第一篇：鐵路內燃液壓軌枕更換機的研發與應用

鐵路內燃液壓軌枕更換機的研發與應用

摘要：鐵路內燃液壓軌枕更換機是根據鐵路工務換枕工作實際而研制的一項快速換枕裝置。最大的技術難題是解決更換軌枕作業中，換枕全工序工藝相結合的完整式換枕機，不僅能將舊枕抽出，新枕送進并定位，做到一機多用，功能齊全。

關鍵詞：內燃液壓；鐵路軌枕；更換機

隨著鐵路運量的不斷提高，列車軸重的逐年加大，列車對鋼軌及線路設備的破壞也越來越大。特別是高速重載列車對路基產生的不斷沖擊，使線路翻漿冒泥、軌枕破裂損壞、接頭掉塊等線路病害及鋼軌傷損日益嚴重，給列車運行帶來了極大的安全隱患。對于軌枕病害這個問題的處理，一直有效的做法是盡多更換更重、新型軌枕，加強搗固，以減輕車輪對砼枕的破壞沖擊。但隨著列車軸重的加大，運行速度的提高，更換軌枕已經成為工務部門經常需要面對的繁重勞動，同時民工強勞動力的要求及工費的遞增，民工施工人員的增多，民工管理強度的加大，存在嚴重的綜合費用提高問題和安全隱患。據鐵道部有關部門統計，全國鐵路局每年用于更換軌枕的費用高達2～3億元人民幣，由此可見仍靠人工更換軌枕既不經濟、更不高效、也不安全。為了實現更換軌枕機械化，達到快捷、高效、經濟、安全的目標，研制鐵路快速換枕機，減輕換枕工作給鐵路發展帶來的沖擊和壓力，解決鐵路工人養路中最大量、最繁重的體力勞動，提高鐵路養護機械化水平是當務之急，所以研制鐵路內燃液壓軌枕更換機是非常必要的。技術方案

2008年初，確定了“鐵路內燃液壓軌枕更換機”項目科研成果研究小組，并得到上級專業技術部門和有關廠家的支持。經多方查尋資料，設計方案，確定了技術方案。

1.1 設計要求

能夠快捷的更換損壞的軌枕，尤其是在運營中的線路上，和內燃路搗固機配合，完成利用列車的運行間隙封鎖點或天窗點，進行更換軌枕的全部作業，減少要點造成的施工延誤。該機質量可靠，上下道靈活，易操作，用途廣泛，使用安全。動力強勁，可將路基下或亂石中的鋼軌、軌枕、轍叉心快速拉至目的地。

1.2 基本原理

1.2.1 系統組成。該裝置由主機架，內燃機，液壓馬達，繩輪，支撐架，夾持部分液壓多路換向閥，手壓泵，上、下道架組成。結構簡單，使用方便，易操作，故障效率低，性能可靠，可連續作業，上、下道便捷，前后運動推行自如，運行效果良好。是軌枕更換作業的一種專用設備，使用該設備將會節省大量的人力、物力，使效率提高，勞動強度降低，換枕速度加快。

1.2.2 技術原理。內燃液壓軌枕更換機主要是利用內燃機作為動力源，內燃機輸出的動力通過液壓馬達帶動輪軸上的鋼絲繩運動，鋼絲繩一端的環扣套在枕木的螺栓上，操縱桿的前進與后退控制著輪軸的轉動，從而帶動鋼絲繩運動，鋼絲繩通過導輪產生前后運動，來帶動軌枕移動，完成更換枕木的目的。

1.2.3 技術參數：（1）最大拉力：1500kg；（2）最大拉動距離：150cm；（3）振整機重量：460kg；整機尺寸325×107×123cm；（4）發動機功率：3.6kW；（5）大工作臂長110cm；小工作臂長53cm。研制和試驗

2.1 研制

2.1.1 調研及設計。按照預定的實施計劃，科研小組于2008年5月開始調研，對現場情況及存在的問題進行了詳細的調查，經過論證和深入分析，確定了設計方案及要實現的功能。

隨著鐵路運量的不斷提高，列車軸重的逐年加大，列車對鋼軌、軌枕及線路設備的破壞性也越來越大。特別是對軌枕的破壞日益嚴重，由于枕木的損壞造成線路不良、三角坑等線路病害及鋼軌傷損日益嚴重，給列車運行帶來了極大的安全隱患。

更換軌枕是一項繁重的體力勞動，需要動用大量的人員、民工，并且時間長，勞動強度大，容易造成工作人員的傷害，發生碰手、碰腳的工傷糾紛。采用先進的生產機械設備，不但能提高勞動效率，縮短施工時間，還能有效地減少工傷的發生，因此軌枕更換機是工務部門急需的一種先進生產機械設備，市場推廣前景廣闊。

2.1.2 實施。

基本思路：我們要研制的鐵路內燃液壓軌枕更換機，能將舊枕推出，新枕送進并定位，功能齊全，是一種非常合適我國國情的鐵路養護專用機械設備。

創新點：（1）利用起道小車，在不提升鋼軌有效高度的前提下，由人工換枕改為機械換枕，極大地減輕養路工人的勞動強度，并提高了換枕效率；（2）采用直線形移動裝置，可快速將舊枕推出，新枕送進；（3）采用擺式杠桿機構，可準確地將舊枕撥出原位，將新枕定入枕位；（4）采用快速上、下鐵路線傳動滾輪，可提高養路時的安全性；（5）采用特種輕質高強度復合新材料制做架體，具有重量輕、搬運方便、絕緣性能優良等特點。

2.2 試驗

首先研制一臺換枕機，進行使用、檢驗，對不足之處提出改進，得出最佳方案、結果，然后再改進生產、安裝，達到技術要求，實現創新與推廣使用。

2009年，經過廣泛調研，聽取航天航空部機電研究所、西安電務器材廠、興平工務器材機械廠、北京等有關專家意見，對設計理念進行了調整，重新定型設計。首先必須明白設計內燃液壓軌枕更換機是為了減輕工務部門換枕木的勞動強度，所以設計出來的機具應具有使用、安裝方便，并且動力強勁，能夠在松動的石碴中輕松的抽出和送入枕木。

因為工務作業全部是在野外，為了便于使用，減少攜帶的器具種類，設計為內燃機提供動力，這樣可以不用再攜帶發電機等笨重的設備。少量的更換軌枕一般是在運營中的線路上進行，因此，如何能快速的安裝和拆卸機具就顯得十分重要，經過多次試驗、改進、提高，最終的內燃液壓軌枕更換機由液壓馬達、繩輪、支撐架、夾持部分組成。結構簡單、使用方便、易操作、故障效率低、性能可靠，是軌枕更換作業一種較好的專業設備，使用該設備將會節省大量的人力，效率提高，勞動強度降低，換枕速度加快。

2.2.1 抽枕：（1）將抽換機放置在鋼軌上；（2）啟動起道小車將機器固定在鋼軌上；（3）操縱液壓馬達操縱桿，使離合器處于分離狀態（將操縱桿置于中間位置）；（4）拉動鋼絲繩，經導向輪從兩根鋼軌下穿過后將鋼絲繩環扣掛在軌枕最外端螺柱根部；（5）發動機怠速穩定時將液壓馬達操縱桿向上推，控制機器油門大小；（6）確認鋼絲繩環扣與軌枕螺柱根部扣掛好后可使發動機逐步加速，直至將軌枕抽出。

2.2.2 入枕：（1）將抽換機移一端鋼絲繩經機器大梁底部環繞另一端支架的導輪上；（2）啟動小車將機器固定在鋼軌上；（3）操縱液壓馬達操縱桿，使離合器處于分離狀態（將操縱桿置于中間位置）；（4）拉動鋼絲繩，經導向輪從兩根鋼軌下穿過后將鋼絲繩環扣掛在軌枕最外端螺柱根部；（5）發動機怠速穩定時將液壓馬達操縱桿向上推，控制機器油門大小；（6）確認鋼絲繩環扣與軌枕螺柱根部扣掛好后可使發動機逐步加速，直至將軌枕抽出。應用

內燃液壓軌枕更換機是為了適應現在列車速度快，運行密度大，造成工務施工不便的現狀而研制的，在使用的過程中可以大大縮短更換砼枕的時間，原來需要五六個人同時作業的工作，現在兩個人就可以輕松地完成，由于減輕了勞動強度，過去施工中碰手碰腳的現象已被杜絕。內燃液壓軌枕更換機使用方便，提高了工作效率。侯馬北工務段重點維修車間在侯西線清澗站陽光4道更換寬枕板、運城機場線冷庫門處（1.7km處）、南同蒲下行線張禮站1道（628km+800m處）更換砼枕共計約1000余根。使用內燃機做為整機動力來源，動力強勁，能夠適應運營區段的區間作業。操作方便，適合各種作業環境。提高工作效率，縮短施工時間，適合運輸繁忙的干線區段。減少施工人員人數，產生了一定經濟效益。根據實際調查，更換混凝土枕3分鐘/根（包含回填石碴）。現場反映情況良好。效果

該裝置由抽送軌枕、挖砟回填兩部分組成，實現了機械抽換軌枕、挖砟回填的功能，可降低勞動強度；軌枕更換部分利用液壓傳動原理，通過鋼絲繩、導輪產生往復運動，移動軌枕，完成更換軌枕的目的。不足

建議加強現場操作使用，進一步提高換枕的速度，優化結構設計。

參考文獻

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第二篇：復合材料的最新應用與研發動態2011

復合材料的最新應用與研發動態

時間:2011-11-6

點擊率:178 編者按：中國工程院院士杜善義關于“復合材料的最新應用與研發動態”的報告，不僅全面介紹了復合材料研究和應用的最新動態，而且從國家未來發展的視角提出了推進復合材料研發、制備與應用的建議，是一篇難得的美文。感謝杜院士提供文本在《力學園地》發表，以饗讀者。杜善義院士的簡介附于文后。

杜善義院士

復合材料的最新應用與研發

動態

哈爾濱工業大學 杜善義 引言

材料作為工業基礎，是工業革命的推動力，而具有優異性能與功能的新材料本身就是一種高新技術，是現代高新技術發展的物質基礎和先導技術。新材料是國家新興戰略性產業之一。作為現代工業和裝備的共性關鍵技術，決定著一個國家的裝備發展水平，可以說：“一代材料、一代裝備、一代產業”。隨著現代科技的發展，新材料的發展日益向著結構功能一體化、功能材料智能化、材料與器件集成化、制備與使用的綠色化、材料全壽命的低成本化、材料的復合化方向發展，特別是材料的復合化已經成為21世紀新材料技術發展最為重要的方向之一。

復合材料是由兩種或兩種以上材料復合而成的，組分材料間具有明顯界面，能夠充分發揮組分材料的各自優勢，并能獲得各組分材料所不具備的性能。它是二十世紀最重要的人工材料之一，成為繼金屬、陶瓷、高分子材料之后的第四類材料。從“二戰”玻璃纖維增強復合材料應用開始，到目前以碳纖維增強復合材料為代表的各種先進復合材料，由于其優越性能和可設計性等突出優點，備受關注。復合材料的發展大都以國防、航空航天需求為牽引，通過材料研發與應用水平的提高，不斷的更新換代，現已被推廣到航空航天、船艦、交通、能源、建筑、橋梁以及休閑等領域。

復合材料的主要優勢體現三個方面：(1)提高結構效率：復合材料具有高比強、高比模等突出優點，它的應用可顯著減輕裝備結構重量，從而增加有效載荷，節約能量消耗或提高效率；(2)結構/功能一體化：可實現特殊功能，提高抗極端環境能力，進一步提高結構的安全性和功能性；(3)智能化：可提高材料對服役環境的感知和適應能力，并產生革命性的效果。圖1給出了軍用運輸機和戰斗機中復合材料用量的變化情況，事實證明，目前先進復合材料的應用水平和用量成為衡量新一代裝備先進性的重要標志。

圖1． 復合材料在軍機民機中用量的變化情況

1.復合材料的應用現狀與趨勢

從材料的發展歷史可以看出，近幾十年來復合材料受重視程度一直呈上升趨勢，特別是21世紀以來尤為明顯，復合材料得到了國內外的充分重視。2003年美國國防部委托國家科學院調研的“面向21世紀國防需求的材料研究”報告中指出：“到2020年，只有復合材料才有潛力獲得20-25%的性能提升”，得到國際上廣泛認同。胡錦濤主席在2010年院士大會的講話中指出：“大力發展新材料和先進制造科學技術，??積極發展先進結構材料和復合材料、功能材料等”。2011年3月，在“十二五規劃”綱要中，“科技創新能力建設重點”的“技術創新工程”中重點提到了“碳纖維復合材料”。從應用態勢看，有下述四個方面的顯著特征。

1.1作用越來越大

先進復合材料在新型或現代裝備中的戰略作用越來越大，顯著提升了裝備性能和效能，在某些關鍵結構部位的作用呈現“不可替代”的趨勢。

2010年4月、2011年3月X-37B的兩次發射引起巨大轟動和廣泛關注，有可能在“太空軍事化”上產生革命性影響，其中先進復合材料功不可沒。在X-37B中使用了韌化單片纖維增強抗氧化復合材料(TURFOC)作為新型高溫熱防護系統，其最高溫度不低于1700℃，并且首次應用C/SiC復合材料作為熱結構，使用碳纖維/雙馬來酰亞胺復合材料作為主結構。大幅提升了飛行器的氣動性能、機動能力、有效載荷能力、可重復使用性能和結構可靠性。

圖2． X-37中所用的耐高溫TURFOC和碳纖維/雙馬復合材料主結構

2010年4月美國首次發射了HTV-2，在實現“全球快速到達”FALCON 新型戰略威懾和戰術打擊武器裝備的發展中邁出了最為重要的一步，HTV-2對熱防護要求極其苛刻，其中C/C復合材料結構的工程化應用是其重要的物質保障。在該飛行器中使用了1650℃的C/C復合材料、2000 ℃以上超高溫復合材料、多層高效隔熱復合材料技術和大面積復合材料熱防護結構技術。是目前世界上最大、最復雜的C/C復合材料結構，也是整體承力熱防護結構的首次工程化應用，大幅度提升了美國國防和工業界C/C研制及生產水平。

2011年，航天飛機將全部退役，“Orion”飛船將成為美國載人航天的重要手段，該飛船的熱防護和主結構復合材料技術取得了關鍵的技術突破，大幅度提高了載人飛船的可靠性和有效載荷能力。在“Orion”飛船擁有目前世界上最大的復合材料熱防護結構；其主承力結構采用新型樹脂基復合材料，大大減輕了結構重量，令隔熱層更薄，結構效率更高。其有效載荷能搭乘6名飛行員，返回艙可重復使用10次，其返回艙結構尺寸直徑達5米，成本降到1000萬美元。

無人機在情報、監視、偵察等信息化作戰中發揮越來越重要的作用，縱觀無人機的發展，從全球鷹到全球觀察者，再到西風和禿鷹，超輕超大復合材料結構技術是提高其持續能力、生存能力、可靠性和有效載荷能力革命性躍升的關鍵。

圖3． 幾種無人機復合材料用量和續航能力比較

上述幾個無人機大量使用復合材料，提高了覆蓋范圍和生存能力；大展弦比機翼不斷增大，增長了駐留時間；全復合材料無人機是主流發展方向；超大和超輕結構復合材料是其發展趨勢。

1.2范圍越來越廣

先進復合材料在裝備中的應用范圍越來越廣，不僅在航空航天領域進一步擴大，逐步拓展到陸地、海洋、信息等各個領域。

近年來，耐高溫陶瓷基復合材料在航空發動機一些熱端部件的應用取得進展，如F-35 發動機(F136)的第三級渦輪導向葉片，耐溫可達1200℃，但是重量比傳統材料部件明顯減輕(大約只有鎳合金的1/3和鈦合金的1/2)，這是陶瓷基復合材料在噴氣式發動機熱端部件的首次工程化應用。

樹脂基復合材料在航空發動機的較低溫區應用效果明顯，大幅減重和降低成本，如發動機風扇葉片和風扇機匣等位置，比如GE公司的F404發動機外涵機匣重量和成本均降30%，普惠公司的PW4084和PW4168發動機風扇葉片重量和成本均降30%以上。

現代信息化海戰對船艦的高隱身、高機動和長壽命提出更高要求，復合材料船艦結構技術將為提升裝備生存能力和壽命期可承受成本作出重要貢獻。美國加利福尼亞大學教授Robert Asaro說: “同一個多世紀以前在船舶結構中用鋼鐵代替木材一樣，這也將是一場技術革命”。比如美國朱姆沃爾特(Zumwalt)驅逐艦艦體和艙室使用碳纖維夾層復合材料，大幅提高了其隱身性能；美國新概念海軍艦艇M80主要結構采用了碳纖維復合材料，時速可達92 km/h，再如世界最先進的全復合材料隱身戰斗艦艇——瑞典的“維斯比”。復合材料的應用在抗腐蝕、輕量化、隱身和降低成本等方面效果明顯。

復合材料的應用在陸基裝備中同樣取得大量應用，包括戰術導彈結構、發射平臺、坦克裝甲以及橋梁等技術領域。比如戰術導彈的彈體、發射筒就大量采用了復合材料。在21世紀，復合裝甲已經成為主戰坦克的主要標志，如陶瓷-金屬復合材料、編織復合材料等。美國正在研究輕型復合材料便攜橋，20-40米，可承受100噸重量，在快速保障，提高生存能力、機動能力、作戰能力等方面發揮了重要作用。

透波和隱身技術是電子信息戰的重要技術領域。隱身材料的發展和應用已成為決定隱身技術發展的關鍵因素，既能隱身又能承載的多功能復合材料是一個重點研究領域。美國的空對地stanf-off遠射導彈(JASSM)開始應用，它主要配備給B-52，它的隱身功能的彈身難于被敵發現。JASSM由美國洛馬公司開發，進行了纖維創新應用、復合材料彈體由編織復合材料構成，利用RTM工藝制備。美國B-2隱身轟炸機和F/A-22隱身多用途戰斗機均在不同部位大量使用了結構型吸波材料，隱身復合材料成為先進隱身飛機、艦船、導彈及其它隱身武器的首選技術之一，大幅提高了生存能力和精確打擊能力。

1.3用量越來越大

先進復合材料在裝備中從非承力、次承力結構向主承力結構和全復合材料結構方向發展迅速，其用量越來越大，得益于TANGO ACT CAI等計劃，與原材料和復合材料制備工業界的關系也愈發密切

圖4給出了幾種戰斗機的復合材料用量對比圖，從F16到F22，從F35再到B-2，復合材料用量越來越大，F-35主要用在了機翼、機身、垂尾、平尾、進氣道等位置，而B-2采用翼身融合，廣泛應用了層壓板、蜂窩夾層結構、混雜，用量達到了50%。

圖4． 幾種戰斗機復合材料用量對比

歐洲A400M軍用運輸機在制造過程中廣泛使用了復合材料(英國GKN宇航公司負責為A400M制造復雜的炭合成翼梁)，其有效載荷大大超過現有的美制C－160和C－130大型運輸機。該機擁有高懸浮起落裝置，可以在短距離內完成起飛和降落；在執行空投和戰術飛行過程中，該機擁有很好的低速運行穩定性；該機還具備遠距離高速巡航的能力，可以執行長距離機動運輸任務。歐洲A400M運輸機可以進行空中加油，完成長距續航；同時在兩小時內，該機可改裝作為空中加油機使用。其復合材料用量達35-40%，其碳纖維復合材料機翼占翼結構重量的85%，減重20-25%，開創了大型復合材料運輸機機翼的先例

美國空軍實驗室和洛馬公司的先進復合材料運輸機(ACCA，現稱X-55A)計劃，主要驗證快速設計與低成本制造大型結構件的可行性。ACCA(X-55)減少零部件(從3000到300)和緊固件(從40000到4000)，機身全長19.8米全為碳纖維蒙皮和夾層結構，采用非熱壓罐成型(2010年1月完成了全尺寸的技術驗證機)。

1.4需求越來越強烈

隨著裝備向小型化、高性能化、高可靠性發展，其服役環境越來越惡劣、要求越來越苛刻，許多新技術和創新思想受限于材料技術,軍用復合材料成為大幅度提高性能、拓展服役條件最為重要的技術途徑，需求越來越強烈。

美國的SHARP、德國的SHEFEX、意大利的USV等一系列計劃都將UHTCC(陶瓷基復合材料)作為重點發展材料，未來滑翔式機動戰略彈頭、天對地精確打擊再入飛行器以及演示驗證飛行器上都有巨大應用潛力。2000℃以上長時間非燒蝕的特性要求，使得在全世界范圍內開始重視發展UHTCC。

長時間超高溫結構完整性要求是高超聲速飛行器關鍵部位熱防護系統設計首先必須解決的技術瓶頸問題，陶瓷基復合材料體系是最有望成為解決此問題的有效技術途徑。美國軍方認為超高溫陶瓷技術的突破，給飛行器設計帶來的革命性的變化，目前UHTC材料作為銳型前緣不影響氣動性能的使用溫度可達到2830℃，可重復使用溫度超過2300 ℃。

圖5． 超高溫區材料的發展趨勢

美國DARPA的“綜合傳感器即是結構”(ISIS：Integrated Sensor is Structure，ISIS)是高分辨率持久信息、監視和偵查能力的創新概念，是一個續航性能極高的戰場監視平臺，目前來看其艇身材料需求與現狀相差較大，大型輕質和多功能復合材料結構是其關鍵技術瓶頸之一。

2.復合材料技術發展動態

復合材料的原材料、制造和工藝設計與新型復合材料得到了足夠的重視和發展。

隨著復合材料在新一代裝備中應用需求不斷增加，主導復合材料性能的增強體向高性能、低成本方向跨越性發展。以最具有代表性的增強體碳纖維為例來看，未來幾年碳纖維市場需求持續增長，2010年，碳纖維在工業領域的需求占到50%，宇航領域占25%，其它領域占25%。而且繼T800、T1000之后，Zylon、HS、M65J、M5等PAN基高強、高模碳纖維以及無機(陶瓷)、有機(PBO、芳綸等)纖維也得到了充分的重視和發展。不僅如此，研究也表明纖維缺陷尺度和石墨片層的有序度是決定纖維性能的兩大要素，提高小絲束性能，研發性價比更高的大絲束碳纖維是今后的一個發展方向。而基體材料則強調強韌性、功能性和工藝性的協調發展方向。

圖6． 碳纖維的需求趨勢

隨著裝備需求的不斷擴大，對于樹脂基復合材料提出了更多、更高的發展需求，一些雙馬(BMI)和聚酰亞胺(PI)類樹脂韌性、耐溫性不斷提高，工藝和成本不斷降低。B-2轟炸機尾部使用了新型耐高溫聚酰亞胺樹脂AFR-PE-4，提高耐溫能力和抗聲振能力，降低維修成本和時間。

復合材料制造工藝非常重要，占復合材料成本比例很大，且對其性能影響很大。自動化、新工藝以及無損檢測技術是先進復合材料制備的重點發展方向，以自動鋪帶技術(ATL)和自動鋪絲技術(AFP)為代表的自動化制造裝備在大型主承力結歐洲A400M飛機就采用了以鋪帶技術為主的自動鋪放技術。

圖7． A400M 大型軍用運輸機翼梁

以非熱壓釜工藝和液體成型為代表的低成本工藝技術也發揮越來越重要的作用，并有望成為降低復合材料成本的關鍵技術。利用新工藝使裝備的零件數減少一個數量級，更易制造復雜構型結構。比如美國陸軍CH-47運輸直升機，利用新工藝后，其發動機吊架結構元件總數從277減少到72，這些元件使用的緊固件也從2526減少到845。僅上甲板的元件數就從100個下降到5個。

復合材料的設計水平在一定意義上決定其應用水平，應充分發揮復合材料的優越性能，科學設計，減輕重量，提高可靠性，降低成本，不能簡單用“好材料”，而是要“用好”材料。

復合材料作為一種新材料，隨著材料科學、技術和應用水平的不斷提高，新型復合材料，如納米復合材料，智能復合材料以及仿生復合材料不斷出現，這也是其技術發展的一大趨勢。

3.我國未來發展的幾點思考

對于我國而言，復合材料的用量和水平將是制約我國攻防對抗體系的綜合能力的主導因素之一，鑒于我們目前的發展現狀，應考慮在以下幾個進行加強和深化。

(1)、高性能增強體的研發，特別是高性能碳纖維的研發非常重要，應進一步加強T300級碳纖維性能穩定性和工程化研究和開發；加強T800、T1000級等中高端國產碳纖維的預先研究，重要裝備的發展應立足于國產碳纖維。

(2)、從長遠發展來看，應在國家層面上繼續推動新裝備、新工藝發展的重大研究計劃，提高我國復合材料的制備能力。國外復合材料在F-

22、F-35和B-2等裝備上的成功應用，主要依賴于其先進的復合材料工藝和生產裝備；雖然Boeing、AirBus都在中國建廠合作生產部件，但裝備和工藝方面的核心技術仍受其控制，軍用方面的技術更是進行了嚴格的技術封鎖。

(3)、進一步加強設計、分析、檢測和評價技術研究，提高復合材料應用技術成熟度；準確把握我國復合材料技術現狀和趨勢，“用好”材料，而不簡單是用“好材料”。設計理念上從全壽命周期考慮性能和成本問題，發揮一體化設計優勢；不能把壓力完全轉加給材料，需要認清材料，敢用材料，善用材料。

(4)、重視和加強新型復合材料與技術的研發進程，推動概念驗證-技術突破-驗證轉化，與國外同步發展的有潛力的新興技術不能輸在起跑線上。進一步加大基礎研究支持范圍和力度，包括一些有潛力但暫時還不能產生明顯軍事效益的技術；建立“概念驗證-技術突破-驗證轉化”的良好機制和加速發展策略!

杜善義院士簡介：

杜善義(1938—)，遼寧省大連人。哈爾濱工業大學教授、博士生導師，力學和復合材料學家，中國復合材料學會理事長，1964年畢業于中國科學技術大學，1999年當選中國工程院院士，全國人大代表(第十屆、第十一屆)。

現主要兼任：總裝備部科技委兼職委員，國家國防科技工業局科技委委員，國家安全重大基礎研究計劃專家顧問組成員，國家重點基礎研究發展計劃專家咨詢組成員，中國商用飛機有限責任公司專家咨詢組成員，國家自然基金委重大研究計劃指導專家組組長等職。

解決了熱防護材料與結構中的若干關鍵理論與技術問題，突破了材料超高溫力學性能測試技術，提出“非燒蝕”防熱材料概念；將細觀力學推廣到先進復合材料力學分析中，提出了“設計/分析/評價”一體化研究方法；發展了隨機夾雜理論，在壓電、鐵電與功能梯度材料等的多場耦合分析和力學性能預報方面做出貢獻；開展了智能復合材料與結構研究，為推動其在航空航天和基礎設施等領域的應用做了大量開拓性工作；重視和善于人才培養與團隊建設，20余人次獲國家級人才獎勵，團隊獲國家自然基金委創新群體、國防科技和教育部創新團隊資助；在國家多項重大工程與研究計劃中擔任專家，在論證和實施中發揮重要作用。獲國家科技進步二等和三等獎各1項、國家技術發明二等獎1項，省部級一等獎5項，并獲光華科技基金一等獎、航天獎和何梁何利科學與技術進步獎。發表論文200余篇，撰寫了《復合材料細觀力學》、《智能材料系統及結構》等著作10部，已培養了71名博士。

第三篇：化學自制教具的研發與應用

化學自制教具的研發與應用

化學新課程中的實驗與傳統課程中的實驗相比，在內容的選擇、設計和呈現方式上，都發生了很大的變化，表現出了生活化、趣味化、探究化的新特點，這給化學教師的實驗教學研究提出了更高的要求。然而在現今中學理科實驗配備中，能適應新課程實驗改革的教學用具并不多。因此，貫徹執行與新課程相適應的實驗教學理念，鉆研教材教法、研制實用教具成為一種教學需要。

一、化學自制教具的涵義及其在教學中的作用

1、自制教具的涵義

教具是指在教學過程中使用的具有教學特點、體現教育思想、教育目標和教學方法的實物、模型等輔助課堂教學的直觀教學用具。自制教具，顧名思義，則是指利用身邊的廢舊材料、易得物品，采用簡單可行的方法，自己設計、制作的教具。它是教師在把握了深入理解教材，充分了解學生，精心設計教學過程這三者聯系后的產物，是滿足教學需要的工具，是教學效果的有效支撐和補充。這里需要指出的是化學自制教具的范圍非常寬泛，它可以是傳統的粉筆、黑板擦等，也可以是先進的傳感器等電教設備。

2、自制教具在教學中的作用

（1）自制教具，展示了教師的教學獨創性

自制教具是教師根據教學經驗對課堂教學行為進行創新的一項活動。它針對教學中的重點、難點和急需解決的問題而設計制作，融教師的教法和學生的學法于一體。這種設計制作改變了以往平鋪直敘的課堂教學模式，極大地補充了教材資源、優化了教學結構，教師教得輕松而愉快，學生學得扎實而透徹。這都充分地展示出了教師的教學獨創性。

（2）自制教具，激發了學生的學習積極性

新課程標準特別關注學生的興趣與好奇心。特別關注學生的求知欲望。而自制教具貼近生活，有較強的針對性與趣味性，用它來呈現科學現象，探索科學規律，學生感到親切，感到好奇，感到興奮。因此在教學中，利用自制教具適時適度地進行演示，有意識的創設出好奇情景，可以最大限度地激發學生的求知欲望，從而提高他們的學習主動性。其作用是一般的現成教具所無法比擬的。

（3）自制教具，提升了化學教與學的廣度和深度 對同一教材的同一內容，不同的教師可能在教學中有不同的處理。而即使是同一教師教同一內容，面對的教學對象不同，需要采取的教法也可能不同。因此，在研究不同教學方法的同時，就伴隨著研制適應教學要求的不同的教具。而不同教具的研制成功，也就帶來了不同教法的成熟。進而言之，新教具的成功和新教法的成熟，又提升了化學教與學的廣度和深度。

二、基于需要的化學自制教具研發源泉

1、研發源于學生觀察的需要

演示實驗最主要的教學任務是將實驗現象的變化展現在學生的眼前，并引導學生觀察、思考，從而解決問題，這是一種最有效、最直觀的教學手段。然而在目前以45～50人為主的班級組織中，教師在講臺上演示的實驗現象并不能讓班級所有的學生都能清晰的觀察到，尤其是座位較后的學生。基于這種需要，就應自制教具，以放大實驗情景。

教具1：多功能實驗儀器籃

【制作背景】

傳統的實驗儀器籃功能單一，只用來盛放上課演示實驗用的儀器藥品等（如圖1a），對于一些不能拿在手中邊做邊講的演示實驗，如反應非常劇烈的實驗或成套的物質制備實驗，其只能放在講臺上演示，這就局限了學生的觀察視野（如圖1b，坐在第二排的同學就已經看不清講臺上的演示實驗了）。因此想到我們每次實驗必帶的實驗提籃，可在（如圖1a）基礎上進行改造（如圖1c），以充分挖掘它的另一功能——增大演示實驗的可視性。

圖1a

圖1b

圖1c

圖1d 【使用方法】

如圖1d，拿出實驗用品后，將其倒置在講臺上，便可在上面進行演示實驗，即使最后排的學生，也能清晰地觀察到實驗的現象。【教具特點】

本教具在不增加其它輔助用具的前提下，充分開發出了演示實驗提籃的雙重功能，既可盛放演示實驗所需用品，又可增大演示實驗的可見度和直觀性。

2、研發源于教學設計的需要

設計并使用自制教具是為了輔助教學。教師在對教材中的工業流程圖、化學發展的歷史等進行教學設計時，若能適應教學需要自制出教材中所沒有的形象教具，則將有助于學生的觀察、理解和記憶，并為他們盡快地掌握知識而創造條件。

教具2：硫酸的制備流程示教板

【制作材料】

大瓶空飲料瓶（2.5 L）3個、軟塑料管、泡沫塑料 【制作方法】

利用3個大瓶空飲料瓶（如圖2a），依次制作好硫酸制備流程中的三個重要裝置模型：沸騰爐、接觸室、吸收塔（如圖2b）。

圖2a

圖2b 【教具特點】

本自制教具的使用，給了學生感性的、形象而具體的知識，增強了教學效果。同樣，利用此想法，還可制作出工業制備硝酸的流程示教板、煉鐵高爐模型等。

3、研發源于學生理解的需要

在化學教學中，常有這樣的教學需求：宏觀知識縮微描述，微觀知識放大描述，抽象概念形象描述。但每遇此類教學需要，卻常感無現成教具之苦。教師教得困難，學生學得吃力。而自制教具具有很強的針對性和靈活性，它應教學中遇到的學生知識理解上的難點而設計。如在講解鹽的雙水解原理時，教材無現成實驗輔助說明，學生理解起來有如空中樓閣。而自制的簡易泡沫滅火器，有效地減輕了學生學習該抽象原理時的困難，并為他們盡快地掌握概念和規律創造了條件。

教具3：自制泡沫滅火器

【制作材料】

礦泉水瓶（550 mL）1瓶、棒棒冰1個 【制作方法】

（1）去除棒棒冰內部的棒冰，配制飽和的Al2(SO4)3溶液（如圖3a）。（2）在空礦泉水瓶的上部用針扎幾個小孔，并在瓶中加入適量小蘇打固體；在棒棒冰里面加滿飽和的Al2(SO4)3溶液（加少許洗滌劑），并將其置于裝有小蘇打固體的空礦泉水瓶中，擰緊瓶蓋，正放于桌上（如圖3b）。

（3）用手指堵牢第（2）步制好的礦泉水瓶上的小孔，并將礦泉水瓶倒置（使Al2(SO4)3與NaHCO3接觸），上下振蕩幾次，對準酒精燈火焰，松開堵小孔的手指（如圖3c），反應產生大量的白色泡沫，并很快將火焰撲滅（如圖3d）。

圖3a

圖3b

圖3c

圖3d 【教具特點】

通過該教具的使用，加深了學生對Al3+與HCO3-水解相互促進而產生Al(OH)3和CO2的理解，同時還增強了課堂教學的趣味性。

4、研發源于示錯教學的需要

在進行課堂演示實驗時，教師通常的做法是將正確的實驗操作示范給學生，但學生在進行分組實驗時，操作卻往往規范不起來。究其原因是學生不知道操作不規范到底會有怎么樣的后果。因而，教師在進行實驗操作示范教學的同時，也要適當地運用一些示錯教學法。

教具4：濃硫酸稀釋操作示錯教學儀

【制作材料】

具支試管（25 mm×200 mm）、單孔橡皮塞、直角玻璃導管、乳膠管、醫用注射器、小氣球、雙面膠 【制作方法】

（1）在具支試管的支管口系一小氣球，在直角玻璃導管的上端用雙面膠粘一張pH試紙，將吸有少量水的注射器通過乳膠管與直角玻璃導管連接起來（如圖4a）。小心地往試管中緩緩注入約為試管容積1/4的濃硫酸，然后，立即將單孔橡皮塞塞到試管口上，并旋緊。

圖4a

圖4b

（2）輕推注射器的活塞，并將水緩緩注入到濃硫酸中。濃硫酸遇水釋放出大量的熱，氣球快速鼓起，同時注入濃硫酸的水立即沸騰，夾帶著酸液向四周飛濺，粘在導管上的pH試紙遇到濺起的酸液而出現很多紅色的斑點（如圖4b）。【教具特點】

學生通過氣球膨脹，直觀地體會到濃硫酸溶于水放出大量熱的事實，同時pH試紙上的紅色斑點直觀地顯示了酸液濺起的高度，從而使學生清晰地認識到“把水加入到濃硫酸中進行稀釋是一種錯誤的實驗操作，它極易釀成安全事故”。通過這種示錯性教具的使用，學生知道了規范實驗操作的重要性。

5、研發源于實驗方法的需要

在實際的教學過程中，教具為教學效果的提升起到了極大的幫助。然而隨著新材料和新方法的出現，原有的教具不再適應教學的需要，這時就需在原有教具的基礎上，或調整、或改造、或更新、或創制新的教具。

教具5：吊針式吸氣裝置

【制作材料】

大瓶空飲料瓶（2.5 L）1個、乳膠管、具支試管（25 mm×200 mm）、玻璃導管、橡膠塞（單孔、雙孔各1個）、止水夾 【制作方法】

（1）在飲料瓶的瓶蓋上打兩個孔，將帶有導管的雙孔橡皮塞的導管從瓶塞上穿過，在飲料瓶中裝滿水，擰緊瓶蓋，將飲料瓶倒立在鐵架臺的鐵圈上，另一空瓶放在其下面用于待接水，此時，上瓶中的水不能流下（如圖5a）。

圖5a

圖5b

（2）緩緩打開止水夾，上瓶中的水受重力作用將流下進入到下面空瓶中，上瓶內形成負壓，將反應產生的氣體吸入具支試管中并形成連續的氣泡（如圖5b）。吸氣的速率可由止水夾閉合的大小來控制。【教具特點】

原有教具的最大缺點是產生的氣體不能很快地被試劑所吸收，而此教具通過負壓 原理將氣體很快地匯集起來，并通入到具支試管內的試劑中，從而使得實驗效果更加的明顯。此外，該教具還可用作檢驗可燃物（如木炭、甲烷等）在空氣中燃燒后是否有CO2生成，以及火柴頭中是否含有硫元素等。

6、研發源于分組實驗的需要

隨著課程改革的逐步深入，學生化學分組實驗越來越多。對于有一定規模的學校來說，往往一次實驗準備的液體藥品只夠幾個班級使用，后續班級的實驗要能順利進行，就必需及時、快速地添加液體藥品，但像H2SO4、NaOH溶液等液體藥品是盛放于細口試劑瓶中，而實驗時常用的細口試劑瓶的規格有60 mL、125 mL、250 mL，它們的瓶口直徑均約為2 cm，瓶口太小。因此如果直接向細口試劑瓶中添加溶液，溶液就很可能灑落到試劑瓶外而造成藥品的浪費。如果通過漏斗向細口試劑瓶中添加溶液，盡管可以避免溶液灑落到試劑瓶外，但由于添加液體時試劑瓶中的氣體無法順利導出，而致使液體不能快速地進入到試劑瓶中。因此，為保證實驗教學的順利進行，就需自制出適應學生分組實驗要求的教具。

教具6：PVC三通管式快速加液器

【制作材料】

普通漏斗1個，PVC三通管（管口直徑3.2 cm，長度7 cm）1個。【制作方法】

（1）取一PVC三通管（管口直徑3.2 cm，長度7 cm），如圖6a所示；將普通漏斗置于PVC三通管上，如圖6b所示。

圖6a

圖6b

（2）將該教具置于待加溶液的細口試劑瓶上，通過漏斗添加試劑，如圖5c所示。

圖6c 【使用方法】

按圖6c所示裝置向細口試劑瓶中添加溶液。【教具特點及用途】

（1）特點：本教具將PVC三通管與普通漏斗結合在一起，既解決了添加液體時試劑瓶中的氣體不能順利導出的問題，又解決了添加液體時溶液易灑落到試劑瓶外的問題。

（2）用途：本教具既可實現細口試劑瓶中液體藥品的快速添加，也可實現酒精燈中酒精的快速添加。

7、研發源于教育技術的需要

在科學技術發展的今天，自制教具應不斷地突破傳統的實驗技術，較快地將現代科技融入其中，以提升現有教具的功能。比如在進行中和滴定實驗時，傳統的操作只能進行最簡單的酸堿滴定，而對滴定過程中突躍現象的展現卻無能為力。但若在現有教具的基礎上結合傳感器技術，則可非常清晰地將滴定的全過程呈現在學生的面前，從而使學生更好地理解滴定的實質。

教具7：原電池放電效果演示器

【制作材料】

電流傳感器、數據采集器、電腦、塑料小盒（1個）、鋅片、銅片、1.0 mol·L-1 CuSO4溶液

【制作方法】

（1）將電流傳感器的兩極分別與Zn、Cu相連，并將Zn、Cu置于1.0 mol·L-1 CuSO4溶液中，再將數據采集器分別與電腦和電流傳感器相連（如圖7a）。

圖7a（2）打開朗威DIS Lab實驗軟件，點擊“通用軟件”，再進行校正工作后，點擊“系統控制”的“開始”按鈕。將兩電極間的間距先減小后增大，系統顯示出如圖7b所示的圖形，說明減小電極間的間距可提高原電池的放電效果。同樣的方法，利用該教具還可進一步做如下實驗：①探究不同電極對電流的影響；②探究不同溶液對電流的影響；③探究電極面積對電流的影響。

圖7b 【教具特點】

定量研究是在定性研究基礎上進行的更高層次，通過該教具的使用，學生直觀地看到了影響原電池放點效果的幾種因素。

8、研發源于增強興趣的需要

利用生活中的材料自制的教具可以激發學生的學習興趣。教師要利用學生對實驗的熱愛，組織好實驗教學。根據教材的要求和特點，精心自制一些對學生具有吸引力的演示實驗教具，努力使化學課節節有收獲，節節有興趣。如學生在學習原電池原理后，通過自制水果電池，不但更好地理解科學知識，更感受到了科學的魅力。

教具8：易拉罐（鋁）—空氣燃料電池

【制作材料】

鋁制易拉罐、枯木炭、導線、海綿、二極管（或小功率風扇）、活性MnO2粉末、飽和食鹽水（或濃NaOH溶液）、H2O2溶液 【制作方法】

（1）制作燃料電池正極：取一枯木炭（市場上有售或用火燒過的也可），在海綿上平鋪一些活性MnO2粉末（如圖8a），并用此海綿將枯木炭包裹好（如圖8b左圖）；制作燃料電池負極：取一鋁制易拉罐，用剪刀去除易拉罐的罐蓋（如圖8b右圖）。

圖8a

圖8b

（2）將制作好的燃料電池正極放入易拉罐中，并在其中加入半罐的飽和食鹽水（為增加O2的量，可在飽和食鹽水中加入少許H2O2溶液），分別用導線將兩電極與二極管的正負極相連（如圖8c），或分別用導線將兩電極與小功率風扇的正負極相連（如圖8d）。

圖8c

圖8d 【教具特點】

該教具制作簡單，可由學生自己動手實現，大大提高了學生學習電化學知識的興趣，并使學生感受到了化學科技的魅力。同時該教具的制作材料均來源于日常生活，極大地拉近了化學與學生的距離。

三、關于化學自制教具研發的幾點思考

1、教師應多參加一些自制教具相關的活動

大力開展自制教具活動，有利于促進教師以突出教學重點、突破教學難點為目的，以原有實驗不足或教學過程中出現的新問題為突破口，而更加深入地挖掘教材，并鉆研實驗教學的規律。因此，教研部門要廣泛開展一些自制教具相關類的活動，并制定獎勵政策，鼓勵更多的教師參與其中。

這種活動可以以教具評展的形式進行。如國家教育部為促使自制教具活動健康發展，在各地自制教具評展活動的基礎上，每隔三年舉辦一次全國優秀自制教具評選活動，由教育部教學儀器研究所負責，該活動每次都能得到廣大教師的支持，并涌現出了一大批優秀的自制教具。依據這種全國性的活動，浙江省每次也相應的舉辦全省優秀自制教具評選活動。省屬的縣市區同樣也相應的舉辦了地區性的優秀自制教具評選活動。通過這種自下而上的活動，每次都能涌現出很多優秀的自制教具能手，并帶動了一大批青年教師的積極參與。這種活動還可以以教具自制培訓的形式進行。如學校可以將教具制作納入學校校本培訓計劃之內，利用網絡資源，從網上收集有關教具制作的文章作為培訓的內容，或結合教材內容，邀請有經驗的教師示范指導，講授教具制作的方法和手工技能。所以，不管教師以哪種形式參與了自制教具活動，其自制教具的能力一定能得到極大程度的開發，因為看看別人的構思與制作，見得多了，想得多了，視野也就自然而然的開闊了。

2、教師應多參閱一些學科相關類的期刊

教具制作活動是一種運用已有知識和技能，設計方案、選擇材料、加工組裝成新產品，并且加以運用，進而獲取新知識的綜合性探究實踐活動。這需要教師具有豐富的實驗知識和過硬的操作技能。因此，教師在平時應多參閱一些學科相關類的期刊雜志，如北京師大雜志《化學教育》“實驗教學與教具研制”欄目，華東師大雜志《化學教學》“實驗研究”欄目，陜西師大雜志《中學化學教學參考》“實驗園地”欄目，南京師大雜志《化學教與學》“實驗教學研究”欄目，長沙理工大學雜志《實驗教學與儀器》“自制教具”欄目，教育部教學儀器研究所雜志《教學儀器與實驗》“儀器自制與改進”等欄目中的大量文章均介紹了化學實驗教學及教具研制方面的新鮮經驗和成果。如果教師經常翻閱這些雜志，那么，一定會從雜志中尋找到新鮮的教具設計與制作的靈感。

3、教師應多關注一些身邊的事物

在日常生活中，很多隨手可得的東西：一個飲料瓶，一只雞蛋，一張紙，一個氣球……，都可以成為我們教具的來源。如在實驗中用廢針筒和廢輸液壺或者礦泉水瓶和氣球等做成簡易的氣體發生裝置，用輸液管來代替導氣管，用輸液管上的開關來代替止水夾，用廢輸液袋來收集氣體等等。所以生活中并不缺少可利用的教具，而是缺少發現教具的眼睛。只要我們平常超市購物、醫院看病時善于發現，善于利用，多留個“心眼”。那么生活中很多器具和廢舊材料都可用來做教具，我們可以直接來用，也可以簡單組裝后再用，正如壇壇罐罐當儀器，拼拼湊湊做實驗。

總之，要制作大量適合教學的教具，平時必須做到“四留心”：留心學生：知道學生急欲解決什么樣的共性問題，對哪些問題感興趣；留心教具：知道現有的教具有什么特點，還需要補充改進或制作什么樣的教具；留心材料：知道有哪些新材料的應用，這些新材料用起來如何得心應手；留心技術和方法：知道怎樣應用新的技術和方法去研制教具。

第四篇：1880熱軋液壓活套分析與應用

熱軋1880新裝備&新技術

1880熱軋液壓活套分析與應用

王啟堯 謝捷

寶鋼分公司熱軋廠1880 設備車間，上海 201941 摘要1880熱軋活套采用新型伺服液壓系統，比一熱軋、二熱軋活套馬達控制方式響應更快、精度更高。本文主要從液壓活套的伺服控制系統應用與電氣控制方式等方面進行著重分析。1880熱軋活套控制系統除了傳統控制方式之外，還有較為先進的張力與角度結耦控制的ILQ控制方式，前機架間還可以選擇投入微張力控制。針對三熱軋活套的特點，對活套的控制方式和時序進行研究分析，提高活套在生產過程中的穩定性。關鍵詞 液壓系統、伺服閥、單位張力、ILQ控制

1880 hot rolling mill adopts new type hydraulic servo control system.，which have Abstract：quick response and high accuracy than the motor control loopers in NO.1 and NO.2 hot rolling mill.The thesis mainly analyzes the aspects for the application of hydraulic looper servo control system and electrical control.Besides the convention control mode，there is also ILQ control mode in NO.3 hot rolling mill，which uses the coupling control in tension and angle.It also can choose to use looperless control in the frontal stand.It analyses the control mode and timing through the loopers characteristic in NO.3 hot rolling mill in order to advance the looper stability in production.Keywords：Hydraulic system Servo valve unit tension ILQ control

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1.引言

目前，世界上帶鋼熱連軋生產中的活套有電動和液壓2種，電動活套采用低慣量快速直流電機驅動，一般從起套到升至工作角約0.5秒，到建立給定的張力則共需1S左右，又根據電動活套系統中電機的轉矩與帶鋼張力轉矩、重力轉矩之合成轉矩成對應正比關系，以及電動機轉矩與電流對應正比關系可知，直流電機的電流便是電動活套張力控制系統的主要控制對象，通過對電機電流的動態調節，可起到活套對帶鋼恒張力控制的工藝目標。而液壓活套系統慣量更小，快速性和追隨性更優，從起套到建張的時間遠小于1S,液壓活套主要以安裝于液壓缸內有桿腔、無桿腔里的壓力傳感器通過檢測實際液壓缸輸出力，并借助對應系統設定模型，將該輸出力與活套對帶鋼的張力關聯起來，來達到對帶鋼恒張力的控制目標。后者控制方式更為簡便且應用設備成本相對前者要低。因而，液壓活套的應用越來越廣泛。

圖1 液壓活套外形圖

2.液壓活套控制系統應用分析 2.1 帶鋼張力計算模型的解析 2.1.1傳統帶鋼張力計算模式

傳統的帶鋼張力控制采用的是開環控制方式，在基于確定活套轉角和高度的條件下，系統主要依據L2模型設定的參考值來自動控制活套驅動油缸的液壓力輸出，以達

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到恒張力控制的要求。

圖2 活套結構幾何模型圖

如圖2所示，，，；油缸擺角；

由此，可首先依據上文中套量與活套轉角之間的對應關系求得活套轉角θ的實際數值，然后由油缸內部的位臵傳感器檢測出油缸活塞桿的實際位移量，得出此刻l3的測量值。同時又因為，可分別求出γ和油缸擺?的值。

因為Q點是轉動支點，所以液壓缸驅動力在P點的力矩TLP和活套在R點的力矩相等，即TLP?TR?T。根據圖2，表達式細化為T?FRR1?F2l2。而F2與液壓缸輸出力F2之間的關系式為F2?FLCOS(2－γ－ψ）＝FLCOS(?＋?－γ）,因液壓缸驅動力FLπ可根據壓力傳感器檢測出的油缸無桿腔、有桿腔的壓力值分別與活塞作用面積的乘積的差值來求出，即FL?PHEAD*AHEAD?PROD*AROD。

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由此，便可根據上述條件和已求得的參數值來計算出力矩TLP的實際值{TR?TLP?l2*FLcos(?????)}，為下文的帶鋼張力傳統計算模式提供必要的處理數據。

活套所受的載荷力矩如下關系式描述：

1)帶鋼張力作用在活套上的力矩：

；

f3(?)A?

A-帶鋼橫斷面截面積(mm2)，?-帶鋼橫斷面上單元面積的張力值〔MPａ〕，2)帶鋼重力作用于活套上的力矩

f4(?)?gRW1S/2cos?

?9W??WhL?10(kg), R1為活套輥中心到支點的力臂 S帶鋼重量

3)活套自身重力作用的力矩f5(?)

f5(?)?gRGWLcos?

RG為活套輥在支點處的力臂，WL為活套自身的重量，依據1880圖紙得到RG＝194mm, WL=1590kg；

4)帶鋼彎曲力作用在活套上的力矩：f6(?)

33f(?)?4E/L?Wh(R1sin??H1?R2)R1cos? 6根據材料力學彎曲力公式可演化得到

此時，依據前文總結的活套所受力矩平衡公式，TLP?TR?T，T?FRR1?F2l2, F2?FLcos(?/2????)?FLcos(?????)等求出T的實際值，再由等式 T=+

＋

＋, 便可求出液壓活套在工作狀態時所需要保證的帶鋼橫斷面上單元面積的張力值

〔MPａ〕

2.1.2 融合LOAD CELL后的帶鋼張力計算模式

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1)帶鋼張力作用在活套輥上的分力合：FT(N)

作的角平分線，然后將BA、AC段上的張力分別向的角平分線上投影，便可得到帶鋼張力作用在活套輥上的分力合。

=

2)帶鋼重力:

FS?gWS/2 3)帶鋼彎曲力：

FB?4EWh3(R1sin??H1?R2)/L3 4)活套輥重力：

L/C5)load cell 所測的合力 F

由此，可列出load cell測量值與活套輥所受的各種載荷之和的平衡方程：

FL/C?FL/COP?FL/CDR?(FT?FS?FB)?cos(?????)?FL 上式中，；?為load cell的安裝角度，如下圖3所示；

圖3 load cell 裝配位臵示意圖

因而，〔MPa〕 ?帶鋼橫斷面上單元面積的張力值如此，便可獲得液壓活套在工作狀態時所需要保證的帶鋼張力值。2.2 活套控制方式 2.2.1ILQ控制方式

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1880活套除了具有傳統控制方式之外，還有ILQ控制方式。與傳統控制方式不同的是ILQ控制方式中活套的張力與套量都是閉環控制，且張力和套量還有結耦控制。在真正的軋制控制中主要保持活套套量不變而對活套的張力進行調節。同樣當前機架的速度發生變化時，會導致機架間的流量不平衡，ILQ控制方式就是保持活套值迅速增加一個額外的角度α值而保持角度不變，通過改變前機架的速度來達到調整機架間的張力，保持機架間的流量平衡。ILQ控制方式活套套量的波動比較小，相對而言對于張力調整量的值也不是很大，運用了張力和角度的結耦控制，精度比較高。但是也正是由于ILQ控制是雙閉環控制和結耦控制，使得在起套和落套時相對不太穩定，所以在起套和落套時我們仍然使用傳統的活套控制方式。

圖4 ILQ控制原理圖

2.2.2微張力控制方式

當軋制厚板時，由于厚板比較難以彎曲，使用活套控制會造成控制的不穩定，所以在機架間我們可以采用微張力控制，也就是不使用活套的機架間張力控制。三熱軋FE1-F1，F1-F2，F2-F3之間具有微張力控制功能，需要注意的是F2-F3之間的微張力控制只有當F1機架空過時才能實現。當活套發生故障時，在緊急情況下我們也可以使用微張力控制。微張力控制可以預估帶鋼的張力，通過預估的單位張力來控制機架間的張力。

微張力控制原理如下圖所示，L2下發一個機架間的單位張力，該單位張力通過機架的側壓頭測得的軋制力、軋制力矩、以及PLC計算得到的機架出口厚度、L2下發的帶鋼寬度、和L2下發的影響系數計算得到的實際單位張力進行補正，補正后的單位張力通過PI調節器之后得到前機架的速度修正值來調節前機架的速度，從而進行機架間的單位張力調節。

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圖5 微張力控制原理圖

機架里側壓頭采樣得到的軋制力、軋制力矩經過計算后得到的單位張力實際值的準確性對于微張力控制也十分關鍵。當Fi機架咬鋼時，Fi＋1機架的側壓頭開始采集軋制力，采樣周期為CPU的掃描周期50ms一次，當采集滿50次之后計算一次軋制力的平均值，之后再采集到的數據就覆蓋最前面一次掃描周期的數據，保證計算得到的軋制力的平均值是最新采集到的50個數據的平均值。當然在Fi＋1機架咬鋼之前軋制力基本為0，在Fi＋1機架咬鋼后軋制力開始變化。當Fi＋1機架咬鋼時有一個鎖定值，微張力開始控制，通過采集到的最新50次的軋制力、軋制力矩的平均值，以及Fi＋1咬鋼后PLC計算得到的Fi＋1機架的出口厚度和L2下發的出口寬度的設定值以及L2下發的影響系數，計算得到帶鋼的實際單位張力。圖10是軋制力、軋制力矩采樣方式。

圖6 軋制力、軋制力矩采樣方式

3.設備維護關鍵要素分析

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3.1 活套輥變形在線檢測手段研究

依據2050熱軋生產線實際經驗反饋，在高負荷、高頻率的生產節奏下，且活套輥又由于自身結構的單薄性，較容易產生彎曲變形，導致軋鋼時出現抖動，從而會對連軋板坯的質量要求產生較大影響。以往，由于工藝高產量要求的條件約束，同時，缺乏實時動態跟蹤活套輥的在線使用狀態的手段，致使機械設備維護人員只能在定修當日，用百分表對活套的徑向跳動量進行檢測，從而依據檢測數據來確定活套是否繼續在線沿用或者進行備件更換。這樣不僅檢測間隔周期長，而且不利于動態把握設備的運行狀態，為高效管理設備制造了一定的難度。

為此，依據這段時間內對活套應用技術的理解和掌握，提出一種對1880活套變形進行在線檢測和跟蹤的手段，以供研討。當活套相對于帶鋼作純滾動時，活套的轉動存在一定的周期性T，可由此設因活套變形而造成系統抖動的頻率為f(f=1/T),隨著輥子的轉動，活套的起套量也以f的頻率發生著變化，這個變化又可以在活套轉角信號θ的頻域中反映出來。

1880精軋活套輥半徑為92.5mm，第i臺機架帶鋼出口速度為Vi,則第i個活套輥的轉速為ni?2?wi?2?vi/r=2?vi/92.5

所以，在活套轉角信號θ的頻域中，若包含與該頻率相近的信號，則表明該活套輥已存在變形。

經過與電氣技術人員的交流，我們發現可以間接在TIMEC設計的ODG（online date gathering）在線數據收集功能圖表中根據50ms/次的數據掃描頻率來進行活套轉角周期變化著的頻率的檢測和跟蹤。3.2液壓活套系統故障樹分析圖表

圖7液壓活套系統故障樹分析圖表

第五篇：斷電常開技術研發與應用

披荊斬棘排困難，和衷共濟搞研發

——賽文斷電常開技術行業領先

斷電無法供暖，住戶苦不堪言

自2006年以來，全國不斷加大力度開展既有建筑節能改造工作。由于北方地區采暖能耗占到建筑總能耗的60%以上，供熱計量及室內采暖溫控是建筑節能改造的重要內容，對此我國法律也有明確的規定，《中華人民共和國節約能源法》

第38條規定：對實行集中供熱的建筑應當安裝熱計量裝置、室內溫控裝置和供熱系統調控裝置。

最初，供熱計量，尤其是“通斷時間面積法熱計量裝置”及室內采暖溫控都是直接借用中央空調系統風機盤管的溫控技術，但與中央空調系統不同，北方地區供暖系統有其獨特的“安全性”要求，供暖系統首先要求“防凍”，也就是說如果小區或大樓停電，必須保證暖氣管上的閥門處于開閥狀態，否則會凍裂供暖管道，同時室內溫度過低會給用戶帶來極大不便。

北京某公司最早研制出通斷時間面積法熱計量裝置，但當時該裝置功能還不夠完善，無法實現防凍功能，這為該公司和改造住戶帶來了極大的困擾。該公司將其生產的第一代通斷時間面積法熱計量裝置用于東北某區域的既有居住建筑節能改造中。該產品在后期的使用過程中，由于缺乏防凍功能，其缺點暴露無疑。某日，該小區突然斷電，而許多住戶的暖氣在斷電之前剛好處于關閉狀態，導致采暖設備無法正常運行，屋內溫度過低，住戶們足足凍了兩天，當即引來這些住戶的不滿和指責，該區域的居民中有很多是行動不便的獨居老人，兩天沒有供暖，有人因此而生病。在整個冬季，類似事情發生過幾次，這讓該公司和供熱公司及相關部門頭疼不已，與住戶間的糾紛也是頻頻不斷。因此，如何使斷電前處于關閥狀態的采暖設備正常運行，成為了供熱計量節能改造行業發展的技術瓶頸。

賽文節能勇于承擔，敢于創新

面對這個亟待解決問題，全國沒有一家節能公司愿意去嘗試，大家都在等待搭便車，因為這樣的技術改進，需要投入大量人力、物力、財力，且可能得不到理想的結果，一切努力都會付諸東流。斷電常開技術的研發看似容易，實際非常困難，當時，不僅國內無法解決這個問題，國外也無法解決。寧夏賽文節能股份公司從成立至今一直致力于成為行業的引領者，一種強烈的使命感促使賽文去解決這個技術瓶頸，做第一個“吃螃蟹的人”。為了使斷電前處于關閥狀態的采暖設備正常運行，賽文節能于2009年率先研發“大通徑斷球閥斷電常開”這項技術。經過所有研發人員半年多的努力、奮戰，終于有了喜人的研究成果，2010

年該項技術正式問世，在當時，這項技術屬于國內獨有專項技術。緊接著，賽文節能將斷電常開技術應用于采暖溫控節能裝置（家用和公共機構）和通斷時間面積法熱計量節能系統兩款產品，實現了采暖分戶溫控和分戶計量，在保證室內舒適度的基礎上實現最大限度的節能，斷電常開的特殊功能有效解決了斷電后無法正常供暖以及斷電時間過長而導致管道凍裂等問題。賽文的這兩款產品一經推出，就在市場上大受歡迎，并且因設備質量高、運行穩定、節能效果顯著等特點受到用戶和相關部門的一致好評。依靠技術創新，賽文節能走在了節能行業的最前列，成為國內首家研發出“大通徑球閥斷電常開技術”的公司，解決了采暖溫控節能改造的技術瓶頸。

創新之路，荊棘遍地

賽文節能在研發斷電常開這項技術時，也是面臨了重重困難。賽文節能于2007年2月成立，研發這項技術時公司才成立兩年時間，正處于初創期，與一些大型的節能公司相比，人力、物力、財力各方面的實力很薄弱，在這樣的情況下搞技術研發，在別人眼里簡直就是“瘋了”，不可能實現的。可是就在這樣的困境下，賽文毅然決然地選擇了技術研發這條路。

賽文節能選擇的技術研發這條路可謂是困難重重，布滿荊棘。2009年，公司的創始人魯萬鑫去拜訪了全國十幾家大型機電產品研發、生產商，希望可以得到相關的技術支持，但是得到的回復令人失望，他們無法或不愿提供這樣的技術支持，實際上，這些所謂的研發公司根本不具備真正搞研發的能力，只是完全照搬國內外現有技術而已。在碰壁之后，賽文節能決定依靠自己的力量來搞這項技術研發。研發過程中，遇到了種種困難。首先，公司研發資金嚴重匱乏，一項新技術的研發需要大量的資金支持，賽文節能當時僅是一個剛成立不久的中小微企業，資金實力本來就不雄厚，為了解決這個問題，公司的創始人魯萬鑫先生將自己的自有資金投入到技術的研發中。其次，研發人才嚴重短缺，我國一直以來都處于產學研脫節的狀態，研發人員基本都集中在各高校和一些研究機構，因此，企業非常缺乏這樣的研發人才，為了解決這個問題，公司專門聘請了北京科技大學的相關專家和閥門控制方面的專家一起研發這項技術，經過半年多的努力，克服了種種技術困難，終于研發出“大通徑球閥斷電常開”這項核心技術。

攻克難題，多方受益

該核心技術的攻克不僅解決了讓供熱公司和住戶等為之頭疼的事情，更為重要的是推動了采暖溫控節能改造技術的發展。賽文節能“大通徑球閥斷電常開”技術的研發，推動了整個行業的技術進步。為了在市場競爭中爭得一席之地，習慣于“搭便車”的公司紛紛開始效仿賽文研發的這項技術，從2010年這項技術

問世至今，“大通徑球閥斷電常開”這項技術基本得到普及，采暖溫控節能改造的技術瓶頸得到解決。堅持以技術創新為主的賽文，有著促進整個節能行業發展的強烈使命感，正是這樣的使命感促使賽文節能在困境中毅然致力于攻克節能相關核心技術，基于這樣的技術優勢，賽文節能已經走在了節能行業的前列，并確立了在西北地區的主導地位，目前，正以成為“節能服務行業引領者”為目標在不斷奮進。