加强圈设计（共7篇）
加强圈设计 篇1
0 引言
增湿塔在干法水泥生产工艺中，用来对窑尾高温废气进行喷水、增湿、降温，调节废气比电阻，将增湿塔出口废气温度降至150℃左右，以使废气的特性能达到电除尘器废气处理的要求。
预热器出口废气温度较高，在烧成系统运行正常情况下，一般为350℃左右;压力也较大，如果采用高温风机后置的工艺，压力最大可达-8 500Pa以上。因此，增湿塔发生吸瘪变形等事故的可能性也较大。据了解，目前国内迄今为止至少已有十多条生产线曾发生过该事故。
目前增湿塔的设计，主要是基于冷态下的轴向稳定性设计，对于周向稳定性的设计尚未见文献报道。在水泥行业，对这种高温、外压下的筒体计算基本处于盲区，但在化工容器行业中该类理论已经较为成熟。在化工容器行业，该类塔器被视为一种典型的外压薄壁容器。主要失效形式是弹性失稳，即强度足够、刚性不足，造成在外压作用下，筒体失去原有形状。增湿塔与化工容器行业的外压容器模型相似，因此，可以引入化工容器行业《钢制压力容器》 (GB150—1998标准(以下简称标准)，对增湿塔筒体及加强圈进行设计与校核。
1 增湿塔筒体壁厚的确定方法
在标准中，塔体壁厚的确定方法有两种：解析法与图算法。这两种方法各有特点，其中解析法比较容易理解各个参数间的关系，但需要判定圆筒的类型，同时临界应力要在弹性范围内，过程比较繁琐且应用范围受到限制;而图算法是基于解析法，将各个参数间的关系以图表的形式表现出来，过程简单，且应用范围广泛。标准也推荐使用图算法，因此笔者以实例的方式，着重介绍图算法的过程。
2 利用图算法计算实例
现以Φ8.5m×34m增湿塔为例，使用图算法，对其进行筒体壁厚及加强圈的设计与计算。
2.1 壁厚的确定
1) 设计要求增湿塔计算外压力Pc=8 500Pa，内径Di=8 500mm，塔体高34m，选用材料Q235-A，耐热温度370℃。假设加强圈间距L=1.5m。
2) 假设塔体的名义厚度δn=10mm，腐蚀裕量C1=1mm，钢板负偏差C2=0.8mm，得塔体圆筒的有效厚度δe=δn-C1-C2=8.2mm，塔体圆筒外直径D0=Di+2δn=8 520mm。
3) 计算L/D0=1 500/8 520=0.18, D0/δe=8 520/8.2=1 039。
4) 查图1，由L/D0和D0/δe，查得系数A=0.000 24。
(用于所有材料)
5) 查图2。利用Q235-A材料370℃弹性模量E=1.69×105MPa的材料曲线，由系数A查得B=28MPa。
(屈服点δs>207MPa的碳素钢和0Cr13、1Cr13钢)
6) 根据B，利用下式计算增湿塔许用外压力：
即[P]>Pc，所以假设的塔体厚度δn满足要求。否则需重新假设另一较大的δn，重复以上各步骤，直至满足要求为止。
2.2 加强圈的校核
以上对壁厚的计算是基于对加强圈等视为刚性构件，即加强圈本身应具有足够的刚度，在外压力作用下不会失稳，才能对圆筒起到加强作用，即上述计算才有意义。这也往往是设计者最容易忽略的地方，现有的水泥行业资料中也未见有这方面的介绍，笔者认为这正是化工容器行业对加强圈校核的独到之处。只有验证了筒体材料及加强圈刚度在高温、高负压等极限状态下能满足要求，才能有效避免增湿塔变形事故的发生。
2.2.1 设计压力下加强圈最大间距的计算
当圆筒的壁厚确定以后，加强圈之间的最大间距可按下式计算：
式中：
m———圆筒的稳定性系数，《钢制压力容器》 (GB150—1998) 中取为3。
该数值起比较作用，若所选用的加强圈间距L大于计算出的Lmax，则重新取L值。如果L小于Lmax，则需继续进行加强圈刚性的校核。若刚性校核也满足要求，才表示所选加强圈的规格及间距符合设计要求。否则应重新取值。
加强圈数量、规格和筒体材料之间相互影响，最佳方案是筒体材料和制造费用与加强圈材料和制造费用之和为最小。在化工行业的容器设计中，借助计算机软件可以实现。对于增湿塔的大多数规格，笔者经过多次计算后，总结认为每隔1～2m设置一个加强圈为宜，故前文取值也在该范围内。但具体数值，根据规格及工艺的不同，应经过实际验算。
2.2.2 利用惯性矩对加强圈进行刚性校核1) 加强圈的稳定条件
加强圈的稳定条件可转化为：加强圈组合截面实际具有的惯性矩Is大于等于保持加强圈不失稳所需要的组合截面惯性矩I。
2) 选取加强圈材料100mm×100mm×10mm角钢，焊接方法如图3。
3) 求B值
式中：
As———加强圈的横截面积，1 926.1mm2。
4) 查图2求系数A，由于B值不在该图表范围内，所以用下式计算A:
弹性条件下，该表达式也可以化简为：
即所需惯性矩与直径的三次方成正比。
5) 如图3，则组合截面实际具有的截面惯性矩：
式中：
I1———加强圈对其自身形心轴x0-x0轴的惯性矩，可查型钢表;
d———加强圈形心轴x0-x0至组合截面形心轴x-x的距离;
I2———圆筒有效段对其自身形心轴x1-x1轴的惯性矩;
A2———圆筒有效段的截面积, A2=2Leδe, Le取L/2和二者中的小值;
a———圆筒有效段形心轴x1-x1至组合截面形心轴x-x之距,
c———圆筒有效段形心轴x1-x1至加强圈形心轴x0-x0的距离，71.6mm, c=d+a;
由计算知Is>I，因此加强圈符合刚度要求。否则须另选更大规格的加强圈，或缩小加强圈的间距，重复上述步骤。此时即可认定选定的加强圈规格及间距符合设计要求。
3 结束语
1) 水泥厂的增湿塔根据布置形式的不同，如高温风机前置或后置于增湿塔，其耐压要求也不相同，设计时应根据实际情况区别取值。
2) 增湿塔加强圈的设计非常重要，由于其设计过程鲜有介绍，设计者往往根据经验选取，如果间距或规格选择不合适，就会造成周向稳定性不足。我们通过对某厂增湿塔吸瘪变形事故的调查，认为事故是加强圈稳定性不足引起，结果也证明本方法是合理有效的。同时本文中的计算方法已经用于国内外多家水泥厂增湿塔设计中，如德阳1 500t/d、乐山2 500t/d生产线等，规模及工艺均不尽相同，用实践证明了其合理性。
3) 增湿塔加强圈所需的惯性矩与其直径的三次方成正比，设计人员对此要有清醒的认识。
加强圈设计 篇2
一、我国现行的消防资源问题
(一) 人力资源问题
人力资源是第一资源, 这个在任何领域都一样。从人力的数量上看, 目前我国县级以上城市70%消防站的消防人员数量未达到最低编配标准, 1132个县 (区、旗) 消防大队仅有1~3名消防监督人员, 近500个新建消防站无兵派驻。按国家规定标准还有154个地市需新建消防特勤站, 778个县 (市、旗) 需建立消防站, 现城市建成区需新建2448个消防站, 全国共需新建消防站3370个。[1]从人力的质量上看, 由于一个辖区可配置的消防装备与可接受的消防培训均有限, 使得其不能建立能够应对各类灾害、技术全面的队伍。按目前的消防力量增加模式, 消防人员数量与质量的缺乏与事业发展需求的矛盾更加突出, 也会在一些地区造成消防力量与基础设施建设的严重失衡, 造成消防资源浪费和政府社会管理公共安全服务职能的缺失。
(二) 设备经费问题
尽管今年来我国的消防设备有很大的改进, 国家在这方面也投入了大量的资金, 但仍滞后于消防工作的需求, 不同城市的设备配置差别很大特别是东中西部城市之间的设备配置水平。某些地方的系统基础重复建设对资源造成了极大的浪费。这些情况存在下, 一旦遇到重大事故往往会力不从心[2]。
(三) 信息技术问题
当今社会是信息的社会, 在消防领域也应该积极利用信息化设备。但是由于我国区域广阔、人口众多的国情, 往往导致信息的流通不畅。又考虑到发展中国家技术比较滞后, 而且即使引进国外先进的技术怎么样本土消化也是一个待考虑的问题。
二、加强跨区域动态立体消防救援圈的必要性
跨区域动态立体消防救援圈是指责任区消防部门 (总队、支队、大队、中队) 在难以独立处置管辖区内发生的火灾、自然灾害或突发事件的情况下, 通过跨区域调集消防力量共同完成灭火救援任务的一种救援行为。这种救援行动不是静止的, 是以灾害事故的变化而变化的。
(一) 消防知识的普及提供了加强跨区域动态立体消防救援圈的人力基础
随着人们素质的提升, 也逐渐增强了消防忧患意识。越来越多的人通过社区的宣传栏或者海报等各种宣传方式知道或者了解了消防知识, 也超越了传统的消防观念的局限。
(二) 经济的发展提供了加强跨区域动态立体消防救援圈的物证保障
城市规模不断扩大, 新兴城市不断涌现, 区域合作日益加强。这也为资源的共享提供了快速便捷的途径, 在充足的经费保证的前提下, 人们在火灾成本研究基础上能够更有效的配置资源。
(三) 科技的发展提供了加强跨区域动态立体消防救援圈的技术保障
跨区域动态立体消防救援圈要求对重大危险源灭火救援的需求量要有精确的计算, 技术的发展使得我们可以从消防供水、消防装备、人员素质以及交通通讯等方面, 分析消防重大危险源灭火救援需求计算的主要特点, 并以油罐区消防用水量计算以及普通蛋白泡沫灭火剂用量计算为例, 建立消防用水和灭火药剂等需求量的计算方法。
三、建立跨区域动态立体消防救援圈的意义
(一) 经济发展的需要
经济一体化城市群的经济发展迅速, 综合实力强大, 国际形象良好, 正是因为这些优势的存在, 使我国的国际地位快速提升。然而, “防患于未然”是很有必要的。经济一体化城市群的安全和稳定有着重大的战略意义, 建立起一个跨区域消防救援体系, 有助于保障经济一体化城市群的公共安全, 为经济一体化城市群经济的高速发展奠定坚实的基础。
(二) 保障人民生活的需要
以人为本是科学发展观的核心。只有建立起跨区域动态立体消防救援圈才能应对突如其来的消防危险, 才能最大程度的保护好人民的生命财产安全。而且随着我国各地区之间经济联系的加强, 一旦发生连锁性火灾, 后果不堪设想。因此, 创建一个具有快速全面处置各类突发事件能力的“灭火救援圈”, 强化这面的研究不仅具有重要的战略意义, 同时也是形势发展的必然要求。
(三) 消防能力与时俱进的需要
随着经济和社会的快速发展, 各种致灾因素增多。我国加入WTO后, 公安消防部队努力为投资者和广大公民提供广泛有效的生命安全和财产保障, 走多功能发展之路, 更多地参与社会抢险救援, 实现与国际接轨是历史的必然。
参考文献
[1]朱力平, 杨政.加强跨区域动态立体灭火救援圈的研究[J].消防科学与技术, 2007, 26 (4) :251-255.
新型胎圈预置组件设计探析 篇3
关键词：胎圈预置组件,胎圈预置盘,轮胎成型机
0 引言
随着半钢乘用子午线轮胎在市场上的热销, 轮胎生产企业对半钢乘用子午线轮胎的生产效率以及产品质量的要求也在不断的提高, 促使轮胎成型机生产企业也要不断加大对新产品的研发投入, 以便提供可靠性更好并且成型效率更高的产品。新型半钢乘用子午线轮胎一次法成型机胎圈预置组件的使用不仅降低了轮胎成型机操作人员的劳动强度, 而且提高了轮胎产品的精度, 并有效的控制了由于胎圈变形导致的废胎率。新型胎圈预置组件作为新型半钢乘用子午线轮胎一次法成型机的重要部件对轮胎的生产效率和轮胎质量的提升能够产生重要的影响。
本文将主要对新型半钢乘用子午线轮胎一次法成型机的工艺流程、新型胎圈预置组件的结构特点以及该部件的设计优点进行阐述。
1 新型半钢乘用子午线轮胎一次法成型机工艺流程
新型半钢乘用子午线轮胎一次法成型机在成型过程中主鼓区需贴合三种材料, 三种材料的贴合顺序依次为:内衬层及胎侧预复合料、1#帘布料、2#帘布料。这三种料在贴合之前需在胎体供料架上完成内衬层及胎侧料的预复合动作, 并分别完成上述三种料的自动定长、自动裁断和输送定中等动作。在成型过程中辅鼓区需贴合四种材料, 四种料的贴合顺序依次为:1#带束层料、2#带束层料, 冠带条料和胎面料, 贴合后统称为胎面组件。在贴合之前带束层料及胎面料需在带束层供料架和胎面供料架上完成自动定长、自动裁断和输送定中等动作。通过冠带条导开、缠绕装置完成冠带条料的自动缠绕、自动滚压等动作。组合传递环组件将贴合好的胎面组件夹持到胎圈预置区, 由新型胎圈预置组件将胎圈预置盘摆动至与成型鼓中心重合的胎圈预置组件下降位上, 由左右胎圈传递环完成取胎圈动作。组合传递环组件将胎面组件和胎圈输送至主鼓区, 主鼓依次进行扇形块膨胀、中鼓充气鼓肩收缩、反包胶囊充气、反包、滚压、排气等动作。最后组合传递环组件夹持成型后的轮胎至卸胎位, 完成轮胎成型过程。
新型胎圈预置组件的上胎圈功能是半钢乘用子午线轮胎一次法成型机成型工艺过程中的重要环节之一, 它直接关系到轮胎的成型质量和成型效率。
2 新型胎圈预置组件的功能及结构介绍
为解决手动上胎圈导致的效率低下、人工劳动强度大等问题, 在新型半钢乘用子午线轮胎一次法成型机上增加了新型胎圈预置组件。具体结构见图1。
2.1新型胎圈预置组件的功能
新型胎圈预置组件被设计安装在床身上方的灯标架上, 设备操作者可以通过手动方式在胎圈预置组件抬起位时将胎圈放置到胎圈预置盘的两侧, 通过触控手动开关驱动撑胎圈小气缸将胎圈夹紧。当程序运行到自动上胎圈动作时, 摆动气缸驱动胎圈预置盘及大摆臂摆转, 将胎圈送到与鼓中心重合的胎圈预置组件下降位上进行自动上胎圈动作。左右胎圈传递环取圈后新型胎圈预置盘摆回到原来的位置上, 左右胎圈传递环完成取圈动作, 摆动气缸驱动胎圈预置盘及大摆臂摆转, 胎圈预置盘返回到胎圈预置组件抬起位上。
2.2新型胎圈预置组件的结构
新型胎圈预置组件主要由一个箱体和一对胎圈预置盘组成, 在箱体顶部设计了可多方向调整的螺栓, 方便胎圈预置组件进行精度调整。箱体上前后两侧各安装了一个带止动环的减震器, 可以有效的降低胎圈预置盘及大摆臂运动到极限位置时产生的震动, 同时可以使胎圈预置盘下摆到胎圈预置组件下降位时定位能够更准确。箱体一侧还安装了安保缸, 保证了意外状况发生时人员和设备的安全。胎圈预置盘的结构如图2所示。每个胎圈预置盘上都有4组导轨滑块导向, 每组滑块上都装有一个带有斜面的滑动板, 撑胎圈小气缸推动摆臂, 摆臂带动转盘旋转, 转盘上均布4个轴承, 通过轴承在斜面上的位置变化将胎圈撑紧在扇形夹持块上, 实现撑胎圈动作。左右胎圈传递环取圈后, 撑胎圈小气缸返回, 胎圈预置组件中的扇形加持块靠弹簧复位。
3 新型胎圈预置组件的结构优点
与以往的胎圈预置组件结构不同, 新型胎圈预置组件被设计安装在了设备灯标支架上, 并采用了下摆动式胎圈摆入方式, 这种结构不仅大大节省了设备的占地空间, 而且也增加了操作人员在主机前的操作空间, 方便了人员的操作。
半钢乘用子午线轮胎的胎圈具有宽度较窄、刚性较差的特点, 尤其是当生产18英寸以上规格的轮胎时, 往往由于撑胎圈的力量不好控制, 导致胎圈的过度变型, 影响做胎质量。考虑到这个因素后, 新型胎圈预置组件并没有采用老式的五个或六个支撑轮的胎圈撑紧结构, 而是采用了4个扇形夹持块的胎圈撑紧结构, 具体结构见图2。这种结构的特点是, 扇形加持块加持位置的圆弧直径与同规格的胎圈内径尺寸一致, 即使胎圈被撑起的力量过大, 胎圈仍然可以保持很好的精度, 不会过量变形。而且关键零件都采用了组合加工, 保证了零件尺寸的一致性。
4 结论
新型胎圈预置组件通过下摆式胎圈摆入方式在节省设备占地空间、增加设备操作方便性等方面都有很好的表现, 而其4个扇形夹持块的胎圈撑紧结构更是很好的解决了胎圈撑紧易变形的问题, 结构特点鲜明、实际改善效果明显。
参考文献
衬圈挤压成形工艺及模具设计 篇4
目前市场上大量使用的YSP-15型液化石油气钢瓶(图1),通常的生产方法是:使用厚度为3mm圆板料,用冲压工艺压延出两个圆桶状的封头,然后将两个封头对接(其中一个需冲孔),使用衬圈定位,采用自动焊接法将两个封头焊接为一个筒体,再焊上底座和护罩,装上角阀即成。
从图1中可以看出,要将两个封头焊接在一起,需要使用一个衬圈,它的作用是将两个封头定位便于自动焊接,并且提高焊接强度。衬圈以往生产都是用专门的新钢板,在剪板机上裁出25mm宽度,长度为钢瓶内径周长,然后用卷圆机将其卷成外径与钢瓶内径相近的圆圈,两头对焊后,校正圆整度,再经过车削达到配合尺寸,才可将两个封头对接,最后使用自动焊接将钢瓶焊好。
衬圈的型式如图2所示。由图可见,衬圈的内径与钢瓶封头的外径相同,取自由配合,焊点必须车削光滑。
2 存在的问题
每个衬圈用料25mm×1000mm×3mm,重量0.47kg钢板;生产工序:剪板机下料—卷圆—校正—电焊机对焊两个端头—车床车削端面和内外圆;下料的尺寸难以控制,长了卷出的圆直径就大,不能装入封头中,短了则起不到定位作用;卷圆机卷出的圆直径难以保证,一般会卷出椭圆状,校正圆难度较大;两端接头的焊接点在车削时影响装夹,且容易打坏车刀。
上述可见,衬圈作为钢瓶生产的工装,需要专门生产制作,占有一定的生产成本,同时还可能影响到产品质量。
3 解决问题的设想
传统方法生产衬圈存在较多弊端,同时成本也较高,为此,做了如下分析。
3.1 材料的选取
设计钢瓶封头生产工艺时,考虑模具寿命和设备的因素,封头的高度尺寸要比实际尺寸大,所以压延的每个封头都有一个多余的边圈(图3),边圈通常只能作为废钢回炉,再生价值极低。如果用来制造衬圈,则可起到废物利用的目的,以利节约材料、降低成本。
3.2 简化加工工序
如果利用边圈余料,在随后的加工过程中,加工的工序仅需车削端面和外圆尺寸,无须剪板机下料和卷圆机卷圆以及校正圆度,更不需要点焊两端部,因为其已经是一个完整的圆形,且圆度好,直径与封头接近,可以保证封头的对焊质量。
但是,该方法也存在一些困难,需要设法解决:由于该边圈属于喇叭形的形状,外圆不是圆柱面,上端面直径d1与下端面直径d2的尺寸偏差很大,要将其转变为相同的圆柱直径尺寸,这是需要我们解决的第一个问题;厚度问题,在封头压延过程中,3mm的钢板料由于挤压力的作用,封头直边与底部连接部分被拉伸,板厚逐渐变薄,而凸缘部分由于受到切向的压缩应力作用使材料增厚,所以边圈的板厚增加到大约3.5mm;成形时边圈纵向呈曲面形式,需将其压平。
4 解决问题的方法:设计新的模具
如图4所示,为利用封头余料边圈切割下来后的余料形状。
要将这一余料制作成图1钢瓶封头中的衬圈样式,需采用专门的挤压模具来进行。
4.1 新模具设计需解决的问题
由于封头边圈余料形状是喇叭形,直径比衬圈大7mm,所以模具采用缩扣模。由于直径变化较大,要求缩口压下时,需慢慢下行,凹模内腔形状、斜度要有合理的结构。边圈压下时,受到轴向和径向两个方向的压缩应力,因此,容易发生轴向和径向失稳起皱。
4.2 新模具结构
为了解决上述问题,我们设计了一套新的模具用来生产新式衬圈,该模具的分解结构如图5所示。图6为利用封头边圈余料制作衬圈的专用模具的工作原理示意图。
4.3 新式衬圈生产的过程
要制作新式衬圈,需要采用图5的专用模具进行生产,其工作原理和工作过程如下:将图3刚冲下的封头上部的边圈用车床车下来,控制好总高尺寸h约40mm左右,且端部要先车平,如图4的样式;如图6,将封头边圈放入凹模中,注意平放,不要太倾斜;放入凸模,凸模芯轴伸进边圈中间,四个滑块的下表面贴住芯轴下面圆台的上表面,超出直径部分正好卡住边圈的上边沿,外沿应紧贴凹模的内腔壁,向着凹模方向施加压力F1,逐渐压下凸模,边圈被压下,此时边圈受力情况如图6中的边圈受力图部分所示。由于F1的作用,凹模给与边圈一个法向力F2,分解出一个向心力为F3分力,使外圆尺寸向内压缩,当压延位置到达底部内腔为直边的地方时,F2的方向将变成径向,即F3=F2,使得整个边圈的外圆直径被压成凹模内腔的直径d,,这就是衬圈的外径。而边圈的内径则被凸模所控制,凸模的外径为衬圈的内径d2,即约比凹模内径小两个板厚(板厚约3.5mm),则边圈被强行挤压成衬圈要求的形状和尺寸。此时,由于凹模内腔形状的变化,弹簧夹头与四个滑块被径向挤压,沿导槽逐渐缩入凸模内部。待压延完成后,从凹模下部取出衬圈,可上车床车削端部和外圆到衬圈要求的尺寸,至此为止,新式衬圈制作完成。
值得注意的是该模具的脱模问题。在压延过程中,由于边圈被凹模强大的径向压力所挤压,产生了塑性变形,尺寸会变小;同时由于凸模的作用,控制了边圈向内的形状变化,因而得到要求的形状。但是,当变形完成后,衬圈将紧紧包住凸模不能脱离,从而造成脱模困难,用人工敲打取下衬圈都几乎不太可能,即便是可以人工取下,生产效率也将会非常低。
为了解决以上问题,可以将凸模的压延行程适当加大,将边圈压出凹模底部,因为边圈在变形过程中,不仅有塑性变形,而且还有一定弹性变形,当边圈被压出凹模底部以后,凹模对其的径向压力消失,弹性变形立即恢复,外径尺寸也将增大,边圈直径将大于凹模内径,此时再上移凸模,边圈将不能缩入凹模腔内,从而被凹模下边沿卸下,也就是说,凹模还起到了卸料的作用。但是,凸模下压距离只能大于边圈高度,而小于滑块的高度,否则滑块和边圈一起被凹模卡住,凸模将不能退回。
采用上述方法,能够快速的生产出新式的衬圈,满足生产要求。
5 新式衬圈的优点
与传统的衬圈相比,新式衬圈具有众多的优点,可以说弥补了原来衬圈的大部分不足:将原来只能作废钢回炉的边圈余料再利用,节约材料消耗;原衬圈生产工序繁多,而新式衬圈,只需挤压模挤压成形、车削端面和内外圆到尺寸即可,大大缩减了加工工序数;原衬圈下料尺寸不易保证、卷圆校圆有较大难度,点焊端部表面不光滑,车削时易打坏刀,新式衬圈省去了大部分过程,车削时也不会打刀,加工质量有保障。
6 结束语
采用本文所述的方法,在YSP-15型液化石油气钢瓶的生产中充分利用压延产生的边圈余料生产新式衬圈,替代传统的衬圈,不仅能够大幅提高产品质量,而且能够大量地节约工序数和工时数,起到了节约和高效生产的效果,为企业取得了较大的综合效益。
参考文献
[1]李硕本.冲压工艺学.北京:机械工业出版社,1982.
[2]洪泽深.冷冲压工艺及模具设计.合肥:安徽科学技术出版社, 1985.
[3]张毅.现代冲压技术.北京:国防工业出版社,1994.
[4]王孝培.冲压手册.北京:机械工业出版社,1979.
[5]翁其金.冷冲压技术.北京:机械工业出版社,2005.
[6]肖景容,姜奎华.冲压工艺学.北京:机械工业出版社,1996.
[7]丁松聚.冷冲模设计.北京:机械工业出版社,1998.
[8]中国机械工程学会锻压分会.锻压手册冲压.北京:机械工业出版社,2002.
[9]金龙建,洪慎章.键盘接插件外壳级进模设计.锻压装备与制造技术,2010,45(1):95-98.
加强圈设计 篇5
本文所指的都市圈域外边缘乡镇是指都市圈内除新城、卫星城镇、县城、中心镇等重点建设城镇以外的一般建制镇和乡集镇。比如上花岔乡、水埠乡镇、黑石乡、武川乡、陡城镇、西河镇、王台镇、关山乡、黑石乡、九合镇等。这类乡镇处于核心区辐射末梢, 基础设施、服务设施条件均次于圈域内其他乡镇, 其发展亦总体落后于圈域的次边缘乡镇 (1) 、内边缘乡镇 (2) , 具有更接近农村、更突显乡村生态等特点。
在中国特别是西北内陆落后地区, 都市圈域外边缘乡镇的发展往往被忽视, 甚至成为发展盲区。这不仅使该类乡镇的发展举步维艰, 同时也对都市圈域的整体发展产生了阻滞作用。鉴于此, 文章以西北地区中心都市圈 (兰州都市圈) 为例, 求解西北地区都市圈域外边缘乡镇的特征及生长机制, 探索其规划设计的新思路、新技术, 具有学术价值和现实意义。
二、兰州都市圈域外边缘乡镇的特征及生长机制研究
(一) 情况简介
兰州都市圈域共有乡镇272个, 其中外边缘乡镇211个, 占77.57%。在外边缘乡镇中, 建制镇仅占34.60%, 且规模普遍较小;位于非地域边缘的外边缘乡镇85个 (其中18个乡镇位于区级行政辖区内) , 占40.28%。此外, 受高寒气候和特殊地形地貌影响, 这些外边缘乡镇均为干旱半干旱山地型乡镇, 且普遍偏远落后, 处于都市圈发展的灰色地带 (见表1) 。
(二) 特征求解
受地理、气候、水文等特殊自然条件及内陆欠发达的经济条件、交通条件、科教条件等因素影响, 兰州都市圈域外边缘乡镇在用地、空间、人口分布、发展结构等方面均表现出明显特征, 并深刻影响着其发展规划与开发建设对策。
1. 生态用地压力大
由于兰州都市圈绝大多数为山地 (其中大部分又为河谷) , 主城及新城 (或卫星城) 用地极为紧张, 都市圈域的农业用地和生态用地不得不向外转移和置换, 使得外边缘乡镇成为生态用地功能的主要承担者。另外, 西北地处干旱半干旱气候区, 区内沟壑纵横、土质稀松、植被稀疏, 水土流失极为严重。为确保城市的用地需求和生态环境质量, 兰州都市圈在主城周围构筑了多重生态屏障, 并把外边缘乡镇列入生态建设的重点区域, 使其成为区域生态用地的主要承接地。
2. 接受主城辐射较弱
兰州都市圈内中心城区 (3) 规模较小, 人口规模刚过200万, 经济总量很小 (2009年兰州全市GDP才达920亿元) , 圈内的次中心、副中心城市的经济能量也甚小, 加之河谷地貌的山水阻隔, 使得外边缘乡镇很难接受主城辐射, 与主城的交通、通讯、产业等联系均很弱。
注: (1) 表格数据根据《兰州都市圈规划纲要》 (2007.8) 、相关市县村镇建设统计年报 (2007年) 、有关兰州都市圈发展研究的相关论文和数据综合整理而得, 并根据近年来的兼并情况进行调整; (2) 本次统计主要涵盖8区16县 (市) 。
3. 发展阶段低
处于都市圈域外边缘的不利区位使得该类乡镇的产业发展、科学技术、文明程度、城镇建设均处于较低发展阶段, 经济社会发展压力巨大。
4. 用地受限, 空间狭小
约三分之二的乡镇位于河谷、沟谷地带, 属于河谷型小城镇 (4) 。因此, 乡镇建设用地极为受限, 发展空间狭小, 且大规模的机械化农业无法推行。
5. 人口稀疏且人口中心城市化趋向明显
该类乡镇的总人口规模普遍偏小, 大多不超过1万人且分布稀疏, 人均农业用地相对充裕但水源缺乏。同时, 受城乡贫富差距势能的强烈作用, 且因县城、县域中心镇的经济势能小, 外边缘乡镇人口向中心城市、新城集聚的趋势比中东部地区更为明显。
6. 文化遗存保护较好, 生态环境较好
由于封闭和经济社会低速发展, 人类对文化遗存、生态环境的干预较弱, 民俗风情、民间艺术传承相对较完整, 空气状况、生态质量要明显好于城市、卫星城等。
(三) 生长机制研究
受特殊的地域结构、历史进程、空间区位及发展动力的综合作用, 兰州都市圈域外边缘乡镇呈现出既不同于圈域内次边缘乡镇也不同于中东部地区都市圈域外边缘乡镇的独特发展机制。调研表明, 该类乡镇的生长较少受到中心城市张力、大型项目推力、市场经济拉力及技术进步动力的作用, 其主要驱动力仍局限于制度变革力、交通轴向力、政策扶持力及资源开发潜力等, 不少乡镇在单一且不稳定的发展动力下缓慢生长。同时, 在传统、低效、相对僵化的政策机制主导下, 大多乡镇的发展缺乏活力, 技术服务机制、市场运作机制、人才及文化交流机制、发展创新机制等在当地经济社会发展中的作用受限。地处都市圈域外边缘、区域经济合作区外边缘及生态环境建设边沿等多重叠加式弱化地带, 该类乡镇在相对封闭且原始的弱自组织力作用下, 经济体系极不完整, 社会体系亦未能系统建构。
可见, 兰州都市圈域外边缘乡镇的地域条件、内部结构、组成元素及各元素的相互作用过程、性状功能和对外联系等综合产生了其独特的发展机制, 并受“边缘效应” (5) 、“西北内陆效应” (6) 的双重影响, 使这种机制惯性牢固作用于乡镇发展。
二、兰州都市圈域外边缘乡镇的现状合力测量及生长方向预判
鉴于兰州都市圈域外边缘乡镇自身特征和发展机制的特殊性, 笔者认为应突破仅从乡镇本身单向分析现状的局限, 而从中心城市需求 (亦即轴向力) 、外边缘乡镇对中心城市的服务能力 (正向力) 、外边缘乡镇自我发展能力 (竖向力) 、外边缘乡镇区域协调发展能力 (侧向力) 等四个方面构筑“四维向量”, 综合测量该类乡镇的现状合力并预判其生长方向。
(一) 轴向力分析
即都市圈中心城市 (含新城) 对外边缘乡镇的需求能力与水平的分析, 这将是该类乡镇未来发展的“核心轴”和“主导力”, 也是其主动对接、融城发展的主要生长方向。随着城市化进程加快, 兰州市区迅速扩张, 城市在用地、生态、休闲、环境、资源等方面的需求亦迅速突破狭长的河谷的束缚, 向近郊及远郊的山谷盆地、河谷川地、平地等地区延伸。在给中心城周边的县城、卫星城发展带来绝好机遇的同时, 亦给外边缘乡镇提出包括旅游休闲、绿色食品、生态屏障、环境净化以及承接部分产业和分散部分城市功能等方面的需求。这种来自圏域中心城的需求拉力即为兰州都市圈外边缘乡镇提供了发展轴向力。
(二) 正向力分析
即外边缘乡镇应对都市圈中心城市发展需求的承接能力和服务程度。针对兰州城区、新城等中心节点所释放出 (或潜在) 的多元化以及非均衡的疏散、转移、置换等需求, 各个外边缘乡镇应积极深入地分析自身条件和面临环境, 准确预判出自己对都市圈中心节点的承接内容、服务项目、配套重点等, 从而梳理出融城发展的具体思路, 形成发展正向力。比如针对兰州市民出游休闲的需求, 相关外边缘乡镇可依托自身特色优势并结合都市农业和都市旅游, 打造各类主题旅游名镇、名村, 构建圈域内完善的周末游、短假游、短线游线路。
(三) 竖向力分析
由于外边缘乡镇接受主城辐射较弱, 发展阶段较低, 该类乡镇不可能像卫星城镇、县城、中心镇一样过分依赖中心城 (或新城) 的辐射带动, 这即要求大部分外边缘乡镇还需挖掘自我发展能力, 部分地自力更生, 这可称作发展竖向力。
兰州都市圈域外边缘乡镇受特殊地形地貌、气候条件、地理区位影响, 发展一直落后, 且与中心城市的联系不紧密。因此, 深入分析各乡镇的优劣势, 从用地、土壤、气候、水利、遗产、文化、交通、矿藏、民俗及民间工艺等维度全面测度和评判其赋存情况和利用条件, 进而梳理出1—2个优势产业, 并结合科技进步及国内外市场, 进行特色化、专业化、主体化的规划建设, 走窄口径产业的特色化发展道路。比如, 圈域内有些乡镇特别适合发展蔬菜、瓜果、花卉或中药材种植业等, 即可在充分论证基础上结合生态、旅游等功能按照产业化思路大力发展一种作物, 力争做特做强;而个别乡镇的文化遗存或稀有矿藏较丰富且知名度较高, 则可集中发展文化休闲、民间工艺、稀有能源等产业, 力争集中突破;还有些乡镇可做足水文章、山文章、草文章、石文章等。
(四) 侧向力分析
除分析融城发展和自我发展的能力之外, 还应关注两个容易忽视的区域, 即外边缘乡镇所在的县级行政区域和以某外边缘乡镇为圆心的一定范围内与其经贸关系密切的区域 (与行政区无关) , 这两个区域对该类乡镇发展往往起到极为重要的作用。受这两类区域作用而产生的生长驱力则可称为发展侧向力。
兰州都市圈涉及24个县 (区) 级行政区, 各辖区内的外边缘乡镇宜充分测度自身在县域体系中的地位、分工、特色、功能等, 结合自己所在经贸区 (可根据经贸往来的密切程度划定, 亦可放入已确立的经济区中) 发展概况和要求等, 综合评判动力机制和生长方向, 找准切入点进行规划建设。比如, 圈内东部的部分外边缘乡镇处在省煤电化走廊区, 可积极融入发展;圈域西部的部分乡镇则位于河湟地区经济区, 亦可有选择地发展相应产业和承担相应功能。
三、兰州都市圈域外边缘乡镇的规划设计研究
(一) 规划路径研究
根据区域特征、现状条件、生长机制等, 结合对拟规划乡镇现状合力的测量及生长方向的预判, 重点构筑包括定位、网络、城镇化、产业化、管理等“五个维度”的规划框架, 研究这“五个维度”的规划思路和综合作用模式, 进而推动兰州都市圈域外边缘乡镇的规划创新。
1. 定位力规划
定位是当前城镇发展的重要命题, 更是外边缘乡镇规划的首要难题和关键问题。笔者认为, 除重点考虑自身演变、形势变迁、外部条件、资源优势、发展基础等要素外, 更重要的是从“四维向量”分析中找准给力基点, 科学而动态地考察、评析、确立各外边缘乡镇在社会经济发展坐标系中的坐标位置及其建构机理。
具体而言, 即要求规划师联合政府决策者、战略智囊团队等组成战略定位“工程共同体”, 除综合分析兰州都市圈域各外边缘乡镇的区位力、人文力、资源力、竞争力、协调力及发展力等传统“六力”外, 还需重点关注本乡镇与中心城市 (或新城、城区) 的关联力、乡镇内在的整合力、乡镇对周边区域的融合力以及乡镇独特的生态力等新“四力”, 建立基于外边缘乡镇特征的新型定位力评价模型。基于此, 对这些边远落后乡镇作出个性鲜明、相互错位、科学务实的定位, 比如“城郊花卉基地”、“西固区苗圃产业基地”“都市梨园”、“都市农业示范基地”、“都市XXX蔬菜产业基地”、“都市可降解包装品生产基地”、“兰白核心都市经济圈塑胶花产业基地”、“西部古动物化石中心镇”、“XXX县商贸物流次中心”、“兰州市年画产业名镇”、“洮河流域旅游中心镇”、“城郊休闲度假基地”、“都市边缘低碳休闲实践区”, 等等。
2. 网络力规划
城乡规划的重头戏是网络体系规划。外边缘乡镇切不可再孤立自己, 更不可封闭自己, 而应积极推动自身优势“出口”, 探寻区域大网络的“接入点”, 并规划建设好内部网络, 实现“内网”与“外网”的无缝衔接和高效转换。
具体而言, 兰州都市圈域各外边缘乡镇宜从产业网、设施网、市场网、文化网、生态网、科技网等子网出发, 在全面分析都市圈域、县域经济区及其他区域经济体的各种“局域网”节点路径及走向的基础上, 综合评判自身的承接能力及发展潜力, 按照“入网融网”、“外网带内网”的思路, 规划“对外开敞式”且“内部互通式”的网络系统, 既要推动本乡镇的经济社会主动进入动态变化的大系统中 (或使之成为外部系统一个重要节点) , 也要确保内部的产业、设施、科技、生态、文化等网络共建共享、整合发展, 还要保障各子网及系统网络的动态拓展能力 (也就是规划的弹性) , 进而实现系统规划、集约发展的目的。
3. 城镇化力规划
我国最大的问题是城镇化问题, 而外边缘乡镇的城镇化进程则成为都市圈整体发展重点和难点。因此, 在该类乡镇的发展规划和开发建设中如何有效地围绕城镇化这个中心命题而开展工作, 则关乎外边缘乡镇发展全局。
结合兰州都市圈的特征及国内外形势, 笔者认为其外边缘乡镇宜积极探索各具特色的新型城镇化道路, 或以重大项目带动城镇化建设 (如资源开采、生态建设、旅游开发、基地建设等类型的大项目或产业园区) , 或以产业化带动城镇化 (即内生型城镇化模式, 如以果蔬、花卉、中药材、传统工艺等的产业化撬动城镇发展) , 或结合新农村建设提高城镇发展水平, 或建设交通走廊型城镇, 或撤乡并镇融城发展, 或探索飞地型城镇化道路 (城市近郊乡镇、非常落后的乡镇、新发现资源的乡镇均可尝试该种模式) , 或异地城镇化与本地城镇化相结合。但不管选择哪种城镇化道路, 均要注重充实发展内涵, 即完善市政设施、提升公共服务、激活服务经济、发展社会事业、增加收入水平和就业岗位等, 而不宜过分强调圈地拓镇、贪大图洋, 应走人口城镇化、用地城镇化、生活水平城镇化及文明程度城镇化协调发展的新路。
比如, 三塬乡、杨塔乡、砚塬乡宜紧紧围绕刘家峡景区整体打造提升的契机 (甘肃省旅游局正在全案策划该景区, 拟打造兰州都市圈的旅游经济开发区与度假休闲基地) , 走重大项目带动型与特色新村建设推动型相结合的“依区连乡融都”城镇化道路;青城乡、金崖镇等文化名镇则应积极融入兰州大都市文化休闲产业发展体系中, 通过特色化、主题化、产业化的文化运作, 打造度假新镇、文化新村、会务驿站、遗产古镇等“四大主题空间”, 推动其城镇化进程;而对于金沟乡、黄峪乡等处于高山深谷且资源贫乏的乡镇, 则应结合县域中心镇、县城、省市级经济开发区等实行异地城镇化, 包括撤乡并镇、生态移民、融区 (园区) 建镇等措施, 从而实现内涵式城乡统筹发展。
4. 产业化力规划
产业作为乡镇经济发展最为关键的动力要素, 是整合资源、承接转移、发挥优势的主要平台, 也是边远落后乡镇脱贫致富保民生的法宝。产业发展能力是决定城镇化进程及乡镇综合竞争力的核心能力, 也是左右外边缘乡镇发展的关键问题。
因此, 综合考虑都市型产业、区域优势特色产业等与本乡镇产业 (或潜力产业) 的关联程度, 根据兰州都市圈域各外边缘乡镇的资源状况和发展基础, 结合科学技术和市场需求, 首先对各乡镇的现有的产业类型、产业结构、业态组合等进行评价, 发现问题与矛盾;而后, 对本乡镇的资源开发能力、产业对接能力、设施支撑能力及环境承载能力作出科学而客观的评判;最后, 遴选出若干能做大做特的产业 (包括农林产业、工矿产业、商贸物流产业、文化休闲产业等) , 进行产业化、链条化、园区化设计, 并对各产业的业态组合进行设计。这样, 因势利导、避弱就强、扬长避短, 既可衔接圈域、区域的产业体系, 亦可整合外边缘乡镇零散、内隐的资源, 进而做实做特1—2个产业, 带动乡镇脱贫致富。
比如, 在西河镇总体规划中, 充分依托滨临黄河独特的山水格局、原生态的自然本底、紧邻兰州主城的区位优势等, 提出重点发展以会务度假、农家休闲为主导城郊旅游产业, 积极发展旅游商品生产流通、地域文化保护与开发、园林苗木栽培与商品化等配套产业, 以生态化、主题化的产业集群推动新农村建设及城镇化进程, 进而打造兰州都市圈域低碳产业发展明星、生态城镇建设典范。
5. 管理力规划
乡镇管理问题在战略研究和规划设计中往往不受重视, 我国的乡镇管理水平明显滞后于现实发展需求, 表现在管理的理念、内容、方式与技术等方面。这在很大程度上增加了乡镇内耗, 延滞了城镇化特别是外边缘乡镇的城镇化进程。
因此, 兰州都市圈域外边缘乡镇在进行发展研究或规划编制中, 宜加强对政策、机制、公共事务管理、专有事物管理等方面的考虑和探讨, 以减少内耗并提高管理服务水平, 更好地推进乡镇建设。比如, 加强对乡镇的规划管理、基础设施建设与运行管理、环境与卫生管理、公共安全管理、公用事业管理、人口管理, 经济管理、文化管理、知识管理、教育发展与管理以及其他公共服务管理等方面的研究与分析、提出科学明确的思路与对策, 并设计 (或开发) 出可行的管理路线图、作业流程或操作系统 (或管理信息系统) , 推进乡镇管理的精细化、信息化、科学化;另一方面, 亦需加强对开发与建设政策、管理与服务机制等方面的研究和分析, 为当地政府、企业等组织提供科学有效的对策建议。
(二) 设计路径
按照规划与设计同步推进的原则, 结合兰州都市圈域外边缘乡镇的生长机制和“四维向量”分析结论, 笔者构筑含生态、动态、文态、形态等“四态”框架, 综合研究外边缘乡镇的设计问题, 并给出最优设计方案。
1. 生态设计
即包括乡镇生态环境的设计和乡镇设计的生态化两个方面, 其中乡镇生态环境设计又包括自然生态环境设计、人文生态环境设计、人工自然复合生态环境设计三个部分。随着全球环境变化和城乡生态环境危机加剧, 人们对乡镇生态设计的重视程度日趋提高, 乡镇独特的生态价值亦日益凸显。
因此, 在兰州都市圈域外边缘乡镇的设计过程中, 宜根据都市圈生态网络的整体要求和自身资源特色, 结合园林绿化规划、文化规划、旅游规划等内容, 对自然、人文、人工自然等生态环境进行科学设计, 打造个性鲜明、舒适宜人、和谐包容的生态环境。另一方面, 宜按照低碳高效的要求, 对产业、生活、建造活动、乡镇空间等进行生态化设计, 体现地域特色和乡镇定位, 并促进人地协调共生。
2. 动态设计
对于偏远落后的山地型外边缘乡镇而言, 对外联络和内外交通的组织设计至关重要, 要确保“进得来, 出得去, 散得开”, 即要开展各种“流”的动态设计研究。
因此, 在兰州都市圈域外边缘乡镇的设计过程中, 宜结合“网络力规划”和绿化、低碳、美观等要求, 对人流、物流、商流、信息流、能源流等“动态”因素进行系统安排和科学设计, 包括对“流”介质材料选择、线形走向安排、外观设计及其管理系统设计等, 从而实现外边缘乡镇的低成本高效益跨跃式发展。比如, 在陡城镇的总体规划中, 应深入分析河谷型乡镇在对外交通联系、内部各组团联络等方面的严重障碍因子, 充分研判自身在区域农业生产及流通中的重要区位, 结合兰州都市圈域农副产品物流节点、区域性农林科技服务中心以及特色小城镇建设等契机, 在镇区构建白银市域农副产品物流次中心、兰白都市核心圈层北部农林信息中心、都市圈域农产品绿色通道重要节点等, 并优先改扩建镇区与京藏高速、109国道、308省道及县道的连接线, 同时亦重点建设连通中心村的公路, 优化路网骨架, 推进主要产业 (物流产业、现代农业、信息产业) 与交通、通讯等重大基础设施的捆绑式发展;与此同时, 注重镇区视线通廊、景观动线以及乡村游线、产业流线等方面的一体化设计, 确保景观格局、产业链条及特色展示的整体性。通过对“线”形要素体系的系统规划设计, 有效应对该类乡镇的交通障碍因子, 并提升其区域功能, 拓展其用地空间和辐射范围, 达到发挥潜在优势、打造产业平台、优化空间要素、提升区域地位的目的。
3. 文态设计
人气、商气与文气是紧密相关的, 文化品位是产生人气、商气的重要资源。每个乡镇均有独特的历史文脉、文化底蕴、人文风貌等, 这为小城镇规划与设计奠定了基调, 也为各乡镇的个性特色打造和文化品位提升提供了基本依据;此外, 不少外边缘乡镇的民俗民风、文化传承等保存较原始、较完整, 具有较高的文化和保护价值。因此, 关注外边缘乡镇的文化价值和文态设计, 具有必要性和重要性。
兰州都市圈域的青城乡、水埠乡镇、三原乡、华藏寺镇、武川乡、中连川乡、王台镇、关山乡、黑石乡、九合镇等外边缘乡镇均为山地型乡镇, 具有多民族杂居、文化历史渊源较长、民间非物质文化遗存独特而多样等特点。因此, 深入进行文态设计, 对传统文化元素进行提取和应用 (比如应用于建筑设计、公共空间设计、镇区 (集镇) 关键节点及界面设计、街头小品设计等) , 对文化实物进行保护性开发 (比如对古街或古建集中区进行整治性保护, 以延续其原有的文气和人气;对民族建筑、宗教建筑周边环境进行整体保护和绿化) , 对非物质文化进行挖掘、整合、包装等, 并合理配置和精心设计相关文化设施、文化小品, 促进多民族、多元文化的舒缓包容, 充实乡镇发展内涵并提升其文化品位。个别边远落后乡镇不具备大力发展经济的条件, 则可主打“文化牌”做特做强文化产业集群, 走文化立乡强镇之路, 比如苏集乡、考勒乡、香泉回族乡、青城乡等。
4. 形态设计
形态设计是传统城镇设计的主流, 即对城镇的布局形式、用地形态、各种功能地域的分异格局、建筑空间组织和面貌、无形要素的空间分布形式 (如城镇的社会、文化等) 等进行创意和设计。外边缘乡镇形态设计的目的既是从视觉要素、感知要素等角度协调与圈域内主城、圈域内自然与人文环境的关系, 也是为顺延乡镇的肌理与结构, 更是为其本身创造一种独特的空间意境、文化氛围、乡镇性格。
针对兰州都市圈域外边缘乡镇的特征和生长机制, 首先宜对影响乡镇空间组织的内容 (如外边缘乡镇的发展背景、功能、结构、活力、景观、公共环境设施及其发展意向等) 进行研究和分析, 挖掘当地文化特色, 提取地域与人文元素, 求解乡镇生活需求, 诠释当地的山、水、田、林等自然格局;而后, 按照节约、低碳、经营的乡镇形态开发原则, 结合道路、边界、区域、节点、标志物和人文传承等元素, 重点选取标志标识、开放空间、用地形态、绿化景观、特色街区、镇 (乡) 域格局等要素进行策略性形态设计, 建立起易于识别和感知、具有逻辑和秩序、富有特色和个性的整体形态系统。
四、结语
兰州都市圈域外边缘乡镇在环境条件、生长机制、制约因素等方面具有西北地区该类乡镇的一般的特征, 较好地代表了该地区都市圈内外边缘乡镇的发展困境;而通过在现状分析、生长预测、规划思路、设计对策等方面的创新研究, 为该类乡镇的规划设计提供一种新的思维和参考。
摘要：都市圈域外边缘乡镇的规划设计研究是国内城乡规划学科的研究盲点之一, 也是制约都市圈域整体城镇化进程的重要理论缺失。本文以兰州都市圈为例, 在分析其外边缘乡镇的特征及生长机制、现状合力及生长方向的基础上, 在方法、技术、框架等方面探索性地创新了规划思维和设计策略, 为西北地区该类乡镇的规划设计提供了另一种视角。
参考文献
[1]甘肃省人民政府办公厅.甘肃省人民政府关于加强小城镇建设的通知[J].小城镇建设, 1997 (12) .
[2]于今.加强小城镇建设与管理协调城乡发展步伐[J].小城镇建设, 2006 (4) .
[3]王作峰.小城镇建设与农村耕地保护对策[J].农村经济, 2006 (4) .
[4]张建, 宛素春, 李海琳.地域、文化、自然——兼议小城镇广场的设计取向[J].建筑学报, 2006 (5) .
[5]周坚.城镇化对小城镇外部空间形态的影响[J].小城镇建设, 2010 (1) .
加强圈设计 篇6
随着信息化、自动化时代的来临, 作为轮胎生产关键节点的钢丝圈生产线已从原始的人工操作逐步向先进的全自动生产线系统发展, 并呈现出自动化、集成化、智能化的特点。在国内, 随着企业国际化程度的提高, 生产规模的扩大, 企业管理水平的提高, 企业对于高效、可靠的钢丝圈全自动生产线系统的需求越来越大。另一方面, 可编程控制器 (PLC) 技术成熟, 具有体积小、功能强、抗干扰能力强、可靠性高、灵活通用与易维护等优点, 已在工业自动控制、机电一体化领域得到了广泛的应用。因此, 本文采用三菱Q系列的PLC作为钢丝圈全自动生产线系统的控制核心, 介绍了一种钢丝圈全自动生产线系统的设计方案, 且经过2台样机试验, 证明采用该方案的钢丝圈全自动生产线系统功能稳定, 能够帮助企业有效提高钢丝圈生产能力和效率, 降低企业成本。
1 钢丝圈生产工艺
钢丝圈生产线主要可分为:放线、布轮、钢丝加热、牵引、储线、排线、绕线等几部分 (其中钢丝加热及挤出加热只作预留) , 放线部分的放线速度取决于牵引速度, 并要求与牵引速度保持一致;由系统给定比监控其响应状态进行闭环控制。排线及绕线是生产线系统的主要控制对象, 这2步完成的逻辑动作相对复杂, 控制精度要求较高。生产过程中每一道工序都是同步运行, 协调动作, 任何一个过程控制不佳都会影响整个生产线的正常运行和产品质量。
2 全自动生产线系统设计方案
2.1 系统设计
系统采用三菱Q系列的PLC系统进行顺序控制及运动控制, 在系统的人机交互端, 采用三菱GOT900系列显示操作终端机 (触摸屏) , 为操作工提供友好的、人性化的人机界面, 使整个系统的操作变得简单、直观, 并对生产流程进行实时监控, 将各监控点状态及时形象地显示在触摸屏上。整个系统主要控制对象是牵引电机、排线电机及绕线电机, 牵引、排线及绕线电机必须同步运行。为满足生产工艺的要求, 牵引电机的运行由变频器进行控制, 从而提高生产质量及效率。
钢丝圈整条生产线对各工序进行PLC集中控制, 同时监视各工序状态, 将监测信息反馈给PLC, 由PLC进行过程控制。系统中涉及的主要监测信号点及控制动作如下:
(1) 步骤1:放线。
输入:1#及2#钢丝料盘剩余线量;钢丝断丝状态。
输出:线少报警;线断报警;停机刹车。
(2) 步骤2:加热。
输入:钢丝加热温度监视。
输出:加热。
(3) 步骤3:挤出。
输入:加热温度;橡胶料量。
输出:1#、2#、3#加热;冷却;挤出速度;胶少报警。
(4) 步骤4:牵引。
输入:钢丝断丝状态。
输出:牵引速度;断线报警;停机刹车。
(5) 步骤5:储线。
输入:储线架位置;钢丝断丝状态;牵引电机启/停;绕线电机启/停。
输出:断线报警;储线刹车。
(6) 步骤6:排线。
输入:排线头复位;排线头上限位置;排线头中间位置;排线头下限位置;绕线电机启/停;绕线电机减速。
输出:排线头升/降;排线动作;排线头回。
(7) 步骤7:绕线。
输入:钢丝断线;绕线结束;钢丝圈掉下。
输出:绕线盘合;电机启/停;电机减速;绕线刹车;剪断钢丝;绕线盘开。
2.2 人机界面
人机界面是操作员与设备控制系统直接交换信息的主要接口, 也是完成自动化生产的主要渠道, 考虑到本系统I/O点数及信息处理要求, 可将顺序、运行控制交给PLC完成, 即可满足工艺要求, 人机信息交换由三菱GOT900系列触摸屏实现, 直接在界面上进行参数设置、系统控制等操作, 并实时显示系统状态及生产状态。触摸屏安装于控制操作台上, 这样操作简单。
2.3 处理单元
根据初步统计, 钢丝圈生产系统中, 数字输入点约60多个点, 数字输出点约40多个点。模拟输入需要5个通道, 采集钢丝加热温度和挤出加热温度数据并对其进行温度控制, 同时监视2个变频电机的速度;模拟输出2个通道, 控制挤出和牵引变频电机速度调整, 三菱Q系列具有多CPU系统功能, 允许PLC的多个CPU装载在同一块基板上, 分别发挥它们各自的强项, 优化系统的结构, 实现系统的多项功能。本系统选用三菱Q01CPU进行上述数据运算处理, 在PLC基板上增加一块QD75D4进行伺服驱动系统控制。QD75D4是一个4轴运行控制定位模块, 差分输出, 通过专用的电缆完成与伺服放大器的连接, 实现准确、快速响应的定位控制系统。
2.4 系统中的伺服驱动及变频控制
根据生产工艺要求, 对钢丝牵引、排线和绕线部分采用MR-J3-A型伺服驱动系统进行控制, MR-J3-A型伺服放大器使用通用接口进行通讯, 定位速度快, 准确度高, 具备自适应控制和自动协调功能。挤出电机由三菱FR-A500系列变频器进行变频调速控制, 由触摸屏设置给定速度并通过PLC输出模拟量。电机驱动控制系统如图1所示。
2.5 上位机数据库管理系统
上位机数据库管理系统是面向用户的主要接口, 也是整个系统实现“自动化”的核心, 其通过人机界面接受操作员指令, 通过总线发送控制命令给PLC系统, 由PLC控制变频器、伺服控制器、电机等设备实现钢丝圈的全自动化生产, 其主要功能包括用户管理、钢丝圈生产数量型号管理、信息查询、报表打印。
上位机数据库管理采用Delphi 7.0实现, 数据库采用SQL SERVER中大型数据库, 其全面支持SQL语言, 查询效率高, 可以实现远程访问, 易于和其他关系型数据库接口, 并能够增强数据的完整性和一致性。
3 优点分析
3.1 系统集中控制, 运行可靠
系统的所有开关量及模拟量均输入到PLC处理, 由PLC进行控制, 从而减少系统的故障率, 提高系统的可靠性, 同时为改变系统控制流程及系统扩展提供方便。
3.2 系统运行状态实时监控
设有多种软、硬件监视措施, 对系统运行状态进行实时监控, 如对生产过程中钢丝断线、原料缺少等情况进行报警, 有利于及早发现问题及故障, 并及时采取解决措施, 避免了对生产造成影响, 能有效提高生产效率。
3.3 系统画面友好、操作简单易学
系统开发了Windows平台, 具备友好的人性化人机交互界面, 全中文显示, 通过图形界面, 只需点击按钮便可显示各种状态画面, 及进行生产参数设置和运行操作, 能及时反映主要参数状态。系统操作简单易学, 操作时间大大缩短, 工作效率得到提高。
3.4 易于维护、维护费用减少
系统采用三菱专用的控制模块, 兼容性好, 运行稳定, 可靠性高。
3.5 故障报警记录
计算机监控系统周期性扫描故障信号, 故障发生时, 立即响应并处理, 同时记录故障发生时间 (时、分、秒) 、动作设备器件名称、事故内容等信息, 并显示、打印故障报警语句, 发出声光报警信号, 按故障发生的先后次序排列, 形成故障记录并存入数据库。故障记录表格为故障汇总记录表, 可供值班人员查询并定时打印, 也可召唤打印或显示。
3.6 参数越限报警、复限记录
计算机监控系统在设备运行参数超越其限值时立即报警, 越限值恢复正常值时进行复限提示。参数越、复限时, 记录发生时间 (时、分、秒) 、参数名称、参数值等信息, 并显示、打印故障报警语句, 发出音响报警信号, 形成全厂参数越、复限记录并存入数据库。
3.7 事件顺序检测
就地自动检测本单元所监视的设备、继电保护和自动装置的动作情况, 当发生状态变换时, 对于事故信号自动产生中断, 检测事件性质、发生时间, 并顺序记录, 同时记录事故发生时标 (时、分、秒) 、动作设备器件名称、事故内容等信息, 并显示、打印事故报警语句, 发出声光报警信号, 按事故发生的先后次序排列, 形成事件记录并存入数据库, 可按设备进行搜索记录。
3.8 单元开、停机过程监视
单元开、停机时 (命令发出) , 计算机监控系统自动推出相应单元的开、停机过程监视画面。画面包括:单元编号、自动/手动标记、开 (停) 机条件、用流程图表示的开 (停) 机步骤、每步操作的时间及总时间。实时显示全部开、停机过程中每一步骤及执行情况, 并按设备实际动作状态自动改变步序框的颜色, 以区分已操作、正在操作、待操作及操作受阻部位, 并提示在开、停机过程中受阻部位之所以受阻的原因, 同时进行开环运行指导甚至闭环自动控制操作。
4 测试结论
对人工生产线和全自动生产线分别进行测试, 可知前者需要2个员工, 后者只需要1个;前者8h产能为730个, 后者为950个。故得出结论:全自动生产线性能优于人工生产线。
参考文献
[1]律敏.轮胎钢丝圈椭圆度变化的解决措施[J].橡胶科技市场, 2012 (2) :195~198
[2]陈利萍.风神轮胎一种轮胎钢丝圈卷成盘获实用新型专利[J].轮胎工业, 2011 (10) :602
加强圈设计 篇7
智能变电站是在数字化变电站基础上发展形成的新一代变电站,是智能电网的重要组成部分,目前已成为研究的热点[1,2]。在10～35 kV配电网中,自动调谐消弧线圈是一项重要的功能,必须在智能变电站中实现。
自动调谐消弧线圈具有以下2个特征:①一次设备可以有载调节,改变电感电流;②二次设备即控制器能够实时测量消弧线圈的电压和电流,自动计算系统的电容电流,然后控制消弧线圈的电感实现补偿。传统的信号测量和控制都是通过二次电缆实现,在智能变电站中应满足智能化的测控要求,实现数字化、网络化。文献[3,4]介绍了消弧线圈在数字化变电站中的整体结构,但是没有对一次设备和二次设备进行细化设计。
本文结合IEC 61850标准的特征、智能变电站的通信特点和自动调谐消弧线圈的特殊功能,以调匝式消弧线圈为例提出了应用于智能变电站的自动调谐消弧线圈的2种实现方案:一种方案是一次设备和二次设备紧凑布局,实现控制器的就地控制;另一种方案是一次设备和二次设备分散布局,控制器分为主控单元和智能测控单元2个部分,实现控制器的远程控制。本文分析了这2种设计方案的优缺点,提出了各方案相应的适用范围。
1 自动调谐消弧线圈整体结构
智能变电站中自动调谐消弧线圈的结构如图1所示,由一次设备和二次设备组成。一次设备包括接地变压器、消弧线圈、有载分接开关、阻尼电阻箱、电子式电压互感器(EVT)和电子式电流互感器(ECT),位于过程层。除了EVT和ECT是电子式一次设备外,其他一次设备都采用传统设备。二次设备就是控制器,位于间隔层。控制器需要获得过程层的数据并对过程层设备进行控制,同时将信息上传给站控层。
目前消弧线圈的一次设备和二次设备往往由一个厂家提供,未来在IEC 61850标准的统一平台下,可以实现任意厂家的二次设备与任意厂家的一次设备之间无缝连接。
2 一次设备和二次设备集中布置方案
目前,智能变电站中35 kV以下EVT大多采用电容分压原理,ECT大多采用Rogowski线圈,其二次输出是与一次电压电流成正比的4 V小模拟量交流电压信号[5,6]。多数智能变电站35 kV以下一次设备采用开关柜结构,二次设备直接安装到开关柜上,实现集中布置、就地控制。由于一次设备与二次设备距离很近,过程层与间隔层之间无需采用数字通信方式,直接用电缆将电子式互感器的二次小模拟量信号送至二次设备,这样可以提高性价比。不仅断路器间隔采用这种结构,电压无功控制器(VQC)、自动调谐消弧线圈等设备都可以采用这种结构。
采用这种方案的消弧线圈结构如图2所示。控制器包括模拟量采集、数字量采集、控制量输出、数据处理和通信5个模块。
一次设备中有载分接开关、EVT、ECT都是有源设备,可以通过引入开关柜的220 V直流电源进行供电。
控制器的操作过程如下:控制器的模拟量采集模块从电子式互感器采集消弧线圈电压、电流数据,状态量采集模块从有载分接开关采集消弧线圈挡位状态量数据,数据转换为数字量后进入数据处理模块进行计算,最后,控制量输出模块按照计算结果驱动有载分接开关,完成自动调谐功能。
控制器需要将计算结果上传到站控层主机,通信协议必须满足IEC 61850标准的要求。因此,设计控制器与站控层主机通过光纤以太网进行相互通信,通信协议采用制造报文规范(MMS)。
3 一次设备和二次设备分散布置方案
传统变电站通常将消弧线圈一次设备安装在户外或者单独小室内,控制器安装在主控制室内,通过电缆上传模拟信号和下传控制信号。部分智能变电站延续了这种设计结构,因此,必须在该结构下保证消弧线圈符合智能变电站的要求。
借鉴智能变电站中110 kV以上断路器的控制方法,消弧线圈控制器设计为主控单元和智能测控单元2部分。整体结构和输入、输出接口如图3所示。
智能测控单元放到过程层,其模拟量采集模块从电子式互感器采集消弧线圈电压、电流数据,状态量采集模块从有载分接开关采集消弧线圈挡位状态量数据,所有数据转换为数字量后通过光纤上传至主控单元。
主控单元通过通信模块1从智能测控单元接收数据,经数据处理模块的计算后,将控制结果通过光纤传送到智能测控单元,智能测控单元的控制量输出模块驱动有载分接开关,完成自动调谐功能。主控单元同时通过通信模块2将信息传送到站控层主机。显然,主控单元必须具备至少2个光纤以太网接口。
主控单元与智能测控单元的通信包括上行和下行2部分。上行数据包括电气量和状态量2种。目前电气量传输有2种标准:IEC 61850-9-1[7]和IEC 61850-9-2[8]。IEC 61850-9-1标准适用于点对点通信方式,IEC 61850-9-2标准适用于网络通信方式。由于消弧线圈的电压、电流数据只为自动调谐服务,因而宜采用IEC 61850-9-1标准通信方式,可避免使用网络交换机。上行的状态量数据和下行的控制量数据本质上都是遥信数据,强调实时性,因此,应采用通用面向对象变电站事件(GOOSE)通信协议。
与集中布置方案一样,主控单元与站控层主机之间通过光纤以太网进行相互通信,通信协议采用MMS。
42种方案技术经济性比较
4.1 对一次设备技术经济性比较
目前消弧线圈大多采用环氧树脂浇注或者芳纶(NOMEX)阻燃纸缠绕的干式结构,占用空间较小。将消弧线圈安装在开关柜中,布置在开关室内,可以使一次设备更加紧凑,减少占地面积,减少巡视工作量,而且便于引接电源,提高设备运行的安全性和可靠性。另外,对于ECT和EVT而言,安装在开关柜内既可以保证供电可靠,又可以保证环境状况良好,防止由于恶劣天气造成失效。
因此,从一次设备的角度来说,采用集中布置方案效果更好。
4.2 对二次设备技术经济性比较
对于一次设备和二次设备分散布置的方式,控制器分为主控单元和智能测控单元2部分,结构较复杂,设计难度较大,而且需要在2个设备之间敷设光缆,使得该方案整体实现成本较高。
而在集中布置方案中,控制器对消弧线圈进行就地控制,由于一次设备与二次设备距离近,故控制器结构简单、成本低,较易设计和实现。
综合进行比较,采用集中布置方案的技术经济性更好。
5 结语
本文结合IEC 61850标准的特征、智能变电站的通信特点和自动调谐消弧线圈的特殊功能,以调匝式消弧线圈为例,提出了应用于智能变电站的自动调谐消弧线圈的2种实现方案。通过对比2种方案的技术经济性,提出在35 kV以下智能变电站中应优先采用集中式结构的消弧线圈,该方案结构简单、成本低,技术经济性更好。
目前大多数消弧线圈控制器都需要增加单相接地故障选线功能,既可以减少变电站的设备投资,又可以充分发挥“残流增量法”的选线技术特点,提高选线正确性。因此,自动调谐消弧线圈兼有单相接地故障选线功能的问题有待于进一步研究。对自动调谐消弧线圈的深入研究必将对智能变电站技术的发展起到积极的推动作用。
参考文献
[1]张义国.智能变电站的发展[J].中国电力教育,2010(11):248-250.ZHANG Yiguo.Development of smart substation[J].ChinaElectric Power Education,2010(11):248-250.
[2]樊陈,黎山平,高春雷,等.集成式中低压数字化变电站自动化系统设计[J].电力系统自动化,2010,34(13):84-87.FAN Chen,LI Shanping,GAO Chunlei,et al.Design ofintegrated low and medium voltage digital substation automation system[J].Automation of Electric Power Systems,2010,34(13):84-87.
[3]张晓鹏,牛晋永.基于IEC 61850标准的消弧线圈系统数字化方案[J].山东电力技术,2009(6):35-37.ZHANG Xiaopeng,NIU Jinyong.A program of digitalizing thesystem of arc suppression coils based on the standard of IEC61850[J].Power Technique of Shandong,2009(6):35-37.
[4]王鹏,蔡旭.数字化消弧线圈的应用及前景简析[J].华东电力,2009,37(8):1283-1287.WANG Peng,CAI Xu.Application and prospect of digital arcsuppression coil[J].East China Electric Power,2009,37(8):1283-1287.
[5]齐郑,白芮瑄,杨以涵.数字化变电站中小电流接地选线装置的设计[J].电力系统自动化,2010,34(13):88-90.QI Zheng,BAI Ruixuan,YANG Yihan.Design of earth faultline selection device for digital substations[J].Automation ofElectric Power Systems,2010,34(13):88-90.
[6]李九虎,郑玉平,古世东,等.电子式互感器在数字化变电站的应用[J].电力系统自动化,2007,31(7):91-94.LI Jiuhu,ZHENG Yuping,GU Shidong,et al.Application ofelectronic instrument transformer in digital substation[J].Automation of Electric Power Systems,2007,31(7):91-94.
[7]IEC 61850-9-1 Communication networks and systems insubstations:Part 9-1specific communication service mapping(SCSM)-serial unidirectional multidrop point to point link[S].2001.