機(jī)械研究生開題報(bào)告范文
機(jī)械研究生開題報(bào)告范文
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導(dǎo)語(yǔ)：機(jī)械研究生的開題報(bào)告范文包含哪些內(nèi)容呢?機(jī)械研究生的開題報(bào)告的選題的應(yīng)用前景是什么呢?下面是小編分享的機(jī)械研究生的開題報(bào)告范文，歡迎大家閱讀。
一、 擬選定學(xué)位論文的題目名稱
瀝青攪拌樓的樓架結(jié)構(gòu)分析
二、 選題的科學(xué)意義和應(yīng)用前景
選題的科學(xué)意義：
大型機(jī)器的支撐基礎(chǔ)，承受著由機(jī)器的不平衡擾力引起的振動(dòng)和機(jī)器的自重等，如其振動(dòng)過大，將會(huì)影響機(jī)器的加工要求或無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至損壞機(jī)器和影響鄰近的設(shè)備、儀器和人員的工作和生活，嚴(yán)重的還會(huì)危及建筑物的安全。因此動(dòng)力機(jī)器的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)分析具有重要的意義。
我國(guó)對(duì)于動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)正式研究起于上世紀(jì)七十年代，在八十年代主要編制成了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《設(shè)計(jì)手冊(cè)》，這對(duì)于動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和分析提供了重要依據(jù)和參考。近年來對(duì)于動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的研究，往往集中于對(duì)壓縮機(jī)、壓力機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、配料機(jī)等機(jī)器基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)分析。對(duì)于工業(yè)上應(yīng)用的更復(fù)雜的設(shè)備，像由振動(dòng)篩、攪拌器等多個(gè)動(dòng)力機(jī)器組成的大型瀝青攪拌樓，對(duì)于這種往往由多個(gè)動(dòng)力機(jī)器組合的大型設(shè)備的樓架問題研究的幾乎沒有。另一方面研究人員僅僅采用單一理論計(jì)算方法計(jì)算擾力值，振動(dòng)幅值等，計(jì)算方法和參數(shù)的選擇并不統(tǒng)一，或考慮不夠全面造成結(jié)果各不相同或不接近實(shí)際。
針對(duì)以上問題，本文擬考慮多臺(tái)設(shè)備共同作用時(shí)的振動(dòng)合成，如考慮攪拌機(jī)的振動(dòng)擾力和振動(dòng)篩的擾力，并考慮如風(fēng)載、靜載、動(dòng)載多種載荷情況下樓架的承載和振動(dòng)情況。同時(shí)在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上,采用有限元分析軟件對(duì)樓架進(jìn)行模態(tài)分析,獲得結(jié)構(gòu)的頻率和振型,然后進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化樓架設(shè)計(jì),并再次進(jìn)行有限元計(jì)算,驗(yàn)證改進(jìn)方案的可行性。
選題的應(yīng)用前景：
瀝青混凝土攪拌設(shè)備是瀝青路面機(jī)械化施工的關(guān)鍵設(shè)備，近20年來,我國(guó)公路交通事業(yè)發(fā)展迅猛,公路機(jī)械化施工因此獲得巨大進(jìn)步,特別是對(duì)參與高速公路瀝青路面工程建設(shè)的企業(yè)來說,擁有大型瀝青混凝土攪拌設(shè)備已是市場(chǎng)準(zhǔn)入條件之一。而其樓架部分是攪拌樓的重要承載機(jī)構(gòu)，其設(shè)計(jì)首先必須保證機(jī)器的特定工作要求，滿足振動(dòng)和抗振的要求。
樓架作為瀝青攪拌樓的支撐基礎(chǔ)，它在各種工況下承受著巨大的載荷。若局部的應(yīng)力過高會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)被破壞，因此需要對(duì)樓架結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度和抗振性及穩(wěn)定性進(jìn)行分析，避免樓架的破壞同時(shí)合理選擇樓架鋼材的截面尺寸等，這樣可以保證瀝青攪拌樓的樓架在滿足安全性的前提下節(jié)約材料，因此對(duì)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性具有重大意義。
企業(yè)中瀝青攪拌樓的樓架設(shè)計(jì)往往利用技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，即直接采用特定的結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行生產(chǎn)制造。本文的選題來源于企業(yè)，是對(duì)現(xiàn)有某型號(hào)瀝青攪拌樓的樓架安全性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行驗(yàn)算分析或在進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，這樣可以有效地降低設(shè)計(jì)成本，更具經(jīng)濟(jì)性。
選題中由于瀝青攪拌樓的樓架高度較高，所以要考慮多種載荷情況下樓架的承載和振動(dòng)情況。同時(shí)采用有限元軟件進(jìn)行分析，更好的展現(xiàn)在工作情況下樓架的實(shí)際情況，顯現(xiàn)出樓架中的危險(xiǎn)部分，可以針對(duì)問題對(duì)樓架機(jī)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)和完善，優(yōu)化樓架，為瀝青攪拌樓樓架的設(shè)計(jì)提供有力的依據(jù)。這些對(duì)于大型復(fù)雜設(shè)備的支撐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)都具有一定的參考意義。
三、 背景科研項(xiàng)目情況簡(jiǎn)介
此課題來源于工程實(shí)際，是以無錫錫通科技集團(tuán)某瀝青攪拌樓設(shè)計(jì)為背景展開的。其樓架結(jié)構(gòu)分析是攪拌樓設(shè)計(jì)工作的重要組成部分。此課題的完成將為企業(yè)進(jìn)行各種型號(hào)瀝青攪拌樓的樓架設(shè)計(jì)提供重要依據(jù)。
四、 學(xué)位論文主要研究?jī)?nèi)容
動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)基礎(chǔ)本身質(zhì)量、剛度的分布、設(shè)備的質(zhì)量和剛度、地基的影響、擾力大小和相位等因素,確定安全可靠、適用、經(jīng)濟(jì)合理和技術(shù)先進(jìn)的方案。
本論文是對(duì)企業(yè)中已有的樓架安全性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析驗(yàn)算和優(yōu)化，樓架的結(jié)構(gòu)和選材已定、不進(jìn)行研究，本論文對(duì)于瀝青攪拌樓的樓架設(shè)計(jì)提出必須滿足的三個(gè)基本要求：(1)具有良好的抗振性;(2)具有足夠的剛強(qiáng)度;(3)穩(wěn)定性要求。只有滿足了這三個(gè)方面的要求才能保證瀝青攪拌樓的正常運(yùn)行和安全生產(chǎn)。所以在進(jìn)行瀝青攪拌樓的樓架設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行動(dòng)力特性分析以及強(qiáng)度和穩(wěn)定性的計(jì)算。最后就樓架可行性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行驗(yàn)算和優(yōu)化。
1.關(guān)于樓架抗振性研究：設(shè)計(jì)動(dòng)力機(jī)器機(jī)架的基本目標(biāo)是限制其振動(dòng)幅值和自振頻率，以滿足機(jī)器本身和附近設(shè)備、儀器的運(yùn)轉(zhuǎn)和不影響鄰近工作人員和居民的工作和生活。因此本設(shè)計(jì)中動(dòng)力計(jì)算時(shí)首先要確定機(jī)器的擾力作用方向和擾力值及其作用點(diǎn)的位置，然后按瀝青攪拌設(shè)備的擾力性質(zhì)，采用相應(yīng)的動(dòng)力計(jì)算公式，計(jì)算樓架的振動(dòng)幅值、振動(dòng)頻率等，使之不超過允許極限值。
2.關(guān)于樓架剛強(qiáng)度的研究：要使樓架具有良好的動(dòng)態(tài)性能必須保證它具有足夠的靜、動(dòng)態(tài)剛度。靜態(tài)剛度是以滿載靜力作用下的靜位移來表征，動(dòng)態(tài)剛度是指其動(dòng)態(tài)特性，是以其系統(tǒng)的滿載自振頻率來表征。對(duì)剛度的研究本文從這兩個(gè)方面入手分別計(jì)算。強(qiáng)度設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則是在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中可能發(fā)生的最大載荷的情況下樓架上任何點(diǎn)的應(yīng)力都不得大于允許應(yīng)力。強(qiáng)度計(jì)算時(shí)本文主要進(jìn)行內(nèi)力分析、載荷組合、和承載能力的驗(yàn)算。其中內(nèi)力分析包括動(dòng)內(nèi)力、風(fēng)載以及各種靜載荷內(nèi)力的計(jì)算。通過這些分析和計(jì)算確保瀝青攪拌樓樓架的所有構(gòu)件在各種可能的載荷工況下都不受到損壞，從而使機(jī)組能夠安全地運(yùn)行。此外還需研究樓架在彎扭組合交變應(yīng)力作用下的疲勞強(qiáng)度問題。
3.關(guān)于樓架桿件穩(wěn)定性的研究：對(duì)于細(xì)長(zhǎng)的或薄壁的受壓機(jī)構(gòu)及彎-壓結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問題，失穩(wěn)對(duì)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生很大的破壞，設(shè)計(jì)時(shí)需要校核。本文研究的瀝青攪拌樓的樓架由于立柱高度大承受的豎直方向的載荷較大，為避免立柱失穩(wěn)，需要校核計(jì)算。研究時(shí)由于樓架受力情況復(fù)雜，需要對(duì)立柱所受外力簡(jiǎn)化、近似處理等從而計(jì)算出立柱所能承受的臨界壓力。
4.關(guān)于樓架安全性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行驗(yàn)算和優(yōu)化：將理論計(jì)算結(jié)果與有限元軟件運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行比較, 通過對(duì)結(jié)果的分析來得出結(jié)論或進(jìn)一步的優(yōu)化，這也是本文的最終目的。
五、 預(yù)期解決的主要問題
問題1：如何進(jìn)行瀝青攪拌樓樓架振動(dòng)位移的計(jì)算問題：
以前對(duì)機(jī)器基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)的方法有兩自由度法和空間多自由度法，在計(jì)算機(jī)普及以前只能采用兩自由度法。這種方法從基礎(chǔ)中逐一抽出單榀橫向框架，把它們簡(jiǎn)化成兩自由度的質(zhì)量、彈簧體系，然后進(jìn)行動(dòng)力分析。這種分析忽略了縱向框架的作用，只能求解單品框架的頻率、振型和動(dòng)力響應(yīng)，其精度和空間框架的實(shí)測(cè)結(jié)果相差較大;對(duì)于不能分解成平面框架的復(fù)雜結(jié)構(gòu)該方法更無能為力?？臻g多自由度體系往往更接近實(shí)際的幾何、物理模型，其精度更高，但空間多自由度法計(jì)算復(fù)雜，需要求解問題較多。
本論文擬采用空間多自由度法計(jì)算，但利用空間多自由度進(jìn)行分析時(shí)難點(diǎn)主要是:建立計(jì)算模型與動(dòng)力平衡方程并進(jìn)一步進(jìn)行動(dòng)位移的計(jì)算。樓架動(dòng)力計(jì)算時(shí)將振動(dòng)位移分成水平振動(dòng)位移和豎向振動(dòng)位移的計(jì)算： (1)進(jìn)行水平振動(dòng)位移計(jì)算時(shí)，首先建立模型，方法是采用凝聚質(zhì)量和忽略轉(zhuǎn)動(dòng)慣量假定，將所有桿件的質(zhì)量向兩端的質(zhì)點(diǎn)集中。體系的附加質(zhì)量也向質(zhì)點(diǎn)積聚不考慮橫梁和樓板的變形進(jìn)行計(jì)算。然后運(yùn)用達(dá)朗貝爾原理建立動(dòng)力平衡方程，利用公式求出所有的水平自振圓頻率和振型，進(jìn)一步計(jì)算各振型的折算質(zhì)量和載荷，最后求出動(dòng)位移;(2)進(jìn)行豎向振動(dòng)位移計(jì)算時(shí)，考慮橫梁的變形，把單跨梁的鉸支座改成彈簧支座，建立模型，建立剛度方程，求出自振頻率，最后計(jì)算結(jié)構(gòu)動(dòng)位移。
問題2：如何在多種載荷及其組合載荷下進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的問題：
本問題的難度在于涉及的載荷非常多，如工作情況下的動(dòng)載、設(shè)備自重、風(fēng)載、地震載荷等，應(yīng)該選取何種情況下的載荷或組合載荷進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。此外還要研究樓架在彎扭組合交變應(yīng)力作用下的疲勞強(qiáng)度問題。
本文首先將載荷分類：a.永久載荷組合由設(shè)備自重、樓架自重組成b.可變載荷由動(dòng)載荷組成c.偶然組合由風(fēng)載荷組成。在樓架承載力計(jì)算時(shí)進(jìn)行載荷的組合，并取較大值作為控制值：1)基本組合可由永久載荷與可變載荷組合，可變載荷中的各項(xiàng)動(dòng)力載荷只考慮單向作用; 2)偶然組合可由永久載荷，可變載荷及偶然載荷組合。再進(jìn)行計(jì)算時(shí)，計(jì)算簡(jiǎn)圖按下列規(guī)定確定：1)柱和頂板橫梁按橫向平面剛架計(jì)算，當(dāng)量載荷考慮豎向和橫向的作用;2)柱和頂板縱梁按縱向平面剛架計(jì)算，當(dāng)量載荷考慮豎向和縱向的作用。計(jì)算縱橫梁在水平載荷的作用下產(chǎn)生的彎矩，可近似的假定梁的兩端為固定支座來計(jì)算。
問題3：對(duì)樓架進(jìn)行有限元分析時(shí)如何建模及如何進(jìn)行模態(tài)分析的問題：
利用有限元可以進(jìn)行靜態(tài)分析、剛框架結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析和模態(tài)分析。
在進(jìn)行有限元分析時(shí)首先需要進(jìn)行有限元軟件的建模，本文在建立瀝青攪拌樓樓架的有限元模型時(shí)，不能瀝青攪拌樓樓架及設(shè)備的全部導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行建模，因?yàn)槟菢涌赡軙?huì)導(dǎo)致運(yùn)算量過大而使軟件無法運(yùn)行，可根據(jù)需要，建立樓架的有限元模型，然后選擇所采用的有限元單元類型，劃分網(wǎng)格，最后對(duì)其進(jìn)行計(jì)算分析。采用這樣的方法，建立樓架的有限元模型，可以減少運(yùn)算量，但必須能夠分析出樓架所達(dá)到的最大變形量。
對(duì)于模態(tài)分析，用于確定設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或機(jī)器部件的振動(dòng)特性，即結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，它們是承受動(dòng)態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。模態(tài)分析的好處：(1)使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)避免共振或以特定頻率進(jìn)行振動(dòng);(2)使工程師可以認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)對(duì)于不同類型的動(dòng)力載荷是如何響應(yīng)的;(3)有助于在其它動(dòng)力分析中估算求解控制參數(shù)進(jìn)行模態(tài)分析需要清楚模態(tài)分析的基本理論。本文進(jìn)行樓架的模態(tài)分析的主要分析思路：首先, 進(jìn)行理論分析計(jì)算系統(tǒng)的固有頻率, 然后在ANSYS 中用實(shí)體建模的方法建立樓架模型, 通過網(wǎng)格劃分和加載求解來得到系統(tǒng)的固有頻率。最后, 將理論計(jì)算結(jié)果與軟件運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行比較, 通過對(duì)結(jié)果的分析來得出結(jié)論。
六、開題條件
學(xué)術(shù)條件： 本人在經(jīng)過本科階段和研究生階段的學(xué)習(xí)，掌握了材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、高等動(dòng)力學(xué)、機(jī)械振動(dòng)、建筑振動(dòng)理論及有限元分析理論等多方面的知識(shí)，這是論文開展的理論基礎(chǔ)。然后又參考了相關(guān)領(lǐng)域的研究成果和實(shí)踐狀況，為論文的完成有很大的實(shí)際意義。同時(shí)還有我的導(dǎo)師和同學(xué)都將為我的論文提供指導(dǎo)和幫助，這些都是我完成課題的重要保證。
設(shè)備條件：分析用計(jì)算機(jī)與軟件均具備。
七、文獻(xiàn)綜述
20世紀(jì)80年代以來，隨著有限元法和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，利用有限元方法分析機(jī)架或樓架應(yīng)力、變形分布等情況，來解決其存在的問題，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，已在我國(guó)有了應(yīng)用[1]。本課題利用理論計(jì)算與有限元相合的方法對(duì)瀝青攪拌樓的樓架進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化，解決在實(shí)際使用過程中樓架因?yàn)閺?qiáng)度問題的斷裂和振動(dòng)破壞，在滿足抗振性、剛強(qiáng)度的要求下減輕樓架的質(zhì)量，降低成本。
動(dòng)力機(jī)器支撐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一般要求應(yīng)保證抗振性、剛強(qiáng)度及穩(wěn)定性。
本文正是從這三個(gè)方面進(jìn)行分析進(jìn)行樓架結(jié)構(gòu)的分析。設(shè)計(jì)前需要弄清設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理，文獻(xiàn)[2][3]介紹兩種瀝青攪拌站的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。為個(gè)人提供了一定的專業(yè)知識(shí)。由于剛度分析主要考慮變形問題，在進(jìn)行動(dòng)力分析時(shí)顯然要最終求出樓架的最大的振幅，振動(dòng)頻率。
對(duì)于樓架抗振性的研究：抗振性即動(dòng)力分析，是本文的難點(diǎn)。在進(jìn)行動(dòng)力分析時(shí)需要知道瀝青攪拌樓的擾力產(chǎn)生來源，及擾力的作用方向和作用點(diǎn)的位置，然后本文在進(jìn)行樓架的動(dòng)位移計(jì)算時(shí)采用了空間多自由度法計(jì)算。空間多自由度體系往往更接近實(shí)際的幾何、物理模型，其精度更高，應(yīng)用也越來越廣泛。
空間多自由度體系的利用，在機(jī)架設(shè)計(jì)方面就已經(jīng)取得了許多重要的成果，下面將以幾個(gè)實(shí)例來闡述利用這種方法進(jìn)行動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的過程。
文獻(xiàn)[4]針對(duì)馬鞍山鋼鐵公司的35000 制氧機(jī)工程動(dòng)力基礎(chǔ)在不同工況、各向擾力作用下的動(dòng)力性能進(jìn)行了詳細(xì)分析計(jì)算,將構(gòu)架式基礎(chǔ)簡(jiǎn)化為一個(gè)多質(zhì)點(diǎn)的空間框架動(dòng)力計(jì)算模型。計(jì)算原理即將空間框架動(dòng)力模型經(jīng)質(zhì)量集中將無限自由度體系化為有限自由度體系,利用振動(dòng)方程組進(jìn)一步計(jì)算。
文獻(xiàn)[5]對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，提出了汽機(jī)基礎(chǔ)的空間多自由度模型。首先簡(jiǎn)化模型，建立動(dòng)力平衡方程，利用振型分解法求出求解振動(dòng)方程，獲得自由振動(dòng)頻率和振型。然后將位移形式表達(dá)為振型的線性組合，組合系數(shù)由滿足振動(dòng)方程和振動(dòng)初始條件來確定。這樣得到的組合系數(shù)的算式與單自由度體系強(qiáng)迫振動(dòng)位移表達(dá)式相同，因此，n個(gè)自由度體系的位移計(jì)算即轉(zhuǎn)化為求n個(gè)組合系數(shù)的n個(gè)單自由度體系的計(jì)算。對(duì)于地震作用、靜力計(jì)算均采用空間多自由度體系這一方法。
文獻(xiàn)[6]介紹了空間構(gòu)架式動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與計(jì)算的方法和步驟,主要有地基承載力的計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算、動(dòng)力計(jì)算，計(jì)算原則采用空間多自由度模型。并引用了一個(gè)具體工程實(shí)例。說明在設(shè)計(jì)與計(jì)算過程中,應(yīng)綜合考慮多種因素,使動(dòng)力基礎(chǔ)設(shè)計(jì)更完善,滿足實(shí)際生產(chǎn)操作要求。
綜上所述，空間多自由度體系的利用，對(duì)動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)提供很大的幫助，是研究機(jī)架或機(jī)器基礎(chǔ)動(dòng)力特性的重要方法。除此方法之外我們要根據(jù)具體情形進(jìn)行一些簡(jiǎn)化計(jì)算，并且我們要注意結(jié)合各種方法的綜合應(yīng)用，這對(duì)瀝青攪拌樓樓架的結(jié)構(gòu)分析有很大的指導(dǎo)意義。
文獻(xiàn)[7]對(duì)腭式平板硫化機(jī)基礎(chǔ)的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行了簡(jiǎn)化計(jì)算。剛度計(jì)算時(shí)，將機(jī)器基礎(chǔ)受力簡(jiǎn)化為沿形心軸線的力系來進(jìn)行撓度計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果相差較小。可以大大簡(jiǎn)化復(fù)雜的彈性力學(xué)平面力系或有限元法計(jì)算，有利于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。強(qiáng)度計(jì)算主要考慮立柱和上橫梁強(qiáng)度的計(jì)算。中
文獻(xiàn)[8]利用力學(xué)基本原理，在對(duì)離心機(jī)的基礎(chǔ)受力作了簡(jiǎn)短分析基礎(chǔ)上，較詳細(xì)的對(duì)其橫梁、立柱等的強(qiáng)度、穩(wěn)定性進(jìn)行了相關(guān)的各種論證計(jì)算。這為樓架進(jìn)行進(jìn)一步的總體設(shè)計(jì)作了準(zhǔn)備。
文獻(xiàn)[9]本文以大塊式實(shí)體動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)為例,提出了數(shù)值方法在動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,是對(duì)優(yōu)化動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法的有益探索。數(shù)值方法對(duì)垂直振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、搖擺振動(dòng)及耦合振動(dòng)在計(jì)算上具有統(tǒng)一性和普遍性,無需對(duì)不同振動(dòng)類型采用不同的動(dòng)力計(jì)算公式與選擇不同的計(jì)算參數(shù),也無需再把影響動(dòng)力反應(yīng)的埋深、擾力形式、基礎(chǔ)形式等各種因素分割開來考慮,從而形成一個(gè)整體因素,大大簡(jiǎn)化了計(jì)算和提高了精確度;數(shù)值方法比現(xiàn)有的質(zhì)- 阻- 彈模式和彈性半空間模式具有更高的精確性和更大的可信度。
大型機(jī)器的基礎(chǔ)或樓架，承受著由機(jī)器的不平衡擾力引起的振動(dòng)和機(jī)器的自重等，如其振動(dòng)過大，將會(huì)影響機(jī)器的加工要求或無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至損壞機(jī)器和影響鄰近的設(shè)備、儀器和人員的工作和生活，嚴(yán)重的還會(huì)危及建筑物的安全。因此現(xiàn)在動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)振動(dòng)設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容更加廣泛。
(1)故障診斷方面：在當(dāng)今冶金、電力、石油、化工等流程工業(yè)生產(chǎn)中，旋轉(zhuǎn)設(shè)備應(yīng)用十分廣泛，如鼓風(fēng)機(jī)、汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、除塵風(fēng)機(jī)等。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，這些設(shè)備日益朝著大型化、精密化、自動(dòng)化方向發(fā)展，在生產(chǎn)中占有十分重要的地位。它們一旦發(fā)生故障，會(huì)給生產(chǎn)或環(huán)境造成巨大損失。在旋轉(zhuǎn)設(shè)備故障中，振動(dòng)故障占有相當(dāng)大的比例。引起旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動(dòng)故障的原因很多，如不平衡、不對(duì)中、碰摩、支撐松動(dòng)等，這些故障或單獨(dú)出現(xiàn)，或同時(shí)并存，錯(cuò)綜復(fù)雜。因此，如何快速準(zhǔn)確地診斷出故障類別，找出故障原因，以便及時(shí)采取對(duì)策，使設(shè)備迅速恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行，是擺在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工程師面前的一個(gè)重要課題。在現(xiàn)有的有關(guān)旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動(dòng)故障診斷文獻(xiàn)中，對(duì)一般常見振動(dòng)故障如不平衡、不對(duì)中、碰摩等故障的產(chǎn)生機(jī)理和振動(dòng)特征論述較多，但對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備共振故障的產(chǎn)生機(jī)理和振動(dòng)特征論述較少，缺乏理論系統(tǒng)性和工程實(shí)用性。這對(duì)設(shè)備工程師從事現(xiàn)場(chǎng)故障診斷工作造成不便。文獻(xiàn)[10]論述了旋轉(zhuǎn)設(shè)備共振故障的發(fā)生機(jī)理及振動(dòng)特征，從設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)等方面分析了旋轉(zhuǎn)設(shè)備共振故障的產(chǎn)生原因。并結(jié)合對(duì)首鋼8#制氧空壓機(jī)組振動(dòng)故障的診斷實(shí)踐，介紹旋轉(zhuǎn)設(shè)備共振故障的診斷及處理過程。
文獻(xiàn)[11]作者注意到在裝車溜槽工作中,溜槽行走油缸與溜槽連接處為剛性連接,頻繁斷裂。給商品煤外運(yùn)帶來很大困難。為此,原有油缸與溜槽連接處的剛性連接改為柔性連接,減小了振動(dòng)，取得很好效果。從減小振動(dòng)方面進(jìn)行故障的排除。
(2)建筑設(shè)計(jì)：裝有動(dòng)力設(shè)備的鋼支架需要對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析不僅使其自振頻率遠(yuǎn)離共振區(qū)域,還要保證鋼支架在振動(dòng)設(shè)備擾力作用下滿足振動(dòng)控制、設(shè)計(jì)強(qiáng)度以及人體舒適度要求;根據(jù)達(dá)朗伯原理,動(dòng)力問題可以轉(zhuǎn)化為靜力平衡來處理。
文獻(xiàn)[12]通過研究振動(dòng)設(shè)備鋼支架結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析時(shí)的共振問題,對(duì)單臺(tái)振動(dòng)設(shè)備鋼支架進(jìn)行了振動(dòng)分析,并對(duì)其結(jié)構(gòu)方案選型及一般要求、振動(dòng)設(shè)計(jì)中鋼結(jié)構(gòu)的疲勞驗(yàn)算等作了論述,從而保證鋼支架在振動(dòng)設(shè)備擾力作用下滿足振動(dòng)控制、設(shè)計(jì)強(qiáng)度以及人體舒適度要求。
對(duì)于樓架剛強(qiáng)度計(jì)算的問題：剛度分析：靜態(tài)剛度是以滿載靜力作用下的靜位移來表征，動(dòng)態(tài)剛度是指其動(dòng)態(tài)特性，是以其系統(tǒng)的滿載自振頻率來表征。對(duì)剛度的研究本文從這兩個(gè)方面入手分別計(jì)算。強(qiáng)度計(jì)算時(shí)本文首先將載荷分類：a.永久載荷組合由設(shè)備自重、樓架自重組成; b.可變載荷由動(dòng)載荷組成c.偶然組合由地震作用、風(fēng)載荷組成。在樓架承載力計(jì)算時(shí)進(jìn)行載荷的組合，并取較大值作為控制值：(1)基本組合可由永久載荷與可變載荷組合，可變載荷中的各項(xiàng)動(dòng)力載荷只考慮單向作用; (2)偶然組合可由永久載荷，可變載荷及偶然載荷組合。再進(jìn)行計(jì)算時(shí)，計(jì)算簡(jiǎn)圖按下列規(guī)定確定：(1)柱和頂板橫梁按橫向平面剛架計(jì)算，當(dāng)量載荷考慮豎向和橫向的作用;(2)柱和頂板縱梁按縱向平面剛架計(jì)算，當(dāng)量載荷考慮豎向和縱向的作用。計(jì)算縱橫梁在水平載荷的作用下產(chǎn)生的彎矩，可近似的假定梁的兩端為固定支座來計(jì)算[5]。
文獻(xiàn)[6]對(duì)空間構(gòu)架式機(jī)器基礎(chǔ)強(qiáng)度的計(jì)算時(shí)，也是首先對(duì)載荷分類，然后進(jìn)行組合計(jì)算構(gòu)件的內(nèi)力。其計(jì)算過程也為本文提供了依據(jù)。
關(guān)于樓架桿件穩(wěn)定性的研究：對(duì)于細(xì)長(zhǎng)的或薄壁的受壓機(jī)構(gòu)及彎-壓結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問題，失穩(wěn)對(duì)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生很大的破壞，設(shè)計(jì)時(shí)需要校核。本文研究的瀝青攪拌樓的樓架由于立柱高度大承受的豎直方向的載荷較大，為避免立柱失穩(wěn)，需要校核計(jì)算。文獻(xiàn)[1][8]提出了對(duì)立柱進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，為避免桿件失穩(wěn)。
總之，樓架的設(shè)計(jì)要根據(jù)具體情況考慮多方面的因素，在把握樓架設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則情況下我們要靈活運(yùn)用多種方法，這樣設(shè)計(jì)才能更合理，安全。
比如，動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)機(jī)器的動(dòng)力特性,建筑場(chǎng)地的地基情況和周圍環(huán)境對(duì)限制振動(dòng)的要求等因素,確定安全可靠、適用、經(jīng)濟(jì)合理和技術(shù)先進(jìn)的基礎(chǔ)方案。機(jī)器基礎(chǔ)的設(shè)計(jì),按機(jī)器的動(dòng)力特性,分別采取:(1) 不作動(dòng)力計(jì)算,只需進(jìn)行靜力計(jì)算(包括驗(yàn)算地基強(qiáng)度和基礎(chǔ)本身的強(qiáng)度、抗裂性等) ; (2) 雖不作動(dòng)力計(jì)算,但需將動(dòng)載荷化為當(dāng)量靜載荷后進(jìn)行靜力計(jì)算;(3) 需要進(jìn)行動(dòng)力和靜力計(jì)算[13]。
動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分析[14],分析了三種大型往復(fù)式壓縮機(jī)基礎(chǔ)的計(jì)算成果, 歸納出基礎(chǔ)主要尺寸與基組參數(shù)間的相關(guān)關(guān)系, 給出具體、簡(jiǎn)捷的設(shè)計(jì)步驟。計(jì)算選取了與《動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)規(guī)范》中規(guī)定相一致的理論， 即“質(zhì)量—彈簧—阻尼”理論。這種方法大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)步驟，提高了工作效率。
本文在完成理論計(jì)算后，打算采用有限元軟件進(jìn)行分析靜態(tài)分析和模態(tài)分析，更好的展現(xiàn)在工作情況下樓架的實(shí)際情況，顯現(xiàn)出樓架中的危險(xiǎn)部分，可以針對(duì)問題對(duì)樓架機(jī)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)和完善，優(yōu)化樓架，為瀝青攪拌樓樓架的設(shè)計(jì)提供有力的依據(jù)。
有限元法作為求解數(shù)學(xué)物理問題的一種數(shù)值方法,已經(jīng)有50余年的發(fā)展歷史，是目前最重要的工程分析技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于彈塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、流體力學(xué)、熱傳導(dǎo)等領(lǐng)域，其基本思想是將結(jié)構(gòu)離散化，用有限個(gè)容易分析的單元來表示復(fù)雜的對(duì)象，單元之間通過有限個(gè)節(jié)點(diǎn)相互連接，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件綜合求解。
利用有限元可以進(jìn)行靜態(tài)分析、剛框架結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析和模態(tài)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)。
文獻(xiàn)[15]利用有限元可以進(jìn)行靜態(tài)分析。建立了空腹桁架式起重機(jī)的有限元模型,結(jié)合100t空腹桁架式橋架,明確了幾種計(jì)算工況,確定了各工況的計(jì)算載荷,分析了橋架的靜剛度及各種工況的結(jié)構(gòu)應(yīng)力,結(jié)果表明強(qiáng)度、剛度皆滿足要求。
文獻(xiàn)[16-18]利用有限元可以進(jìn)行地震響應(yīng)分析?；谟邢拊ㄑ芯苛送僚髅穹康牡卣痦憫?yīng)特征, 利用大型有限元分析軟件ANSYS, 針對(duì)我國(guó)西北農(nóng)村地區(qū)尤其是甘肅省農(nóng)村地區(qū)內(nèi)普遍應(yīng)用的地震高致災(zāi)性的土坯民房, 分析研究2 種典型結(jié)構(gòu)類型房屋的地震響應(yīng)特征, 為我國(guó)西北農(nóng)村地區(qū)現(xiàn)有土坯民房的加固和整治提供理論依據(jù)和對(duì)策性建議。
模態(tài)分析用于確定設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或機(jī)器部件的振動(dòng)特性(固有頻率和振型)，即結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，它們是承受動(dòng)態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)[19]。同時(shí)，也可以作為其它動(dòng)力學(xué)分析問題的起點(diǎn)，例如瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、諧響應(yīng)分析和譜分析，其中模態(tài)分析也是進(jìn)行譜分析或模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析或瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析所必需的前期分析過程[20]。振動(dòng)模態(tài)是彈性結(jié)構(gòu)的.固有的、整體的特性。如果通過模態(tài)分析方法搞清楚了結(jié)構(gòu)物在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)各階主要模態(tài)的特性, 就可能預(yù)言結(jié)構(gòu)在此頻段內(nèi)在外部或內(nèi)部各種振源作用下實(shí)際振動(dòng)響應(yīng)。因此,模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及設(shè)備的故障診斷的重要方法[21]。
模態(tài)分析理論,研究系統(tǒng)的固有振動(dòng)特性. 模態(tài)分析的基本理論是：首先要建立該系統(tǒng)的動(dòng)力方程.多自由度的運(yùn)動(dòng)方程可以應(yīng)用牛頓第二定律, 達(dá)朗伯原理,拉格朗日方程和哈密頓定理來建立[22-24]。
在振動(dòng)機(jī)械中，利用有限元模態(tài)分析的應(yīng)用實(shí)例，如下有：
文獻(xiàn)[21]利用有限元軟件進(jìn)行機(jī)床工作的模態(tài)分析，主要用于確定結(jié)構(gòu)或機(jī)器部件的振動(dòng)特性。該文建立了某型立銑床床身的三維有限元模型, 并利用大型有限元分析軟件ANSYS 進(jìn)行了模態(tài)分析, 得出了床身前十階固有頻率和振型。本文進(jìn)行理論分析計(jì)算系統(tǒng)的固有頻率, 然后在ANSYS 中用實(shí)體建模的方法建立機(jī)床模型, 通過網(wǎng)格劃分和加載求解來得到系統(tǒng)的固有頻率。最后, 將理論計(jì)算結(jié)果與軟件運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行比較, 通過對(duì)結(jié)果的分析來得出結(jié)論。使用ANSYS 模態(tài)分析可以將繁雜的分析過程簡(jiǎn)化, 概念清晰, 計(jì)算方便, 在工程中有較廣泛的應(yīng)用。
文獻(xiàn)[25]為了確定振動(dòng)篩偏心軸的振動(dòng)特性，通過工程分析軟件ANSYS 對(duì)其進(jìn)行了建模與模態(tài)分析。詳細(xì)闡述了模態(tài)分析的全過程，從建模環(huán)境的選擇，偏心軸實(shí)體模型和有限元模型的建立，到最后的模態(tài)分析。其中，有限元建模中用彈性支承單元COMBIN14 代替將軸承簡(jiǎn)單處理為剛性約束的方式，更加真實(shí)的分析得出軸的前10 階固有頻率和振型。對(duì)比傳遞矩陣法，方法簡(jiǎn)便，計(jì)算快捷，得到直觀振型形象。模態(tài)分析有效預(yù)估了結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，為選擇電機(jī)參數(shù)提供依據(jù)，并為諧響應(yīng)分析及瞬態(tài)分析奠定基礎(chǔ)。
文獻(xiàn)[26-28]采用大型有限元分析軟件對(duì)鋼支架進(jìn)行模態(tài)分析,獲得結(jié)構(gòu)的頻率和振型,根據(jù)分析結(jié)果提出改進(jìn)支架結(jié)構(gòu)的方案,并再次進(jìn)行有限元計(jì)算,驗(yàn)證改進(jìn)方案的可行性。經(jīng)過優(yōu)化后的振動(dòng)支架工作可靠,使用壽命長(zhǎng)。
本文在對(duì)樓架設(shè)計(jì)進(jìn)行理論計(jì)算和有限元軟件分析的基礎(chǔ)上，可以對(duì)樓架進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。優(yōu)化設(shè)計(jì)是在工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論和現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)，進(jìn)行最優(yōu)化方案設(shè)計(jì)的模塊化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它采用設(shè)計(jì)變量，目標(biāo)函數(shù)和約束條件三要素來尋求方案的最優(yōu)結(jié)果。也是一種解析優(yōu)化的方法用數(shù)值優(yōu)化提高再設(shè)計(jì)過程[29]。
如對(duì)某大型電除塵器鋼支架進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)[30-31]，針對(duì)原結(jié)構(gòu)存在的問題及優(yōu)化的約束條件和目標(biāo)提出如下優(yōu)化策略:電力除塵器鋼支架的穩(wěn)定設(shè)計(jì)包括平面內(nèi)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)和平面外的穩(wěn)定驗(yàn)算。正確而合理地運(yùn)用各類型鋼的幾何特性,盡量爭(zhēng)取支撐和系桿平面內(nèi)和平面外的長(zhǎng)細(xì)比接近,盡量縮短支撐和系桿的計(jì)算長(zhǎng)度，簡(jiǎn)化連接方式,構(gòu)造出傳力清楚、安全可靠、構(gòu)造簡(jiǎn)單的連接方式。
應(yīng)用模態(tài)分析的振動(dòng)支架優(yōu)化設(shè)計(jì)[32],支架固定在振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上隨著實(shí)驗(yàn)臺(tái)一起振動(dòng),實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)其振動(dòng)支架經(jīng)常出現(xiàn)裂紋,無法保證實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。為查清產(chǎn)生裂紋的原因,優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),采用ANSYS軟件對(duì)其進(jìn)行模態(tài)分析,研究其振動(dòng)特性,從而提出改進(jìn)支架結(jié)構(gòu)的方案,為使系統(tǒng)避免產(chǎn)生共振現(xiàn)象,可采用提高系統(tǒng)剛度的方法來避開共振區(qū)。改進(jìn)后運(yùn)用ANSYS軟件再次進(jìn)行分析計(jì)算。
最后本文提出采取減振、隔振等措施以減小樓架的振動(dòng)，有益于周圍或設(shè)備維護(hù)人員的舒適度。為了減少樓蓋的垂直振動(dòng),設(shè)備布置應(yīng)符合下列要求[33]：1) 上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械應(yīng)布置在支架的支柱附近。2) 水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械宜布置在梁的跨中部位,并應(yīng)使擾力沿梁的軸線方向作用。為了減少支架的水平振動(dòng),應(yīng)采取下列措施 :1) 使水平往復(fù)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械的全部或大部分水平力作用在支架的水平自振頻率與擾力較大的方向。2) 合理利用斜撐的剛度,宜將斜撐設(shè)置在對(duì)減小樓蓋水平旋轉(zhuǎn)振動(dòng)最有效的位置上[33]。此外，采取減振、隔振等措施采用減振、隔振等簡(jiǎn)易措施來改善豎向振動(dòng)舒適度相對(duì)于加大構(gòu)件截面、單純提高結(jié)構(gòu)剛度而言,具有較好的經(jīng)濟(jì)性。
綜上所述，本論文是對(duì)企業(yè)中已有的樓架可行性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行驗(yàn)算和優(yōu)化，所以樓架的結(jié)構(gòu)和選材不進(jìn)行研究，在進(jìn)行瀝青攪拌樓的樓架設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行動(dòng)力特性分析以及強(qiáng)度和穩(wěn)定性的計(jì)算。并就樓架可行性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行驗(yàn)算和優(yōu)化。
關(guān)于樓架的抗振型分析：要使樓架具有良好的動(dòng)態(tài)性能必須保證它具有足夠的靜、動(dòng)態(tài)剛度。靜態(tài)剛度是以滿載靜力作用下的靜位移來表征，動(dòng)態(tài)剛度是指其動(dòng)態(tài)特性，是以其系統(tǒng)的滿載自振頻率來表征。設(shè)計(jì)動(dòng)力機(jī)器機(jī)架的基本目標(biāo)是限制其振動(dòng)幅值和自振頻率，以滿足機(jī)器本身和附近設(shè)備、儀器的運(yùn)轉(zhuǎn)和不影響鄰近工作人員和居民的工作和生活。因此本設(shè)計(jì)中動(dòng)力計(jì)算時(shí)首先要確定機(jī)器的擾力作用方向和擾力值及其作用點(diǎn)的位置，然后按瀝青攪拌設(shè)備的擾力性質(zhì)，采用相應(yīng)的動(dòng)力計(jì)算公式，計(jì)算樓架的振動(dòng)幅值、振動(dòng)頻率，使之不超過允許極限值。
關(guān)于樓架剛強(qiáng)度的研究：強(qiáng)度設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則是在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中可能發(fā)生的最大載荷的情況下樓架上任何點(diǎn)的應(yīng)力都不得大于允許應(yīng)力。強(qiáng)度計(jì)算時(shí)主要進(jìn)行內(nèi)力分析、載荷組合、和承載能力的驗(yàn)算。其中內(nèi)力分析包括動(dòng)內(nèi)力、地震內(nèi)力、以及各種靜載荷內(nèi)力的計(jì)算。通過這些分析和計(jì)算確保瀝青攪拌樓樓架的所有構(gòu)件在各種可能的載荷工況下都不受到損壞，從而使機(jī)組能夠安全地運(yùn)行。此外還需研究樓架在彎扭組合交變應(yīng)力作用下的疲勞強(qiáng)度問題。
關(guān)于樓架桿件穩(wěn)定性的研究：對(duì)于細(xì)長(zhǎng)的或薄壁的受壓機(jī)構(gòu)及彎-壓結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問題，失穩(wěn)對(duì)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生很大的破壞，設(shè)計(jì)時(shí)需要校核。本文研究的瀝青攪拌樓的樓架由于立柱高度大承受的豎直方向的載荷較大，為避免立柱失穩(wěn)，需要校核計(jì)算。研究時(shí)由于樓架受力情況復(fù)雜，需要對(duì)立柱所受外力簡(jiǎn)化、近似處理等從而計(jì)算出立柱所能承受的臨界壓力。
關(guān)于樓架可行性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行驗(yàn)算和優(yōu)化：將理論計(jì)算結(jié)果與有限元軟件運(yùn)算的結(jié)果進(jìn)行比較, 通過對(duì)結(jié)果的分析來得出結(jié)論或進(jìn)一步的優(yōu)化。
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開題報(bào)告是生畢業(yè)論文工作的環(huán)節(jié)，是指為、審核和畢業(yè)論文題目而做的專題書面報(bào)告，它是生實(shí)施畢業(yè)論文課題的前瞻性計(jì)劃和依據(jù)，是監(jiān)督和論文質(zhì)量的措施，訓(xùn)練生科研能力與學(xué)術(shù)作品撰寫能力的的實(shí)踐活動(dòng)。以下是機(jī)械研究生開題報(bào)告范文，歡迎閱讀。
院(系)名稱：機(jī)電工程系
專業(yè)名稱：機(jī)電一體化
年級(jí)：09機(jī)電三班
學(xué)生姓名：夏**
學(xué)號(hào)：******
指導(dǎo)教師姓名：袁**
設(shè)計(jì)題目：電梯控制系統(tǒng)的PLC原理圖及梯形圖設(shè)計(jì)
電梯的國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)向及意義
從1887年美國(guó)奧的斯公司制造出世界上第一臺(tái)電梯，到中國(guó)最早的一部電梯在上海出現(xiàn)，電梯行業(yè)在中國(guó)迅速發(fā)展，由此電梯變成了高層賓館、商店、住宅、多層廠房和倉(cāng)庫(kù)等高層建筑不可缺少的垂直方向的交通工具。隨著社會(huì)的發(fā)展，建筑物規(guī)模越來越大，樓層越來越多，對(duì)電梯也提出了更高的要求。
隨著科技的進(jìn)步，電梯也更加安全、舒適。然而，人們的追求并沒有就此停止下來，仍在不斷地進(jìn)行研究改進(jìn)。21世紀(jì)開始國(guó)際開始強(qiáng)調(diào)“綠色”，綠色和平，綠色天然，綠色和諧。電梯是載人的機(jī)電設(shè)備，要實(shí)現(xiàn)綠色，也就是強(qiáng)調(diào)電梯更舒適、更安全地為人類的生產(chǎn)和生活服務(wù)，強(qiáng)調(diào)電梯與環(huán)境的協(xié)調(diào)與和諧。
目前意義上的“綠色”，一般是強(qiáng)調(diào)“天然”的一面，強(qiáng)調(diào)與環(huán)境的協(xié)調(diào)與和諧。電梯屬于純粹的工業(yè)產(chǎn)品，其天然性應(yīng)表現(xiàn)為對(duì)環(huán)境影響的盡可能小，與環(huán)境的協(xié)調(diào)與平衡，以及電梯本身的人性化。這也應(yīng)是綠色電梯的發(fā)展方向。
(1)智能化。我們這所說的智能化電梯是傳統(tǒng)的人工智能是無法勝任的。傳統(tǒng)的智能控制是一種技術(shù)的事先安排，說到底是一種程序控制，是一種周期性的系統(tǒng)自動(dòng)控制，實(shí)際上還算不上智能。而真正的智能電梯應(yīng)更具人性化特點(diǎn)，不僅具有傳統(tǒng)的人工智能的所有優(yōu)點(diǎn)，而且還有傳統(tǒng)的人工智能無法比擬的東西，具有動(dòng)念和隨機(jī)處理各種問題的能力，諸如能根據(jù)轎廂內(nèi)的情況和各層的候梯信息，自動(dòng)地制定每次最優(yōu)的運(yùn)動(dòng)速度和停車政策;自動(dòng)選擇運(yùn)動(dòng)方面;雙向語(yǔ)音交流;到達(dá)目的層的語(yǔ)音提示等，讓乘客有更多的主動(dòng)性，使大樓交通運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)真正的人機(jī)對(duì)話。智能化要求電梯有自動(dòng)安全檢測(cè)功能，讓電梯自己能夠檢測(cè)到電梯的故障所在，并及時(shí)報(bào)警予以排除。
(2)安全。運(yùn)行安全是電梯的根本和關(guān)鍵?？梢哉f，電梯的全部其他工作都是以此為中心展開的，使電梯安全運(yùn)行更有保障。運(yùn)行安全不僅要消除電梯啟動(dòng)時(shí)較強(qiáng)的電磁輻射，使用安全材料和運(yùn)行穩(wěn)定，而且要有一種良好的視覺效果，讓每一位乘客在寬敞、明亮轎廂內(nèi)有安全、舒適的好心情。同時(shí)，電梯運(yùn)行安全也要求電梯在運(yùn)行中發(fā)生故障時(shí)，不但要使乘客容易與外界溝通聯(lián)系，而且電梯本身應(yīng)當(dāng)能自動(dòng)播放讓乘客感到放松的音樂，徹底消除產(chǎn)生緊張不安的情緒。當(dāng)小孩和老人乘坐時(shí)，電梯對(duì)他們應(yīng)給予一種如同家人般的照顧，不但讓老人和孩子感到方便和舒適，而且更讓其家人感到放心。電梯運(yùn)行安全還要求電梯有自動(dòng)休眠功能，使電梯在保證運(yùn)行效率最高的同時(shí)，使電梯能最大限度地得到休眠。
(3)與環(huán)境的協(xié)調(diào)和平衡，包括以下幾個(gè)方面：
①視覺協(xié)調(diào)。有人曾經(jīng)做過環(huán)境色彩是否對(duì)人有影響的研究。該研究發(fā)展：視覺不協(xié)調(diào)的環(huán)境色彩對(duì)人的情緒、精神影響非常大。色彩宜人，格調(diào)高雅，制作精良的電梯，乘客自然會(huì)有一種安全的感覺，有一種視覺上的舒適。用料低廉，款式陳舊，色彩沉悶，甚至破破爛爛的電梯，乘客視覺協(xié)調(diào)無從談起，乘坐電梯的第一感覺就是不安全。國(guó)內(nèi)的許多電梯公司對(duì)此的重視是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，甚至不少通過引進(jìn)國(guó)外技術(shù)國(guó)產(chǎn)化的電梯也顯露出一副土生土長(zhǎng)的容貌。
②消除電磁輻射。如前所述，由于電梯是大樓里頻繁起制動(dòng)的大容量電器是電磁干擾的元兇，所以綠色電梯必須是一個(gè)達(dá)到自身對(duì)大樓電磁干擾最小，而又不被其他電磁干擾影響的建筑機(jī)電設(shè)備。這樣不僅可以保證乘客的身心健康，而且也可以保證大樓、大廈中的大樓的辦公自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、通訊自動(dòng)化的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
③舒適感。通過采用高載頻波矢量靜音變頻器，可降低噪聲變換頻率及電壓。以CPU控制電壓及頻率的連續(xù)變換方式，按人體生理適應(yīng)要求，利用計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)而成的理想運(yùn)行曲線，實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定、更舒適的運(yùn)行。
對(duì)現(xiàn)代化電梯性能的衡量，主要著重于可靠性、安全性和乘坐的舒適性。此外，對(duì)經(jīng)濟(jì)性、能耗、噪聲等級(jí)和電磁干擾程度等方面也有相應(yīng)要求。隨著時(shí)代的發(fā)展，相信電梯行業(yè)會(huì)越來越貼近生活。
研究的主要內(nèi)容及所解決的問題
目前，在電梯的控制方式上，主要有繼電器控制、PLC控制和微型計(jì)算機(jī)控制三種。而PlC實(shí)際上是一種專用計(jì)算機(jī)，它采用巡回掃描的方式分時(shí)處理各項(xiàng)任務(wù)，而且依靠程序運(yùn)行，這就保證只有正確的程序才能運(yùn)行，否則電梯不會(huì)工作;又由于PLC中的內(nèi)部輔助繼電器及保持繼電器等實(shí)際上是PLC系統(tǒng)內(nèi)存工作單元，即無線圈又無觸點(diǎn)，使用次數(shù)不受限制，屬無觸點(diǎn)運(yùn)行，因此，它比繼電器控制有著明顯的優(yōu)越性，運(yùn)行壽命更長(zhǎng)，工作更加可靠安全，自動(dòng)化水平更高。PLC控制是三種控制方式中最具有可靠性、實(shí)用性和靈活性的控制方式，它更適合于用在電梯的技術(shù)改造和控制系統(tǒng)的更新?lián)Q代，是電梯控制系統(tǒng)中理想的控制新技術(shù)。
電梯的控制是比較復(fù)雜的，可編程控制器的使用為電梯的控制提供了廣闊的空間，隨著PLC應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，將使得它的體積大大減小，功能不斷完善，過程的控制更平穩(wěn)、可靠，抗干擾性能增強(qiáng)、機(jī)械與電氣部件有機(jī)地結(jié)合在一個(gè)設(shè)備內(nèi)，把儀表、電子和計(jì)算機(jī)的功能綜合在一起。它已經(jīng)成為電梯運(yùn)行中的關(guān)鍵技術(shù)。因此，研究plc技術(shù)更具有了戰(zhàn)略性的意義。
Plc的研究?jī)?nèi)容及措施
對(duì)于電梯的控制，可選用繼電-接觸系統(tǒng)或可編程控制器來完成，但是二者有各自的特點(diǎn)：
a:繼電-接觸系統(tǒng)：它的優(yōu)點(diǎn)是線路直觀，大部分電器均為常用電器，更換方便，價(jià)格較便宜。但是他觸點(diǎn)繁多，線路復(fù)雜，電器的電磁機(jī)構(gòu)及觸點(diǎn)動(dòng)作較慢，能耗高，機(jī)械動(dòng)作噪音大，而且可靠性差。
b:PLC在設(shè)計(jì)和制造上采取了許多抗干擾措施，使用方便，擴(kuò)展容易。它使用了梯形圖和可編程指令，易于掌握?？傊琍LC取代繼電-接觸系統(tǒng)已經(jīng)成為大的趨勢(shì)。
基于上述原因，我選擇用可編程控制器來完成對(duì)電梯的控制。
設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求：
概述：
隨著時(shí)代的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化程度的不斷提高，PLC行業(yè)已經(jīng)在工業(yè)市場(chǎng)上占有一大片領(lǐng)地。在此次設(shè)計(jì)中，我將利用PLC來實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的控制。其中包括對(duì)PLC硬件的設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)，駐點(diǎn)路的設(shè)計(jì)，控制柜的設(shè)計(jì)，以及電梯惦記和其他設(shè)備的選擇，還有原理分析等。相信此次設(shè)計(jì)后，我對(duì)電梯的實(shí)際運(yùn)行能有初步的了解。
控制要求：
1.電梯轎箱的控制要求：
a：選向：根據(jù)電梯各層內(nèi)選外呼信號(hào)的先后和停止時(shí)轎箱所在的樓曾位置決定電梯的運(yùn)行方向。
b：選層換速：指電梯能夠根據(jù)轎內(nèi)所選層而決定運(yùn)行方向，而且遵守或一直向上，或一直向下的原則。并且在每次平層的時(shí)候都能夠換速。
c：樓層位置的指示：選用了數(shù)碼管顯示的方法。由于FX2N系列已有內(nèi)部計(jì)數(shù)-譯碼驅(qū)動(dòng)模塊，所以只要外部加上LED七段顯示管和電源就可以顯示樓層了。
2.電梯門的控制要求：
要求當(dāng)電梯平層的時(shí)候，電梯門自動(dòng)打開，經(jīng)過10秒鐘后電梯門自動(dòng)關(guān)上。如果遇到有人在門中間的情況，電梯會(huì)因?yàn)楣怆婇_關(guān)的作用而自動(dòng)開門。
3.補(bǔ)充要求：
除了上述兩個(gè)要求以外，還要注意的一點(diǎn)就是備用電梯電機(jī)的使用，一但曳引電機(jī)出現(xiàn)故障，備用電機(jī)將手動(dòng)控制轉(zhuǎn)入運(yùn)行狀態(tài)，避免因曳引電機(jī)出故障而引發(fā)的不必要的麻煩。