罚策略赋予其一个很小的惩罚值,融入惩罚策略的遗传算法适应度函数可描述成:maxf=1/Ju<Umax,u>Umin,|e|<EPuUmax,u"Umin,|e|{E(11)其中,Umax与Umin分别表示氧气浓度控制量的惩罚上限及下限,符合UmaxUsatmax,UminUsatmin,其中Usatmax与Usatmin分别表示氧气浓度饱和输入的上下限,|e|表示氧气浓度控制误差允许范围,P表示很小的一个罚值。
3.2改进遗传算法自抗扰控制器氧气系统参数整定过程在实际应用时遗传算法会出现早熟收敛以及收敛效率低的现象,导致其不得不用很长的时间去寻找最优解。为了避免上述弊端,采用一种改进自适应混沌遗传算法完成失事飞机救生舱氧气系统参数的优化。该算法通过浮点数编码,依据个体适应度值的排序完成对父体的选择,并且结合了自适应交叉、自适应变异以及混沌移民,对失事飞机救生舱氧气系统得参数整定,其遗传算法整定流程图用图1描述。
3.2.1失事飞机救生舱氧气系统参数的编码通过经验设定法整定跟踪微分器、扩张状态观测器中饱和函数的幂指数a以及线性区域的边界d。进行简化操作后,遗传算法的搜索区域以及不可行染色体的个数均降低了,效率得以提高。变量的数量越多,计算精度越高,二进制编码的速度就越低,对于精度要求高,搜索范围大的遗传算法,可采用浮点数编码。而自抗扰控制器涉及到的参数很多,同时区间分布广,不适合采用二进制编码,所以在确定失事飞机救生舱氧气系统的参数时采用浮点数编码。
3.2.2失事飞机救生舱氧气系统参数初始种群的选取通过经验设定法确定一组失事飞机救生舱氧气系统参数。其中跟踪微分器参数r可通过对象的响应速度来确定,和扩张状态观测器有关的各种参数可通过提到的动态失事飞机救生舱氧气系统参数确定法来确定,非线性误差状态反馈失事飞机救生舱氧气系统参数可通过PD控制器控制一个积分串联型对象的参数来确定。失事飞机救生舱氧气系统参数需符合下式:u<Umax,u>Umin,|e|<E(12)在失事飞机救生舱氧气系统参数附近大范围随机搜索符合式(12)的个体,直至得到的个体数目与遗传算法中群体大小相同,从而防止了很多的不可行个体的出现,提高了失事飞机救生舱氧气系统参数整定的效率,如图1所示。
4实验验证
为了验证本文模型的有效性,需要进行相关的实验分析。实验将飞机失事后气体压力为150Pa,气体温度为28℃的救生舱氧气系统作为仿真验证对象。传统控制模型与本文控制模型调节阶跃响应仿真结果对比用图2描述。传统控制模型与本文控制模型氧气浓度信号跟随仿真结果对比用图3描述。图2分析图2和图3可得,本文控制模型与传统控制模型相比,调节效率高,超调量小,达到了一个很好的控制效果。在系统运行的初始阶段,本文控制模型的响应速度很快,在时间为25s左右时,舱内氧气即达到人体能够适应的安全范围内,在300s内即达到稳定状态;超调最大值也在18%—23.5%安全范围内。在系统连续变动已知的时,本文控制模型与传统控制模型相比,调节效率更高,超调幅值更小,可以稳定的保持在人体可接受范围内。在系统达到稳定后,在400s—450s之间加入3.6V电压,本文控制模型可以以更短的时间,更小的超调达到稳定状态,动态响应效果好。救生舱是一个多参数、强耦合的复杂系统。在系统运行过程中,任意参数的变化都会影响氧气系统的模型结构,如飞机失事后救生舱气体压力变为180Pa,气体温度为30℃,则氧气系统模型发生改变,此时传统控制模型和本文控制模型阶跃响应仿真结果对比用图4描述。传统控制模型与本文控制模型信号跟随仿真结果对比用图5描述。分析图4和图5可得,当氧气系统模型改变后,本文控制模型变化不大,控制效果仍旧很好,而传统的控制模型动态性能下降,超调量升高同时调节速度更慢。通过上述仿真结果可以看出,本文控制模型的调节速度快,超调量小,达到了很好的效果。在救生舱系统参数改变后,本文控制模型与传统控制模型相比,有更好的自适应能力,使得系统氧气浓度可以一直保持在人体可承受范围内,有着更好的稳定性以及更高的调节效率。
5结论
对已有建筑抗震加固的首要任务是地基基础的加固,根据地基的竖向承载力、水平承载力及不利地基因素,分别采取加强上部结构刚度、加固处理地基(注浆加固法、锚钎静压桩)、加大基础底面积、加大或加钢筋、结合灌浆等措施,提高基础承载能力,延长基础的使用年限。
上部结构根据实际工程概况分析加固原因和目的,进而确定结构的抗震加固方法。对抗震承载力不足或开裂受损的房屋而言,宜采取面层或板墙加固、拆除重砌、增设砌体或钢筋混凝土抗震墙、裂缝灌浆加固等措施。对于整体性差的砌体结构,采用增设构造柱、圈梁、钢拉杆或锚杆等措施加强纵横墙及其与楼屋盖的连接;也可采取增设托梁、预制楼屋盖增设叠合层等方法加强楼屋盖,从而提高结构的整体性。局部薄弱部位,如无拉结筋的填充墙、“女儿墙”、悬挑构件、平面不规则处等,采取有关拉结、增强承载力、拆除或平面切割等措施。以上的加固措施均属于传统加固方法,其基本原理是提高砌体结构的抗震承载力或整体性,主要措施是增大材料强度、加大构件截面、增设新构件等。
适用于砌体结构的直接加固方法[3,4]1)钢筋混凝土外加层加固法———属于复合截面加固法。其优点是施工工艺简单、适应性强,加固后的承载力提高明显,技术经验比较成熟;常用于加固柱、带壁墙,但其现场湿作业施工时间长,加固后建筑结构的净空有所减小。2)钢筋水泥砂浆外加层加固法———属于复合截面法。其原理是把欲加固墙体表面粉刷层剔除,在墙体两侧附设4mm~8mm的钢筋网片,然后抹水泥砂浆面层,常用于砌体墙加固及钢筋混凝土外加层加固带壁柱墙时两侧穿墙箍筋的封闭。3)增设扶壁柱加固法———属于加大截面加固法。其优点与钢筋混凝土外加层加固法相近,但承载力提高有限,不易满足结构的抗震要求,一般仅用于非抗震设防地区。
适用于砌体结构的间接加固方法1)包钢加固———也称粘结外包型钢加固法,以环氧树脂化学灌浆等方法粘结时,称之为湿式包钢加固。这种措施受力可靠,施工简便,现场作业量小,但用钢量较大,加固费用高,防护措施要求较高,适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸,但又要求大幅度提高结构承载能力的加固。2)预应力撑杆加固法———其优点是最大幅度地提高砌体柱的承载能力,适用于加固高应力、高应变状态的砌体结构;缺点是不能在600℃以上的高温环境中使用。
砌体结构构造性加固与修补1)增设圈梁———这种措施可用于既有砌体结构的圈梁设置不符合抗震要求、纵横墙交接处有明显缺陷及房屋整体性较差等工况。2)增设梁垫———该措施可用于大梁下砖砌体被局部压碎或大梁下墙体局部产生竖向裂缝等工况。3)砌体局部拆砌———当房屋发生局部破裂,且未影响承重及结构性安全时,将破裂墙体局部拆除,并采用高一级强度的砂浆及整砖砌筑。4)砌体裂缝修补———可根据砌体构件的受力状态和裂缝特征及其产生原因,针对性地进行裂缝修补或加固。常采用水泥砂浆填缝修补、配筋水泥砂浆填缝修补、灌浆修复等措施。2抗震加固新技术2.1减震隔震随着减震技术的发展,以及对历次强烈地震中建筑结构破坏形式的总结,我们可通过分析地震作用效应,采用减震隔震技术,减小既有砌体房屋在强震中所承受的地震作用。目前在既有建筑结构中常用的减震技术主要有基础隔震技术、消能减震技术以及调谐减震技术等被动减震方法。
【关键词】毕业(论文)设计 科研项目 创新素质 工作能力
【中图分类号】G642.477 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)09(a)-0238-01
毕业(论文)设计是学生在大学里系统学习专业知识后,进行的具有总结性的工程、科研训练,是学生综合素质和工程实践培养的全面提高阶段。它是教学中最后的一个重要环节,是一种综合训练,要求学生运用在大学的几年中所学的各门学科知识,在指导教师的带领下独立(或小组)完成规定的设计(研究)任务。这个教学环节能有效地培养学生的创新思维和创新能力,是高等学校培养合格人才的主要教学程序和教学手段。毕业(论文)设计成绩的高低,不仅反映出学生对基础理论、专业知识和基本技能掌握的程度,亦是评价学校教学质量的尺度之一。另一方面,学生即将走向社会,面临实际工作的考验和挑战,毕业(论文)设计在某种意义上来说是缩小学校与工作岗位之间差距的一种不可或缺的手段。因此,毕业(论文)设计这一教学环节是加强学生创新素质和工作能力的综合能力培养的重要途径。
近年来,结合着科研项目的进行,让本科毕业(论文)设计参与到项目之中,指导了多名机械专业本科生毕业论文。对在短短的三个月时间内指导学生完成论文,培养学生的科研能力,提高学生的综合素质和知识应用能力等相关问题进行了思考和实践探索。本文结合本科毕业(论文)设计与教师科研项目相结合培养学生创新素质和工作能力谈一些体会和看法。
1 科学选题培养学生的创新意识
本科毕业(论文)设计作为大学教育最后一个实践教学环节, 是学生对大学期间所学的基础课和专业课知识进行综合运用,为深化和拓宽专业知识,初步培养其科研思维和方法的重要实践,培养科研训练和科研能力的机会。所以通过毕业(论文)设计这一重要环节,可以大大提高学生的知识应用能力、实践能力和综合素质,是创新能力的培养与训练。
作者指导的本科生毕业论文题目都是来源于所承担的国家、自治区和学校的科学基金项目。针对学生掌握知识水平的情况,从这些科研项目中,在自己或硕士研究生所做的科研工作基础上选择提取合适的小题目给学生作为本科毕业(论文)设计题目,使学生的毕业(论文)设计成为自己科研课题中的一部分。这样的论文课题具有很强的理论意义和实用价值,并具有一定的前沿性。如在进行国家自然科学基金项目“金刚石圆锯片结构的动力失效研究”时,针对普通金刚石圆锯片在锯切时会产生刺耳难忍的噪音,随着环保意识的增强,噪音控制已成为设计金刚石圆锯片的重要指标,项目需要进行新型减振降噪锯片的结构设计。针对学生已经学习了《现代设计方法》课程和部分学生选修了《ANSYS有限元软件》课程。选题“降噪减振结构金刚石圆锯片的有限元模态分析”,要求用ANSYS有限元软件进行分析,寻找锯片噪音控制的影响因素和变化规律以及降噪锯片的合理结构参数。参加的学生对自己能亲自参与高起点科研项目的研究总是感到兴奋和自豪,有效的激发了学生的探索科学的积极能动性和培养学生的创新意识。
由于科研项目一般都是学科的前沿及与工程实际紧密联系的问题,学生必须要在十六周的有限时间里完成课题,在具体实施选题的过程中,要注意题目难度和分量程度的掌握与本科生的知识和能力水平相适应,太难了时间有限不能完成、分量不够达不到要求都会影响学生的论文质量,达不到培养学生能力和综合素质的目的。因此选题要结合本科生的知识能力、创新技术和教师的科研项目综合考虑,紧密结合专业培养方向,体现专业特点,坚持理论与实践相结合,难度和工作量相适宜,针对不同的学生特点设计不同的题目,充分调动学生的主观能动性,确保学生在有限时间内,运用所学习的理论知识和技能完成课题。
2 严谨开题培养学生的创新思维
确定题目后,在实施毕业设计(论文)教学环节之前,要将毕业(论文)设计的任务书发放到学生手中。任务书讲述科研题目和毕业 (论文)设计题目的意义以及社会应用价值,毕业 (论文)设计环节中的专业知识和研究手段在相应领域中的应用和作用,讲清课题的研究现状和提出有关具体的要求,指定参考书和提供一些必要的参考文献。让学生对即将进行的课题研究有一定的感性认识,并要求学习相应的专业软件。
学生拿到了任务书之后,还不应马上进入具体的实施。对参考书和参考文献要消化和理解,对研究的题目有更深入的认识,对题目的实施有可操作性的方案。因此安排3周的时间结合专业方向开展调研,同时教授学生进一步查阅与课题相关的资料和文献,给出课题相关的关键词等,如振动、躁声、消音原理和模态分析等,利用网上资源进行文献资料查阅。在检索查阅整理和消化相关的参考资料和相关文献的基础上,对题目的实施方案的可行性、技术创新性进行论证,有所发现,有所创造,并提出比较详细的技术路线和研究方法,写出开题报告。经过开题报告这一环节,学生查阅文献资料广泛获取信息,提出问题、拟定研究方案和设计方案,书面表达和口头表述等能力在内的基本创新思维能力得到锻炼和提高。
3 悉心指导培养学生的创新技能
学生做毕业(论文)设计的过程,是综合应用所学的知识,训练基本的科研能力,培养初步分析问题能力和解决问题的创新能力,这是一个循序渐进、由浅入深的过程。指导教师要悉心地指导学生,对学生研究过程出现的问题及时的给予点播和帮助,深化学生的专业知识,拓展学生的专业知识面,在实践中让学生掌握科研的一些最基本技能,通过正确的研究方法获得研究结果,让学生体会到如何把书本知识应用到课题实践中,从而提高学生自身的综合素质。如参加国家自然科学基金项目课题的学生根据改善基体结构,阻断节块与被切割材料间因摩擦和撞击所产生的振动在基体上的传播产生噪声,使噪声的产生、共鸣及反弹减弱的消音原理。在老师的指导和研究生的帮助下,根据以往的研究成果,学生们积极参与,对在锯片基体上开阻尼细缝、空冷槽孔和非等间距节块的特殊结构的金刚石圆锯片,探讨各种结构参数的影响,进行了多种结构参数因素影响的分析,并取得了阶段性的研究成果,为减振降噪锯片的结构设计提供理论依据。学生们通过项目的进行也掌握了一定的创新技能。课题组获得授权的中国实用新型专利“多孔基体与非等弧长节块复合结构的减振降噪金刚石圆锯片”上也留下了学生们智慧的影子。
4 结语
经过几年的实践体会到, 将科研项目与毕业(论文)设计相结合, 学生整个毕业(论文)设计的环节可以切实地参与科学研究活动,增强了本科生的创新意识, 是促进本科生科研能力与创新能力培养的重要途径之一, 组织得好可以做到教学与科学研究相互促进。
参考文献
[1] 吴盘龙,李星秀,薄煜明.毕业设计与科研项目相结合培养学生创新能力[J].理工高教研究,2007年10月,第26卷,第5期.104~105.
英文名称:Journal of Vibration and Shock
主管单位:中国科学技术协会
主办单位:中国振动工程学会
出版周期:月刊
出版地址:上海市
语
种:中文
开
本:大16开
国际刊号:1000-3835
国内刊号:31-1316/TU
邮发代号:4-349
发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1982
期刊收录:
CBST 科学技术文献速报(日)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
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中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1992)
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【关键词】轨道工程道床;可调式;减振;可调式框架板;钢弹簧浮置板
城市轨道工程采用的无砟轨道具有轨道稳定性高,刚度均匀性好,结构耐久性强和维修工作量显著减少等特点。根据道床使用功能可分为三大类,一般整体道床,可调式道床以及减振类道床。一般整体道床属典型的无砟道床,单纯的作为列车运行的载体,结构相对简单,因此本文不详加论述。
1、可调式道床
可调式道床是针对特殊的地质条件而设计的一种道床结构形式,如针对西安地铁一、二号线所经过得地裂缝地质结构,该类地质活动可对其上的地铁隧道及其他建筑物产生影响,进而使轨道的几何尺寸发生变化,可调式框架板道床就是针对这一地质结构而进行设计的一种可调式道床,当地裂缝活动对地铁隧道或其他构筑物的产生影响时,通过设计赋予道床的调节能力进行自我调整,确保轨道几何形态符合规范要求。
1.1地裂缝地质结构
地裂缝是地表岩、土体在自然或人为因素作用下,产生开裂,并在地面形成一定长度和宽度的裂缝的一种地质现象,当这种现象发生在有人类活动的地区时,便可成为一种地质灾害;地裂缝的形成是指强烈地震时因地下断层错动使岩层发生位移或错动,并在地面上形成断裂,其走向和地下断裂带一致,规模大,常呈带状分布。地裂缝对轨道的影响主要表现为:因地裂缝的活动造成隧道结构的沉降与位移,进而影响轨道的几何尺寸。
1.2可调式框架板道床
可调式框架板道床是针对西安地铁特有的地裂缝地质结构进行设计的,主要由钢轨、框架板扣件和框架板结构三部分组成。可调式框架板道床通过框架板扣件与框架板结构来应对隧道结构的位移和沉降;框架板扣件可调节轨道的轨向、中线偏差,当隧道结构因地裂缝活动而发生位移时,轨道的轨向和中线偏差随之发生变化,通过框架板扣件中的锯齿垫块和铁垫板的椭圆孔位移预留量调整轨向和中心偏差;框架板结构用于调节水平、高低、超高,当隧道结构应地裂缝活动而发生沉降时,轨道的水平、高低、超高随之发生变化,通过框架板结构下的调高垫板与调高用预制混凝土垫块进行调整。
1.3可调式框架板道床施工难点
1在西安地铁二号线F10地裂缝轨道工程施工过程中,在半径小于800m的曲线地段施工时,调轨难度异常大;分析原因:当遇到小半径曲线地段时,由于框架板结构刚度大,轨排钢轨无法弯曲,进而无法使轨道几何尺寸达到规范要求,因此组装轨排时应按铺轨方向先行放线模拟,对框架板轨排进行预弯,确保轨道曲线半径、曲线长度、曲线转向与所铺设地段相同。
2可调式框架板混凝土道床面高于框架板结构上表面,而道床中心设置排水沟,且沟底低于结构下表面,浇筑道床时结构下方易发生漏空现象,针对这一质量难题,我们在西安地铁一、二号线的可调式框架板道床混凝土施工过程中,通常采取以下措施:将混凝土坍落度控制在180mm,浇筑至框架板主体结构下表面上方2~3cm位置,严格按技术交底对框架板结构下混凝土进行振捣,并观察混凝土的流动情况,当浇筑完成约30分后,混凝土不再流动且尚未初凝时,将多余的混凝土铲掉,收光抹面,整个浇筑过程中对结构下方混凝土密实度不断检查,结果显示这是一个非常可行有效的方案。
3在施工过程中,我们发现框架板结构四周用泡沫塑料包裹,泡沫塑料柔软易损,胶水遇水时与混凝土粘结性差,因此加强对泡沫材料的保护,并提高框架板结构与泡沫塑料接缝处的防水性能是施工过程中的重大难点,在施工过程中通常采用透明胶带将泡沫塑料与框架板结构接缝处进行密封式粘贴,防止浇筑时接缝处浸水。
2、减振类道床
城市轨道交通属于市政工程,线路所经区域繁华,人口密集,列车运营所产生的噪音直接影响着市民的生活质量,在学校、医院、住宅等敏感区域的轨道采取减振措施是必要的。线路所在的不同地段对道床的减振要求也不尽相同,根据减振要求的等级可分为中等减振道床、高等减振道床,特殊减振道床。道床的减振效果可以通过扣配件、轨枕实现,如减振器道床与纵向轨枕道床,该类道床施工工艺类似一般整体道床,较为简单;也可以通过道床结构部分实现,如橡胶垫整体道床和钢弹簧浮板道床。本文减振类道床介绍最具代表性的钢弹簧浮置板道床。
2.1钢弹簧浮置板道床
钢弹簧浮置板道床是一种特殊的新型轨道减振轨道结构形式,由道床板、钢弹簧隔振器、剪力绞、横向限位装置、密封条、钢轨及扣件等组成。它将具有一定质量和刚度的混凝土道床板置于钢弹簧隔振器上,构成质量-弹簧-隔振系统。其基本原理就是在轨道和基础间插入一固有频率远低于激振频率的线性隔振器,借以减少传入基底的振动量,是减小向下部结构传振和传声的有效方法,弹簧-质量-道床隔振系统的隔振作用的有效性,主要取决于道床的质量、弹簧的刚度及相互作用。经过钢弹簧浮置板道床的隔离,列车产生的强大振动只有极少量会传递到下部结构,对下部结构和周围环境起到很好的保护作用。
2.2钢弹簧浮置板道床施工难度
钢弹簧浮置板道床常见的质量缺陷为隔振筒与钢轨底部贴死、隔振筒倾斜以及隔振筒悬空。分析原因最终归结于基底的高程误差与平整度;因设计时道床板强度要求决定了道床厚度,当基底高程误差较大时,隔振筒与钢轨底部贴死,这对强电专业接触网系统有着致命的影响;如果基底平整度不符合设计要求,隔振筒会出现悬空或倾斜,不利于道床的减振性能;由此可见基底的施工质量直接影响着隔振筒位置和轨顶的标高,因此基底表面的误差直接决定着浮置板的施工精度,浮置板施工的首要质量控制目标就是对基底施工误差的控制,这也是浮置板工程项目的技术配合重点。
1由于隧道盾构时基底高程易受盾构机姿态的影响,当现场基底空间尺寸与设计图纸有较大差异,可经设计各方确认后根据实际情况采取必要的断面调整,对基底钢筋采用增减支撑高度等措施进行变通补偿。以西安地铁一号线浐河站~半坡站区间浮置板道床为例,盾构基底高程最大偏差+80mm,该段道床基底如果按设计图纸进行配筋下料,就会出现漏筋状况,因此我们利用测量的数据在CAD绘图软件上进行模拟,适当减小基底箍筋、架立筋的长度,使整个钢筋混凝土结构满足要求。
2当隧道曲线地段基底设置超高,即采用与浮置板、轨道超高设置相同的倾斜基底,基底面在横向始终与轨顶面的横向连线平行。施工时应严格控制基底表面的平整度;曲线地段基底内侧与外侧高程由有差异,浇筑时应合理控制混凝土的坍落度,也可采用二次浇筑施工来控制施工误差,以西安地铁一号线长乐坡站~浐河站区间浮置板道床为例,我们采取以下方式进行基底浇筑:先浇筑混凝土至上层钢筋位置,在一次浇筑混凝土初凝前,二次浇筑上层混凝土,此层混凝土采用添加止裂纤维的细骨料混凝土,并结合面层施工尽可能维持曲线段基底的表面精度。
3基底浇筑完毕后,对每个安装隔振器的位置的高程和水平度进行检查,对于高程差大于0~-5mm、隔振器处水平度大于±2mm/m2的超差部位。可采用整体打磨或垫高的办法进行处理,严禁采用在混凝土表面局部垫高或挖深的方法来满足隔振器放置要求,垫高材料一般选用质量较好的高强灌浆料。
参考文献
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[关键词] 高速电梯;水平振动;主动控制
中图分类号:TU976.3 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)20-0253-01
一、前言
近年来,随着各种高楼大厦拔地而起,高速电梯成了穿梭高楼大厦的必备产品,电梯事故也时有发生,这给人们的生活和生命安全带来严重的威胁。对高速电梯水平振动问题的研究对提高高速电梯的运行安全和乘客的舒适度具有重要意义。我国在该方面虽然取得了一定的成绩,但依然存在一些问题和不足需要改进。
二、高速电梯水平振动概述
电梯是高层建筑中的重要运输工具。随着城市的扩张和高层建筑的发展,电梯的速度不断提高。速度的提高使得电梯振动加剧,影响了乘坐舒适性以及电梯的使用寿命。因此,振动控制是高速电梯需要解决的重要课题。电梯的振动包括垂直振动和水平振动两方面,目前国内对电梯振动的研究主要集中于垂直振动方面,关于高速电梯水平振动的研究还处于起步阶段。其中天津大学的李立京等人建立了2自由度的电梯水平振动模型,在此基础上分析了电梯导轨对振动的影响。傅武军,朱昌明等建立了基于ADAMS的电梯虚拟样机模型,进行了轿厢水平振动的分析。国外关于电梯水平振动的研究要领先于国内,UTSUNOMIYAK等人进行了基于电磁作动器的电梯水平振动主动控制研究,日本三菱等知名电梯公司已经取得了高速电梯水平振动主动控制的技术并申请了专利保护。
三、系统组成及工作原理
电梯系统属于一个复杂的多体系统,造成电梯轿厢水平振动的因素是多方面的,其中最重要的就是导向系统。轿厢是电梯的载客部分,主要由轿厢体、轿架以及导靴系统组成。轿厢体与轿架连接在一起,导靴安装在轿架的上下两侧,中、高速电梯一般采用滚动式导靴,传统的滚动式导靴安装有减振弹簧,导轮在弹簧力作用下紧贴在T型导轨的3个工作面上,带动轿厢上上下下地运动。导轨表面的不平通过导靴系统传递给轿厢,引起轿厢的水平振动。采用主动导靴可以降低电梯的水平振动。以液压油缸为主动导靴的执行机构,液压油缸安装在导靴支架与导轮的支撑摇臂之间,替代被动导靴中的减振弹簧。
以高速开关阀作为控制阀,通过阀的开启和关闭来控制油缸内的油压。系统的控制机理为恒压力控制,当电梯沿着平直的理想导轨运行时,两个阀处于关闭状态,液压执行器的油腔为密封腔,油压值保持为初始设定值P0,导轮在预紧力F0的作用下紧贴在导轨上,电梯轿厢处于平衡状态;当导轨表面有突起的时候,导轮随之向着轿厢方向偏移,油缸内的油压升高,进油阀关闭,回油阀开启,油缸回油,压力降低,直到恢复为P0;反之,当导轨表面有凹陷时,开关阀执行相反的动作,使油缸内的油压保持为P0。这样,只要控制得当,则油缸内的油压始终恒定为P0,既保证了导轮与导轨的紧密接触,同时使电梯轿厢免受导轨不平度的影响而达到减振的目的。为了吸收及消除压力脉动,提高液压系统的性能,每一液压油缸连接了一个蓄能器。
四、高速电梯水平振动主动控制分析
1、电梯导轨对各导靴的作用力分析
高速电梯是非常复杂的多体运动系统,电梯桥厢发生水平振动的诱因有很多种,其中电梯的导向系统对电梯的水平振动影响最大。电梯的导向系统由导靴和导轨两部分组成,导靴一般安装在电梯导轨支架的两侧,高速电梯的导靴一般使用滚动式导靴。
研究表明高速电梯的水平振动幅度和电梯的速度成正比例关系,并且在高速电梯中导轨的激励状态是影响电梯振动的关键因素之一。高速电梯中导轨对电梯桥厢的激励主要受电梯导轨的弯曲程度、施工工艺误差和接头间隔距离等因素影响。在对高速电梯的水平振动问题进行仿真时,一般会在电梯桥厢上加上短脉冲、阶跃、三角等激励,这种仿真方式有较高的仿真效果,但是依然存在很多问题需要改进。本文针对现阶段高速电梯水平振动仿真存在的问题同时兼顾模型的实用性,将电梯系统中的导靴、桥架、导轨的弯曲和不平整度等因素考虑在内,并且将导轨激励引入到电梯水平振动的模型中,这样缩小了各种类型激励对电梯水平振动的影响,建立起比较完善的电梯桥厢水平振动模型。因为高速电梯采用滚动导靴,因此高速电梯的导轨和滚动导靴属于滚动接触并且两者之间会产生Herta接触力。根据Kaler博士提出的三维接触滚动理论可知,电梯的导轨和导靴接触点的位移值和该点受到的力的方向有关,从而可以建立导轨和导靴的接触模型
,高速电梯的导靴受力方向是沿着z方向的,并且电梯导轨和导靴之间的接触面上单位长度所受到的力可通过下式(1)计算出来
P=F/L (1)
上式(1)中L代表圆柱体轴线方向的长度,F代表圆柱体上受到的总负荷。
2、高速电梯水平振动主动电气控制设计
根据上文中高速电梯导靴和导轨接触的模型,本文设计了基于液压作动器的电梯主动导靴,然后采用模糊控制实现对电梯的主动电气控制达到降低高速电梯水平振动的目的,以液压油缸为主动导靴的执行机构,液压油缸安装在导靴支架与导轮的支撑摇臂之间,替代被动导靴中的减振弹簧。以高速开关阀作为控制阀,通过阀的开启和关闭来控制油缸内的油压。系统的控制机理为恒压力控制,当电梯沿着平直的理想导轨运行时,可以通过液压装置保证导轮与导轨的紧密接触,同时使电梯轿厢免受导轨不平度的影响而达到减振的目的。为了吸收及消除压力脉动,提高液压系统的性能,每一液压油缸连接了一个蓄能器。
本文在采用液压主动导靴减缓高速电梯振动的基础上采用模糊控制算法对液压系统进行电气控制从而进一步减低电梯水平振动程度。因为液压控制系统属于非线性的控制系统,一般的控制方法不能取得较好的效果,而模糊算法可以实现输入和输出变量的模糊化,并且具有良好的鲁棒性能可以实现对液压系统的有效控制。
3、控制仿真分析
本文采用matlab软件液压主动导靴及其模糊控制模型进行仿真,在进行仿真时将电梯的速度设定为3.5m/s并且将电梯桥厢底部中心的水平振动加速度作为观测值。通过仿真对比可以发现,采用被动导靴控制时振动平均加速度为0.277m/s2,方均根值为0.091m/s2,而采用主动导靴控制时振动的平均加速度为0.157m/s2,方均根值为0.052m/s2,与被动控制相比平均加速度降低了43.7%。
通过对比可知采用主动控制策略能够有效降低高速电梯的水平振动。
五、结束语
通过对高速电梯水平振动主动控制问题的分析,进一步明确了研究高速电梯水平振动主动控制的重要性。因此,在高层楼宇后续的建设中,我们要加强对高速电梯水平振动主动控制问题的重视,确保电梯的稳定运行。
参考文献
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(f0003)《武汉理工大学学报(信息与管理工程版)》征稿启事 无
科技信息
(i0001)《武汉理工大学学报(信息与管理工程版)》第34卷(2012)总目次 无
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关键字:暖通空调;暖通设计;暖通技术
Abstract: The building function and quality, but also for the broad masses of the people property provides the basic guarantee. The improvement of people's living standard, for living quality requirements are increasingly high, HVAC system design to meet the needs of the people the demand that shows level. But the HVAC system design has many problems. In this thesis the HVAC design related technical issues are discussed.
Keywords: HVAC;HVAC technology; design;
中图分类号:U260.4+3文献标识码:A文章编号:
从15世纪末通风机的诞生到20世纪初空调的正式诞生至今,空调已经成为家家户户必不可少的家用电器之一。而某些大型居住小区和企事业单位早已经放弃了户型的小型空调改成大型的暖通空调。建筑物的功用和质量,同时也为广大人民群众财产提供了基本的保障。
一、暖通设计的概念
在我国的建筑行业,一直以“建筑设计院”牵头。一个建筑项目确立之后,首先由某个建筑设计院进行总体设计。
暖通设计是指该项目中的所需要的“空气调节系统”简称“空调系统”。一般“空调系统”包括制冷供暖系统,新风系统,排风系统等的综合设计。所以说“暖通”从功能上说是建筑的一个组成部分。从建筑设计来说,他是建筑设计的一个分项。并不是单指“空调”。
二、暖通空调在设计中存在的问题及解决方案
人们生活水平的提高,对于生活质量的要求也越来越高,暖通空调系统的设计需要满足人们现阶段的需求。但是暖通空调系统的设计存在许多问题:
2.1设计说明内容不完整
《设计深度规定》对暖通空调设计说明应包括的内容作了明确规定。设计说明应有室内外设计参数;热源、冷源情况;热媒、冷媒参数;供暖热负荷及耗热量指标,系统总阻力;散热器型号;空调冷、热负荷;系统形式和控制方法;隔振、消声、防腐、防火、保温;风管、管道材料选择以及安装的要求;系统试压的要求等等一。即便如此,有些工程的设计说明内容依然是很不完整。针对执行规范中存在的问题,设计者应该着重学习暖通空调系统的设计规范,重点学习规范上的按照规范进行设计,提高贯彻执行设计规范的自觉性,并且在设计的过程中,设计者需要结合实际的施工情况进行数据分析,做出既不脱离规范要求,又满足实际需求的暖通空调设计。
2.2供暖系统的设计不合理
供暖系统设计的不合理之处主要表现在以下几个方面:首先,供暖系统有一条主干管引入,分成若干环路,环路上没有安装阀门,这就给系统的维护带来不便之处;其次,供暖管道的布置不太合理,有的供暖立管直接安在窗户上,这样既不美观,又会影响使用,有的供暖水平管道安装在通道的地面上,这样影响日常的行走;再次,供暖系统为同程式,环路的长度过长使供水和回水干管的坡度很难达到要求;最后,供暖系统为双侧连接,两侧热负荷以及散热器的数量相差较大,导致两侧水力出现不平衡的情况。对于设计系统过程中出现的问题,需要设计者加倍重视。如对于供暖系统的设计来说,主干管线引入后,环路上一定要安装阀门,供水和回水干管的坡度很不应过大,保证供水系统两侧水力的平衡;对于供暖入口不宜设置过多,不能忽视室外网线的管理,同时还要保证暖通空调系统的通风设置以及选用低速风道系统。
三、暖通空调施工技术难点分析
3.1准备工作
首先做好安装前准备。针对设备,要做好核对型号及数量;检查包装和外观的完好性和确认安装用附件和配件,而在施工条件方面,仔细阅读随机附带安装说明,检查好供电电源容量和电压,做好室外机的基础设施,并且预留孔洞和预埋件和设备搬运通道,在材料的准备方面要检查好规格,技术要求和数量。
3.2设备噪声超标处理
空调末端设备运转噪声超标,是暖通空调工程中经常碰到的设备噪声问题。简单介绍以下几个方面:
3.2.1施工前进行科学地管道综合排布
为避免室内噪音向外延伸、扩散,首先必须做好对楼房或者是各个间隙的封堵措施,空调的安装实施需要各种管道、电线桥穿过墙体,这些穿孔都必须封堵好,以降低噪音。另外一方面,还应该控制好风量平衡,风量是否平衡对于噪音大小重要影响,风量不平衡会引发各部分分支管路因风量过大而产生噪声的现象。建筑设计、暖通空调系统设计与噪声控制应互相配合,相互协作,做好中央空调噪声控制,因此,噪音的控制要综合各个方面,包括考虑声环境与室内微气候环境、室内空气品质等因素。
3.2.2设备安装
新风机、空调机安装采用弹簧阻尼减振器,风机与风管连接采用软连接,新风机组与水管采用软接头连接,风机盘管采用弹簧吊钩,风机盘管与水管采用软管连接。对空调机房进行吸音处理,比如在空调机房内采用隔声材料做成围护结构,以防止设备噪声外传,或在机房内贴吸声材料:采用凹凸型吸声板作为机房墙面或吊顶板,以增强吸声效果:机房应尽量减少设置门窗,且设置门窗应采用吸声门窗或吸声百叶窗,尽量减少设备噪声外传。
3.2.3风系统安装
风管制作安装要严格按照国家规范进行施工,在风机进出口安装阻抗消声器,新风进口处采用消声百叶,风管适当部位设置消声器,风管弯头部位设置消声弯头,空调和新风消声器的外部采用优质保温材料保温,与静压箱一样其内贴优质吸音材料。由于送酬风管均采用低风速、大风量以降低噪声,风管截面积比较大,如果风管安装强度及其整体刚度不够,就会产生摩擦及振动噪声。建议风管吊架尽可能采用橡胶减振垫,确保风管不产生振动噪声。
3.3加强各专业配合
传统的敷管方式是在梁下吊设,当管道多时务必使层高加高。但事实上这些管道是相对集中的,因此使整个楼层提高显然是不经济的。假如在结构设计时,在梁内预埋金属套管,让一些不太大的管道穿梁敷设,既有效利用空间,又省去支架吊架,结构上是完全能够承受的。另外,在走道、门洞上方的梁、板内适当预埋一些套管以备应急之需。对于复杂的建筑物因建设周期长,难免修改或加管,有备用预留洞就主动多了,梁内预留套管,结构可以从配筋上加强,而要在梁内凿洞就犯土建之大忌了。
四、结束语
暖通技术的应用,能够高效的运行对建筑节能有重要的作用,管理不佳,会造成能源的大量浪费。现在对空调的运行管理的节能措施有很多,近10年来,建筑业提出了四个新的建筑概念,即“健康建筑”、“绿色建筑”、“智能化建筑”、“集成建筑”。这些概念的提出,不但为建筑业的发展指明了方向,也为空调业勾划出了明天蓝图。
参考文献:
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(奇瑞汽车股份有限公司,芜湖241009)
(CheryAutomobileCo.,Ltd.,Wuhu241009,China)
摘要:在汽车技术飞速发展的今天,客户对汽车发动机的要求不断提高,追求更高的动力性、经济性及排放性能,对发动机零部件可靠性要求更高,其中,发动机的密封性能是评价汽车质量的一个重要指标,汽车运行中发动机工作介质的泄漏,会直接影响汽车发动机的工况。因此,发动机密封技术研究日益成为当前汽车发展的主题。本文从密封设计、密封质量问题、密封验证等方面阐述了当前对汽车发动机密封技术发展的要求。
Abstract:Withtherapiddevelopmentofautomotivetechnology,thecustomer´sdemandforautomotiveengineisincreasing,pursuinghigherpower,economyandemissionsperformance,andhigherreliabilityofengineparts,inwhichthesealingperformanceoftheengineisanimportantindicatorofevaluatingthequalityofthecar.Theengineworkingmediumleakintheoperationofcarwilldirectlyaffecttheworkingconditionsofautomobileengine.Therefore,theresearchonenginesealingtechnologyisbecomingthemainsubjectofcurrentvehicledevelopmentincreasingly.Thispaperexpoundstherequirementsforthedevelopmentofcurrentautomotiveenginesealingtechnologyfromsealingdesign,sealingqualityandsealingverification.
关键词 :密封;渗漏;试验验证
Keywords:seal;leakage;experimentalverification
中图分类号:U472文献标识码:A文章编号:1006-4311(2015)21-0098-03
0引言
针对目前售后市场频频反馈的汽车发动机渗漏问题引起的客户抱怨以及安全隐患,发动机的密封技术研究亟待解决。我们需要从发动机系统零部件的设计构造、竞品对比分析、CAE分析、密封材料的选择、系统的可靠性试验验证方法等多方面进行专项研究,通过不断验证,不断改进,达到设计要求密封区域无泄漏。相信在不久的将来我们将为客户提供质量保证、性能可靠的产品。
1汽车发动机密封
鉴于汽车发动机泄漏问题目前在售后市场频繁发生,出现了多处渗油的现象。这些问题严重困扰了广大乘车用户的使用和安全。因此,我们对发动机常见密封问题进行了汇总和分析,如真空泵渗油、油底壳渗油、缸体框架渗油、T型区渗油(缸体、缸盖、正时罩盖结合处)、增压系统渗油等重大问题。主要从设计密封方式,螺栓紧固力矩,设计状态要求以及密封胶选型、压印试验和可靠性试验一一分析和验证
2案例分析
缸体框架渗油问题解决办法
2.1原因分析
首先通过设计分析和CAE计算,通常框架的刚度较低,螺栓跨距较远,由于热变形导致结合面有效密封带宽度不足,进而发生渗油。
老状态框架CAE分析结果如图1。
新状态框架CAE分析结果如图2。
2.2压印试验分析
压印试验分析如图3所示。
2.3解决方案框架刚度加强,更换框架螺栓
M8框架螺栓由8.8级换成10.9级,并加大拧紧力矩,由20+3N.m变为30N.m;
使用合格5188胶品,采用清洗剂清洁缸体框架结合面,并用达因笔检测清擦。
2.41500次冷热冲击试验验证通过,不渗漏(图4)
3发动机密封问题解决方法
综上案例所述:针对发动机密封渗漏问题需要结合各密封面设计要求来具体分析,需要多维度分析:对比竞品分析,设计计算校核,布置检查,CAE分析,密封胶品选型,密封带结构设计合理性,压印试验,可靠性试验验证,试验数据对比分析研究。
其中发动机密封面压印试验中压印纸选择总结如表1所示。
另垫片类(气缸垫、增压器垫片、预催垫片等)密封面,需要对垫片两面同时进行压印。
4总结
发动机的密封技术是发动机的可靠性关键技术。对发动机的密封技术研究,是我们目前亟待解决的问题,在技术发展的道路上在借鉴成熟技术的同时,还需要不断优化设计,多方面验证,规定泄漏量标准,提高发动机密封的可靠性,最终解决发动机的“三漏”问题,从而满足市场和客户的需求。
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