混合自动机（共9篇）
混合自动机 篇1
0 引言
柔顺机构是通过其部分和全部具有柔性构件的弹性变形来传递力和运动的,具有结构简单、容易制造、无摩擦磨损、容易装配、高精度及高可靠性、轻质量及易实现微型化等优点,在MEMS器件设计、生物工程显微操作、光纤对接和航空航天等领域得到了广泛应用。
采用拓扑优化设计方法设计柔顺机构,只需给定设计域和指定输入输出位置,无需从一个已知的刚性机构出发,且所得机构具有优化的力—位移输入输出关系,因而引起了人们的重视[1]。目前,柔顺机构拓扑优化大多基于梯度优化算法,利用优化目标函数及约束的敏度信息进行求解。但是对于复杂优化问题,敏度通常求解困难且计算量特别大,所以很难得到实际应用。Tovar等[2,3]受骨重塑生物学过程的启发,提出了一种基于无梯度的混合元胞自动机拓扑优化方法。周珍珍等[4]利用混合元胞自动机方法(HCA)进行了连续体结构的拓扑优化设计。Tovar等[5]采用混合元胞自动机方法进行了结构拓扑优化,该方法考虑了不同的局部控制规律对拓扑优化结果的影响。上述研究利用混合元胞自动机方法进行结构拓扑优化,都没有考虑体积约束问题,实际应用中考虑体积约束是必须的。
本文采用变密度法建立材料模型,以应变能最小化和互应变能最大化为目标,因不同性质目标函数在数量级的差异而采用标准化方法定义多目标拓扑优化的目标函数,以结构体积为约束,进行柔顺机构多目标拓扑优化设计。应用混合元胞自动机求解优化问题,以多目标优化函数为元胞自动机的场变量,采用有限元法进行结构分析获得优化过程中的每次迭代信息,设计变量中的局部改变由比例局部控制规律来确定。
1 柔顺机构多目标拓扑优化模型
柔顺机构要具备运动功能,即柔顺机构能产生一定的变形以满足其设计目标的运动要求,同时还要具备结构功能,即柔顺机构必须具有一定的刚性[6]。由此可见,这是一个多目标优化问题。如1图所示,Ω为给定的设计域,ΓD为边界条件,I为驱动输入点,在输入点处希望的输入载荷为Fin;机构的位移输出点为O,在输出点处的输出位移为uout,输入输出端的弹簧刚度分别为kin和kout。
机构的柔度可采用输入端和输出端之间的互应变能进行表征[6]。机构的互应变能越大,输出端的位移越大,机构的柔度越大。如图1所示,假设在输出端处沿着输出位移uout方向作用一个虚拟的单位载荷Fout,互应变能可表示为
式中,σ0为虚拟单位载荷Fout作用引起的应力场矢量;ε为载荷Fin作用引起的应变场矢量;U为载荷Fin作用下的位移矢量;U0为载荷Fout作用下的位移矢量;K为机构的总刚度矩阵。
通常采用应变能来衡量结构刚度的大小。应变能是指机构受到外加载荷作用发生变形时,系统内部产生的弹性能。机构的应变能越小,机构的刚度越大。如图2所示,输入载荷和边界条件给定后,应变能可表示为
式中,σ为载荷Fin作用引起的应力场矢量。
柔顺机构拓扑优化设计是一个多目标优化问题,它就是要在柔度和刚度两个相互矛盾的目标函数之间找到一个最优的妥协解。多目标优化产生一系列有效解,即帕累托解[7]。对一个特定问题求解帕累托解的方法很多,大部分方法是将多目标优化问题转变为单目标优化问题进行求解。标准化方法经常用于结构的拓扑优化中,在这种方法中,距离函数定义为[7?8]
式中,wi为第i个目标函数的权系数;fi为第i个目标函数;zi为第i个目标函数设定值;p为惩罚因子。
柔顺机构拓扑优化设计是以应变能最小化和互应变能最大化为目标的多目标优化。由于不同性质的结构响应量具有量级上的差异,简单加权会使某个目标函数在优化中占主导地位,掩盖小数量级目标函数在优化中的作用,所以多目标优化建模时需要经过归一化处理[8]。设迭代初始机构应变能为Ese,0,迭代初始机构互应变能为Emse,0,柔顺机构多目标拓扑优化的数学模型可以表示为
式中,d为外载荷F作用下的位移矢量;V为优化后设计域的体积;V0为整个设计域的初始体积;f*为体积比;xi为设计变量;xlow为设计变量的下限,它可防止单元刚度矩阵负正定;N为设计域中的单元总数。
2 HCA拓扑优化方法
2.1 HCA方法
HCA方法是一种无梯度的优化方法,将元胞自动机方法与有限元分析结合进行结构优化,最初用于模拟骨重塑过程,根据骨骼功能自适应理论进行骨骼重新塑造,使骨骼具有均匀应变能密度[2]。
HCA模型的基本组成有元胞栅格、每个元胞的状态集合和状态更新规则集合。对于离散位置i和离散时间t,元胞的状态集合可以表示为
式中,αij(t)为对于离散位置i和离散时间t定义的第j种状态;J为元胞状态的个数。
每个元胞的状态由当前时刻t状态及其邻域元胞的状态决定下一个时刻t+1该元胞的状态。元胞第j种的状态更新规则可以表示为
其中,^N为元胞的邻域元胞个数,αi+Δ1(t),…,αi+Δ^N(t)表示元胞i的邻域元胞。Rij为元胞i的局部更新规则,对于所有位置的元胞更新规则都相同。
状态更新规则需要收集每个元胞邻域元胞的状态信息。本文采用含有8个邻域元胞的摩尔型邻域,如图3a所示。为了定义位于设计域边界上的元胞更新规则,必须先定义不同的边界条件。本文选用固定边界条件,即设计域边界外的状态为零,如图3b所示。
拓扑优化迭代过程中,每个元胞的设计变量可定义为单元密度xi,每个元胞的状态场变量可以定义为应力、应变、应变能、互应变能或者它们的函数Si。这时,元胞的状态可以表示为
应用HCA方法进行结构拓扑优化设计,状态场变量Si(t)的定义可由具体优化目标函数确定,优化的目的是使元胞的状态场变量均值与状态场变量设定值的差值最小化。因此,优化问题可以表示为
式中,ei为误差信号;S*为状态场变量的设定值。
状态场变量的均值可由元胞及其邻域元胞的状态场变量确定,它可以表示为
2.2 局部控制规则
设计域中的材料分布由局部控制规则确定,它寻求状态场变量平均值与状态场变量设定值差值减小到最小。局部控制规则有两位置、线性、积分和微分控制。对于两位置控制规律,设计变量的变化改变用分段常数函数表示:
式中,c1、c2为常数。
比较复杂的控制规律是比例-积分-微分(PID)反馈控制。根据PID控制规律,设计变量的变化量可表示为
其中,kP、kI、kD分别为比例、积分和微分控制的权系数。本文采用比例局部控制规则。
为了避免数值不稳定,每次迭代过程中设计变量的变化不能超过最大变化量Δxmaxallow。因此,设计变量的更新策略可表示为
2.3 体积控制及收敛准则
在体积约束下,进行柔顺机构多目标拓扑优化设计。为了在每次迭代过程中满足体积约束,采用内迭代过程更新状态场变量的设定值,它根据当前体积与目标体积的差值来确定。状态场变量的设定值的更新策略为[9]
式中,Vf(t+1)为当前迭代优化后的结构体积。
迭代优化中,将设计变量的改变作为收敛准则,可以表示为
式中,ε为常数。
综上所述,采用HCA方法的柔顺机构多目标拓扑优化方法流程如图4所示。
3 数值算例与结果分析
现以位移反向器为例利用HCA进行体积约束下柔顺机构多目标拓扑设计。位移反向器的设计要求是输入端施加输入载荷,输出端产生与输入载荷方向相反的位移,并且使输出位移最大化。反向器的设计域尺寸为100μm×100μm,如图5所示。材料的弹性模量为180GPa,泊松比为0.29。输入弹簧刚度和输出弹簧刚度分别为16MN/m和0.16MN/m,输入载荷为100μN,体积比f*为0.3。位移反向器结构是对称的,选取设计域的上半部进行拓扑优化设计,并且被离散化为100×50个单元网格。
采用本文建立的优化模型进行反向器拓扑优化设计。当权系数w分别为0.5、0.7、0.8、1.0时,拓扑优化结果如图6所示。
从图6可以看出反向器的拓扑图中没有出现采用优化准则法进行拓扑优化出现的单节点铰链现象,而且没有出现棋盘格现象,这主要是因为混合元胞自动机方法利用每个元胞及其邻域元胞的信息进行材料分布控制。由表1可见,当互应变能的权系数w减小时,反向器拓扑结果的互应变能减小,应变能也减小,即机构的柔度减小,机构的刚度增加。另外,从图6看出,随着权系数w减小,机构的刚度增大,机构结构的支撑更稳健。采用混合元胞自动机方法进行柔顺机构的拓扑优化设计,迭代次数较少,均小于35次,如表1所示。
4 结论
(1)采用混合元胞自动机方法进行体积约束下柔顺机构多目标拓扑优化设计是可行的,而且优化迭代次数较少。
(2)混合元胞自动机方法利用每个元胞及其邻域元胞的信息来确定材料分布,能避免棋盘格现象,并且柔顺机构拓扑图结果不易出现单节点铰链现象。
(3)随着互应变能的权系数w减小,机构的柔度减小,机构的刚度增大,机构的结构支撑更稳健。
参考文献
[1]Frecker M I,Kikuchi N,Kota S.Topology Opti-mization of Compliant Mechanisms with MultipleOutputs[J].Structural Optimization,1999,17(4):269-278.
[2]Tovar A,Niebur G L,Sen M,et al.Bone Struc-ture Adaptation as a Cellular Automaton Optimiza-tion Process[C]//45th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures,Structural Dynamics andMaterial Conference.California:Springer,2004:1-14.
[3]Tovar A,Quevedo W I,Patel N M,et al.HybridCellular Automata with Local Control Rules:a NewApproach to Topology Optimization by Bone Func-tional Adaptation[C]//6th World Congresses ofStructural and Multidisciplinary Optimization.Bra-zil:Springer,2005:1-11.
[4]Tovar A,Patel N M,Niebur G L,et al.TopologyOptimization Using a Hybrid Cellular AutomatonMethod with Local Control Rules[J].Journal ofMechanical Design,2006,128(11):1205-1216.
[5]周珍珍.基于混合元胞自动机方法的结构拓扑优化研究[D].武汉:华中科技大学,2009.
[6]Sigmund O.On the Design of Compliant Mecha-nisms Using Topology Optimization[J].Mechanicsof Structures and Machines,1997,25(4):495-526.
[7]Min S,Nishiwaki S,Kikuchi N.Unified Topology Design of Static and Vibrating Structures Using Multiobjective Optimization[J].Computers and Structures,2000,75(1):93-116.
[8]占金青,张宪民.连续体结构的静动态多目标拓扑优化方法研究[J].机械强度,2010,32(6):933-937.
[9]Patel N M,Penninger C L,Renaud J E.Topology Synthesis of Extrusion-based Nonlinear Transient Designs[J].Journal of Mechanical Design,2009,131(6):061003(11).
混合自动机 篇2
H2O2固液混合发动机燃烧流动计算分析
建立了H2O2固液混合发动机催化分解、PE燃料热解和热解气体与氧化剂分解气体扩散燃烧的.综合模型,根据发动机实际工况采用可压SIMPLE方法计算了发动机二维燃烧室内流场.对燃烧室流场的计算结果与燃烧室热力计算结果进行了对比,证明内流场的计算结果符合实际情况.根据燃烧室内流场计算结果,分析了固液混合发动机试验中出现的氧化剂入口附近燃料表面燃烧局部强化的现象.
作 者：杜新 汪亮 高峰 作者单位：西北工业大学航天工程学院,西安,710072 刊 名：固体火箭技术 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF SOLID ROCKET TECHNOLOGY 年，卷(期)： 25(4) 分类号：V434 关键词：固液混合发动机 燃烧 流场混合自动机 篇3
【关键词】不同煤气混合系统；自动控制；冶金企业
近年来，我国在冶金事业方面的投入在不断加大，作为新时期背景下的冶金企业，必须紧密结合时代发展的需要，充分考虑企业战略发展目标，加强副产资源的利用，着力降低企业的成本，实现节能减排的宏伟目标，以促进企业市场适应力和核心竞争力的有效提升。基于此，以下笔者就副产煤气种类较多的冶金企业，在生产与运行过程中不同煤气混合系统及其自动控制的应用做出以下几点分析。
1.结合本企业实际就煤气混合系统的概述
本企业作为我国冶金行业中各种煤气种类生产较为广泛的企业，在生产钢铁的过程中，还会运用到副产煤气中的转炉煤气、高炉煤气、焦炉煤气以及发生炉煤气等，且具有8座各种不同种类的煤气混合站，能从3种煤气混合到4中煤气混合。为能够充分发挥混合系统优势，做到物尽其用，应针对不同的用户条件采取不同类型的混合方式。采取直喷射式混合器的方式适用于用量较小的用户，该混合器最宜适用在不同的2种煤气压力相差大、波动小的工况。对于混合煤气用户能直接使用，因其压力介于2种煤气压力之间，不用再进行单独加压。喷射混合器若是不在设计流量范围内，其工况无法获得良好的混合效果，这主要是由于此种混合方式只对煤气用量波动小的用户适用；对于用量波动大的用户则应选用常规混合器和加压设备，例如冷轧煤气混合加压系统、太钢热连轧等，这种混合器的使用方式表现为直接插入，混合煤气压力应不得大于气源压力，所以必须对混合煤气再次进行加压。
2.不同煤气混合系统中的冷轧混合自控系统的分析
将各种不同的混合系统利用串级自动控制进行控制，能进一步确保混合煤气热值的稳定性。用来波动大的用户，应采用非常规混合加压自动控制系统。不锈钢材主要由不锈冷轧厂生产，不锈冷轧厂亦是对副产煤气要求最高、最严格的一个部门。不锈钢生产时对于退火温度变化没有太高的要求，且对于退火温度的控制通常采用的方法是分段全开、全关烧嘴。因而就造成煤气用量波动范围广，通常为0-12000m-3/h。这类温度控制方法一般在国外也被广泛应用于天然气炉窑中，目前尚未出现在混合煤气介质的使用中。冷轧煤气的中心就是煤气厂冷轧煤气混合加压站，其重要性不言而喻，要求其必须充分满足用户的需求，并在流量波动较大的条件下仍将混合煤气热值与压力保持在相应水平。鉴于用户要求极高的用气条件，该系统在投入使用后，确实出现过一段时间的不适应，导致生产工作的正常有效运行受到极大困扰，因此，本企业采用与多方进行合作的方式，对不同煤气的混合加压系统进行了大规模的自动控制改造，让其进一步向自动化迈进。由于各冶金企业的生产情况都各有区别，不能做到完全借鉴，因而应在进行改造时采用边实验边完善的方式。不同煤气的混合加压自动控制系统分别由热值仪、变频器、离心煤气加压机以及调节蝶阀组成，且其具体数量是热值仪1台、变频器2台、离心煤气加压机3台、调节蝶阀10台；这些机械设备的主要就是对热值、转速、转速以及流量等参数进行共同控制，这是在现阶段的冶金企业中属于最为复杂的一项工作。
2.1 控制难度分析
煤气混合系统中必须严格避免出现较大的流量波动，其将直接对混合煤气热值、混合压力造成影响，以至于混合煤气热值、混合压力产生变化，更是意味着介质重度也会发生变化，而介质重度发生变化又将对离心风机的正常运转造成严重影响，而离心风机又主要能分为机前压力与机后压力且与变频技术紧密相关。随着变频技术的广泛应用，离心风机的自动控制技术已经较为成熟，但是介质重度与机前压力容易经常产生变化情况，这对离心风机运行的稳定性造成了严重影响。其中转速发生变化会对混合煤气压力产生反面影响，导致混合系统出现混乱。而热值发生变化又会导致退火温度出现波动，从而造成流量变化情况出现加剧现象。由于多种因素相互制约，如果当中任何一个环节出现操作失误均会造成全系统控制出现紊乱情况，而具有良好稳定性的热值就能有效降低系统的盲目操作，因此，有效控制煤气混合系统中出现较大流量波动时的稳定性是实现全系统自动控制的重中之重。
2.2 控制方法探讨
冷轧混合加压站主要采用的控制方法就是先混合后加压，利用混合系统中的四蝶阀进行串级调节，并采用3台带有变频器的离心风机进行提压。当前国内较为常用的双路煤气混合工艺就是使用两路四蝶阀进行串级调节，采用该工艺能在使用流量相对稳定的工况下取得较好的运行效果，但是却不适用于流量波动较大的情况下，蝶阀调整幅度过大将导致出现系统震荡，从而产生恶性循环。因此，对导致震荡出现的原因进行仔细分析与综合考虑，能得出这主要是由于串联双蝶阀不具备良好的流量调节线性。对于这个问题应采取在两路四蝶阀基础上分别并联一道小蝶阀，并在基于四蝶阀串级调节基础上实现对六蝶阀的交叉限幅调节，确保调整的方式中不仅有PID调节，亦有交叉限幅调节，就是指小蝶阀应进行细调，大蝶阀应进行粗调，以便进一步加快系统流量调节的响应速度，并且确保系统在不同流量下的调节线性都是良好的。
导致混合系统流量发生变化的还有气源压力的波动，所以应对气源压力的波动进行有效控制，采取控制气源压力让其随波动变化而变化的策略思路，从而最大限度降低蝶阀的动作。对于变频加压系统，应对其PID调节参数进行适当调整，以便降低变频对混合系统的影响。采取对PID参数进行适当调节的方式来区别其跟变频设定的压力，从而实现煤气瞬放，以便降低变频的冲击。与此同时，加压机是自带油泵滑动轴承型式时，其能设定变频的转速下限，防止因转速过低而导致油压下降，致使轴承被烧损，这样能有效确保加压机的安全、正常运行。
2.3 控制达到水平
确定系统控制的整体思路后，必须思路的实施阶段对自动控制的各项参数进行反复整，确保参数正确、符合要求，以便在通过一段时间的精心工作后，实现对混合煤气热值、压力自动调节，离心风机机后压力的自动调节，并在量波动的幅度快速达到每小时六千立方米的情况下确保混合煤气热值波动在±5%之内，压力波动在±3%之内，以便满足不锈钢生产的基础需求。
3.结束语
综上所述，对不同煤气混合系统及其自动控制在冶金企业的应用进行分析，具有十分重要的意义。本文从煤气混合系统的概述，冷轧混合自动控制系统两方面进行了探讨，说明了不同煤气混合系统及其自动控制对冶金企业钢材生产的重要性，不仅有利于企业进一步对煤气混合自动控制系统的应用，还有利于企业市场适应力与核心竞争力，以增加企业的经济效益与社会效益，从而促进企业可持续发展。
参考文献
[1]王晋芳.不同煤气混合系统及其自动控制在冶金企业的应用[N].山西科技报，2003-07-12（A03）.
[2]王飞，孙式超，栾贻民.燃气混合工艺系统分析及在泰钢的应用[J].山东冶金，2010，02：45-47.
[3]夏绪辉，江志刚.冶金企业网络化制造系统[J].现代制造工程，2006，02：17-20.
[4]郭雨春.冶金工业自动化控制系统的发展进入关键期[J].自动化博览，2012，09：32-35.
混合动力汽车发动机建模分析 篇4
实际中多用仿真软件来进行并联混合动力 (PHEV) 的控制方式的开发研究。系统通过仿真分析展现工作过程, 大量减少了实车的实验、降低了研发成本, 同时节省了大量的研发时间, 但对于仿真结果的可靠性必须有验证。模型的可靠性尤其是电发动机的建模显得尤为重要, 本文重点对发动机的建模进行分析。
1 仿真分析流程
PHEV系统通过仿真分析展现工作过程, 大量减少了实车的实验、降低了研发成本, 节省了大量的研发时间, 但对于仿真结果的可靠性必须有验证。
目前HEV汽车仿真主要有前向仿真和后向仿真两种方法, 两种方法的模型流程图如图1, 2所示。把动力传递方向也就是从动力装置如发动机、电动机传递到驱动轮的方向叫做正方向。
顺着这个方向成为“正向”或“前向”, 其逆方向称为“反向”或“后向”。
在ADVISOR中, 有很多针对各个部件的通用模型, 同时将这些部件的模型联立起来。对这个联立后的模型先进行后向仿真, 从驱动车轮开始根据动力传递路线, 逐级逆向的计算之前的一个模块所需的扭矩和转速, 一直计算逆推打发动机和电池模块。在后向仿真计算完成后, 进行前向仿真, 根据实际的动力传递路线, 从发动机模块和电池模块逐级计算到驱动车轮, 最终计算出汽车的实际车速[1]。
ADVISOR的方针必须满足两个前置条件:
1) 每个动力传递系统的零部件都不会给予它端的路线下一级部件溢出的功率;
2) 每个动力传递系统的零部件在前向仿真和后向仿真时的效率应该一致。
ADVISOR具有如下功能:
1) 优化动力系统传递效率, 从而提高燃油经济性;
2) 分析动力传递系统的能量利用情况以及传递效率;
3) 对比各工况下的废气污染物排放。
通过实验数据拟合的办法得到的大量ADVI-SOR采用的仿真模型, 提高了仿真的精度, 同时运算速度显著提高, 而且模型简单。但动态过程的模拟目前还有难度, 这也是该软件的不足之处。
2 发动机建模分析
发动机模型的建立可分为实验建模法和理论建模法[2]。
实验建模方法, 它可以根据实验数据建立各种参数的数据库。在相对简单的实验模型中, 可以通过实验得到相关的发动机数据, 但是通用型较差, 模型数据仅仅满足实验所用发动机。
理论建模方法, 可以反映发动机的动态特性, 有较强的通用型。然而, 因为理论建模方法是建立在理论分析的基础上, 很多数据参数不容易得到, 而且解析式复杂, 运算速度和精度都不理想。
在HEV汽车仿真程序中采用既以实验建模为主、理论建模为辅的复合建模方法来建立发动机模型, 如图3所示。
图3中Tfc_r是发动机输入扭矩, Tfc_a是发动机输出扭矩 (Nm) , ωfc_r、ωfc_a、分别为输入转速和输出转速 (rad/s) , PM、CO、HC、NOx是几种废气污染物, Vfual是燃油消耗率 (L) 。
在扭矩子模型中, 因为采用后向建模, 扭矩信息直接传递, 不需要采用部分负荷特性的计算, 所以只需要计算发动机外特性扭矩即可。计算过程如下:
式中:Te_manx———峰值扭矩 (Nm) ;
ωe———转速 (rad/s) ;
f (·) ———一维线性内插值算子。
在Matlab/Simulink模型中, 用“interp1”实现上述插值算法。
燃油消耗率ge (g/s) 计算模型是根据发动机万有特性MAP图建立的稳态模型:
式中:ge———发动机在 (ωe, Te) 点的油耗率 (g/s) ;
f (·, ·) ———二维线性内插值算子。
在Matlab/Simulink模型中, “interp2”命令可以在图4中实现上述算法, 油耗量为:
而排放的计算模型也是同样的方法, 即:
引入温度参数来进行修正发动机冷起动工况的燃油消耗和废气排放:
式中:T———冷却水温度;
Tsat———大循环开启温度, 通常为95℃。
发动机的热模型引用参考文献[3], 如图5所示。
Qfc_gen:发动机产生的热量等于燃料的能量去掉有效功率和尾气带走的热量;Qc2i, c:热传导的机体输入热量;Qi2x, c:是Qc2i, c的通过热传导传递给外部附件的部分热量;Qfc, coolant:如果机体温度超过设定值fc_tstat, 冷却液开始工作, 吸收剩余热量 (Qc2i, cQi2x, c) 流入机体;Qfc, htr:换热器得到的热量例如暖风散热器, 影响这个热量的因素有换热器得欢热效率以及空气流速;Qfc, rad:水箱散热器散发到空气中的热量;Qx2h, r:外附件辐射到发动机机体的热量;Qx2h, v:对流作用给发动机机体的热量;Qx2h, c:发动机机体通过热传导从外部附件热获得热量;Qx2a, r:外部附件辐射到空气中的热量;Qx2a, v:外部附件以对流的方式传递到空气中的热量;Qh2a, r:机体辐射到空气的热量;Qh2a, v:机体通过对流传递到空气的热量。
热力学模型中的温度为:
其中:mfc, c、mfc, i、mfc, x、mfc, h分别为气缸套、气缸体、外部附件和发动机机体的质量 (kg) ;Cp, fc、Cp, fc_hood分别为发动机和发动机机体的平均热容[J/ (kg·K) ]。
气缸体的温度也就是冷却水的温度 (℃) :Tec=Ti-273。
3 小结
重点分析介绍了混合动力汽车的发动机的模型, 为在仿真软件中各部件进行模型整合和数据仿真提供了理论基础。
摘要：新能源汽车已成为汽车技术发展的主要方向, 而混合汽车的动力系统尤其发动机在混合动力汽车 (HEV) 起什么样的作用, 如何提高混合动力汽车的动力性是研究混合动力汽车的关键, 所以, 对混合动力汽车发动机进行建模仿真分析显得尤为重要。
关键词：混合动力汽车,发动机,建模
参考文献
[1]王群京, 赵涛, 姜卫东, 等.并联式HEV电动汽车模糊优化控制的仿真研究[J].系统仿真学报, 2004, 16 (7) :11-12.
[2]冯能莲, 李克强, 董珂, 等.HEV汽车性能仿真研究[J].系统仿真学报, 2004, 16 (6) :111-112.
混合自动机 篇5
一、项目简介
该项目中的库区如图1所示,总共有三库区,每一层库区为80m×60m×4.3m,总共约4000个货位,共8台AGV,为24小时工作制。一天可入库成品托盘约500盘,同时完成7个小时内353成品托盘的出库任务。AGV该项目中主要用于成品托盘的高效率双层入库与出库。
工作流程包括:
1. 成品入库
各品牌成品通过机器手码至成组托盘,数据库进行信息计算统计后,将指令下达给AGV系统,AGV系统指定某台AGV在入库口取货后,送入相应区域进行精确双层码垛存放。
2. 空托盘供给
空托盘组存放在固定区域,当入库需要时,AGV将其送到空托盘组的上线站台,经输送到空托盘拆分机处拆为单个托盘后,自动送到成品码垛工位,供成品码垛使用。
3. 成品出库
管理调度系统根据发货单生成出库任务,AGV将相应品牌成品托盘调出,一楼库区的成品托盘直接由AGV送至指定出库口;二楼与三楼库区的成品托盘需送到往复提升机处,待其到达一楼库区成品托盘出库口后,继续由AGV运至指定出库口进行出库。
4. 空托盘返库
发货后产生的空托盘经码垛后,在非出库时间段由AGV取出并经由往复提升机送到二楼库区,再经AGV送到空托盘组存放区;如入库需要,则直接送到空托盘组上线站台,供入库使用。
二、AGV在项目中的应用
1. AGV技术指标(见表1)
2. AGV安全系统
为确保AGV在运行过程中的安全,特别是现场人员及各类设备的安全,AGV采取如下多级安全保护措施
软件保护:偏离导航线保护、导航丢失保护、部件故障保护、通讯故障保护、超差保护和失速保护等。
硬件保护:在AGV前进和后退方向上设有非接触式激光防碰传感器;前部有接触式保险杠作为最后的安全防护装置;AGV周边设有多个急停开关,任何时候按下开关,AGV会立即停止运行。
AGV设有报警提示装置,包括状态提示、运行提示、异常停车提示等,同时AGV根据不同提示采用不同的声光报警,并且通知AGV监控系统,操作人员即可将发生故障的AGV使用手控操作器,操作AGV至安全位置
3. AGV控制系统(见图2)
AGV上位控制系统包括地面控制和图形监控系统,采用集中调度管理方式,统筹调度所有AGV,并统一交通指挥,避免AGV间相互碰撞。现场AGV的数量可自由增减根据生产管理系统下达运输任务,按AGV效率最高原则选择
AGV,被选中的AGV根据命令完成成品托盘的输送。任务完成后,AGV通知控制台完成情况,并回到待命位置,等待下一次任务
AGV控制台前有屏幕图形显示系统,显示所有AGV的即时位置及状态,如AGV的运行状态、等待状态、充电需求、充电状态、手动状态、路径堵塞、停止状态等。一旦AGV出现故障,操作和维修人员能够通过AGV的故障诊断系统及时准确地查找故障原因,并及时排除。
如果需要,操作人员还可在控制台上完成手动下达临时任务、修改参数、上传下载相应信息、查看事件日志等操作
三、项目中的技术难点
1. 成品托盘的双层码垛
为了满足平库模式的库存量要求,在有限平面内,由AGV系统来实现成品托盘的单层存放是远远达不到库存需求的,所以要采用成品托盘双层码垛的方法来满足库存需求
成品托盘的双层垛位的高度为3.9m,而每层楼的高度为4.3m。AGV如果使用标准的激光导航方式,双层货位会将激光定位用的反光板遮挡,AGV无法实现准确定位;如果使用磁导航方式,那么埋设磁钉的工作量是相当巨大的。
在这种环境下,项目规划方采用了混合导航方式来实现成品托盘的双层码垛,即主干道使用激光导航,货位区域内部使用电磁导航方式,通过路径属性和AGV本身的程序来选择切换导航方式
2. 混合导航及其定位精度
单纯的激光导航或磁导航,都是独立完整的导航体系,其定位精度也是相对独立准确的。既然采用了激光与磁混合导航,该如何保证混合导航下的AGV定位精度呢?
首先,要以激光导航坐标为基准建立基准坐标系,在这个坐标系中选择激光导航与磁导航的交汇点为基点进行切换,并且按照基准坐标系的相对距离去调整磁导航的距离,进而达到激光导航与磁导航两者坐标系的优化融合,使混合导航的定位精度满足项求,保证成品托盘的双层码垛工作的准确与稳定。
3. 高效率的出入库任务
该项目中24小时入库500成品托盘,而第二天要在7小时内完成约350成品托盘的出库任务由于库区面积大、路线复杂、AGV数量有限,如何在保证正常入库的同时高效率完成出库任务,是此项目中遇到的一大难题最终的处理方法如下:
(1)AGV的高效分配
经过计算与实际工作测试,将AGV配置为:一楼库区4台,二楼库区2台,三楼库区2台。在白天7小时中同时存在出、入库任务,二楼2台AGV保证正常入库任务,且生产出的成品托盘均存放在二楼;一楼4台AGV与三楼2台AGV在这期间同时完成出库任务,一楼AGV按要求将一楼不同区域内的成品托盘送至3个出库口处(如图1),三楼利用提升机B将三楼的成品托盘送至一楼,再由一楼的AGV在一楼的提升机B处取出送至出库口。一楼与三楼出库数量按照5:3的比率分配,此外还需要根据成品托盘存放的远近距离经过计算使一楼和三楼同时下达出库任务。在完成白天出库任务后,二楼存入的成品托盘会通过AGV与提升机转运至一楼,其他入库任务经过设定按照成品总量的5:3比率分配入库至一楼和三楼,以便第二天继续出库。这样可以保证6台AGV的最高效率运行。
(2)提高AGV运行速度
将该系统设定AGV直线速度为90m/min,后退与弯道速度控制在36m/min左右,AGV采用交流行走电机和交流伺服驱动器,可以更加高速稳定地完成连续无间断运行。
(3)合理完善避碰系统
该AGV系统路线错综复杂,交汇点多,而且在每个区域内相邻货位间AGV的距离只有150mm,在完成出库任务时,AGV会集中于一个区域内取成品托盘,这就需要精确计算出局部区域内相干涉路线的合理距离以及优先关系,以便既可以保证AGV安全运行,同时也可以防止AGV相互往复避让而影响工作效率。
(4)保证充电效率
AGV的充放电比率为1:6,也就意味着在这7小时中,每台AGV至少需要充电6次,而三层库区每层只有一台充电机。在这种高效率工作中,需要合理地根据程序控制来处理充电等待问题,保证每个楼层只能同时存在一个进行中的充电任务,其他AGV继续工作,然后当充电站空闲时,根据其他AGV电量的优先级来选择最需要充电的AGV执行充电任务。
经过对以上细节的综合处理,通过实际运行(如表2),成功突破了这个瓶颈,完成了高效的出入库任务
四、结论
在该项目应用AGV之前,需要24小时人工驾驶叉车进行出入库工作,不仅劳动强度大,而且在夜间进行高速往复工作一直都存在安全隐患,如果产品出现质量问题,问题产品的追踪也存在不可靠性。
混合自动机 篇6
缸套-活塞-活塞环系统由缸套-活塞和缸套-活塞环两类工作环境苛刻的摩擦副组成, 整个系统的摩擦损失占发动机摩擦损失的44%[1,2]。其中, 缸套内表面受高温、高压气体的作用且与高速运动的活塞环接触而极易磨损, 因而有效减小缸套与活塞环之间的摩擦对提高整个发动机系统的摩擦学性能具有重要的意义。
在摩擦副表面进行人工微造型的表面织构技术可以有效改善接触表面的摩擦学性能, 因而近年来国内外学者对其进行了大量的理论及试验研究, 并成功应用于计算机硬盘[3]、轴承和密封[4,5]、发动机缸套[6]中。目前对表面织构的研究主要集中在摩擦学性能试验和润滑减摩机理的研究, 研究结果表明, 选择合适的表面织构几何参数 (深度、直径、面积率) 可以使织构化表面达到最优的摩擦学性能。对于缸套-活塞环摩擦副而言, 文献[7]通过建立具有表面织构的活塞环与缸套间往复运动的数学模型, 研究了凹坑深径比与面积率对其摩擦性能的影响, 结果表明微凹坑深径比对摩擦性能的影响较大, 面积率的影响较小;文献[8]利用自制的往复式摩擦磨损试验机, 模拟活塞环与缸套间的往复运动, 试验结果所获得的最佳织构参数与计算结果一致, 减摩率可以达到30%;对于混合织构而言, 文献[9]利用反应离子刻蚀技术对碳化硅表面进行织构化处理, 试验研究表明混合有直径350μm和边长为40μm凹坑的表面织构既能产生有效的流体动压力, 又能均匀地向接触面供水, 混合有不同尺寸凹坑的极限载荷分别比无凹坑表面和单一尺寸凹坑表面提高了2.4倍和1.6倍。
对于缸套内壁的织构化, 研究较多的是在摩擦副表面加工单一微沟槽织构或者微凹坑织构。文献[10]采用激光微造型加工技术在某柴油机气缸套表面上加工出规则的交叉网纹型微观形貌, 结果表明采用该工艺得到的表面评定参数优于传统平台网纹缸套, 并且发动机机油消耗相对于传统工艺降低了48.1%, 活塞漏气量下降了49.2%;文献[11]采用激光刻蚀的方法在缸套内壁加工微凹坑阵列, 将激光刻蚀缸套与机械珩磨缸套摩擦磨损特性进行比较, 发现激光刻蚀微坑可获得更低的摩擦系数和更小的磨损量;文献[12]考虑往复运动中速度对称变化的特点, 使用UMT-Ⅱ型多功能试验机研究了变密度微凹坑表面织构在往复运动下的减摩效果, 结果表明密度组合为0.3-0.1-0.3的变密度织构在较高载荷和滑动速度时能达到最佳的润滑减摩效果, 说明变密度织构在改善往复运动摩擦副的减摩性能方面有着很大的潜力。
综上可知, 表面织构是一种减少摩擦和提高摩擦性能的有效方法, 不同密度组合的变密度织构可以改善摩擦副的减摩性能[12]。本文考虑均匀面积率和变面积率两种密度形式, 缸套与活塞环片断均取自于真实发动机, 利用电解加工技术在有机械珩磨条纹的缸套内壁继续加工微凹坑织构, 采用试验的方法研究混合有珩磨条纹和微凹坑两种形式的表面织构对缸套-活塞环摩擦副减摩性能的影响。
1 试验方法
1.1 试验装置与试件制备
试验在自制往复式摩擦磨损试验机上进行, 试验装置结构如图1所示。该试验装置利用曲柄滑块机构将旋转运动转换为往复运动, 试验过程中采用杠杆砝码加载, 摩擦力由力传感器测得, 并由多功能数据采集卡实时采集。
为保证贴合实际工况, 上下试件均取自真实发动机的活塞环和缸套。活塞环选择南京溧水活塞环有限公司提供的95型第一道单面气环, 外圆直径为86mm, 材质为合金铸铁, 外圆表面镀铬处理, 表面维氏硬度可达到800HV0.1以上;缸套为文峰缸套厂提供的钢制薄壁表面镀铬气缸套, 内径为86mm, 壁厚为1mm, 缸套内壁有45°的珩磨条纹。试验中全部保留了真实发动机的材料和表面处理, 上试件选取一对从活塞环开口处开始沿环外轮廓选取的40°片断[13], 下试件选取与活塞环曲率相配的缸套的1/6片断, 实物如图2所示。
1.2 混合织构试件的制备
为研究混合织构对缸套-活塞环摩擦副摩擦性能的影响, 本文采用电解加工 (electrochemical machine, ECM) 的方法进行混合织构的加工, 该技术利用金属在电解液中发生阳极溶解的原理去除多余材料将零件加工成形[14,15]。本研究采用活动模板电解加工方法, 在曲面上加工出微米级别的混合织构。如图3所示, 阳极表面活动模板 (覆铜板) 具有阵列通孔, 电解液在活动模板表面高速通过, 阳极表面暴露于电解液部分不断被溶解, 同时高速流动的电解液将电解产物带出加工区域, 该加工方法无变形和飞边毛刺, 高效且无热应力, 加工后的金相组织基本不发生变化, 阴极工具无损耗。
经过电解加工过后的混合织构试样实物形貌如图2所示。可以看出, 表面织构形状和排列规整, 可以满足试验要求。
1.3 试验设计
受试验机行程的限制, 试验中缸套-活塞环摩擦副往复运动的行程设计成100mm。在均匀密度混合织构的设计中, 整个往复行程中加工单一面积率的微凹坑织构, 其织构形式如表1所示。在变密度混合织构的设计中, 本文选择加工两种面积率的组合即双密度形式的微凹坑织构。由于往复行程为100mm, 不能将织构表面的接触区域分成三等份, 为近似等分, 三个区域对应的宽度分别为33、34和33mm, 其织构形式如表2所示, 密度分布形式有两种情况, 分别为低密度织构在中间区域和高密度织构在中间区域。
如表1所示, 在固定单个微凹坑深度的条件下, 分别选取三种不同的微凹坑直径和三种不同的微凹坑面积率加工均匀密度混合织构, 并以仅有机械珩磨条纹的试件作为研究参照。试验在载荷为200N的条件下进行, 转化为缸套受到的实际压力为1.2MPa, 选择六种曲柄转速, 分别为50、100、200、300、400和500r/min。
如表2所示, 在微凹坑直径和深度尺寸一定的情况下 (微凹坑直径选择300μm, 深度选择11~15μm) , 选取5%、10%和15%三种面积率, 安排六种不同面积率的组合, 以仅有机械珩磨条纹的试件作为研究参照, 考察变密度混合织构对缸套-活塞环摩擦副摩擦性能的影响。载荷及曲柄转速与均匀密度混合织构的选择相同。
试验的润滑条件采用富油润滑, 选用长城牌柴油机油作为润滑剂, 其牌号为CD15W-40, 每次试验开始时加入2mL润滑油, 开始试验后不再添加润滑剂。
试验步骤如下: (1) 缸套表面珩磨条纹上存在毛刺, 为确保获得稳定的摩擦系数, 需对每个下试件进行试验前跑合, 跑合载荷为400N即2.4MPa, 跑合时间20min; (2) 重新安装试件, 在各个速度下往复运动1000次, 取这1000次往复运动的摩擦系数绝对值的算术平均值作为该载荷及速度下的摩擦系数; (3) 每种转速下重复试验三次, 试验结果取平均值。
2 均匀密度试验结果与讨论
2.1 直径的影响
图4为不同直径混合织构在三种不同面积率下, 与单一珩磨条纹织构 (凹坑直径为0μm) 相比较的摩擦学试验曲线图。从图4可以看出, 随着曲柄转速的增加, 摩擦系数有相同的减小趋势。在曲柄转速为50r/min和100r/min时, 不同直径的混合织构与单一珩磨条纹织构相比优势较小, 摩擦系数在很小的范围内波动;曲柄转速在200r/min及以上时, 摩擦系数随着直径的增大而减小;直径为300μm的混合织构试件减摩效果比较显著, 在面积率为5%, 转速为500r/min时, 其摩擦系数与单一珩磨条纹织构的试件相比能下降17%。
2.2 面积率的影响
图5为不同面积率下, 不同直径的混合织构与单一珩磨条纹织构 (面积率为0%) 相比较的摩擦学试验曲线图。如图5所示, 随着面积率的增大, 直径为200和250μm的混合织构在不同曲柄转速下具有相似的摩擦系数曲线, 转速为300~500r/min时, 面积率为5%的混合织构相对于单一珩磨条纹织构才有一定的减摩效果;直径为300μm时, 随着转速的增加, 在不同面积率下摩擦系数的波动比较明显, 在试验转速下, 除面积率为10%时略有増摩外, 其他面积率下都是减摩, 在面积率为5%速度为500r/min时, 摩擦系数与单一珩磨条纹织构的试件相比下降17%。
比较图4和图5试验结果发现, 直径与面积率都是影响混合织构摩擦性能的重要因素, 并且相互影响。随着直径的变化 (图4) , 混合织构试件对应的摩擦系数变化显著, 直径为300μm的混合织构在不同面积率下表现出较好的摩擦特性;而随着面积率的变化 (图5) , 混合织构相比于单一珩磨条纹织构摩擦系数变化不明显。结果表明:与面积率相比, 直径对混合织构的摩擦系数影响较大。
综合以上试验研究, 转速50~200r/min时, 均匀密度混合织构与单一珩磨条纹织构的摩擦系数相比优势不大, 说明在速度较低时摩擦副之间难以形成润滑油膜, 导致摩擦副表面粗糙峰直接接触, 因而摩擦系数变化不大;转速为300~500r/min时, 与单一珩磨条纹织构相比, 均匀密度混合织构产生润滑油膜的能力更强, 有效避免了摩擦副表面粗糙峰的直接接触, 因而摩擦系数较低, 有进一步减摩的效果。
3 变密度试验结果与讨论
3.1 低密度织构在中间区域
图6 (a) 为载荷200N条件下, 中间区域低密度两端区域高密度的变密度混合织构表面的摩擦系数随曲柄转速的变化曲线, 并以单一珩磨条纹织构作为参照。
由图6 (a) 可以看出, 密度组合为15%-5%-15%和15%-10%-15%的变密度混合织构在转速超过300r/min时, 摩擦系数开始低于单一珩磨条纹织构;密度组合为10%-5%-10%的混合织构在试验速度下均表现出最优的摩擦性能。在转速超过300r/min时, 不同组合的变密度织构相对于单一珩磨条纹织构均有不同程度的进一步减小摩擦的效果;在转速为500r/min时, 与单一珩磨条纹织构相比, 密度组合为10%-5%-10%的变密度织构能进一步减摩达22%。
3.2 高密度织构在中间区域
图6 (b) 为载荷200N条件下, 中间区域高密度两端区域低密度的变密度混合织构表面的摩擦系数随曲柄转速的变化曲线, 并以单一珩磨条纹织构作为参照。
由图6 (b) 可以看出, 在试验转速超过100r/min时, 变密度组合的混合织构均起到提高摩擦性能的作用, 其摩擦系数均低于单一珩磨条纹织构;密度组合为5%-15%-5%的混合织构在试验速度下均表现出较好的减摩效果, 其最高能进一步减摩达26%。由图6结果可得, 适当的密度组合在一定条件下能有效的降低摩擦系数。
由凹坑直径300μm、载荷200N条件下的试验研究结果表明:在三种均匀密度织构中, 密度为5%的织构表面减摩效果最优;在三种低密度织构在中间区域的变密度织构中, 10%-5%-10%的织构表面减摩效果最优;在三种高密度织构在中间区域的变密度织构中, 5%-15%-5%的织构表面减摩效果最优。图7为在凹坑直径和载荷一定的条件下, 均匀密度为5%的织构与变密度组合为10%-5%-10%和5%-15%-5%的减摩率对比试验结果。结果表明:随着转速的增加, 变密度织构的减摩率逐渐增高, 表明速度也是影响变密度织构摩擦性能的重要因素;在试验条件下, 最优变密度织构的减摩率明显高于最优均匀密度织构, 说明最优变密度织构相比于最优均匀密度织构产生润滑油膜的能力更强, 更有效地避免了表面粗糙峰的直接接触, 因而减摩效果更显著, 摩擦系数更低。
4 结论
(1) 混合织构试件比仅进行机械珩磨的试件更能减摩, 转速越高, 混合织构降低摩擦的能力越强。这是由于在高速时, 表面织构的存在使润滑膜更易形成, 从而有效缓解了表面间粗糙峰的直接接触。
(2) 对于均匀密度混合织构, 当微凹坑深度固定时, 直径和面积率均是影响其摩擦性能的重要因素, 并且它们之间相互影响。另外, 它们对均匀密度混合织构摩擦性能的影响程度不同, 直径的影响程度较大, 面积率次之。
混合自动机 篇7
1 资料与方法
1.1 一般资料
选取我院2012年2月至2014年2月诊治的110例混合痔患者为研究对象, 其中男48例, 女62例;年龄18~75岁, 平均 (45.7±8.5) 岁;病程1~10年, 平均 (3.5±1.5) 年。根据1975年全国肛肠学术会议制定的痔疮3期分类法进行分期, Ⅱ期58例 (52.7%) , Ⅲ期52例 (47.3%) 。将所选患者按入院先后顺序分为对照组和观察组各55例, 两组患者在性别、年龄、病程及病情等方面大体一致。
1.2 诊断及排除标准
1 1 0例均符合混合痔的诊断标准[3]。排除标准:合并肛瘘、肛周脓肿、肛裂及肠道感染性疾病;直肠息肉及恶性肿瘤;伴有严重心血管疾病;孕妇、晚期肝硬化。
1.3 治疗方法
所有患者于手术前1天进行肠道准备, 术前12小时即禁食, 手术采用侧卧位, 腰腧穴麻醉, 进行常规消毒铺巾, 手术后均进行常规抗感染治疗。
1.3.1 对照组
采用传统的内扎外切术, 按照MilliganMorgan方法进行手术, 在痔赘皮下行“V”形切口, 沿内括约肌向上剥离曲张静脉团及周边结缔组织, 使用合适的钳夹夹住后用3-0可吸收线缝合痔蒂部, 松紧适宜, 切除痔块组织并注意止血。外痔视具体情况进行手术, 若为结缔组织型外痔完全切除肛缘以外组织, 肛缘内部视情况部分切除;若为静脉曲张外痔行“一”字形切口, 切除静脉曲张团块及血栓, 并确保引流通畅。手术结束后常规清洁消毒创口, 使用纱条压迫止血。
1.3.2 观察组
采用自动套扎配合外切术治疗, 使用一次性肛窥镜以确定痔核数目、具体位置, 然后设立套扎方案, 自动套扎吻合器由上海众仁公司生产, 术者持吻合器对准痔核上方直肠黏膜下的组织及痔核并将其吸入套扎器内, 然后使用弹性胶圈套结扎痔核基底部。外痔则视具体情况进行外切术, 行放射状梭形切口, 分离后使用电刀或丝线结扎。
1.4 观察指标
观察记录所有患者的手术出血量、手术时间、创面愈合时间及从手术第1天起的平均住院时间;肛门疼痛评分采用语言评价量表 (VRS) , 根据肛门疼痛程度将“无痛”、“轻微疼痛”、“中度疼痛”、“重度疼痛”和“极重疼痛”分别计为0~4分, 记录术后4天内各个程度疼痛出现例数;记录术后30天内的并发症情况 (水肿、脱垂、尿潴留及术后出血情况) 。
1.5 疗效评价标准[3]
出院前对患者的疗效进行综合评价, 分为治愈、好转及无效三种。治愈:患者经治疗后临床症状消失, 创面愈合良好;好转:患者经治疗后临床症状好转, 创面未愈合;无效:临床症状无改善, 创面未愈合。总有效为治愈和有效之和。
1.6 统计方法
使用S P S S 1 9.0软件包进行数据处理分析, 计量资料以 (±s) 表示, 两组间比较采用t检验;计数资料用χ2检验;等级资料采用Ridit分析, 其统计量检验法选用u检验, 以P<0.05时为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 两组患者疗效比较
两组治愈率及总有效率差别不大, 差异均无统计学意义, 见表1。
2.2 两组患者手术时间、出血量、创面愈合及住院时间比较
观察组的手术出血量明显少于对照组, 手术时间、住院时间及创面愈合时间均短于对照组, 差异均有统计学意义, 见表2。
2.3两组术后4天VR S评分比较
将两组频数合并作为标准组进行Ridit分析, 按疼痛等级按从轻到重排列, R值大者疼痛情况较严重, 计算出术后第1天、第2天、第3天、第4天观察组的R值分别为0.4 2、0.3 2、0.3 1、0.30;对照组的R值分别为0.70、0.69、0.6 8、0.5 8, 即观察组术后4天内的疼痛程度均轻于对照组。观察组第1天、第2天、第3天、第4天的VRS评分优于对照组, 差异有统计学意义 (u值分别为6.72、7.05、6.64、2.81, P<0.01) , 见表3。
2.4 两组手术并发症情况比较
观察组总并发症发生率明显低于对照组, 差异有统计学意义 (χ2=4 7.9 0, P<0.0 1) , 见表4。
3 讨论
痔俗称痔疮, 是一种常见的肛肠疾病, 任何年龄段均可发病, 但年龄越大, 发病可能性越高[4]。痔根据发生部位可分为内痔、外痔及混合痔。内痔在肛管齿状线以上, 为肛垫的支持结构、动静脉吻合支及静脉丛发生病理性改变, 常见于左侧、右前侧及右后侧;齿状线以下为外痔, 被覆肛管黏膜;兼有内痔和外痔称为混合痔, 是内痔通过静脉丛与外痔融合, 即上下静脉丛吻合形成一整体[5]。
临床上认为使用非手术方法治疗痔最适宜, 非手术治疗失败后才考虑进行手术治疗[6]。混合痔术后往往发生一些并发症, 术后创缘水肿为Milligan-Morgan手术后常见的并发症之一, 尤其是采用传统内扎外切术的患者, 术后肛门疼痛明显, 创面愈合亦较缓慢[7]。自动痔疮套扎术是由中医传统结扎疗法发展而来的一种新疗法, 其方法是将胶圈套于痔或痔上黏膜的基底部, 通过胶圈的紧缩和绞勒阻断痔疮的血供, 使之缺血、萎缩至坏死, 是目前非手术治疗中疗效最好的方法之一, 与外切术配合治疗混合痔具有较好疗效[8]。本文结果显示, 虽然两组疗效比较差异无统计学意义, 但是观察组手术出血量明显少于对照组, 手术时间、住院时间及创面完全愈合平均所需时间亦明显短于对照组;观察组术后VRS评分明显优于对照组, 且总并发症发生率明显低于对照组, 差异均有统计学意义。
综上所述, 痔疮外切术配合自动套扎术治疗混合痔效果良好, 安全性较高, 值得进一步研究。
摘要：目的 探讨痔疮外切术配合自动套扎治疗混合痔的疗效及安全性。方法 选取我院110例混合痔患者作为研究对象, 按入院先后顺序分为对照组和观察组各55例, 对照组采用传统的内扎外切术治疗, 观察组采用自动套扎配合外切术治疗, 观察对比两组的手术出血量、手术时间、创面愈合时间、住院时间、术后4天内VRS评分及并发症发生情况。结果 两组治愈率及总有效率比较差异均无统计学意义。观察组手术时间、住院时间及创面愈合时间均明显短于对照组, 术中出血量明显少于对照组, 术后4天内VRS评分显著优于对照组, 并发症发生率明显低于对照组, 差异均有统计学意义。结论 痔疮外切术配合自动套扎治疗混合痔效果良好, 可显著缩短手术时间及住院时间, 减少出血量, 并发症发生率低, 对促进创面快速愈合、减轻患者痛苦有积极意义。
关键词：自动套扎,痔疮外切术,混合痔
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混合自动机 篇8
纯电动 (EV) 汽车具有一些优于传统内燃机客车的优点, 如高能量效率和零污染。但是, 蓄电池组较低的能量密度使纯电动车动力性能远不及传统内燃机车辆, 且蓄电池每次充电所对应的行程短, 制约了纯电动车的使用范围。而混合动力客车 (HEV) 利用两个能源:基本能源-内燃机、辅助能源-电动机。它兼具内燃机车辆和纯电动车两者的优点, 并克服了它们的缺点。
混合动力客车并联模式
近年来, 在国家节能减排和“十城千辆”试点政策的推动下, 客车整车厂、零部件厂通过引进国外先进技术, 在混合动力客车方面大幅度提高了自身创新实力, 使我国混合动力客车技术快速发展。目前已有多种模式的混合动力客车投放市场, 在市内公交线路上营运。其中“并联模式”倍受推崇。当前国内混合动力客车使用的并联模式主要有:基于变速器输入轴的同轴并联混合动力模式和基于变速器输出轴的同轴并联混合动力模式。
1. 基于变速器输入轴的同轴并联混合动力模式
混合动力客车自动挡机械变速器 (AMT) 技术的引入旨在节能减排, 减轻驾驶员的劳动强度, 提高车辆运行的平顺性, 减少离合器和制动器的磨损。技术难点在于换挡和离合器控制, 国内经过10余年攻关研发, 目前此技术已取得突破性进展, 并已实现了市场化量产运作。綦江齿轮传动有限公司 (以下简称綦齿) 与玉柴合作推出的采用自动挡机械变速器 (S6-150AMT) 的混合动力系统, 即是此动力模式的典型代表。已由宇通、金龙、广汽、中通等客车公司装车, 分别在杭州、广州、武汉、昆明等地投放试用。
基于变速器输入轴的同轴并联混合动力模式如图1所示。此混合动力模式的主要特性:
(1) 动力系统中发动机、电动机、变速器同轴并联。在车辆运行中, 发动机和电动机既可各自独立驱动车辆行驶, 也可组合共同驱动车辆行驶。
(2) 多挡变速器可以增大动力系统的转矩, 所以该系统可选配较小功率的电动机和较大功率的环保发动机组合作为车辆动力源。电动机功率较小, 选配的动力电池也可以相应较小, 成本降低, 且质量小, 占有的空间也较小。
2.基于变速器输出轴的同轴并联混合动力模式
基于变速器输出轴的同轴并联混合动力模式如图2所示。该系统结构较简单, 驱动电动机通过一个偶合器接入变速器直接挡, 与传统驾驶操作一样, 较容易控制操纵, 故障率和成本都较低。但由于电动机是接入变速器直接挡, 其电动机转矩不能通过变速器换挡增大, 在平原地区车辆起步-加速较慢, 在山地或城市坡路起步时电动机转矩不够, 需要靠发动机工作来辅助起步;车辆加速时, 电动机助力较小。目前南车时代研发生产的此模式混合动力系统已装车并在湖南地区投放试用。
S6-150AMT自动换挡同步器机械变速器
S6-150AMT是綦齿研制的大型混合动力客车用自动换挡同步器型机械变速器, 可与额定功率60～100kW电动机+177kW环保发动机组成混合动力总成, 采用电 (子) -电 (动机) 式自动换挡, 为车身10～12m长的大、中型混合动力客车配套, 突显了自动换挡、节能减排、性价比高的新特性, 可大大提高混合动力客车的动力性、经济性、环保性和安全性。
1.主要技术参数
S6-150A M T变速器的主要技术参数:最大输入功率280k W;最大输入转矩1500N·m;最高输入转速2800r/m i n;有六个前进挡和一个倒挡 (传动比为1挡6.98, 2挡4.06, 3挡2.74, 4挡1.86, 5挡1.31, 6挡1.00, 倒挡6.43) ;换挡模式为自动换挡1挡2挡3挡4挡5挡6挡) ;安装型式为右卧Ⅱ型;安装长度619.5m m (变速器壳前端面至输出法兰接合面之间的距离) ;质量225kg;3000r/min时伺服电动机额定功率55W;伺服减速器传动比116。
2. 结构
S6-150AMT自动挡同步器型机械变速器包括六挡同步器型机械变速器、选换挡伺服电动机、选/换挡角位移传动机构、变速器控制单元 (TCU) 及车辆行驶模式选择器、电缆线束等 (见图3) 。
(1) 六挡同步器型机械变速器同步器型六挡机械变速器为斜齿轮常啮合、三轴式、定轴传动机械变速器。采用同步器换挡, 箱式铸铁壳体, 右卧安装 (即变速器的输入轴、输出轴与中间轴置在同一水平面上, 换挡机构侧置) , 铝合金压铸的变速器盖, 通过螺栓联接安装在壳体右侧 (由输出端向输入端方向看) , 其上安装有伺服电动机、旋转轴、拉板、拨叉式电动换挡执行机构, 采用飞溅式润滑。换挡同步器为大容量的QJ-D H型锁环式惯性同步器, 采用合金钢精锻的同步环, 其工作锥面喷涂钼层, 换挡可靠, 使用寿命长。
变速器输入轴直接同牵引电动机相连, 再通过离合器同发动机相连, 组成变速器输入轴同轴并联式混合动力传动系统。整车动力既可由牵引电动机也可由发动机或两者共同工作, 把动力通过变速器输入轴传递到变速器中, 再经由变速器输出法兰 (通过花键联接在变速器输出轴上) 将动力传到万向传动轴→驱动桥→车轮。该变速器中的六个前进挡降速增距, 用于车辆前进行驶;一个倒挡用于倒车。
(2) 伺服换挡执行机构S6-150AMT自动挡同步器型机械变速器通过变速器控制单元 (TCU) 实现自动换挡。其换挡执行机构采用伺服电动机-旋转轴-拉板-拨叉式选/换挡机构 (见图4) , 安装在变速器盖上。由一台永磁直流伺服电动机 (含伺服减速器) 驱动齿式角位移传动机构完成选挡, 另一台永磁直流伺服电动机 (伺服减速器) 驱动齿式角位移传动机构实现换挡。变速器中空挡位不传递动力, 用于临时停车和车辆被拖曳。
(3) 变速器控制单元S6-150AMT变速器的电子控制单元 (TCU) 是綦齿研制的QJ TCU-6型控制器。QJ TCU-6型自动挡变速器控制器采用飞思卡尔S12X系列双核处理芯片、六层贴片电路板、55针防水插接口的新型控制器, 电磁兼容性高、性能稳定、工作可靠。控制器安装在变速器壳体上, 通过电缆线束与车辆的CAN总线、发动机控制器 (ECU) 、离合器控制器 (CCU) 、电动机控制器 (MCU) 、选/换挡伺服电动机等相关电控部件连接, 进行电子通信、处理及控制, 实现自动换挡。
(4) 车辆行驶模式选择器S6-150AMT自动挡同步器型机械变速器采用“按键式”行驶模式选择器进行操纵, 选择器有E、S、R、N、D五个预选键:E为经济模式, S为驻车, R为倒车, N为空挡, D为前进, 每个按键的使用应在停车状态预先设置。
(5) 电缆线束S6-150AMT变速器的电缆线束是一根带有10个插接头的多线头电缆线 (见图5) , 其中A、a、b、c、d、e插接头插接在变速器上相应的部件上;B、f、k插接头分别与车辆的CAN总线、24V电源、车辆行驶模式选择器连接;插座C是供检测用, 用来插接检测仪, 进行电子控制系统的检测和故障诊断。
3. 油电混合动力客车动力传动系统工作过程
A M T的自动换挡过程是车辆动力传动系统的综合自动控制过程, AMT电控系统与车内其他相关电控系统的协调非常重要。目前, 大型混合动力客车的动力源多采用电动机与发动机的组合动力, 牵引 (变频) 电动机的特性不同于内燃发动机, 电动机的转速为0～4000r/min, 具有低速大转矩, 高速恒功率特性。
整车协调控制的原则是:内燃发动机为主动力, 功率较小的牵引电动机作为辅助动力, 用于车辆起步, 低速行驶和参与高速大功率工作, 使发动机工作在燃油经济区, 避免发动机在低速和高速的高耗油区工作。
整个换挡过程通过AMT电控单元TCU与整车控制器HCU之间的电子通信、处理、控制, 实现自动换挡。
系统基本工作过程如下:
(1) 起步时离合器分离, 变速器位于低挡 (1挡或2挡) , 牵引电动机驱动车辆起步、低速行驶。
(2) 换挡时离合器分离, 牵引电动机自由旋转, 变速器进入空挡;电动机控制器根据将要挂入的挡位, 计算并调整牵引电动机转速, 当牵引电动机转速达到要求 (同步) 时, 变速器挂入相应挡位。
(3) 牵引电动机动力不足时离合器接合, 发动机动力加入工作。
结语
S6-150AMT变速器是在綦齿S6-150同步器型六挡机械变速器上集成了选/换挡伺服电动机、选/换挡执行机构和变速器电控单元TCU而成的大转矩自动换挡变速器, 技术成熟、性能先进、使用可靠、性价比高, 是目前国内大型混合动力客车最佳配套产品之一。
混合自动机 篇9
关键词：excel,沥青混合料,级配
沥青混合料的生产质量直接影响沥青混合料的应用性能, 而生产质量最关键的是要在沥青混合料的组成设计阶段, 选择合格的材料、确定合理的矿料级配和沥青用量。而沥青的用量往往与沥青混合料的矿料级配相对应, 因此沥青混合料的级配合理与否同沥青混合料的质量好坏关系最为密切。
沥青混合料的配合比设计包括目标配合比设计、生产配合比设计及生产配合比验证三个阶段。本文重点讨论在目标配合比设计阶段, 采用excel强大的计算功能, 快速进行各种矿料的配比计算。
因为在实际施工过程中, 由料场生产的各种矿料级配很难完全符合某一混合料的级配范围, 因此必须采用多种矿料配合起来, 才能符合级配要求。首先应对各种矿料进行筛分, 得到各种矿料的颗粒组成, 再确定各种矿料的比例。
矿料配比的方法有试算法、图解法、方程法, 传统的图解法、试算法费时费力, 而应用excel的强大计算和图表功能, 结合图解法、试算法能快速确定矿料配比乃至于自动计算出配比。
1 计算矿料通过率、建立通过率曲线图
首先要确定标准级配曲线和各组成矿料的组合级配曲线, 根据选定的目标混合料类型或设计要求, 确定标准混合料的上限、下限。设有k种矿料, 则各级矿料在n级筛孔下的通过百分率为Pi (j) , 而各种矿料在混合料的用量为Xi, 则矿料在任一筛孔的通过量
P (j) =∑Pi (j) * Xi
i—料种类, i=1, 2, …, k;
j—筛孔数, j=1, 2, …, n;
如图1, 以excel2007为例, 则单元格B8=SUMPRODUCT (B4:B7, $O4:$O7) /100为0.075mm筛孔下, 按O列的矿料比例计算出组合级配通过率。将B8单元向N8单元填充, 得到各筛孔下, 按O列的矿料比例计算出组合级配通过率。
插入图表-折线图, 选择数据区域为='Sheet1'!$A$1:$N$3, 'Sheet1'!$A$8:$N$8, 如图2。
将系列改为上、下限、合成通过率, 分类标签为=Sheet1!$B$1:$N$1, 如图3。
修改坐标轴、图表名称, 得到图4, 因为标准级配曲线为AC16, 因此19mm以上筛孔为100%通过。
2 手工试算, 得出合理矿料级配
试算法结合方程法, 利用excel2007的强大计算和图表功能, 通过调整O4:O7单元格的各矿料比例, 可以看到合计通过率曲线在上、下限曲线的位置。此法即能通过试算得到各矿料比例, 使得各筛孔通过率在上、下限之间, 即合理的矿料级配。
此种方法虽然能得出合理矿料级配, 但需要人工大量试算, 而且需要熟练掌握各矿料的通过率特点, 结合实际经验才能得出合理矿料级配, 且每次只能得出一种级配。对于细小的差别, 在图中显示精度问题, 会有个别筛孔出现超限的情况。
3 自动计算, 得出合理矿料级配组
如果能让计算机自动计算, 判断出合理矿料级配, 并成组显示, 将会大大降低手工的操作误差, 使得矿料级配计算更为轻松。
为使矿料级配能自动计算, 需要解决三个问题:
(1) 要能自动判定当前级配比例各筛孔的合计通过率是否在上限、下限之间;
(2) 要能自动变化矿料比例;
(3) 要能将合理的矿料比例输出到表格中来。
对于第一个问题, 可以使用excel2007中的if判断公式解决, 也可以采用excel中的vba语言编写程序解决。对于第二个和第三个问题, 只能采用excel2007的vba语言编写程序解决。当然, 脱离excel2007, 还可以采取编写专门程序或与excel2007的接口工具来得出合理矿料级配群。但本文讨论只使用excel2007的情况下能得出合理矿料级配组的方法。程序流程图如图5:
由于表格中的计算数据较多, 在表格设计上, 未按绘制曲线的表格格式, 初始时表格如图6, 其中带有底色的部分是人工输入部分。
按alt+F11键, 打开VBA界面, 按F5运行, 如图7。
按开始计算, 程序开始自动试算, 如图8:
各种矿料比例在变化, 程序自动进行试算, 当试算结束后, 弹出提示结束, 并在右下的可能级配中列出级配的可能组合, 如图9, 计算完毕后, 还可以手工进行更细致调整。
4 结论
通过excel2007的强大计算功能和VBA的可编程扩展性, 能自动计算沥青混合料的矿料级配组合, 能大大缩短计算配比的时间, 并且完全达到标准配比的要求, 此外在计算过程中, 还可对输入数据进行校核。
根据自动计算沥青混合料的矿料级配组合, 还可以计算出级料的最经济配比方案, 用更少的料种配备出标准混合料配比, 可根据存料情况选用不同的矿料级配组合等方面的应用。
自动计算沥青混合料的矿料级配组合在四、五种矿料时, 计算较快, 当采用超过六种矿料时, 程序设计和运行速度会大大降低, 还应考虑在优化程序设计方面再下功夫。
参考文献