中间试验装置

2025-02-02

中间试验装置（共7篇）

中间试验装置篇1

摘要：1, 4环己烷二甲醇中间试验装置采用PLC自动控制, 这套系统采用GE-Faunac自动化系列90-30可编程控制器产品, 对这个装置的DMT溶解单元、加氢反应单元、产品精制单元、压缩机单元和产品贮存单元实现自动化控制。GE-Faunac90-30PLC由一系列的控制器输入/输出系统和各种专用模板构成, 配置灵活, 提供了多种网络接口、支持多种网络类型, 扩展方便, 负责与现场测量和控制部分之间的数据传输, 装有整个自动化系统运行的主程序, 完成全部生产运行工艺的逻辑控制、安全报警、联锁控制任务。

关键词：1, 4环己烷二甲醇,GE-Faunac90-30PLC,中间试验装置

一、系统配置

下位机PLC部分包括自动整定电源IC693PWR321、主处理器IC693CPU364、总线控制器IC693BEM331、IC693ACC350、分站控制器IC670GBI002、数字量输入卡IC670MDL640、数字量输出卡IC670MDL640、模拟量输入卡IC670ALG230、模拟量输入卡IC670ALG330。下位机通过TP-LINK交换机与上位机相连接。上位机有两台, 有主、从之分, 采用三星21寸彩色液晶显示器, 安装IFIX3.5组态软件, 通过以太网卡连接到系统网络。

总线控制器IC693BEM331与分站控制器IC670GBI002以GENIUS总线方式连接。IC693BEM331之下是各种输入输出卡。

二、网络结构

整个系统有两层网络:

(1) 底层使用GENIUS总线, 实现对输入输出点的数据采集与控制;

(2) 系统的控制站与操作站通过TP-LINK交换机组成了物理结构为10Base T的Ethernet局域网, 操作站与控制站通过以太网通讯, 数据传输速率为10Mbp/s, 实现对装置的监控。

三、控制站

系统的控制站由自动整定电源IC693PWR321模块、主处理器IC693CPU364模块及总线控制器IC693BEM331模块组成。

1. 主处理器

本系统采用CPU364型, 它是在CPU360基础上加内置以太网卡而成, 除了具有AAUI口外, 还增加一个10Base T口, 加快了与以太网的通讯速度。

2. 自动整定电源

系统采用的电源是系列90-30 (120/240VAC) , 带有自整定系统, 不需要转换开关, 内设限流装置, 短路时可自动管段电源以免毁坏。电源内部带有一个RS-485通讯口, 用于编程和操作员界面进行通讯。

3. 总线控制器

GBC用于GENIUS I/O串行总线和90-30PLC之间的界面, 可发送和接收128各字节带控制数据, 同GENIUS总线上多达31个装置进行数据交换。这为以后的装置改造及增加控制点做好了充分的准备。系统通过分站控制器IC670GBI002模块分为了5个站。该系统共有7个控制站, 两个冗余的CPU列为1、2号站, 3号站由4块数字量输入卡及4块数字量输出卡组成, 4、5、6、7号由4块模拟量输入卡及4块模拟量输出卡组成, 实现对I∕O点处理、数据采集、数据存储、模拟控制等功能。系统通过IC670GBI002模块可方便地实现站与站之间的切换, 提高系统可靠性。若装置扩建或者需要对现场进行远程控制, 可不增加机架, 单独引入IC670GBI002模块就可以完成控制, 极大地节约了成本。

四、操作站

PLC通过交换机与上位机连接, 通过以太网卡连接到以太网, 支持“TCP/IP”协议。控制室2台上位机做冗余配置, 两台上位机安装IFIX3.5组态软件, 可以同步操作, 当一台上位机发生故障时, 不影响另一台上位机执行控制。上位机从网络中获取所有PLC控制数据, 实现对装置的监控和调整操作参数。

五、控制柜

控制柜安装系统的控制站各组成模块、各输入输出卡、信号分配器、信号输出选择器及供电、配电设备。辅助柜中安装现场输入输出接口端子及安全栅。

六、软件

上位机操作系统采用Microsoft windows XP, 编程软件采用Versapro3.5, 利用梯形图软件编程, 其电路符号和表达方式与继电器电路原理图接近, 控制过程形象、直观, 系统维护人员容易掌握, 程序易于修改, 若要更改仪表通道, 可通过改变数据采集地址来实现。1, 4环己烷二甲醇中间试验装置PLC控制程序包括装置主程序及流程切换、模拟参数传送、联锁停泵等子程序。每条程序指令都考虑到可能发生的各种情况。

监控软件采用IFIX3.5, 它的技术特点是:既插既解决技术;减少工程设计实施时间, 简化系统的升级和维护, 同时还能使i FIX和其他第三方应用无缝的集成, 显著地提高生产率。两台上位机均使用i FIX3.5, 主台采用i FIX3.5开发版, 用于组态编程;从台采用i FIX3.5运行版, 用来监控装置运行。

七、系统功能

安全保护:通过设定功能的权限保护, 设置用户操作口令, 以防误操作。仪表工程师要进行设定值修改操作, 首先要确认上位机操作系统是否在修改权限内。

测量值显示:仪表测量值采用棒状图显示。测量值上下限可以组态修改、工程量转换。

趋势图:实时趋势和历史曲线可以设定在同一图表上, 也可单独显示。

流程图:利用软件绘图工具, 能够将工艺过程形象生动地表达出来。流程图与PLC控制点连接起来, 运行状态下, 可实现对工艺过程的动态显示。

报警显示:所有的开关量和模拟量点都可组态为记录报警并登录到数据库中, 用于记录和打印。报警具有声音、闪烁、颜色指示等功能。

数据处理和存储:采用IFIX3.5标准的ODBC接口做数据登录, 到Microsoft Access数据库或其他数据库中。可利用EX-CEL在检索这些数据, 产生班日、月、年报表, 并且报表可以作为文本文档存入磁盘。

结束语

1, 4环己烷二甲醇中间试验装置PLC系统采用先进的控制技术, 支持OPC开发标准, 编程和监控技术使用方便。从系统的运行状况来看, 各种控制方式下设备操作正确无误, 数据采集及通讯正常, 系统的可靠性高。系统软硬件设计规范符合国际标准。该系统应用可以推广到石油、化工、水力发电等领域。

灵芝提取灵芝多糖的中间试验研究篇2

1 材料与方法

1.1 材料

原料:灵芝 (人工栽培) , 福建出产;纯水, 自制;取辅剂, 自制。

主要设备:切片机;200L超声波提罐;100型外循环真空浓缩机组;ZLPG-10喷雾干燥机组;岛津紫外分析仪。

1.2 工艺流程和方法

1.2.1 工艺流程

1.2.2 方法

1.2.2.1 灵芝多糖的提取

称取切片灵芝 (厚度1～2mm) 10.0kg, 加到200L超声波提取罐, 加纯水180kg (料液比为18倍) , 加入70g提取辅剂, 在70℃下预浸1h, 开启超声波发生器, 提取2h, 提取三次, 合并提取液, 提取液经过粗滤后, 开启隔膜泵, 再经过双联过滤器和板式过滤器, 提取液进入真空浓缩罐浓缩, 浓缩到相对密度为1.2～1.3, 制得灵芝多糖流浸膏。

1.2.2.2 样品的测定

以苯酚—硫酸法[4]测定多糖的含量, 以葡萄糖为标准。样品用95%乙醇处理至裴林试剂检测单糖呈阴性。检测波长490nm。

1.2.2.3 灵芝多糖的提取率和得率计算

灵芝多糖的提取率公式:

提取率=提取液含量/原料量 ×100%

灵芝多糖得率公式:

得率=提取物多糖含量/原料量 ×100%

2 工艺操作要点

2.1 超声波提取

首先对灵芝进行切片处理, 厚度应控制在1～2mm之间;其次, 本超声波频率为20kHz, 控制电流2～3A, 由于灵芝细胞壁坚实, 适当延长提取时间;最后, 在提取过程中要进行强化搅拌。

2.2 提取液过滤

提取液先经过超声波提取罐自带的粗滤装置粗滤后, 经隔膜泵通过双联过滤器和板式过滤器进行精滤, 得到不含悬浮颗粒的提取液。以避免或减少浓缩操作结焦、粘壁等。

2.3 真空浓缩

由于灵芝多糖的物性原因, 应控制好真空度, 本试验控制在-0.090～-0.075MPa, 温度在45℃～65℃。

2.4 喷雾干燥

喷雾干燥操作条件为:热风温度:200℃, 出口温度:75℃。

3 结果和分析

3.1 原料多糖含量

原料灵芝中多糖含量:23.02mg/g。

3.2 提取液多糖含量

提取液经过滤后, 分批次取样测定, 计算平均值, 其测定结果见表1。

表1结果表明:采取的超声波提取工艺比较稳定和可行的。

3.3 浓缩浸膏多糖含量

提取液经真空浓缩后, 分批次取样测定, 计算平均值, 其测定结果见表2。

表2结果表明:超声波提取工艺条件和真空浓缩条件选定是合理的。为今后工业化大规模生产提供了试验依据。

3.4 灵芝多糖含量

灵芝浸膏经喷雾干燥, 得到棕褐色提取物, 分批次取样, 测定, 其测定结果见表3。

以上结果表明, 利用超声波提取灵芝, 原料灵芝中多糖提取率均在80%以上。

3.5 分析与讨论

由上述结果表明, 超声提取技术是利用超声波产生的强烈振动、高的加速度、强烈的空化效应、搅拌作用等, 主要破坏了灵芝坚实细胞壁, 加快了多糖类可溶物的溶出效应, 从而提高了灵芝多糖的提取率。超声提取方法比常规提取方法具有更大优势, 提取时间大大缩短, 提取过程温度也较低, 避免了高温对灵芝多糖分子结构的分解。

灵芝多糖也是一种极性很大的物质, 易溶于水, 而不溶于醇等有机溶剂。目前, 常见的灵芝多糖主要可分为水溶及碱溶两种方法提取。虽然以稀碱提取灵芝多糖, 可以明显地提高了灵芝多糖的提取率, 但其杂质也多, 给多糖纯化带来很大障碍, 而且在碱性条件下很多糖肽结构都会遭到破坏, 肽链断裂。因此, 灵芝多糖的提取应避免在强酸、碱溶液中进行, 否则会造成灵芝多糖糖酸解和键断裂, 发生构象变化。

本试验提取灵芝多糖, 考虑灵芝生物特性, 以水为提取介质, 为加大多糖提取效果, 对原料进行切片处理, 进行预浸处理, 在温度较低的条件下采用超声提取技术, 从而为这一技术工业化提取灵芝多糖进行了试验研究, 为大规模生产提供依据。

4 结论

(1) 利用超声波对灵芝的提取中间试验表明, 超声波应用于灵芝多糖的工业化生产是可行的, 并且提高了多糖产量。

(2) 根据工艺流程和放大试验结果, 工业化生产选择以下设备:超声波提取罐、双联过滤器、板式过滤器、薄膜蒸发器、真空机组和喷雾干燥机组。

(3) 试验得到灵芝多糖提取物, 含量均在20%以上, 质量符合使用要求。

(4 ) 本试验与工业化生产会有不同之处, 但可以在实际生产过程中进行研究和调整。

参考文献

[1]陈国良, 陈晓清.灵芝有效成分研究综述[J].中国食用菌, 1995, 14 (4) :7-9.

[2]林颖, 吴敏刘, 吴雯, 等.天然产物中的糖含量测定方法正确性研究[J].天然产物研究与开发, 1996, 8 (3) :5.

[3]郭孝武.超声技术在中草药成分提取中的应用[J].中草药, 1993, 24 (10) :548.

中间试验装置篇3

1 池塘选择

养殖池位于海南省万宁市和乐镇坡墩岭的虾场，选用经改造好的正方形高位池1#、2#、3#、4#共4口，每口池面积1.5×667 m2，其中1#为对照组。池塘四周、池底铺有黑色薄膜，设有中央排污系统，池底呈U形，排灌方便，不漏水。最大蓄水深2.5 m。

2 放苗前的准备工作

2.1 池塘的清洗与消毒

放苗前首先排干池水，用水枪把池塘翻洗干净，然后进水深过池底浅处20 cm左右，每667 m2用漂白粉40～50 kg消毒，浸泡2天后排干，然后泼洒生石灰100～125 kg，曝晒7～10 d后选择晴好天气进水。

2.2 配套设施

池塘底四周铺放充气石，每隔4 m放一个，池塘的四个角上空掉挂遮阳网，池底的四个角设放汽车报废轮胎、水管和竹筐，各池分别配备4台0.75kW叶轮式增氧机，并设放2 m×2 m×1.2 m的简易渔排一个，渔排配有网衣、充气设施、遮光网等。

2.3 池塘进水和施肥

抽取海边砂滤海水井，盐度约为20，进水深1.6m左右，再施用生物有机肥5 kg/667 m2，每2天1次，连续施用3次。随后根据当地的水质情况，适当地追加氨基酸-肥水膏1～1.5 kg/667 m2进行肥水，为虾苗入池后提供适口而丰富的浮游生物。

3 苗种选择与放养

3.1 苗种选择

选购鱼苗质量的好坏直接关系到养殖的成败，选择体态肥满，体色鲜艳、无畸形、体表完整无损伤、无病态，个体差异较小的健康鱼苗，平均体长为4.4 cm;虾苗购买于海南某公司的第一代苗，选择大小均匀，体色透明，附肢干净，尾扇完全展开，胃肠充满食物的健康虾苗，体长在0.8～1.0 cm。

3.2 苗种投放

龙胆石斑投放的时间是2008年6月20日，用20 L塑料袋装海水1/4，充氧气运输，鱼苗运回后先在网箱里的阴凉处漂浮8～10 min，待与池水温度一致后用150 mL/m3的福尔马林淡水药浴10～20min，进行鱼体消毒，然后转移到池塘上网箱里充气驯养，7 d以后将网箱拆除，把鱼苗放入池塘中。虾苗的投放时间是2008年6月19日，虾苗投放之前，先将虾苗放入容量2 t的塑料桶内增氧投喂丰年虫暂养半小时，然后在上风口处投放虾苗。四个池塘投放鱼苗和虾苗的数量、比例和成本见表1。

4 养殖管理

4.1 鱼苗驯养

龙胆石斑鱼驯养过程中，每天分早、中、晚各投喂1次，1#以新鲜或冷冻小鱼块为主，搭配10%优质鳗鱼粉，随着鱼苗口径增大逐渐过渡到较大的鱼块。2#、3#、4#以温水烫晕的虾苗(与放养的虾苗同一批，在孵化池里暂养)为主，搭配优质新鲜鱼肉小块，随着鱼苗适应逐渐过渡到活虾苗。日投食量按鱼苗总重量的4%～6%投喂，注意不要让鱼摄食过饱，因为龙胆石斑鱼特别贪吃，过量摄食容易导致肠胃撑胀造成死亡。

4.2 鱼苗养殖管理

鱼苗在网箱里经过5～7 d的人工驯食，且能够正常摄食活虾苗或小块鱼肉后，应及时拆除小网箱将鱼苗放入池内。拆箱后1#投喂小鱼块，投喂次数为早期的每天一次到后期的每2天一次。2#、3#、4#鱼苗入池后将不再投喂。

4.3 虾苗养殖管理

虾苗入池后，选用相应口径的饲料全池泼洒，随着虾体的长大，逐步调换合适口径的饲料。投喂应从早期的全池泼洒逐步转为池塘四周泼洒。一般早期每日投喂3次，上午少喂，约占30%, 中午和下午多投，约占70%。后期每日投喂4次，上午和晚上少喂，约占40%，早上和下午多投，约占60%。投饵1.5～2 h后检查虾的摄食情况及生长情况，根据摄食情况适当调节投喂量。日投饲量分别为：小虾(3g/尾以下)7%～10%，中虾(3～7 g/尾)5%～7%，大虾(7g/尾以上)3%～5%。晴天多喂，阴雨天少喂。各池塘虾的投喂情况见表2。

4.4 水质管理

保持池塘的水色呈黄绿色或绿色，水质要求“肥、活、嫩、爽”。平时要注意多观察水环境的变化情况和天气变化，定期检测池水的溶解氧、盐度、氨氮、pH值、水温等理化因子，见表3。水质调控根据水色变化，适当追肥或换水，追肥时通常配合使用底质改良剂，防止有机质累积、底泥老化，稳定水质。换水量的多少可根据池水透明度及其它水质因子的变化情况酌定，透明度应保持在35～60 cm。在养殖的前期以添加新鲜海水为主，后期以换水为主;平时要注意水体中溶氧量的变化，经常开启增氧机，保证溶解氧在5 mg/L以上。

4.5 日常养殖管理

坚持每天早晚巡塘，注意天气变化及鱼虾的各种反应，以便及早发现问题早作处理，如发现鱼虾有离群或游动异常等不正常行为，应及时采取相应措施，发现死或病的鱼应及时捞起并深埋，减少疾病发生和疾病蔓延的可能。此外还要做好每天的养殖日志。

4.6 病害防治

坚持“无病先防、有病早治”、以预防为主治疗为辅的原则，定期进行随机抽样检测，定期或不定期进行水体消毒、根据鱼苗和虾苗生长情况不定期投喂药饵。在养殖过程中2#、3#、4#三个混养池都未见发病。而1#单养池发现患病，病鱼病鱼游动缓慢、体色发黑，鳃变白，肝脏偏白，病鱼拒食，检察知该鱼患传染性造血器官坏死病，该病传染很快，对鱼苗危害较大，无较好的治疗措施，我们及时采取了预防措施，有一定的效果。预防方法： (1) 全池均匀泼洒碘制剂。 (2) 氟苯尼考与大黄等抗病毒中药用粘合剂混合，拌入饵料中投喂。疗效显著，病情有所缓解，但还是造成了不小的经济损失。

5 养殖结果

平均全长为4.4 cm的鱼苗经约5个月的精心培育后，于2008年11月10日收获体重在0.4～0.6kg/尾的大规格鱼苗1 597尾，平均体重为0.48 kg，平均价格为170元/尾;南美白对虾经5个月的养殖，规格达到28～40尾/kg时捕捞上市，上市平均规格为34尾/kg，平均价格为56元/kg。总产值为32.6万元，扣除饲料费3.06万元、苗种费10.99万元、承包费0.46万元、工资及其他4.2万元，纯利润为13.99万元。各池塘的收获情况见表4。

6 讨论

从表4中可以看出龙胆石斑鱼苗标粗与南美白对虾混养的池塘养殖成活率高、经济效益好，鱼苗养殖成活率42%以上。在现今龙胆石斑鱼的鱼苗标粗成活率普遍低下的情况下，走鱼苗标粗与对虾混养是一条很好的出路。

从表3我们可以看出，单一喂养鱼苗的1#塘水体透明度及其变化幅度很大，水质清瘦，池底生长大量的青苔等大型丝状藻类，镜检时发现水体中生有大量桡足类。我们认为发生这种情况的原因除了是水质资源污染外，还因为水中的桡足类吃掉浮游藻类，使水质变清，太阳光线能直接照射到池底，引起大型丝状藻类大量繁殖，而桡足类不吃丝状藻类，且桡足类的个体又小，鱼苗吃不到。混养池中的虾能吃掉水中的桡足类，消除水质变清、透明度变大的根源，保证养殖水体的稳定，发挥了生态防病的效用，解决了鱼苗标粗水质调控难的问题。

龙胆石斑鱼特别怕光，我们在每个鱼塘的四个角采取了遮阳网遮光和养殖池底设放汽车报废轮胎和竹筐作为龙胆石斑鱼的隐蔽物等物理措施, 取得了明显的效果, 咬尾等自相残杀的现象得到了很好的解决。

中间试验装置篇4

随着仿真技术特别是分布式仿真技术的发展,HLA被广泛应用于建模与仿真系统的设计与开发。HLA是美国国防部建模与仿真主计划(MSMP)倡导建立的建模与仿真公共技术框架的一部分,HLA不是针对于特定应用领域而设计的,它适用于所有领域(如试验、训练、分析等)中的建模与仿真的开发与集成[1]。但在试验训练领域,由于存在特定需求,使得HLA并不是最佳的体系结构。1995年,美国国防部试验与评估投资中心项目办公室正式发起了三军联合的“试验与训练使能体系结构”(Test and Training Enabling Architecture,TENA)项目,TENA是在HLA基础上专门针对试验训练领域的特点开发的,针对该领域的特定需求对HLA进行了扩展,提供试验和训练所需的更多特定的能力[1,2]。

由于国内靶场试验训练环境和需求的特殊性,必须自主研发试验训练体系结构中间件。文献[3]针对某虚拟试验系统,在借鉴TENA设计的基础上,提出了一种高效的多节点信息交互机制,但该设计主要针对的是节点间单个SDO(状态分布对象)属性的信息交互,而对于节点间批量的SDO属性交互缺乏支持。本文在借鉴TENA数据分发服务及文献[3]信息交互机制设计的基础上,设计并实现了一种基于数据域属性订购的批量数据交互方法,该方法支持用户自定义的数据过滤,能够屏蔽无效数据,减轻应用层的数据处理压力。

1 节点间信息交互机制

在大型分布式虚拟试验中,系统的各参试成员通过本地成员的组件完成自身功能,同时通过中间件把本成员组件的状态传递给其他参试成员[3]。在中间件中,组件被实例化为一系列的SDO对象,通过节点间SDO对象的发布订购机制来达到节点间信息交互的目的。

发布订购机制是面向数据的应用架构,其最大的优点是通信实体之间是一种异步的松耦合关系,实现了分布式系统中各交互实体之间的异步独立性[3]。在HLA中,通过实现了发布订购机制的对象类和交互类进行数据交互;在TENA中,引入了状态分布对象(SDO)的概念,它是分布式对象机制和发布订购机制结合的产物[1,4]。由此可见,发布订购机制是大型分布式虚拟试验系统中进行信息交互最常用的一种机制。

图1是一个典型的发布订购模型,信息的生产者称为“发布者”,信息的消费者称为“订购者”,二者均需要在试验前向中间件注册。试验运行时,匹配算法读取发布订购表,通过匹配关系找到与给定的发布者相匹配的所有订购者,从而将发布者的更新同步到所有订购者。

2 数据分发服务设计与实现

2.1 数据分发机制

本文所设计的数据分发服务基于发布订购机制,主要由数据域管理和数据过滤2部分组成。数据域管理通过发布订购机制进行属性域的限定,减少了无关属性的传输,并且实现了多节点属性自由组合的需求;数据过滤实现了属性值域的限定,为应用层提供有效数据。数据分发的工作机制设计如图2所示。

数据分发服务的核心部件是数据域和数据过滤器。在每个节点中都维护了一个数据域表和数据过滤器表,表中的数据域和数据过滤器一一对应。

运行前,用户按照需要创建数据域,并把需要的属性订购到数据域中,其中的属性可以来自多个节点多个SDO属性。同时,用户可以针对该数据域设置数据过滤条件,以逻辑表达式的形式给出,支持与、或、非的逻辑组合,并且支持含优先级的复杂逻辑。

运行中,借助中间件的通信服务,当被订购的属性更新时将更新值推送到订购节点,更新相应的数据域,并使用相应的数据过滤器对数据域进行过滤,如果通过过滤,则调用仿真平台注册的回调函数将数据域推送给仿真平台,否则不做推送。

2.2 数据域管理

数据域管理用于完成数据分发服务中节点间的数据交互,设计的关键在于数据域结构的设计和数据域与SDO交互的设计。

2.2.1 数据域设计

数据域结构是数据域实例化和订购属性值更新的依据,主要由数据域的描述信息、订购属性信息列表、数据内存空间3部分组成,类图如图3所示。其中,数据内存空间大小为数据域所有订购属性的属性值长度之和,以数据内存空间的起始地址为基址,加上订购属性在数据域中的相对偏移量,即为该订购属性的属性值在内存中的地址。

2.2.2 数据域与SDO的交互机制

数据域与SDO的交互是数据域管理的关键,分为运行前与运行中两个阶段。运行前进行SDO属性的订购,运行中按照订购关系做SDO属性与数据域的信息交互。运行前,如图4所示,数据域创建节点(以下简称Ms)的仿真平台(使用中间件的一个上层应用)向中间件请求SDO属性的订购,数据分发服务首先调用通知服务,将订购请求转发给相应的节点;被请求节点收到订购请求后,检查订购的合法性,如果订购合法,则将订购节点Ms加入订购属性的订购节点列表中,并回复订购成功的消息;Ms的中间件收到消息后,将请求订购的属性加入数据域中。

运行中,如图5所示,当被订购节点有属性更新时,调用中间件的更新SDO属性服务API。该API首先将本地中间件的相应SDO实例做更新,然后将其以消息的形式投递到SDO网络发送器(ACE主动对象)的消息队列中,SDO网络发送器的发送线程依次从消息队列中取出消息,解析并将其发送到订购该属性的数据域所在节点Ms;在Ms端的中间件中,SDO网络接收器(ACE主动对象)的接收线程从消息队列中依次取出消息,解析并更新到订购该属性的数据域中。

2.3 数据过滤

数据域管理实现了属性类型的过滤,数据过滤则实现属性值的过滤,通过屏蔽无关数据的交互,降低了应用层数据处理的压力。如图6所示,数据域的值域是由该数据域包含的所有订购属性组成的多维空间的一个限定子集,在实际的靶场试验训练中,该值域一般是非常大的[5,6]。但并不是值域中所有的区域都是有效的,有效区域指的是在数据域值域内部,所有满足对指定订购属性值限制的区域,它是数据域值域的一个子集,并且可能是不连续的[7]。由于数据域值域较大,如果不加限制地直接进行数据域的数据交换,将使得数据交互的效率非常低,显然数据交换应该只针对处于有效区域内的数据进行。数据过滤的关键是有效区域的限定条件和有效区域的判定。根据集合的性质,有效区域可以由n个属性值限定区间的交、并、非组合而成[8,9]。因此,有效区域的限定条件可以表示为其中m(m≤n)个属性值范围的逻辑组合,例如:P1<5.0 && (P2<0 || P2>100)。对有限区域判定的过程就是对逻辑表达式求解的过程,一般的求解方法是采用数据结构中的栈,设立操作数栈和操作符栈,依次读取表达式中的元素压入相应栈,根据运算规则出栈进行计算。但由于描述有效区域限定条件的逻辑表达式包含属性名称和属性值,对表达式的合法性检查和求解将变得十分复杂,且容易出现错误。造成困难的主要原因在于C++语言是编译执行和非解释的,无法支持动态的逻辑表达式求解。考虑到Python语言解释执行的特点,并且具有跨平台特性[10],适合用于解决该问题。在逻辑表达式求解方面,Python支持and,or,not的简单逻辑组合以及包含括号的复杂逻辑组合;在逻辑表达式合法性检查方面,可以借助Python提供的异常处理机制,当表达式非法时将抛出异常,以此来判定表达式的合法性。

应用Python进行数据过滤的工作原理如图7所示。首先,数据分发服务初始化Python环境,启动Python shell并加载进行数据过滤的Python文件;然后,数据过滤模块读取数据域和数据过滤条件,解析出数据域包含的订购属性名和属性值并置于一维向量中,同时转换数据过滤条件为符合Python规范的逻辑表达式,将一维向量和逻辑表达式作为数据过滤函数data_filt()的参数,传递给Python shell;Python shell接收到参数后,解释执行data_filt(),将逻辑表达式的解返回给中间件的数据过滤模块,如果执行过程中产生异常,则说明逻辑表达式非法,返回一个错误码给数据过滤模块。

3 实验与分析

使用3个成员构建分布式试验系统对数据分发服务进行测试,测试流程如下:

(1) 成员#443创建数据域DF_LM,订购成员#406的发布属性Pos1.Hgt,Pos2.Hgt,订购成员#407的发布属性Pos1.Lat,并设置数据域过滤条件:(#406.Pos1.Hgt<1 100.000 or #407.Pos1.Lat<102.110 000)and #406.Pos2.Hgt<1 156.000;

(2) 启动运行成员#443,#406,#407;

(3) 成员#406更新发布属性Pos1.Hgt,Pos2.Hgt,成员#407更新发布属性Pos1.Lat;

(4) 观察成员#443的数据域更新及过滤情况;

(5) 成员#406更新发布属性Pos2.Hgt;

(6) 观察成员#443的数据域更新及过滤情况。

运行情况分别如图8～图10所示。

从运行结果来看,数据域订购和更新正常,数据过滤结果正确,表明服务能够实现多节点多SDO属性的批量数据交换。

4 结论

本文针对分布式试验训练中节点间批量数据交互的问题,设计并开发了一种基于数据域属性订购的数据分发服务,该设计支持数据域对跨节点多SDO属性的订购,并支持用户自定义数据过滤。实际应用表明,该方法能大量减少应用层对无效数据的接收,从而大大提高批量数据交互的效率。

摘要：针对某分布式虚拟试验系统中间件的批量数据交换需求,设计数据分发服务。采用数据域实现批量数据的管理,支持对多节点多SDO属性的自由组合;采用发布订购机制在数据域和SDO属性间建立交互关系,运行时根据交互关系将SDO属性的更新同步到数据域。为进一步提高数据交换的效率,采用数据过滤机制屏蔽无效数据,减轻应用层的数据处理压力,设计C++结合Python的方式进行数据过滤,相比单纯使用C++实现更为简单、灵活和安全。服务基于ACE开发,实际测试表明服务工作正常,能满足批量数据交换的需求。

关键词：虚拟试验,中间件,SDO,数据分发,数据过滤

参考文献

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中间试验装置篇5

关键词：中间相沥青基碳纤维,Taguchi正交试验,纺丝

中间相沥青基碳纤维以其前驱体原料成本低,且具有低膨胀系数、高模量、高热导率等优异性能,被认为极具发展潜力,在航天、航空、高档民品等领域中作为先进复合材料的增强体有着广泛的应用前景[1,2,3]。

纤维直径是碳纤维基本特征参数之一,纤维直径越小,存在缺陷的概率越低,纤维强度越高。此外,纤维直径越大,在沥青纤维的预氧化过程中,氧原子越难完全扩散到芯部与沥青分子发生氧化交联反应,致使芯部形成皮芯结构,包括在后续热处理过程中易发生部分熔融现象[4,5],导致碳纤维性能变差。因此细旦化是提升碳纤维强度和综合性能的重要途径之一[6]。熔融纺丝是中间相沥青基碳纤维制备过程中重要的工艺环节,在纺丝过程中形成的沥青纤维形态和液晶分子的排列,基本决定了经过热处理后碳纤维的结构及形态[7,8]。纺丝温度、纺丝压力、卷筒转速和喷丝孔入口角等纺丝工艺条件都直接影响着所纺纤维的直径,虽然一般认为纺丝卷筒转速是影响纤维直径最重要的因素,然而单一增加卷绕速度会增大纤维内的轴向速度梯度和应力,容易引起断丝。因而要进一步实现纤维的细旦化,实现合理高效的工程控制,深入探索多因素工艺条件下对纤维直径的综合影响规律具有重要的意义。

Taguchi正交试验是研究多因素多水平的一种科学实验设计方法,从全体实验中挑选出部分有代表性的点进行实验,这些有代表性的点具备“均匀分散,齐整可比”的特点[9,10]。本研究针对中间相沥青熔纺工艺过程采用Taguchi正交试验方法,主要选取了纺丝温度、纺丝压力、卷筒转速和喷丝孔入口角4个重要的纺丝工艺条件为考察因素,系统地探索了各工艺参数对碳纤维直径的影响和贡献规律。

1 实验部分

1.1 原料

某国产原料制备的中间相沥青(MP)的物理化学性质如表1所示,软化点为243℃,其结构为流线型结构,中间相含量为100%(体积分数,下同)。

注:HS为喹啉可溶分;HI-TS为喹啉不溶分-甲苯可溶分;TI-NMPS为甲苯不溶分-N-甲基吡咯烷酮可溶分;NM-PI为N-甲基吡咯烷酮不溶分。

1.2 制备MP基碳纤维

1.2.1 纺丝实验设计

MP具备高度粘温依赖性和沥青原丝冷脆性[11]的特点,稳定纺丝温度区间狭窄。在前期探索实验的基础之上,本研究选取四因素三水平正交表(Taguchi法)作为实验方案,以碳纤维直径作为实验指标,表2为实验因素及其对应的实验水平。

表3为标准正交表L9(34)。正交试验选取熔融纺丝过程中4个重要的实验变量作为实验因素,分别为喷丝孔入口角(A)、氮气压力(B)、卷筒转速(C)和纺丝温度(D)。本研究采用实验室自制纺丝设备纺丝,圆形喷丝孔直径D为0.3mm,长径比(L/D)为2,入口角α分别为60°、90°和120°。

1.2.2 预氧化、炭化

将沥青纤维切成6cm左右长样品,放入陶瓷坩埚,在电炉中空气气氛下升温氧化,从室温以0.5℃/min升温至270℃,保温80min得到预氧化纤维。将预氧化纤维从室温以10℃min升温至1000℃,再以5℃/min升温至1400℃,保温30min。最终得到9组正交试验条件下的碳纤维样品。

1.3 检测与表征

用树脂包埋小块中间相沥青样品,研磨抛光后,用反射偏光显微镜(XP-221型,江南永新有限公司)观察MP的光学组织结构;使用热重分析仪(TG/DTA,7300型,日本SEIKO公司),检测MP在升温过程中的热稳定性,以大致确定可纺温度区间。取MP样品8mg左右,放入坩埚中,从室温以5℃/min升温速率升至700℃;

将碳纤维固定在样品台上,使用场发射扫描电镜(SEM,S-4800型,日本HITACHI公司)观察碳纤维截面形貌,并计算碳纤维当量直径。

2 结果与讨论

2.1 TG/DTA分析

图1为中间相沥青原料在氮气气氛下,以5℃/min升温速率升温至700℃所得TG/DTA曲线图,DTG曲线为失重速率随实验温度的变化曲线。MP起始失重温度很高,约为340℃。在此温度之前,MP相当稳定,在氮气中不分解;340~400℃,热失重速率变化不大。温度为400℃时,MP失重率仅为0.4%,此时已有挥发成分从熔融沥青中逸出,此温度为熔融纺丝条件的可能上限温度;由DTG曲线可知,在540℃时,MP失重速率达到最大,此时沥青发生剧烈分解。升温至700℃时,残留量为77.6%。

2.2 碳纤维直径分布

将正交条件下所得a-i批次碳纤维产品,各取10根,分别制样,用SEM观测碳纤维截面形貌,并用Image-Pro Plus 6.0软件测量纤维直径,如图2所示。纤维直径标准差(σ)按式(1)计算:

式中,xi为纤维直径;μ为碳纤维直径的平均值;N为计算标准差的碳纤维数量,即为10。

直径离散系数(Cv)按式(2)计算:

由表4可知,正交试验条件下,各批次碳纤维直径分布于15~32μm之间,批次内直径分布的离散系数处于1%~4%之间,范围较小,说明所纺碳纤维直径均匀,纺丝连续性好。

2.3 正交试验的直观分析

以碳纤维直径为实验指标的直观分析表如表5所示。在本研究所确定的实验范围内,C(转速)的极差最大,是影响碳纤维直径的主要因素,其次是A(入口角)和B(纺丝温度),而D(纺丝压力)对碳纤维直径的影响基本可以忽略。以因素水平作为横坐标,以其实验指标的平均值作为纵坐标,得到如图3所示的纤维直径正交趋势图。

2.3.1 卷筒转速对碳纤维直径的影响

收丝卷绕速度对碳纤维纺丝过程有很大的影响。Edie等[7]曾报道,收丝速度越大,沿纤维轴向的速度梯度越大,且纤维内应力也越大。当熔融沥青流量一定时,若收丝速度过小,则所产生的牵伸应力不足以收取熔融沥青;若收丝速度过大,则纤维内部的拉伸应力超过其拉伸强度产生微裂纹,直至断丝。由图3可知,在本研究确定的实验范围内,收丝速度越快,碳纤维平均直径越小。转速由145r/min增大至435r/min时,碳纤维平均直径由29.0μm减小至17.5μm,变化显著。

2.3.2 喷丝孔入口角对碳纤维直径的影响

当喷丝孔入口角从60°增加至120°时(图3),碳纤维平均直径从24.3μm减小至19.9μm。目前关于喷丝孔入口角对中间相沥青纺丝过程影响的研究较少。Robinson等[13]在研究带状中间相沥青碳纤维时考察了条形喷丝口入口流道的差异对纤维结构性能的影响,发现通过小角度入口流道的喷丝口得到的纤维比通过180°平角喷丝口的纤维具备更大更完善的石墨晶体结构。

当熔体从大直径料筒进入细长的毛细管时,会产生入口收敛流,由此造成的毛细管流动的压力降(式3)[14]:

式中,ΔP为料筒内至喷孔出口处总压力降;ΔPcap为毛细管中实际作用在熔体上的压力降料;ΔPend为毛细管入口处和喷孔毛细管出口处的压力损失。一般出口处的压力降可忽略,ΔPend可近似等于毛细管入口处的压力降。关于入口压力降,高分子材料的流变和模拟领域已有较深入的研究,熔体在入口过程同时包含了剪切流动和拉伸流动,所以一部分弹性势能会在此过程被消耗或者储存。喷丝孔入口角对入口压力降有明显的影响。Mitsoulis等[14]在对聚丙烯的实验和模拟研究中发现,在45°以前,入口压力降随着入口角的增大而减小,45°之后,则有增大的趋势。而Liang等[15]在对天然橡胶/丁苯橡胶(NR/SBR)橡胶混合物的研究中也发现存在临界入口角度值(75°),入口压力降在这附近到达最小值,当入口角大于此值时,一定范围内入口压力降呈现增大的趋势。由此可见对于不同原料而言,该临界入口角度并不一致。在本研究考察的入口角范围(60~120°之间),直径是线性减小的。由式3可知,在总压力降一定的前提下,ΔPend增大导致ΔPcap减小,即在毛细管中实际作用在熔融沥青上的压力降减小。根据哈根-泊肃叶方程(式4):

式中,R为毛细管直径;L为毛细管长度;η为黏度;ΔP为毛细管中的压力降。其他参数不变,毛细管中压力降越小,挤出流量Q越小,则纤维直径也越小。因而,对于本研究中的中间相沥青,其喷丝道临界入口角可能小于60°。

2.3.3 纺丝温度及压力对碳纤维直径的影响

纺丝温度对直径影响的贡献程度与入口角相近。需要指出的是,纺丝温度范围仅从350℃升高至360℃,而碳纤维平均直径由20.2μm增大至24.6μm,可见中间相沥青黏度受温度影响极大,即纺丝温度越高,中间相沥青黏度越低,结合式3和4,可知流量减小且纤维直径也减小。

为保证熔体连续可纺并且保证纤维直径在35μm以内,本研究所选取的实验压力为3.5、4和4.5bar,纺丝压力变化范围相对不大。在此范围之内,纺丝压力的变化对碳纤维平均直径的影响并不明显(图3)。

3 结论

(1)在中间相沥青基碳纤维纺丝过程中,利用正交试验设计,选取纺丝温度、纺丝压力、卷筒转速和喷丝孔结构4个重要的纺丝工艺条件为考察因素,得出影响碳纤维直径的因素按重要性排序依次是卷筒转速、喷丝孔入口角、纺丝温度和纺丝压力。

中间试验装置篇6

2014 年,全国玉米收获机销量达8. 29 万台,较2013 年增长21% 。其中,配置剥皮装置的玉米收获机能够一次完成摘穗和果穗剥皮作业,具有缩减收获环节、节省劳动力的优势,市场占有率逐年提高,已成为主流产品。在东北、内蒙等一年一季区域,收获时苞叶蓬松、含水率低、板式摘穗断茎较少,利于剥皮作业,现有剥皮装置能够较好满足使用要求[1,2]; 以黄淮海地区为代表的一年两熟制区域,由于玉米可生长期短、收获时间紧,收获时苞叶含水率高且与果穗贴合紧密,辊式摘穗断茎较多,不利于果穗剥皮,存在着剥净率差别大、籽粒脱落率和破损率高的问题[3,4]。部分院校和院所进行过该区域玉米剥皮装置性能与参数的试验研究[5,6],且以田间机载试验为主; 但由于田间试验参数调整较为费时费力,不能获得充分的试验数据。为此,设计了室内剥皮试验装置,能够快速调整试验因素及水平,以获取充分的试验数据,为高性能剥皮装置的研发提供参考。

1 剥皮试验装置方案的确定

剥皮装置工作原理是通过相邻的两剥皮辊的相向转动带动苞叶随之进入两辊间隙并被扯离穗轴,果穗在压送器拨轮和剥皮辊的共同作用下从出口排出,从而实现对苞叶的撕取剥离[4],工作原理如图1 所示。

两辊中,其一为轴线固定的定辊,另一为轴线可在一定范围内活动的动辊,定辊与动辊间压紧力由弹簧变形量确定并可调整。压送器压送轮的功用是避免剥皮过程中的果穗跳动及确保果穗整体有序流动,有轮辐式和叶轮式两种。通过剥皮原理的分析发现:影响剥皮作业质量的因素较多,包括剥皮辊、压送轮拨板的形状、运转参数及剥皮辊间压紧力等。检索相关文献[7 - 8],有关于玉米剥皮影响因素、权重及部分因素间的影响的研究,涉及因素最多为4 个、水平常为3 个。其中,部分采用田间在机试验,部分采用实验室试验装置试验,但因素水平较少其相关试验装置较简单。基于已有研究,剥皮辊胶辊现已形成外径70mm、鱼鳞和螺旋表面形状的标准化产品; 剥皮辊的槽型布置和平面布置两种型式作业效果及较适用对象已有初步认识[9]; 剥皮辊间压紧力由弹簧决定且可在一定范围内变动的方式被普遍采用。由于果穗在剥皮机中受力运动的复杂性,两种布置形式下剥皮辊转速、压送轮转速、剥皮辊与压送轮间距、剥皮辊倾角及剥皮辊上鱼鳞与螺旋组合形式5 个因素参数或其组合尚无较清晰、明确认识以用于机型的设计指导。

针对以上情况及分析得出的5 个因素,结合现有玉米收获机产品设计经验中的因素参数范围,采取了进行不同因素水平的正交试验研究的思路。如剥皮辊形式选整根鱼鳞与整根螺旋配对、鱼鳞与螺旋间隔布置并相互配对2 个水平,其余4 因素按照参数范围分为5 个水平。

由于涉及剥皮质量影响因素多,试验装置要求在满足生产率的条件下尽可能模拟实际工况,同时能进行多因素水平的调节,增大了试验装置的复杂程度。基于本课题任务侧重于应用,借鉴已有研究成果结论并考虑产品零部件的通用性、后期成果的推广、试验结果的客观性及便于对比,实验采用对象为含水率较高( ≥40% ) 的夏玉米果穗剥皮全胶辊方案,剥皮辊和压送轮橡胶部件均选取现有通用配件,胶辊直径70mm、压送轮为橡胶轮辐式和叶轮式。为更好地模拟实际工况并在室内可行、减少侧板影响及各果穗间的相互影响、满足多行联合收获机剥皮装置设计选型需要,本实验装置选用3 组共12 根剥皮辊方案[10]。

剥皮辊槽型和平面两种布置方式各有优缺点,对其具体适用性缺少深入研究,但对鲜玉米剥皮应采用全胶平辊型式已达成共识[11]。针对这种情况,考虑试验研究分槽型和平面两种并单独进行,且相同辊数两种型式在结构尺寸及传动上的差异,不便统一到一套台架上,故分别设计槽型和平面两种型式的试验装置,通过对各自试验数据进行分析后对比其效果。试验装置采用交流变频电动机作为动力,以电气传感器方式采集剥皮辊和压送器输入轴转速的方案。

2 试验装置机械结构与传动方案

综合考虑动力安装和传动路线,便于实现各因素水平的调节,将试验装置分为3 层,即底座、中间架和带压送的剥皮装置。其中,作为动力的交流变频电动机安装于中间架并可在安装槽限定范围内调整,中间架与底座之间通过铰链连接并与撑杆形成平面四杆机构; 通过旋扭螺母在撑杆上的位置调整撑杆作用长度,实现中间架与底架间角度的调整以达到所要求的剥皮辊倾角,用角度尺测量中间架倾角并校正,调整机构如图2 所示。

压送器与剥皮辊距离通过调整机构实现,调整方式有两种: 压送器整体调整和单根压送轮轴分别调节。调查分析现有剥皮装置构造可知: 平辊型式多使用压送器整体调整,槽辊型式多采用单根压送轮轴分别调整; 个别机型出现通过弹簧调整压送轮轴与剥皮辊相对位置的设计以适应果穗喂入不均的情况; 优点是满足生产率避免堵塞,不足是剥皮作业质量不稳定。本试验装置针对平辊和槽辊型式分别采取整体调整和各轮轴分别调整的方式。压送器与剥皮辊间距调整机构如图3 和图4 所示。

针对两种剥皮辊布置型式分别设计传动路线如图5 和图6 所示。

该试验装置可以通过调整实现剥皮辊转速、压送轮转速、剥皮辊倾角及压送轮剥皮辊间距等因素参数的不同水平; 但剥皮辊形式因素需通过重新排列单根辊上胶辊顺序实现,因素两水平如图7 所示。试验装置结构与设计方案完成后,进行各因素参数的确定和传动的计算。基于农业机械设计手册推荐运转参数和具体玉米收获机型设计经验,将两型试验装置试验因素参数确定为表1 所示范围。

电动机选交流变频调速类型并通过变频器控制使用,传动采用单排滚子链,空转时启动阻力较小,工作运转时剥皮辊阻力矩变化较大且电动机工频转速超过1 000r /min,考虑剥皮辊初级传动选较大传动比以降速、增扭满足扭矩储备。

根据检索到的剥皮机功率消耗的研究[12],3 组( 12 根) 型式剥皮辊功率在6k W左右、压送器功率消耗在3k W,本试验装置选剥皮辊动力7. 5k W、压送器动力3k W。按照所选电机功率型号的轴径及选定的10A滚子链型号,考虑传动的平稳性和齿数较优,初步确定主动链轮齿数z = 17。

以此计算分度圆直径:,代入节距和齿数,得d≈86.4 mm。

按整体式钢制小链轮结构尺寸计算链轮轮毂厚度:,代入相关数据,得h1= 10.364 mm,h2= 8. 73 mm。

实际设计链轮结构尺寸圆整为h1= 11mm、h2=10mm,经计算均能满足对齿侧凸缘直径的要求。

以此类推,选定传动中各链轮齿数与结构参数。

根据以上传动方案及结构参数,分别进行两型试验台设计,完成后结构如图8 和图9 所示。

为使试验结果有可对比性,对于平面和槽型两种布置方式的压送轮与剥皮辊间距定义为压送轮最大外缘与最远剥皮辊的最小距离,如图10 所示。

1.底架2.中间架3.压送器调频电机4.压送轮剥皮辊间距调整机构5.剥皮辊架6.剥皮辊调频电机7.中间架倾角调整杆

3 电动机控制与转速数据采集系统设计

在满足转速和转矩前提下,采用变频器实现电动机调速具有结构简单及调整方便的优势,通过变频器上的电位调节旋钮即可实现转速调节。同时,用光电开关作为转速传感器测取剥皮辊和压送器轮轴的输入转速,并通过仪表显示在控制台上。电机控制与转速数据采集系统电路如图11 所示,完成组装后的电控台如图12 所示。

4 试验方案设计

试验对象为人工摘取的果穗,其苞叶含水率受存放环境干湿度及时间长短影响易发生变化,本试验研究将苞叶含水率作为评价果穗一致性的指标。在生产率满足生产需要的前提下,对衡量剥皮作业质量的剥净率、籽粒破损率等指标在不同因素水平参数组合时进行评价对比才有意义[13,14],故对试验方案设计提出了较高要求。

试验台生产率选定是试验设计中的一项重要内容。在进行剥皮试验装置方案设计时考虑到涉及影响因素较多且一般不单独使用,整机设计上也仅靠经验选型部件,目前尚未有关于其生产率的指标参照;但遵照整机设计经验,部件工作能力应略大于整机。本试验研究在调研当前玉米收获机主要参数的基础上,结合整机设计经验选择了2 ~ 3 行玉米收获机广泛使用的3 组( 12 辊) 式,该类机型生产厂家标称作业效率一般为0. 3hm2/ h,作业行进速度约3km / h。

按照生产效率0. 3hm2/ h、大穗高密度种植模式60 000 株/ hm2计算,生产率( 喂入量) 为

考虑一定过载能力,选择喂入量为300 穗/min,并以此计算升运器刮板运转速度,调整其动力输入电动机变频器旋钮使其以达到所需升运能力,可在满足生产率的要求并真实模拟喂入方式工况下进行影响因素的试验对比。

设计试验采用以下流程顺序进行:

1) 试验材料准备。预定品种单一、成熟度较一致的玉米地块,果穗数目不小于18 000 个。临近成熟期选择正常天气进行统一人工采收,采收过程中注意减少对苞叶的损伤( 不改变苞叶包紧程度) 、保持苞叶完整; 采收后按照每袋60 只放于带塑料内袋的塑编袋内,并称质量、编号记录。取不同袋内的果穗进行苞叶含水率测定,统计当天试验中果穗样本( ≥4 000) 整体的苞叶含水率。

2) 果穗均重与苞叶水分测定。准备5 组试验所需果穗量( 每组5 袋/每袋60 只) ,各袋取2 只完整果穗的苞叶放入卤素水分分析仪进行水分测定,对样本总体苞叶含水率进行统计。

3) 试验设备运转。试验开始前,转速传感器架摆放到合适位置并调整光电计数器与旋转链轮距离后对试验设备运行情况进行调试。检查操作台仪表与灯光指示是否正常,确认正常后,开启变频器电源按钮开关,同时启动升运器、剥皮辊和压送轮电机不低于2min,检查设备运行情况是否正常。

运转过程中检查项目包括: 剥皮辊和压送轮运转是否平稳、升运器工作是否可靠、各电机工作噪声和温度是否正常及转数计数器指示是否正常。

4) 按照试验大纲编排顺序进行试验。本试验基于正交试验方法进行[15],采用标准正交表L25( 56) 改造的混合水平正交表L25( 54× 21) 进行试验。按照正交试验表进行编排时需重复调整,但各参数调整难易程度差别较大。如转速只需调整变频器就可实现而无需机械结构调整,剥皮辊倾角调整需要调整撑杆长度,压送轮与剥皮辊间距调整时需改变变频电机相对压送器动力输入轮的位置,故涉及间隙调整装置手柄或螺杆、变频电机紧定螺栓,剥皮辊组合形式调整需采取更换辊部件的方式耗时较长。针对这种情况,按照正交试验表中试验号对应的不同因素不同水平的组合分析其调整难易,调整一次较难因素水平即将包含该因素水平的试验号对应的试验进行完毕。以标准正交表L25( 56) 改造的混合水平正交表L25( 54×21) 、正交表中试验号与实际试验顺序号对应关系、因素水平参数对照表分别如表2 ~ 表4 所示。

5 结论与展望

1) 通过试验装置的运行试验,表明该装置调节方案可行、运行可靠、试验方案可操作,能够高效进行剥皮效果5 个影响因素的试验。

2) 试验过程采用变频电机作为剥皮辊和压送器动力来源,与机械传动相比其扭矩储备小、抗过载能力较弱; 但从生产率上考虑,在保证剥皮装置可靠性及满足作业效果的前提下,整机设计中优先选用高转速,极个别组合的堵塞不影响较优参数组合的客观性。

中间试验装置篇7

关键词：钻孔简易注水试验,滑管式装置,静压法,渗透系数

0 引言

当前，在我国沿海平原岩土工程勘察中，普遍采用现场钻孔简易降水头注水试验方法确定土层的渗透性，以满足广泛的基坑设计和施工需要。即预钻孔后下套管并用干海带、泥球等隔水材料或设置隔水气囊等手段（设隔水材料/设施法）将试验段与非试验段隔开后进行试验；或在钻孔中将套管击入一定深度，使试验段与非试验段隔开，再用芯管将下部试验段掏空的套管隔水法。众多的成孔和止水方法受工艺、设备、劳务技术等因素限制，测试数据往往可靠性较低，测试精度较差。笔者所在单位就此研制了专门的孔内测试装置——滑管式注水试验装置，配合相应的成孔方法，以期操作简单，数据可靠。

1 静压滑管式注水试验装置及工作原理

使用该装置不必进行预钻孔，可用静探机或钻机静压方法，将注水管送达试验土层深度，同时助套管解决试验时隔水问题。

1.1 滑管式注水试验装置

该设备由5部分组成，包括锥形导头（外径Φ63.5mm）、密封圈、多孔注水管（外径Φ42mm）、滤网和注水管护管（外径Φ63.5mm），该套试验装置已申请专利[注]。详见图1。

其中渗水管长度为2m，外包滤网，其底部与锥形导头连接。非工作（下压）时，注水管置于护管内，其顶部设置止退肩。底部锥形导头设置6道密封圈。注水管护管上部用套管接头与上部套管连接。

1.2 试验井形成

试验井的形成可按以下4个步骤（图2）:

(1）采用外径Φ63.5mm套管与静压滑管式注水试验装置中的注水管护管连接，利用液压静力触探机下压套管。也可用有施压装置钻机借人力或油压压入。

(2）待锥形导头压入至拟进行试验土层试验段底部，停止下压。

(3）孔内注水至套管顶面后，提升套管2m，使注水管完全暴露，通过测绳检查确保注水管与套管分离。

(4）静置1.5h左右，待注水段扰动土体蠕变基本稳定后，开始注水试验。

1.3 装置工作特点

该方法因采用连续静压施工成井，使套管壁和非注水段土层紧密结合，保证良好的隔水效果。装置中包有滤网的注水管置于护管内，且护管底部紧抵锥形导头，使前者在下压过程中得到理想的保护，锥头前置密封装置可确保在下入过程中四周侧土和地下水不进入注水管内，也避免注水管堵塞。当锥形导头到达注水试验段底部时，用液压机上提套管2m，内侧注水管完全裸露，保证试验井完好。只需稳定1.5h即可进行注水试验。为测试质量提供了良好的保证。

该装置一次静压完成，操作简单，成孔技术难度低，无需成孔后再下套管、洗孔、设置隔水材料等繁琐步骤，施工速度快，大大提高外业施工效率，且绝大部分装置材料可重复使用，试验成本相应降低。

2 测试效果检验

2.1 对比试验

为了检验静压滑管式注水试验效果，邀请了上海市多家（综合）甲级勘察单位参加对比试验。参与的比较方法除用静压滑管式装置外，还有预钻孔后下套管加置干海带、粘土球等隔水材料或充气囊止水、击入套管隔水并用芯管水冲成井试验等多种方法。试验地点选择浦东新区某建筑场地和果园镇附近等二个场地。试验土层有al-mQ43 (2) 3层砂质粉土、mQ42流塑状态 (4) 层淤泥质粘土、al-m Q41软塑状态 (5) 1层粘土和可塑状态 (5) 3层粉质粘土。

为便于对比试验新装置的测试效果，还实施以下重点质量控制措施：

(1）组织各参与单位作业人员统一学习注水试验操作技术方法，重点强调保证测试井的止水质量。

(2）同一场地，各种试验方法都在同一深度试验段进行，各试验孔间距保持在20m左右，既避免相邻孔注水的影响，又避免孔距过大时土性的变化差异。

(3）降水头注水试验观测时间，至少至试验水头下降到初始水头的0.3倍以上，观测时间6～10h（上海规范规定总观测时间不应小于4h）[4]，连续观测20个点左右。

(4）采集现场测试土层相应深度、位置的原状土样同步进行室内土工试验，测定常规物理力学性质指标和渗透系数Kv、Kh。

(5）岩土工程师参与现场成井、测试全过程。

实际完成对比试验工作量及渗透系数K计算值见表1。

注：表中分子为测试次数，分母为渗透系数，单位（cm/s）。

2.2 试验资料整理分析

本次试验深度分别为7～9m深度的al-mQ43 (2) 3层砂质粉土层、14～16m深度的mQ42 (4) 层淤泥质粘土层、17～19m深度的al-mQ41 (5) 1层粘土层和32～34m深度 (5) 3层粉质粘土层，均为水平层状分布土层。按试验井结构特点（图2），均可视为非完整井中的降水头注水试验，对此情况有关规范规定中均有相同（相似）的试验成果整理方法和土层渗透系数K值的计算公式[1,2,3,5,6]。上海岩土工程勘察设计研究院有限公司编制了相应的计算机处理软件，将各测点测试有关参数输入获得“钻孔降水头注水试验成果表”和相应土层的渗透系数K值。图3为其中之一。各次测得土层渗透系数K值见表1。

综合比较各测试结果可见，同一层土采用不同方法测得的渗透系数K值基本接近，均在经验值范围内。唯有mQ42 (4) 层淤泥质黏土和al-mQ41 (5) 3层粉质粘土钻孔套管隔水法结果偏大，分析原因可能是该成井工艺过程中套管晃动导致隔水效果较差，注水试验过程中部分注入水沿套管外壁间隙渗失所致。本次对比试验操作比较规范，故试验结果比较理想，也证明采用静压滑管法的试验结果是可靠的，兼该法操作简单、成井速度快、基本上不受操作人员技术素质影响，且经济性高等特点，故在上海地区及地层结构相似的我国沿海平原软土分布地区，采用静压滑管法替代其它试验井成井方法进行降水头注水试验是可行的。

2.3 经济效益分析比较

静压滑管法成井进行注水试验其隔水效果理想、测试成本低。

静压滑管式注水试验装置每套单价约2000元，几乎均为钢质材料，可重复使用，而简捷的易于操作的成井结构装置大大减少现场施工成井劳务费用。若按测试孔深30m，粘土球止水法中注水管材料按一次性使用PVC管，其余试验方法按重复利用钢质套管折旧考虑，可得到不同成井方法注水试验成本差异（表2）。

从表2可以看出，相比多种传统试验方法，每个试验段可节约1585～2450元，采用静压滑管式注水试验装置每段成本约为传统注水试验的50%～60%。以上海市轨道交通12号线地铁为例，共有62个工点，约需进行600～700次注水试验，即可节约约120万元。这仅仅是直接的经济效益。

3 结论

(1）静压滑管法注水试验操作方便、止水效果理想、施工速度快、测试成本低，有利于改变当前劳务化后的现场勘察队伍良莠不齐导致试验结果失真的状况。在上海地区及沿海软土地区适宜推广使用。

(2）受试验装置材料及静压设备能力限制，静压滑管法降水头注水试验适宜的深度为软土中60m左右，当40m以下存在中密以上的砂土层时宜中止。

(3）该注水装置系由静压力压入土中，理论上存在挤土和形成泥皮等影响正常渗水问题，但在对比试验比较中似不明显，宜作进一步研究比较。

参考文献

[1]中华人民共和国水利行业标准水利水电工程注水试验规程SL345-2007[S]

[2]中华人民共和国行业标准注水试验规程YS5214-2000[S].

[3]上海市工程建设规范岩土工程勘察规范DGJ08-37-2002[S].