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摘要:
大米是我国的主食原料之一,在储藏过程中容易出现硬度增加、黏性下降、脱水等品质劣化现象,制约了大米主食品的发展.大米的主要成分淀粉易回生是导致大米主食品储藏过程中品质劣变的主要因素之一,本文重点阐述了大米淀粉的结构及大米中其他主要成分对回生特性的影响.根据国内外的研究动态,综述了常用于控制大米淀粉回生的技术方法,以期为大米主食品的品质改良、延长大米主食品的货架期提供思路.
关键词:
大米;淀粉;成分;回生特性;控制技术
大米主食品是中国人民喜爱的一类主食,随着经济的快速发展,大米主食品产品越来越丰富,包括方便米饭、方便米粥、米糕、米粉等,但这些产品在储藏过程中常会发生硬度增加、黏性下降等劣变,使其食用品质降低.大米的化学成分中,淀粉约占85%,蛋白质约占7%,脂类约占0.3%,其余为粗纤维等.大米淀粉是大米的主要成分,在大米中以淀粉颗粒的形式存在,其性质也是影响大米主食品加工及储藏品质的主要原因之一,淀粉的回生是导致大米主食品在低温储藏下品质劣化的主要原因之一.回生是指糊化的淀粉由无序状态向有序的结晶状态的变化[1],缓慢冷却后,糊化的淀粉分子运动减弱,使得淀粉分子间的氢键趋向平行排列,淀粉链形成不完全呈放射排列的混合微晶束,导致淀粉形成难以复水的高度结晶体[2].回生使淀粉凝胶黏性下降,硬度上升,分子的柔性减弱,产生相分离等现象[3],对大米主食品的质构、感官、食用性及货架期产生了极大影响.本文重点针对大米淀粉的回生特性及控制技术的研究进展进行综述,以期为大米主食品保藏期品质控制提供理论依据.
1大米淀粉组成
大米淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成,二者的含量因品种、气候等不同而异.直链淀粉的含量是评价大米食用品质的指标之一,直链淀粉的含量越高大米主食品的硬度越大、黏性越小[4].根据直链淀粉的含量,可以将大米分为糯米(0~2%)、极低直链淀粉(3%~12%)大米、低直链淀粉(13%~20%)大米、中直链淀粉(21%~25%)大米及高直链淀粉(≥26%)大米[5].直链淀粉通过α-1,4-糖苷键连接形成线性结构并有非常少量的α-1,6-分支(<0.1%),呈螺旋状,在溶液中空间障碍相对较小,易于取向,发生回生,构成了大米淀粉的无定形区[6].支链淀粉是大米淀粉最主要的组成部分,构成了大米淀粉的结晶区,它是一种高度分支的大分子,呈树枝状,通过α-1,4-糖苷键连接构成主链,α-1,6-糖苷键连接主链与支链(占总糖苷键的4%~5%),支链淀粉聚集时空间阻碍大,不易回生,但在长期储藏时,其结晶特性是导致大米淀粉回生的主要因素[3].
2大米淀粉的回生特性
糊化后的淀粉在冷却和储藏过程中,易发生回生现象,该过程可分为两个阶段:一是直链淀粉的短期回生,二是支链淀粉的长期回生.短期回生一般发生在淀粉糊化后的几小时或十几小时内,是渗漏的直链淀粉分子之间通过氢键形成双螺旋,再以此双螺旋为连接点进一步堆积形成结晶;长期回生速度较慢,一般会超过几周时间,是由于支链淀粉的高分叉结构使其在聚合时受到较强的阻碍[7],通常认为,支链淀粉的长期回生对食品质量的影响较大.直链淀粉的短期回生对支链淀粉的回生具有协同作用,直链淀粉的回生为支链淀粉的重结晶过程提供晶核,直链淀粉含量越多,提供的晶核就越多,支链淀粉回生的速率就越快[8].另外,支链淀粉外侧支链长度也会影响支链淀粉结晶体的形成及其稳定性.Hizukuri提出的支链淀粉“簇状模型”如图1所示,簇状结构中的分枝有3种类型,分别称为A链、B链和C链.C链是支链淀粉分子的主链,是唯一一条含有还原末端的分枝;B链与C链以a-1,6-糖苷键相连,B链根据其所跨越的簇单位数目又可分为B1、B2、B3、B4链;A链是最外侧的链,其还原末端通过a-1,6-糖苷键与内层的B链相连,A链本身不再分枝[9],A链与Bl链相互结合在同一结晶体中,构成了支链淀粉分子结晶的主体.外侧短支链越多,最终回生度越高,但由于低于10个单位的短链会阻碍回生,A链与B链间要形成双螺旋结晶体,分子链长至少要在10个葡萄糖单位以上[10].Vandeputte等[11]认为,支链淀粉的链长及链长分布影响了同一簇内相邻链间双螺旋的形成及排列规则,进而造成了淀粉结晶特性的差异.贺晓鹏等[12]认为,支链淀粉中的长支链起簇间连接作用,而其未分支部分的外部链可通过参与双螺旋的形成来影响支链淀粉的结晶特性.淀粉糊化后形成淀粉糊,在储藏期间产生回生现象,在这些过程中淀粉结构发生了从有序到无序,又重新排成新的有序结构的变化.加热糊化过程中,水分子和热的作用使有序的淀粉分子变得杂乱无序,降温冷却和储藏过程中,分子势能降低,无序化又趋于有序化.淀粉回生的过程如图2所示[13],直链淀粉(图2右侧)在淀粉的糊化过程中双螺旋打开,分散在淀粉糊中,继而通过氢键形成三维立体网状结构,出现回生现象.在储藏过程中网络结构逐渐发展,结点尺寸增大,结点间距缩小,从而导致回生现象增强.支链淀粉(图2左侧)在淀粉的糊化过程中膨大发生破裂,较均匀地分散在淀粉糊中,随储藏时间的延长,支链淀粉链间分子形成结晶族,相互绞缠导致回生.
3大米中其他成分对淀粉回生特性的影响
3.1蛋白质蛋白质的存在会抑制淀粉的回生过程[14],大米中由大的球状蛋白组成的蛋白质包围在淀粉颗粒的,阻碍淀粉糊化胶凝时的吸水和直链淀粉的渗漏.在储藏过程中,蛋白质的存在使体系的黏性增加,淀粉分子链的迁移受到阻碍,抑制了淀粉分子链间以氢键堆积的结晶,在一定程度上抑制了直链淀粉的有序重排,使得成核和结晶速率降低[15].丁文平等[16]对余赤全米粉(含蛋白和淀粉)和米中淀粉体系的研究表明,米粉和米淀粉体系胶稠度有较大差别,米粉体系的胶稠度低于淀粉体系.将糊化后的两体系置于4℃储藏,发现短期储藏时米粉体系初始强度大于米淀粉体系,长期储藏时全米粉的回生速度低于米中淀粉的回生速度.这说明蛋白质的存在限制了淀粉凝胶的流动,抑制了米粉体系糊化时淀粉颗粒的瓦解,增大了填充基质的强度,加强了米淀粉凝胶网络,使得短期储藏时米粉体系的初始强度大;而在米淀粉体系中,由于糊化时膨胀吸水没有受到抑制,直链淀粉渗漏出来形成的凝胶基质较多,易于互相交联缠绕,因此,不含蛋白质的米淀粉凝胶强度增长较含蛋白质的米粉凝胶强度增长快.
3.2脂类大米中的脂类可与直链淀粉分子结合,形成直链淀粉-脂复合物[17].在蒸煮过程中米的脂类与直链淀粉分子形成的复合物冷却时会由处于亚稳定状态的V型结晶(淀粉与一些无机或有机基团进行络合,形成的螺旋状内络合物)转化成比较稳定的B型结晶(短链葡聚糖结晶化得到的双螺旋微晶淀粉),因而会促进直链淀粉分子的回生.此外,在生淀粉的贮存过程中,V型结晶向B型结晶的转化,也会增加原淀粉中B型结晶的含量,在加热糊化过程中,这些结晶不易充分糊化,冷却后便会起到晶核的作用,促使其他淀粉分子加速回生[2].然而冯健等[18]认为,淀粉内源脂与直链淀粉形成的复合物可以抑制淀粉的回生,因为这些复合物影响了直链淀粉的双螺旋交联缠绕和结晶,从而降低了直链淀粉凝胶体的强度.Ji等[19]的研究也表明米糕的回生速度由于脂质含量的降低而加快.周坚[20]认为脂类通过限制支链淀粉的重结晶从而抑制淀粉的回生.大米直链淀粉-脂类复合物与大米淀粉回生的关系有待进一步研究.
3.3水分含量马晓军等[21]对即食方便米饭的研究显示即食方便米饭4℃保藏时,水分含量在63%~65%时样品保藏后回生现象较严重,高于65%或低于63%时水分含量变化对淀粉回生的影响不大.Iturriaga等[22]对回生晶体的融化焓进行分析,发现当水分含量为50%~60%时融化焓达到峰值,用差示量热扫描仪和X-射线衍射分析重结晶度反应回生程度,显示当水分含量高于80%或低于10%时,未有重结晶发生.水可能通过影响糊化后淀粉分子链的迁移及重新聚合的速率抑制淀粉回生,低水分含量时淀粉分子链迁移速率低,高水分含量则会导致体系浓度降低,阻碍淀粉分子交联缠绕和聚合有序的机会,从而抑制了淀粉的回生[23].
4大米淀粉回生特性的抑制方法
4.1淀粉酶抑制法目前用于控制淀粉回生的酶主要有α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶和异淀粉酶,这些酶均能水解淀粉分子中的葡萄糖苷键[24].α-淀粉酶是在控制淀粉回生中应用最多的一类酶,其广泛存在于微生物、植物和动物中,不同来源的α-淀粉酶对淀粉分子结构的影响程度不同,这可能与酶的作用方式和酶的活性水平有关.Leman等[25]研究了不同来源的α-淀粉酶,发现枯草杆菌α-淀粉酶和米曲霉的α-淀粉酶对支链淀粉分子侧链的水解能力有限,这可能是由于酶的活力低,或是酶优先水解支链淀粉的主链;而嗜热脂肪芽孢杆菌麦芽糖α-淀粉酶(BStA)对支链淀粉的侧链有显著影响,BStA可以减少支链淀粉的相对分子质量,将侧链的链长减少50%,同时增加短链含量,从而有效地抑制淀粉的回生.有学者认为α-淀粉酶通过增加淀粉体系中聚合度(DP)为6~9的短链从而抑制支链淀粉的重结晶;但徐进等[26]利用广角X射线衍射法和差示扫描量热法研究极限糊精对小麦淀粉回生的影响,发现极限糊精与淀粉片段间的非共价作用阻碍了淀粉链有序化结构的形成,因此,认为α-淀粉酶对淀粉回生的抑制是由于水解淀粉后产生的低相对分子质量糊精阻碍了淀粉之间的相互作用引起的.β-淀粉酶对淀粉的回生也有明显的抑制作用.β-淀粉酶通过适当水解降低淀粉的外部链长,进而阻碍了淀粉分子链结合的几率和程度,抑制淀粉的回生[27].丁文平等[28]用差示扫描量热仪(DSC)测定了经过β-淀粉酶处理后的大米淀粉样品的回生情况,认为添加了β-淀粉酶的大米淀粉的回生速度和程度受到了显著抑制;邱泼等[29]利用β-淀粉酶抑制米粉的回生,生产的保鲜米制品一年内不回生.
4.2乳化剂抑制法乳化剂的亲油基团通过进入直链淀粉的双螺旋结构,与直链淀粉分子相互作用形成稳定的复合物,抑制直链淀粉由有序排列向无定形区变化,从而能够延缓大米淀粉的回生[18].Matsunaga等[30]的研究发现蔗糖脂肪酸脂可与直链淀粉形成复合物,显著地抑制直链淀粉结晶.姜培彦等[31]在蛋糕的制作过程中通过加入乳化剂使其与直链淀粉形成复合物,阻止直链淀粉的结晶,进而使保存一段时间的蛋糕的硬度降低,弹性、回复性和咀嚼性增加.Tang等[32]的研究表明,单甘酯等乳化剂与直链淀粉相互作用形成的淀粉-脂质凝聚体延缓了淀粉短期回生过程,降低了支链淀粉重结晶晶种源浓度,从而抑制了淀粉回生整个过程.
4.3小分子糖类抑制法糖类对淀粉的回生也有一定的抑制作用.目前的研究显示,单糖、二糖、寡糖等小分子糖类抑制淀粉回生的机理主要有两种,即小分子糖类的降塑理论和相容性理论.降塑理论认为在淀粉的重结晶过程中,小分子糖类作为降塑剂增强了淀粉链之间的相互作用,降低了分子链的迁移速率,从而抑制了淀粉回生[33];相容性理论认为小分子糖对淀粉回生的作用取决于二者的相容性,若二者相容则淀粉微相区淀粉浓度降低,进而降低了淀粉分子链的重排;若两者不相容,则淀粉微相区淀粉浓度升高,进而加速回生过程[34].相容性理论较降塑理论更为完善,它可以解释不同单糖对淀粉回生抑制效果有显著差异的原因[35].多糖类胶体抑制淀粉回生的方式主要是通过与水或淀粉作用,降低氢键引起的淀粉分子链之间的相互作用.Muadklay等[36]在木薯淀粉乳中添加了0.5%的黄原胶,结果显示淀粉回生受到了抑制;黄原胶通过抑制糊化过程中直链淀粉的溶出及与初期糊化过程中渗漏出的淀粉可溶性组分相互作用,影响淀粉分子自身的聚合,从而影响淀粉回生过程[37].
4.4超高压抑制法超高压为控制淀粉回生提供了一个新的技术手段.淀粉经超高压处理后重结晶过程中的瞬间成核方式趋于零散式成核,因而回生过程被抑制[35].Guo等[38]用超高压处理糊化的淀粉,并将样品保存在4℃下,发现经超高压处理的淀粉在储藏过程中有较低的重结晶速率和回生趋势.田耀旗[35]的研究发现超高压对不同种类淀粉回生的抑制程度不同,用超高压技术处理粳米和糯米,粳米的回生速率显著降低,而糯米的回生现象并未受到显著的影响.刘莉等[39]将超高压处理与添加β-环糊精(β-CD)相结合研究二者对米饭回生现象的影响,将样品在4℃条件下储藏35d,发现其回生焓变值比常压对照组降低了3.10J/g,表明超高压处理和添加β-CD的结合对米饭的回生具有协同作用.但超高压装置基本建设成本高,并且经反复加减压,高压密封体易损坏,加压容器易发生损伤,使得实际应用中超高压装置的压力仅在500MPa左右,这些问题限制了超高压技术的应用,还有待解决[40].
4.5淀粉混合抑制法淀粉混合因可以改变淀粉的糊化特性已应用到挤压膨化类食品的生产中[41].有研究表明,不同淀粉混合还会抑制淀粉的回生现象[42].NoveloCen等[43]将棉豆淀粉与木薯淀粉按不同质量比进行混合(25∶75、50∶50、75∶25)研究可能产生的新性状,发现二者以25∶75混合时未出现回生现象.OrtegaOjeda等[44]研究了马铃薯、大麦、玉米淀粉不同混合方式的回生特性,样品在6℃存放7d后,蜡质玉米与大麦淀粉按25∶75混合时回生程度最低,认为混合淀粉的回生程度与其中各种淀粉所占的比例有关.目前关于淀粉混合对淀粉回生抑制作用的报道较少,还需要进一步的研究.
5展望
1产品简介
该机主要用于光学玻璃、陶瓷、电子材料及硅、锗、计算机磁盘等金属、非金属硬脆材料的四动双面高精度研磨加工,适用于8英寸(φ200mm)以下及同尺寸规格异形平行平面材料的双面精密研磨加工。研磨机是超精密加工中的一种重要加工方法,其优点是加工精度高,加工材料范围广,可以消除前道工序的磨削印痕或直接对切割后晶片进行研磨。随着科学技术突飞猛进的发展,研磨机具有较大的市场需要。大型硅片双面研磨机的开发将会填补国内在大型研磨机发展方面的空白,有利于我国机械产品的质量和性能与国际水平接轨,更有助于提高国内企业自主研发能力,可以大幅度降低半导体建线的投入成本,从而真正支撑我国信息产业的发展。
2创新性和先进性
该产品的研发集原始创新、集成创新和消化吸收再创新为一体。
在产品的研发过程中解决硅片在双面研磨过程中压力的精密控制、四动作单独拖动及联合控制、下盘支撑、上盘系统的传动系统以及在大尺寸硅片超精密双面研磨对设备适应性、稳定性、控制的先进性等方面具有创新性。
在固有的硅片研磨设备的基础上进行升级改造再创新,形成适用于8英寸硅片批量生产设备,体现了消化吸收和再创新方面的能力。
目前我公司已完成具有自主知识产权的双面研磨机及抛光机专用控制器的产业化,硅片双面研磨的专用控制器及控制软件填补了国内空白,属于原始创新。
下研磨盘主轴采用液压轴承支承,运转精度高;自主开发复合流体轴承:在动压油腔的设计上,我们独创了双向结构,排除了国外同类设备旋向固定不变的弊病。由于油膜具有较大的承载能力和较好的吸振性能,所以有效的提高了下研磨盘的运转精度。
X61 1572L-1型研磨机上架系统在原理上进行了革命性的集成性创新,上盘采用上部单独驱动,与其余传动链互不干涉,扩大了调速范围;上盘提升执行件与压力控制件分开设计,利用绳传动机械放大器实现压力的精确控制,降低压力控制件的采购难度和成本;上盘提升与压力控制可实现机械互锁,提高了上盘系统工作的可靠性;上盘系统设计了平移机构,可以实现研磨盘的自身修正,无须其它的修正器件;上架系统设置了多重保险机构,保障了上架系统工作的安全性。
开发了具有自主知识产权的多级压力控制、四动作无级速度控制、多配方工艺参数双面抛光机的最新控制技术。
在产品研制中集成了精密压力控制技术、多电机联合拖动技术、承片盘精确定位技术、封闭式强制烯油、绳传动滑轮组无级变速升降、零摩擦短行程气缸进行压力、直连电机柔性驱动等多项前沿技术。
目前国内厂家生产的该类设备多属于中小型产品,其自身的研发能力较弱,在该领域尚无法与我公司相抗衡,X61 1572L-1型研磨机在国内处于领先地位。
大尺寸硅片双面研磨片的制备设备制造技术主要由德国的Peterwolters、日本Speedfam、日本的FUJIKOSHI等几家公司掌握。其中德国的Peterwolters已达到了很高的水平。我公司生产的X61 1572L-1型研磨机经过测试后,设备整体运行精度、工件的加工指标、设备的加工能力均可与国外厂家的同类设备相媲美,达到世界先进水平。
目前,世界半导体制造设备的发展方向为设备集成化、设备高精度化、设备高价格化、设备制造厂商垄断化。随着中国进一步融入国际社会,中国企业将面临国际竞争的巨大压力,企业“转型”是中国企业的必由之路,任何企业都不应该满足简单的“模仿制造”,而应该转为“模仿创新”,甚至更进一步,不断“自主创新”,研发出拥有自主知识产权及拳头的产品,优化自己的产业结构,提升产业层次,才能与国际大品牌同场竞技。
目前该产品中采用的动静混合双向液压推理轴承专利申请已被国家专利局受理。
3应用和市场
半导体硅(单晶)材料是半导体工业的最重要的主体功能材料,是第一大功能电子材料。硅材料、硅器件和硅集成电路的发展与应用水平早已成为衡量一个国家的国力、国防、国民经济现代化及人民生活水平的重要标志。半导体硅材料的需求量之大,对晶圆生产用设备的需求必将大幅增长。这就促使我们要加大力度自主研发大型研磨机设备,为获得性能良好的晶圆片要不断努力提高设备的加工精度;研磨设备在半导体多晶硅材料加工过程中起到至关重要的作用,所以要更加重视大尺寸硅片双面研磨机的研制开发,从而真正支撑起我国的信息产业。
“十五”期间,我国电子专用设备和仪器市场快速增长,国内市场规模年均增长超过40%,2005年市场规模达1100亿元。随着国内电子信息产业规模不断扩大,现有设备和仪器不断更新换代,电子专用设备和仪器市场规模将继续保持高速增长,预计“十一五”期间国内电子专用设备和仪器市场规模增速将达15~20%,2010年市场规模将达2000~2500亿元。
关键词: 密集型多轮廓裁片; 空行程; 路径寻优; 广义旅行商问题; 最大最小蚁群算法
中图分类号: TP391.7 文献标志码: A
0引言
随着人力成本大幅提高,全自动裁剪设备对于降低服装制造企业成本具有重要意义 于这一需求,自主研发了全自动高速裁剪设备以及配套CAD/CAM软件。根据裁片CAD图,CAM模块自动生成较短的刀具裁剪路径,是高效裁剪的前提条件。
裁剪路径的生成即是各裁片裁剪顺序的确定和裁片上入刀节点的选择:裁刀根据裁剪顺序对裁片依次进行裁剪,对当前裁片从入刀节点进刀然后沿该裁片的轮廓线进行裁剪,刀具运行到入刀节点后出刀,完成该裁片的裁剪,然后移动到下一裁片的入刀节点进行下一裁片的裁剪工作,直到所有裁片裁剪完毕。裁刀在各裁片入刀节点间的移动路径为刀具走位行程即刀具空行程。由于加工裁片轮廓排版密集,裁剪批量大(裁片总数目通常有几十到上百),空行程将成为影响加工效率的一个重要因素。如图1所示为一衬衣的二维裁片(包括已编号的五个封闭轮廓裁片)的三种不同的裁剪路径,其中刀具空行程以虚线表示,入刀节点以粗点表示;从该图可见,同样的裁剪顺序但入刀节点不同则空行程路径长度差别很大(对比图1(a)与图(b)),其中图1(c)的刀具空行程路径为三种路径中的最短路径。可见对于给定的裁片排版图,空行程的长度与裁片的裁剪顺序以及每个裁片的入刀节点不同而变化。因此需就裁片裁剪顺序以及相应入刀节点的选择进行优化,这两个子问题可转化为一广义旅行商问题(GeneralizedTravelingSalesmanProblem,GTSP)进行统一求解。
对于GTSP的求解存在大量算法,主要分为3类:1)特殊启发式算法[1-6;2)将CTSP转化成标准旅行商问题(TravelingSalesmanProblem,TSP)进行求解[7-10];3)采用领域算法[11-13]。上述方法均没考虑裁片分布密集轮廓复杂的具体情况,针对此特定情况,本文以最大最小蚁群(MaxMinAntSystem,MMAS)算法[14]为基础,提出一种新的走刀空行程路径优化算法:采用标准MMAS算法首先制定初步裁片顺序;随后在用变异的MMAS算法求解入刀点,而后对求得的入刀节点进行顺序重组再次确定裁片顺序,对以上两步骤进行迭代求解,从而确定裁剪顺序与入刀点,使最终空行程路径达到全局优化。
为直观看出本文算法优势,绘制了两种代表性的裁片文件的空行程路径图(如图4所示),这两种裁片包括结构相对简单的弹袖棉裁片和结构比较复杂的裤袋布(长)裁片的。图4中细线所绘制的封闭轮廓部分为裁片,裁片间的粗折线段则表示刀具空行程路径。
在所展示裁片中,弹袖棉的裁片构成要比裤袋布(长)的裁片构成简单,裁片规模也相对较小。结合两裁片的路径图分析表4中的数据:对于弹袖棉裁片,IMAS算法比扫描算法以及NACS算法,空行程分别缩短了56.6%和23.6%;对于裤袋布(长)裁片,IMAS算法比扫描算法以及NACS算法,空行程分别缩短了69.8%和35.1%。由此可以得出IMAS算法随着裁片轮廓复杂程度的增加以及裁片规模的增大将越来越优于扫描算法和NACS算法。其原因是原始的搜索扫描算法并非智能算法,该算法针对不同对象时不能进行反馈调节,而NACS算法却没能考虑裁片裁剪顺序与裁片入刀节点选择之间存在的松散耦合关系,所以随着裁片数目的增多以及轮廓越趋复杂其优化效果也会变差。而本文算法充分考虑到此松散耦合关系,故可以取得更优解。
4结语
基于最大最小蚁群算法,针对密集型多轮廓加工走刀空行程路径进行优化,提出一种新的路径优化算法。该算法已经成功集成到自动化服装裁剪设备的CAD/CAM系统上,实例验证了该算法的可行性,对比现有算法,在刀具空行程的路径长度优化上具有明显优势。其中的参数选择需根据每个特定实例进行实验选择,在将来的研究中将对参数的选择进行深入研究,从而提高该算法的实用性。
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关键词:机械密封;可靠性;石油化工企业;工作寿命
离心泵、搅拌机、压缩机等旋转机械在工作的过程中大都采用了机械密封装置。近年来,因为机械结构、材料的不断改善,机械加工、装备精度也得到了极大的提高,这不仅增强了其密封性,同时显著的增长了故障出现的间隔时期,提高了结构应用的可靠性。然而在机械密封泄漏装置的应用中,这些问题不仅是机械故障之一,更是引发企业安全事故的主要原因之一。为此这里我们有必要对机械密封可控性进行研究,以保证机械使用效率和工作寿命。
一、机械密封可控性分析
在普通的机械密封控制和管理工作中,一般都只是针对机械的稳定运行条件而言的,而当工作条件或者是工作环境发生变化的时候,经常会因为生产值以及工作稳定性不佳而导致密封断面出现开裂,大大的缩短了机械的使用寿命,甚至是出现泄漏以及密封失效隐患。这些问题的出现不仅使得整个企业停产而引发经济损失,甚至是造成严重的环境污染,这些经济损失往往都是密封本身装置价格的几倍、几十倍甚至是上百倍。特别是对于石油化工企业而言,一旦出现机械密封时效,其所引发的环境问题极为严峻,由此造成的经济损失不可估量。可见,在目前的社会发展中做好机械密封可控性分析是多么的重要。
1、机械密封的理论研究
机械密封在设计的过程中,最为关键的内容便是如何获取低泄露的同时减少密封构件表面出现的摩擦损失,提高构件的使用寿命和效率。根据当前的理论性进行分析,其在工作的过程中主要可以从泄漏量和磨损率两个方面进行研究和分析,从而保证工作的正常开展,
2、机械密封的实践分析
机械密封泄露是最为常见的机械故障之一,尤其是在石油化工企业的生产和工作中,它一旦出现,其所造成的负面影响极为突出。就过去生产工作中所采用的离心泵、压缩机、搅拌机等机械进行分析而言,由于受到材料、结构的变化要求,使得机械加工量、装备精确度都得到了极大转变,这不仅增强了其密封性,而且有效的缓解了故障问题,提高了结构的稳定性。但是就过去工作而言,因为机械密封管理控制不科学、机械保养不完善而引发的机械密封不佳问题时有发生,这就需要我们在工作中做好机械密封可控性实践管理。
二、机械密封可控性研究
机械密封可控性研究的工作目的不仅仅在于提高机械密封的可靠性和工作寿命,同时对于整个机械设备的运行可靠性和耐久性也有着重要的意义。在工作中,为了降低泄露量,人们有意识的提高机械密封的断面比压,同时减少断面结构的磨损率,从而减少结构摩擦阻力,降低因为摩擦而造成的密封性不佳。经过过去长期的工作实践分析总结得出,工作人员通过获取可靠性好、耐久性高的工作寿命,从而提高机械密封装置的标准量和端面的比压范围,这为日后密封装置的检测提供了科学可靠的理论依据。
在机械密封可控性研究过程中,许多学者把机械密封的端面温度作为反馈参数,而把端面比压或膜厚作为控制参数。T.G.Doust和A.I.Parmar的研究表明,机械密封的端面温度是影响其密封性能的重要因素。端面磨损的结果使得端面温度升高,温度的升高速度反映了机械密封端面的磨损水平。
三、工程应用以及其中存在问题分析
在目前的工作实践中,通过对机械密封装置的可控性进行分析得出,反馈信号可谓是最为关键的内容,它主要包含了端面温度、端面膜厚度、端面摩擦系数以及泄露量,为此在控制的过程中需要针对这几方面的内容进行研究,从而保证整个工作的顺利进行。
1、端面温度
在工作中,采用端面温度作为可控机械密封装置的管理系统以及反馈信号是最为常见的,它不仅是因为密封箱内介质温度变化处于恒定状态,同时端面温度的变动也与摩擦系数密切相关。
2、端面膜厚度
尽管端面膜厚是影响机械密封性能和寿命的重要参数,但要在工业装置上采用端面膜厚作为反馈信号参数,还有待于更深入的研究。通常使用涡流传感器测量端面膜厚。由于工作过程中机械密封的膜厚很薄,处于10-7~10-5 m的数量级,而装置设备运转时引起的机械密封振动幅值至少也处于膜厚数量级,甚至还远远大于这个数量级,因此,即使涡流传感器的精度很高,也会因为噪声过大而淹没实际膜厚信号。
3、反馈执行机构
反馈执行机构是可控机械密封正常可靠运行的保证。执行元件通常有压电晶片、电磁铁、调节阀和液压缸等。以压电晶片制作的执行元件,其特点是在其两端加上电压,使晶体本身产生膨胀。建立一个端面温度和输入晶体两端的电压关系以及膨胀率和压力之间的关系,是实现控制功能的关键。压电元件在介质中的绝缘性能要求是其工业化推广的主要障碍。电磁铁作执行元件,其特点是以通电线圈代替弹簧提供闭合力。由于温度的输出和线圈的输入都是电压量,因而可以方便地控制机械密封端面比压或膜厚,安装要求也不高。
四、研究方向
随着密封技术、制造技术、计算机技术的发展以及工业化生产的需求,机械密封可控性研究应该更多地考虑控制系统设计的先进性、传感器设计制造安装的现实性和执行机构的可操作性。
1、机械密封控制系统工业化结构
生产装置上应用的机械密封控制系统,一般要求:安装方便,快捷;具有一定耐压力波动能力;稳定的工作性能;较高的可靠度:价格低廉。
2、关键技术
工业装置用机械密封控制系统的实施,关键技术之一是小量程大孔径转矩传感器的设计制造,另一关键技术是稳定可靠的执行机构的设计制造与安装。传感器材料选择的合理与否对传感性能有着重大的影响。传感器的稳定性是工业装置用机械密封控制系统正常运行的基础。执行机构的灵敏度与精度是机械密封控制系统正常运行的保证。
五、结束语
理论分析表明,调节机械密封端面比压,可以改变动静环表面接近量与端面间液膜厚度,实现对机械密封装置控制的主要手段,也是促进石油化工企业可持续发展的关键。
参考文献
[1] 孙见君,魏龙,朱洪生. 弹簧比压可控振动可测型机械密封试验装置[J]. 石油机械. 2002(02)
[关键词] 旱地玉米 形态生理指标 调控技术
[中图分类号] S513 [文献标识码] B [文章编号] 1003-1650 (2014)08-0150-02
米是府谷县旱地的重要的粮食作物,府谷县试验县多年示范研究表明,在正常降雨年份(472.2mm)产量达500kg或500kg以上是完全可能的。为了最大限度地挖掘旱地玉米的生产潜力,实现栽培技术的规范化、指标化,去年结合示范重点研究了杂交种农大108玉米亩产500的产量构成指标、群体动态指标和不同生育时期的苗情指标及关键调控技术,现将结果整理于后。
一、材料与方法
试验设在府谷县麻镇刘家坪,属黄土地貌,半干旱易旱气候,年平均温度11.9℃,年均降水472.2mm,土壤为黄绵土。示范地前茬绿豆,冬季休闲,基础肥力每亩产量300kg,示范时按施N5kg,配施P2O54kg;增产100kg玉米进行施肥,所以需肥料播前整地时底肥一次施入。试范品种,选用了适宜当地种植的杂交品种农大108,该品种紧凑型中晚熟高产杂交种,抗旱、抗病、高产、稳产、优质。试验密度分每亩3200株、4200株、5200株、6200株、7200株五级,人工挖穴,按不同密度播种。出苗后按70%出苗率定点取样进行测定,管理同大田。
二、结果与分析
1.旱地玉米亩产500kg形态生理指标
1.1产量构成指标
玉米产量是由亩穗数、穗粒数和千粒重三大因素构成的。亩穗数是群体发育在产量上的表现,穗粒数和千粒重是个体发育的结果。实践证明,只有三大因素发展较为协调时,才能实现旱地玉米的高产、稳产。去年试验,旱地玉米亩产500kg的产量构成指标见表1。
表1 旱地地膜玉米亩产500k量构成指标
从表1看出,五种密度中以每亩种植5200株的产量结构较好,产量最高。五者平均,旱地玉米亩产500k量结构指标大体是:一般每亩总穗数3640穗,穗粒数490.6粒,千粒重301.1g。由此看来,在产量构成中,三者都占有相当比例,因而在大面积生产中,对旱地玉米来说,应在基本苗5200左右的基础上,以总穗数、穗粒数、千粒重三者均衡发展为宜。旱地玉米亩产500kg以上,每亩需留苗5200-6200株,实收穗数3500-4500穗,每穗粒数400-500粒,千粒重290g以上,单穗重130-160g左右。
1.2群体结构动态指标
建立合理的群体结构,是充分利用光能和增加干物质生产的前提,也是提高经济产量的基础。旱地玉米群体结构动态变化可用种植密度、、亩产收穗数表示,据试验研究,旱地玉米亩产500kg的种植密度,亩产收穗的动态结构指标是:种植密度是5200-6200株,实收穗数的3500-4500穗。
1.3苗情诊断指标
苗期,要求苗全苗匀、苗齐、苗壮。缺苗率不超过5%。幼苗生长整齐,分布、高矮、粗壮、叶色一致;生长健壮、幼基粗扁,叶片宽厚,颜色深绿,心叶重叠,根系发达,根层多,根量大;拔节孕穗期,植株生长整齐健壮,茎基扁粗,节间粗短,叶片宽厚,叶色浓绿,叶片较挺,根粗而多;开花灌浆期,株形紧凑,茎杆粗壮,穗上叶上冲,叶片肥厚,颜色浓绿,花粉多,果穗大,功能叶10片以上;成熟期,秆青、叶绿、棒大壳黄,结实满尖,籽大粒饱。
2.实现各项指标的调控技术
2.1蓄水保墒,防旱抗旱
干旱是制约旱地玉米高产稳产的重要因素,因此,要提高旱地玉米产量,实现高产稳产,必须树立有旱要抗,无旱要防的思想,千方百计做好蓄水保墒工作。目前,蓄水保墒的耕作措施有旱地整地,遇雨耙耱收墒,合口过伏,减少水份蒸发。在有条件的地方,可实行糜草覆盖,即在玉米收后将地翻耕耱平,将糜草均匀撒于地表,可起到既保墒,又肥地的作用。近年来,在秋收后尽早翻地,将地面耙耱平整,然后起垅,垅上覆盖地膜,沟内覆盖糜草,这样可2倍面积上的降水聚积于垅沟中,使水份能入渗到深层,发挥黄土层深层贮水能力强的特点,使有限的降水量最大限度地保存于土壤中,为高产及其它调控措施的实施打下基础。
2.2增加投入,合理施肥
增施肥料,科学配方是玉米高产的保证。据研究结果,府谷县旱地在正常降水年份,施N5kg,配施P2O54kg,约可增产100kg玉米籽粒,按此配方,在地方基础300kg的基础上每亩需再施纯N10kg、P2O58kg,即可达到500kg或500kg以上。旱地氮磷化肥作底肥一次施入效果较好,底肥施足后一般不再追肥。若用碳酸氢胺作底肥,应施于15cm土层以下,若用尿素作底肥,施于10-15cm土层为宜。在玉米生产过程中,于大喇叭口期每亩5-7.5kg,尿素即可。
2.3选用良种,适时播种
选用抗旱高产品种,是提高旱地玉米产量经济而有效的途径。目标产量为每亩500kg宜选中晚熟紧凑型高产品种,以发挥品种增产潜力大,光合作用强,茎杆粗壮抗倒的优势,每亩只需5200株,即可实现目标产量,这样群体密度比较合理,通风透光,可减轻病虫危害。
适期播种,培育壮苗也是实现旱地玉米高产的重要因素。据试验,府谷县旱地,玉米最佳播期为4月20日至5月1日。在适宜播种期内,旱地气温高时可推迟2-3天,雨涝气温低时可提旱2-3天。
2.4合理密植,调控群体
计划产量每亩500kg,选用紧凑型中晚熟品种,播量每亩5200-6200株,使基本实收穗数达3640-4340穗。玉米播后要加强管理,遇雨地表板结要及时破除,保证出苗均匀整齐。总之,通过控制播量,田间管理,保证实收穗数达3640-4340穗,这样,可保证有足够的穗数获得高产。
参考文献
关键词:汽轮机;凝汽器;严密性;处理
中图分类号:U66 文献标识码:A
目前我国各电厂中,汽轮机真空严密性偏低是普遍存在的问题,对电厂的机组运行时的安全性和经济性造成了十分巨大的影响,所以这个问题越来越成为我们关注的焦点,我们应针对导致真空度偏低的原因进行具体的分析,从而提出具体的解决措施,有效的保证汽轮机真空系统的真空度。
1 汽轮机组真空严密性差的危害
1.1 凝汽式汽轮机组功率同蒸汽流量和理想焓降成正比。低真空运行时,由于真空降低,压升高使理想焓降减少,在进汽量和效率不变的情况下,将使发电机功率降低。
1.2 由于漏入了空气,则需要及时地抽出,无形地增加了真空泵的负荷,浪费了水、电。
1.3 由于漏入了空气,使得凝汽器过冷度增加,引起作功能力的损失,降低了系统的热经济性,凝结水溶氧增加,可以导致低压设备氧腐蚀。
1.4 低真空运行时,由于背压提高,排汽温度升高,汽缸膨胀量增大,从而改变了通流部份的动静间隙,使机组容易发生动静碰磨,造成机组事故停机。
2 导致汽轮机真空低的原因
2.1 凝汽器的故障
在汽轮机组的组成部分中,凝汽器作为其重要的一部分,一旦凝汽器出现故障,则会直接导致真空的下降。
2.1.1 热负荷过高或者是水位迅速升高甚至达到满水状态的时候。
2.1.2 空气经由凝汽器出现渗漏的点或是安装时封闭度不好等所产生的缝隙进入到凝汽器内,这样当一定量的空气进入到凝汽器后则会导致真空的下降。
2.1.3 时间一长,冷却面容易结垢,如果这些结诟不能得到有效的清理,则会导致真空下降。这是因为在冷却面上形成的水垢,具有较大的热阻,这样同样的热量传过时则传热端的差则会增大,直接导致凝汽器排汽温度的升高,从而使真空下降。
2.2 抽气器或真空泵出现故障
循环水出口水温与排气温度的差值增大;抽气器排气管向外冒水或者冒蒸汽;凝结水循环度增大等都将导致真空下降。可能是由于冷却水不足或者是冷却器内管板或者隔板泄露,出现凝结水短路流出的现象;冷却水管破裂;喷嘴磨损或者腐蚀导致抽气器损坏都将引起真空下降。
2.3 循环冷却水的进水温度高
根据实践分析,循环水温升高5℃,真空降低1%,冷却水塔的工作状态决定水温冷却的状况,必须及时补充冷水,引起循环冷却水进水温度高的主要原因有:①冷却塔的运行状况不正常而导致水塔的出水温度升高时,就会造成真空恶化的情况。②空气湿度大或环境的温度高而使冷却塔的循环水温降有所减少,从而引起凝汽器的循环水进水温度大大升高,也会导致真空恶化。③循环冷却水的用量不足也会造成真空降低。④当凝汽器两侧的通水量分配不均时,也会造成真空降低。⑤凝汽器一侧积累空气以及抽气器的抽气能力不足时,都会造成凝汽器真空降低。
2.4 虹桥破坏
一旦虹桥破坏,凝汽器进水压力将会升高,而出水压力则变成零,在进水温度相同,同负荷的情况下,凝汽器出水温度升高排气温度增加,真空下降。面对这一现象,比例立即关闭出水口,开启侧空气门,观察真空的变化,在排除空气后调整出水门的位置,使真空回升,避免两侧同时进出。
2.5 轴封供汽中断
轴封供气中断其原因可能是轴封压力调整器失灵,调节阀芯脱落,当轴封供气中断后外界冷空气会进入后汽缸内,造成真空下降。若是轴封压力调整器失灵应切换为手动,开启轴封调节器的旁路阀门,立即检查除氧器是否满水,如若满水,则迅速降低其水位,倒换轴封的备用汽源。
3 提高汽轮机真空严密性的措施
3.1 加强凝汽器安装过程的质量检查,保障其正常使用
凝汽器安装过程中加强质量检查,确保冷却管涨口完好、空冷区包壳不漏焊,冷却管涨接完成后进行灌水查漏,灌至冷却管以上100mm,24小时后仔细检查。对于其热负荷过高可以将疏水系统加分流管道及阀门或直接接至电厂的疏水扩容器或疏水箱,以降低凝汽器的热负荷。并且可以利用对机组进行大修的机会对凝汽器的低真空问题进行技术改造,更换真空系统那些已经被腐蚀的阀门与疏水管道,从而提高真空系统的密封性能。
另外,冷却管内的沉积淤泥需要定期进行清理,通常可以在机组在临时维修时使用水力机械进行清洗,最好清洗之间的间隔不超过三个月,这样可以有效的增加机组运行时的经济性。
3.2 加强供水设备维护,保证经济的循环水量
设备是运行的基础,只有其保证其良好的性能才能保证其运行的水平,因此,有必要加强其设备的维护,对流量和流速进行合理的调整。
3.3 保证合格真空系统的严密性
当机组在维修时,需要对凝结器进行灌水进行找漏和堵漏工作。如果机组处于正常运行状态时,则可以利用蜡烛火焰法和烟气法对其进行查漏,利用各种修机的机会来对凝结器灌水进行找漏、堵漏。在正常运行的时候,可以通过蜡烛火焰法或烟气法在远离氢系统的负压部分进行查漏堵漏。轴封供气压力正常,维持压力处于0.025MPa-0.030MPa之间。定期做关于真空严密性的试验,确保真空每分钟下降不多于0.6KPa,尽力保证每分钟的下降不多于0.4KPa。
3.4 提高运行管理质量
凝汽器和冷却塔对于真实度有着直接的影响,所以要定期对其运行时的性能进行维护和管理,详细的记录下运行时的参数,定期对这部分参数进行测量记录,这样更利有进行有效的分析和管理工作,同时要保证冷却塔时刻处于最佳的状态。
结语
随着电厂的快速发展,电厂运行效率的提高对电厂运行的经济性有着直接的影响,而提高电厂运行效率的最关键一个环节则时确保机组的真空度,同时凝汽器真空也是影响机组运行的关键因素,所以我们应该在平时不断的积累经验,加大对机组真空系统精密性的研究工作,从而有力的提高机组运行时的真空度,从而有效的减少机组运行时的煤耗,提高电厂的经济效益,并实现电厂社会效益的最大化。
参考文献
关键词: 喷油器; 节流孔板; 密封性能; 接触应力
中图分类号: TH123.3;TB115.1文献标志码: B
引言
随着车用柴油机的飞速发展以及日趋严格的排放法规的提出,对燃油系统供给压力的要求越来越高.如何进一步提高电控高压喷油器的密封能力以满足逐步升高的燃油压力,成为亟待解决的问题之一.影响密封可靠性的因素有很多,如密封组件设计不合理、接触面表面粗糙度、加工所产生的尺寸公差和形位公差等,这些因素都会引起密封性不足的问题[1].
本文以某款喷油器为研究对象,基于Abaqus软件分析其密封性薄弱部位,采用增大螺纹拧紧力矩和改进密封面结构2种方式,提高喷油器密封能力,减少高压燃油泄漏.
1密封微观机理
为提高喷油器的密封能力,首先对密封的微观机理进行研究.密封面的微观结构见图1.在作用力加载初期,密封面间首先接触的是表面微凸体顶部;随着载荷的增大,两接触面间压紧应力增大,微凸体被压平或嵌入凹陷部分;继续加载,密封面间波峰和波谷相互穿插、嵌合,微间隙逐渐减小直至配合面吻合,实现密封[2].可见,密封能力的好坏与密封表面的表面形貌和作用在密封件间的压紧应力有关.对喷油器而言,各零部件间接触平面的密封主要通过加载螺纹拧紧力矩产生预紧力实现.在现有的加工精度下,可以通过增大密封件间的压紧应力,提高喷油器的密封能力.增大压紧应力可通过提高螺纹预紧力或减小密封面接触面积2种方式实现.
(a)(b)(c)
图 1密封面微观密封过程
2喷油器接触应力计算
以某款喷油器为研究对象,对其进行密封面的接触应力计算,分析其密封性较薄弱的部位,并提供改进方案.
2.1预紧力计算
有限元静力计算不能直接加载力矩,故将喷油器装配过程中施加的螺纹拧紧力矩转化为预紧力,施加在计算模型中.
螺纹预紧力的计算公式[3]为
在喷油器装配过程中,已知电磁铁紧帽的拧紧力矩为25 N·m,控制阀座的拧紧力矩为60 N·m,喷油嘴紧帽的拧紧力矩为80 N·m.经计算,该喷油器电磁铁紧帽预紧力为4 569 N,控制阀座预紧力为18 914 N,喷油嘴紧帽预紧力为27 314 N.将各预紧力施加在相应部件的预紧单元上.
2.2有限元建模和求解
对喷油器的各零部件进行有限元建模和装配,得到的网格模型见图2.
图 2喷油器计算模型
该模型主要由六面体和四面体单元组成,还包括少量的棱柱单元,单元总数为520 857个.
在Abaqus中将各零部件装配在一起,主要处理方式为:平面接触区域采用Contact接触对连接,螺纹区域采用Thread接触连接.为保证计算精度和加快收敛速度,对建立接触的区域采用六面体单元,且保证两接触面网格完全匹配.
对计算模型边界条件的设置主要有:在喷油器安装位置约束3个平动自由度;根据第2.1节中计算结果加载预紧力;根据计算需要,将高压油油压分别加在各零件的相应位置.
将加载后的有限元模型提交Abaqus求解,得到各密封面的接触应力,根据计算结果确定喷油器密封性最薄弱的部位.
2.3密封性分析
根据密封性的评价标准,当密封面的接触应力高于工作油压1.25倍时,认为满足密封性要求.本文考察工作油压为200 MPa时喷油器的密封能力,根据上述标准,满足密封性要求的接触应力需高于250 MPa.
根据计算结果,孔板与喷油器体的接触面密封能力最薄弱,其接触应力分布结果见图3.在喷油器工作过程中,为防止高压油泄漏,高压油孔和高压腔周围需形成接触压力高于250 MPa的密封环带.
图 3孔板与喷油器体接触面接触应力
由图3可知,高压油孔和高压腔的燃油均会向销孔泄漏,该密封面的密封性不能满足设计要求.本文重点对提高孔板密封性的相关措施进行研究.
3改善密封性
影响孔板密封性的主要因素有控制阀座拧紧力矩和孔板密封面的接触面积等.本文考虑通过增大预紧力和减小孔板接触面积,改善其密封性.
3.1增大预紧力
已知控制阀座的拧紧力矩为60 N·m,为改善孔板的密封性,将控制阀座拧紧力矩分别提高为80 N·m和100 N·m,相应地,转换预紧力为25 219 N和31 524 N.分别计算孔板与喷油器体接触面的接触应力,见图4.
(a)控制阀座拧紧力矩80 N·m
(b)控制阀座拧紧力矩100 N·m
图 4孔板与喷油器体接触面接触应力
由图4可知,随着预紧力的增大,孔板密封面高于250 MPa的密封环带面积逐渐增大,高压油孔和高压腔向销孔泄漏的情况有所改善.
上述计算分析表明,增大预紧力有利于改善孔板接触面的密封性.由于增大螺纹预紧力会引起运动件配合面内孔变形过大,导致运动件卡死以及定位销受剪问题,因此预紧力不宜过大.本文考虑通过减小孔板接触面积的方式,进一步提高喷油器的密封能力.
3.2改进孔板结构
在原孔板结构的基础上提出结构改进方案,见图5.方案设计思路是通过开槽的方式切断高压油向销孔泄漏的通道,开槽深度为0.1 mm.
(a)原方案
(b)改进方案
图 5孔板接触面结构模型
在Abaqus中计算改进后孔板与喷油器体接触面的接触应力,见图6.
图 6改进后孔板与喷油器体接触面接触应力
图6中接触压力高于250 MPa,所形成的密封环带可以防止高压油的泄漏.在改进方案中,由于接触面积较原方案小,密封性有所改善,在高压油孔周围形成高于250 MPa的密封环带,阻止高压油向销孔泄漏.可知,改进后的孔板结构满足设计要求,解决高压油向销孔泄漏的问题.
综合上述分析结果,采用减小密封面面积的方式对孔板进行结构改进,有利于提高喷油器的密封能力,解决高压油泄漏的问题.
4结论
(1)基于Abaqus对喷油器的密封能力进行分析评价,可以为改善密封性提供参考.
(2)影响密封性的主要因素有预紧力和接触面积,通过增大预紧力和减小接触面积可以改善密封性.
(3)仿真结果表明,增大预紧力有利于改善孔板接触面的密封性,但存在其他风险,如衔铁杆卡滞、定位销剪切断裂等.
(4)孔板结构改进结果表明,改进后的孔板结构能避免高压油向销孔泄漏的问题,改善喷油器的密封性.参考文献:
[1]李琳, 王西彬, 解丽静, 等. 高压共轨密封面有效性及加工误差影响理论分析[J]. 工具技术, 2009, 43(12): 4346.
关键词:玉米空秆;表现症状;形成原因;防治
中图分类号: S435.13 文献标识码: A DOI编号: 10.14025/ki.jlny.2015.22.062
1 玉米空秆表现症状
玉米空秆是指植株不结果穗或有果穗而无籽粒。目前玉米空秆率一般为5%~10%,严重者高达15%以上,是影响玉米产量的重要因素之一。一般空秆株在苗期基部为圆形,叶片发紫,顶端浓绿发紫,叶脉相间有白色透明的斑点或条痕,拔节期植株细弱矮小,叶片淡绿、窄长,与茎的夹角小。
2 玉米空秆的形成原因
2.1 内部因素
内部因素指的是遗传因素的影响,如品种抗逆性不强,种子生活力弱,种子发育不健全等方面。
2.2 种植密度过大
玉米是喜温作物,如果生产中不考虑品种特性、土壤地力和施肥水平,留苗过多、密度过高、田间布局不合理,则田间郁蔽,光照强度减弱,光合产物减少,植株间的互相遮蔽会引起雌穗花丝发育不良,不能很好授粉。导致单株穗数减少,造成玉米个体发育不良,使空秆率增加。
2.3 植株之间生长不平衡
由于种子大小不整齐、播种深浅不一、覆土厚薄不匀、施肥不均,造成幼苗参差不齐,长势强弱不一,造成大苗欺小苗。苗大的根深叶茂,生长旺盛,争光夺肥;苗小的则缺乏营养,生长细弱,发育不良,果穗的分化与发育受到抑制,自然正常发育果穗少。
2.4 营养物质比例失调
在玉米出苗后的雌穗分化阶段,如果营养不良,糖代谢缓慢,有机物积累少,植株瘦小叶黄,光合面积较小,不能满足果穗分化期对养分的需求,雌穗发育不良,空秆率提高。玉米旺长阶段,矿质营养供应过多,造成营养生长旺盛,生殖生长减弱,有机质向雌穗上分配的少,从而形成空秆。
2.5 不良气候条件的影响
不良气候条件会增加空秆率,穗分化的关键阶段(喇叭口至抽穗前)是玉米需水量最多的时期,如果这个时期干旱缺水,根系瘦弱,植株矮小,光合作用受阻,就会影响雄穗正常开花和雌穗花丝的抽出,造成抽雄提前,吐丝延迟,花粉生活力弱,花丝容易枯萎,不能授粉授精。玉米抽雄散粉时期,阴雨连绵,光照不足,花粉粒易吸水膨胀而破裂死亡或粘结成团,丧失授粉能力,而雌穗花丝未能及时受精,造成有穗无籽。另外,如果田间积水土壤缺氧,根系呼吸困难,吸收力减弱,都会造成不同程度的空秆。
2.6 病虫为害
一是玉米大、小斑病,黑粉病、玉米螟的为害,破坏玉米雌穗组织,消耗植株体内的养分,阻碍茎叶养分向雌穗输送,影响穗的发育形成;二是灰飞虱传播的玉米粗缩病,可直接导致玉米植株畸形而不能抽穗,或雌穗畸形而不能正常授粉结实。
3 玉米空秆的防治方法
3.1 选用良种
各地根据具体情况选用丰产性好、品质优良、抗逆性强、适应性广的稳产高产品种。
3.2 合理密植
合理密植就是要因地制宜地增加单位面积种植株数,扩大绿色叶面积和根系的吸收面,有效利用光、热、水、气、肥等要素,生产出更多的干物质。生产中可根据土、肥、水及品种、种植方式、田间管理水平来确定单位面积种植的株数,这样既可保证个体的正常发育,又可促进群体的充分发展,减少空秆的发生。
3.3 合理用好肥水
玉米从拔节到果穗吐丝受精孕穗阶段,是生长发育最旺盛的时期,此期养分供应充足,能减少空秆缺粒,促进果穗的正常结实,对防治空秆有积极作用。增施有机肥,氮、磷、钾合理配比,尤其是防止田间缺少磷肥与硼肥。实行叶龄施肥:当叶龄指数达35%~40%即6~7叶展开时,普施有机肥,全部追施磷、钾肥和60%的氮肥。叶龄指数达60%~70%即12~13片叶展开时,追余下40%的氮肥。
3.4 人工去雄
生产上采用的去雄技术能有效削弱顶端优势,当雄穗露尖时,隔行或隔株将雄穗拔出,切忌带掉功能叶。去雄后,全田只剩一半雄穗。授粉结束后,将剩余的一半雄穗再去掉,植株去雄后,植株变矮,改善了中部叶层的通风透光条件,有利于提高光合作用效率,增加有机物质积累,减少空秆。此外,拔除部分雄穗,可将原来用于开花、花粉发育及后期生长所需的养分和水分转运到雌穗,使本来无效的果穗变为有效,从而降低空秆率。
3.5 加强田间管理
加强中耕除草、培土技术,尤其是拔节后培土,可增强土壤的透气性,促进玉米根系发育;采用宽窄行种植技术,改善田间的通风透光条件。在玉米心叶末期,加强对玉米螟的防治;在玉米生育中后期,注意防治各种叶斑病和蚜虫、双斑蝇叶甲等;玉米生长时期处于夏秋季节,也是杂草滋生盛期,要加强田间杂草的适时防除,避免杂草与玉米争光、争水肥、争营养。
参考文献
[1]闫倩清.玉米形成空秆的原因及防止途径[J].河南农业,2012,(05).
[2]丁玉美.玉米空秆的原因及其防治对策[J].安徽农学通报(上半月刊),2010,(15).
[3]鞠洪韬.玉米空杆原因及防止措施[J].农业与技术,2008,(03).
[4]訾平.玉米空秆形成原因及预防对策[J].中国农业信息,2012,(18).
关键字:灰土挤密桩;孔内深层强夯桩;湿陷性黄土;地基;工艺
Abstract: This paper put out a comprehensive analysis of how to use lime-soil compaction pile and hole dynamic compaction piles do collapsible loess foundation respectively squeeze from the dust pile and hole dynamic compaction pile in collapsible loess foundation treatment of the specific construction techniques and precautions,.Key words: dust compaction pile; hole dynamic compaction pile; collapsible loess; foundation; process
中图分类号:TU2文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012)
在我国,湿陷性黄土广泛分布于华北 、西北等地区,由于该类土具有较大的孔隙率和较小的干密度,受水浸湿后在自重压力或基底附加压力作用下会产生湿陷变形,对建筑物的危害相 当大。近年来,地基基础工程发展迅速,各种地基处理方法层出不穷。 灰土桩法、孔内深层强夯桩 ( DDC )因实现了以土治土的目标而在各种地基处理方法中显得比较经济,得到了广泛应用。
1、灰土挤密桩在湿陷性黄土地基处理中的应用
灰土挤密桩在处理软弱地基方面,因其施工速度快,造价低廉,施工设备简单,技术可靠,大量使用工业废料,社会效益好和承载能力提高较快等特点,已日益成为经济有效的地基处理方法之一。而对于湿陷性黄土来说,除了消除其湿陷性外,灰土桩还与挤密土一起构成复合 地基,提高地基强度,减小地基变形,改善黄土地基的工程特性。
灰土桩的材料主要是白灰和土,取材方便,适应范围广,可用于深层加密处理地基。常见的碾压或夯实方法,对土体沿竖 向压实加密,一般适用于1 m~3 m 浅层地基的处理。灰土挤密桩法则是对土体横向挤密,并向桩孔内填2∶8 或 3∶7 灰 土,地基一般无需开挖大量土方,适用于处理厚度较大的自重或非自重湿陷性黄土地基。民用建筑一般在6层以上宜采用灰 土挤密桩法处理地基,尤其是对于施工场地狭窄、土方堆放困难的工程,灰土挤密桩法具有更大的优势。
1.1灰土挤密桩设计
1.1.1施工工艺流程开挖基坑基底平整定桩位放线桩机就位振动套管至略深于设计标高(经试验桩施工、确定施工参数)提升内管露出投料口经计量拌和后一次投料下内 管至灰土顶面提套管使灰土推入土中振动锤压实达到设计强度 素土压顶。
1.1.2 桩孔直径桩孔直径主要取决于施工机械的能力和地基土层的原始密实度。桩径过小,桩数增多,增加了打桩和回填工作量;桩径过大,桩间土挤密效果差,均匀性也差,不能完全消 除黄土地基的湿陷性,同时要求成孔机械的能量也太大,振动过程对周围建筑物的影响也大。总之,选择桩径应对以上因素进行综合考虑, 当前一般选用 300~600 mm 的桩径。
1.1.3 桩距估算
桩距设计的目的是为了使桩间土挤密后达到一定的密实度,从而消除黄土湿陷性满足承载力要求。如果桩距设计偏小, 易造成缩颈,成孔困难等施工问题,使桩间土发生拱起,应力 释放,还会提高工程造价。 若桩距设计偏大,则对桩间土的挤密效果不明显,达不到规范的 要 求,使工程中存在隐患,甚至使整个工程失败。
1.1.4 桩孔深度
桩孔深度应根据工程结构物对地基的要求、地基的湿陷类型、湿陷等级、湿陷性黄土层厚度及打桩机械的条件综合考虑决定。对非自重湿陷性黄土地基,其处治厚度应为基础下土 的湿陷起始压力小于附加压力和上覆土的饱和自重压力之和的所有黄土层, 或为附加压力等于土自重压力25%的深度处, 桩长从基础算起一般不宜小于3m。当处治深度过小时,采用土桩挤密是不经济的,桩孔深度目前施工可达12~15 m。
1.2 灰土挤密桩施工注意事项
1.2.1 在挤密桩施工中由于机械振动危及周围建筑物的现象是很有限的,对一般砖混结构几乎没有影响,但对部分旧土坯建筑和简易房屋有时会出现掉皮或墙体开裂现象,影响的因素不 单纯与距离有关。
1.2.2 在挤密成孔施工时应防止漏孔或错孔,在成孔后及时进行其施工质量检查,认真做 好记录,当沉管成孔和拔管有困难时,在桩尖与桩管连接处可加设宽5cm,厚1.2 cm左右环箍,能减轻沉管和拔管的困难。
1.2.3 要严格灰土的配合比,配合比应符合设计要求,成熟的石灰粉、土都应过筛,灰土应拌和均匀至颜色一致后,及时回填夯实,不宜隔日使用。
1.2.4 桩孔填料的夯实,一定要认真负责,施工时可通过夯填试验, 确定合理的分次填料数量和夯击次数,确保夯填质量。
2、孔内深层强夯桩 ( DDC )在湿陷性黄土地基中的应用
孔内深层强夯桩( DDC )作为一项新型地基处理方法,由于其地质适应性广、施工简便,近年来得以广泛应用。
2.1 孔内深层强夯法概述
孔内深层强夯法是一种深层地基处理方法,该法先成孔至预定深度,然后自下而上分层填料强夯,形成承载力较高的密实桩体和强力挤密的桩间土,其填料可以是建筑垃圾、素土、石料灰土及它们的混合料。经此工法处理后,形成具有较高承载力的复合地基。
与其它地基处理方法相比, 孔内深层强夯法法 具有如下优势:
2.1.1 使用范围广泛,可用于各类地基处理,如深厚层的湿陷性黄土、盐渍土、回填垃圾地基等各种复 杂建筑场地的处理。
2.1.2 用料标准低, 如土砂、碎石、建筑垃圾、碎砖块、混凝土块等均可利用。
2.1.3处理后的复合地基承载力显著提高, 一般200~ 800 kPa, 为原天然地基的 3~ 9倍复
合地基变形模量大,沉降变形小。
地基处理深度大, 一般处理深度20m左右, 最深可达 30 m。
2.1.5 环保经济、工艺简便、震动小、无噪声, 填料费低廉, 降低地基处理费用30%以上。
DDC桩施工工艺
2.2 成孔
2.2.1 使用D - 300型柴油打桩机沉管成孔, 桩锤重3t,落距187 cm, 桩管直径为0.38cm无缝钢管, 桩尖带可透气的活动钢圈,隔排隔孔跳打成孔, 即分4序成孔。1、2序桩成孔时一般锤击数为70~ 75击/孔(11m 桩长), 3、4序桩成孔时锤击数则需要达到102~ 110击/孔,说明 1、2序孔经重锤夯实后,桩间土应力增加并扩散, 地基土强度提高,因此, 3、4序孔成孔时, 沉管的速度就慢一些, 拔管时有困难, 拔出桩管后又有部分孔段缩径。解决方法是拔管困难时适当沿桩管四周加水, 以减少桩管周围与周围土层的摩阻力以利起拔。对于部分缩径孔段,一般认为是两方面原因所致,一个是土层含水量较大,一个是地层中应力提高, 解决方法是洛阳铲二次修孔,以保证桩身直径不小于最小要求。
2.2.2 灰土质量的控制现场使用37灰土,采用重型击实试验方法确定最大干密度为1. 6 g / cm³,现场控制干密度为1.55g / cm³, 最优含水率为18.6%。
2.3 原材料要求
2.3.1土质:干净黄土,有机成分5% , 易溶盐总量
2.3.2 白灰:现场消解新鲜生石灰,有效成分(CaO+ MgO)>60% ,每150m³应检验一次(化学分析法)。
2.3.3 配制灰土:用专用筛土机配制灰土,并及时调节灰土的含水量到最优值,一般情况下,灰土应当天用完, 其放置时间>24h。
2.4 夯填工艺
车载夯实机4台, 锤重1.8t,锤径250 mm,尖型锤头,夯击时有挤扩作用。固定容器填料, 每次填料高度为0.8m,夯实后为0.3m;桩下部5m夯击次数8次,夯锤落距3m;桩上部6m夯击次数10次,夯锤落距3m。
夯填工序是 DDC 桩施工的关键工序, 是质量管理的重点, 在管理方面应给予组织及技术保障。
3、结束语
为减少湿陷性黄土地基对工程所产生的危害,就必须注重地基的质量。灰土挤密桩和孔内深层强夯桩的应用和进一步的研究有着非常深远的意义。因而一方面要控制好施工工艺,另一方面要加强施工的进一步探索,争取用最少的投入,达到最佳的效果。
【参考文献】
[1]莉娜,张淑珍.湿陷性黄土地基处理方案的优选与应用[J].陕西建筑,2009,12.