优化设计论文范文

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篇1

（1）铰制器用铰直轮材料抗磨强度低，造成打捆线表面质量及直线度差，打捆线因回抽而无法完成打捆。

（2）四台线道小车通过中心板连接在一起，通过液压缸的带动来完成打捆线的穿线工作，由于长时间的运行，1#打捆机4#线道由于重力作用小车容易发生下沉变形，线道小车底部滑道与支撑辊之间脱离，支撑辊无法起到支撑作用，从而造成液压缸活塞杆在前移的过程中由直线运动变为抛物线运动，活塞杆前端下沉疲劳折断产生故障时间。并且由于线道小车下沉，造成打捆头与线道小车穿线困难，造成打捆机顶线或送线不到位。

（3）线道内打捆线的传送运行靠深沟球轴承支撑传动，因此线道内球轴承用量较多，每台线道小车用量约400盘，摩根打捆机所用轴承型号为6301，由于轴承直径小，承载能力差，并且由于打捆线在穿线过程中的冲击作用，轴承损坏频繁，并且由于数量多并且轴承在线道内部，当轴承损坏时很难进行更换，造成打捆线回抽，影响车间的生产。

（4）各线道处常开翻板导槽用橡胶弹簧使用寿命短，当弹簧失效或弹簧座开焊的时候造成翻板关闭不严，打捆线回抽，更换橡胶弹簧或弹簧支座需要拆卸导槽用时较多。

2解决方案的确定

摩根公司经过几年的研究并且结合用户在使用过程中提出的不足，对现在生产的打捆机进行了部分的改造，如升降台的升降采用了曲柄连杆结构，由液压缸来带动升降曲柄的运行从而带动升降台的运行；弧形导卫与双线导槽设计成一体结构，并且将扭簧采用圆柱螺旋压缩弹簧代替。但若对摩根公司早期线材打捆机进行升级改造，升级费用较高，仅单台升级备件费用就高达48万，并且即使升级改造后因新旧线道的兼容性差，使用故障率较高。这就需要有针对性的优化设计来消除设计缺陷形成的隐患，确保打捆机的稳定生产。经对打捆机的认真研究以及对打捆机各类故障的分析，形成了以下优化设计思路。

2.1升降台系统

（1）将法兰轴承座体材质由铸铁改为铸钢，增加座体的抗冲击性能。

（2）将底座球面轴承改为滑动轴承。

（3）在升降台升降液压缸的两侧增加支撑导向机构。

2.2线道系统

（1）更改铰直轮的材质及公差尺寸，延长铰直轮的使用寿命。

（2）更改线道小车支撑辊结构，增加受力面积，确保线道小车的稳定运行。

（3）将轴承6301进行优化改造加工成厚壁轴承，保持轴承外径尺寸不变，去除法兰缘衬套，将轴承内径尺寸做成与法兰缘衬套内径尺寸相同。

（4）更改橡胶弹簧橡胶材质，由普通橡胶改为进口硅胶，增加弹簧的弹性及使用寿命。将弹簧支座由焊接结构改为一体结构，采用线切割加工。

3具体实施措施

3.1升降台系统

（1）针对于升降台内臂、外臂连接法兰轴承经常受冲击损坏的问题，将法兰轴承座体的材质由铸铁改为铸钢，增加轴承座体的抗冲击性。

（2）针对于升降臂与底座连接的球面轴承经常损坏的现象，将球面轴承结构改为滑动轴承结构，滑动轴承材质选用铸铜、外形尺寸为准45×准57×49；轴承座根据滑动轴承的外形尺寸以及原球面轴承的安装尺寸重新设计。

（3）支撑导向机构。支撑导向机构结构图如图1所示。支撑轴通过M64螺纹与升降台拖枕连接在一起，支撑座与升降台底座通过螺栓把合，导向套对支撑轴起到支撑导向作用，通过支撑轴的支撑导向作用来减少升降台的晃动，保证车间的稳定运行。此结构对升降台稳定运行起到关键作用的是支撑导向套，此支撑导向套采用橡胶材质，导向套中间部位打斜口以便于安装。

3.2线道系统

（1）改变铰制器铰制轮的材质，由45#钢改为42Cr-Mo，并且对铰制轮表面采用高能离子注入技术进行表面硬化，提高铰制轮的综合力学性能及耐磨性，同时将铰制轮的外形尺寸由准（69.90～70）mm改为准（70～70.05）mm，通过偏心轴来调整铰制轮与打捆线的相对位置，提高打捆线的表面质量。

（2）1#、4#线道小车在重力的作用下容易发生变形，并且线道小车导向面磨损变形以后，小车支撑辊与小车导向面接触面积变小，支撑辊失去支撑作用造成定位锥头与打捆头定位不好，无法完成打捆线穿线动作。针对此情况对支撑辊进行优化设计，将辊面加长由原来的30mm增加到60mm，内部结构改为双滚针结构，增加了支撑辊的灵活性及抗载荷能力，支撑辊与小车接触良好。

（3）将线道用6301轴承进行优化改造加工成厚壁轴承，保持轴承外径尺寸不变，去除法兰缘衬套，将轴承内径尺寸做成与法兰缘衬套内径尺寸相同，提高轴承的抗冲击性。

（4）橡胶弹簧内部弹性元件材质由普通橡胶改为进口硅橡胶，弹性元件的弹性增加。橡胶弹簧支座由原来的焊接结构改为一体结构，并且使用线切割进行加工，避免了弹簧支座开焊现象的发生。

4结束语

篇2

采用传统的建筑幕墙设计，会造成大量的热量散失，造成大量能源浪费。据统计表明，发达国家有超过50%的能源消耗来自于建筑消耗，窗户的热能耗散量是普通墙体的5倍，因此，建筑幕墙会造成大量的能源浪费。为了解决这种问题，就需要设计一种新型的建筑幕墙系统，使建筑在冬天可以大量的接受日照，获取热量，并且能够保温;夏天的时候可以保证空调的产生的热量不散失，与此同时还能保证室内的正常通风，从而达到节能环保的作用。近年来人们还提出了建造光伏建筑幕墙的设想，即建筑幕墙的材料用光伏材料，应用幕墙将太阳能转化为电能加以利用，达到节能环保的效果。设计和建造这类新型功能幕墙需要顶尖的技术和优秀的人才作为支持，中国在幕墙设计和制造方面缺乏自主创新能力，因此在这方面我国的技术还比较欠缺。

2优化建筑幕墙设计的几点建议

由以上的叙述可知，我国的建筑幕墙产业在飞速发展的同时，也存在这一些不可避而不谈的问题，这些问题直接阻碍了我国建筑幕墙产业的发展，下面将对上述一些幕墙设计存在的问题提出一些优化方法。

2．1开发和应用新的玻璃幕墙材料

传统材料虽然便宜易得，但是存在很多弊端。这就要求设计者在设计的过程中更多的发现和使用新材料。比如在幕墙表面涂覆一层具有自清洁作用的涂层，比如说氧化钛，在光照的作用下有自清洁的作用。还可以在幕墙表面镀一层低辐射薄膜，这样就可以使幕墙有很好的隔热作用，起到保温的作用，达到节能减排的效果。除了采用镀层方式隔热外，还可以使用低热传到系数的中空幕墙，目前有一种“悬张式多空腔节能玻璃”正式上市，不仅具有良好的隔热效果，还具有隔声、隔紫外线等性能，可以起到很好的节能环保作用。此外，出于安全性的考虑，要求幕墙具有一定的防震效果，在一定强度的地震中不会掉落，可以在玻璃幕墙上黏贴钛合金薄膜，这样就可以形成有一定强度和韧性的复合安全玻璃。建筑幕墙对材料有着特殊的要求，因此，在幕墙选材时应该材料本身的性能和外部具体条件的要求进行综合考虑，量体裁衣，达到室外室内的安全、健康、舒适、和节能减排的要求。

2．2优化建筑幕墙的招标、设计、施工机制

首先，建筑单位在主体建筑施工之前就应该完成建筑幕墙的设计招标工作，这样不仅可以保证预埋结构位置的准确性，而且在幕墙设计过程中不必追赶工程进度，为设计者提供了充分的时间给出好的幕墙设计方案。其次，应当采取设计和施工分开招标的方式，明确提出相关的幕墙设计收费标准，这样有利于好的幕墙设计方案得到利用，有助于优秀作品的产生，有利于幕墙设计的创新和繁荣。最后，在幕墙设计的审核环节应当尽量由专业的幕墙设计者进行审核，而不是由非专业的土建设计师进行审核，这样可以更好地保证幕墙设计的质量。

2．3加强新型多功能幕墙的设计

目前，我国的建筑幕墙普遍不具有节能环保的性能，极大的浪费了社会的资源，造成了环境的污染，不利于我国经济的可持续发展。基于此，幕墙的设计者大胆的创新极为重要，只有用于创新才能设计出更加环保节能的幕墙。比如国外的设计师设计出了动态幕墙，这种新型的多功能幕墙由通风系统、空调系统、外部环境检测系统、自动控制系统和建筑幕墙组成，这种幕墙可以通过各个系统的合作充分地利用太阳能、太阳光，并保证室内的舒适。在寒冷的冬季，幕墙可以充分利用太阳光的辐射，减少了取暖燃料的燃烧，起到节能减排的作用;在炎热的夏季，可以利用幕墙的通风系统加大室内热能的耗散，减少空调的使用，节约电能。同时拥有可以自动调节的百页这样的装置，可以控制太阳的光线进入室内，调节室内的光线环境，使人们可以更舒适的工作。当然在设计者用于创新的同时，国家也应该采取相关措施，鼓励设计创新，设立相关的奖励制度。

3结语

篇3

当井下发生瓦斯爆炸等突况时，无法及时安全升井的井下人员，可以在救生舱内坚持若干小时，等待外部救援。救生舱壳体由过渡舱、生存舱和隔离舱门组成。为了便于下井安装，救生舱壳体带多个法兰，并通过螺栓连接而成，其中过渡舱作为人员进出的通道；生存舱作为避灾人员躲灾休息的场所，可抵御外部瓦斯爆炸带来的冲击波；隔离舱门将过渡舱与生存舱隔开以免进人时有害气体进入生存舱。

2矿用救生舱壳体建模及有限元分析

2．1救生舱壳体的几何模型

目前救生舱壳体结构有2种：①顶面为圆弧形，底面为矩形；②顶面和底面均为矩形。其中顶面和底面均为矩形的救生舱壳体结构具有较强抗爆能力，所以本文针对此进行研究。根据壳体各部分结构对有限元分析结果的影响程度差异，本文对救生舱壳体结构的三维几何模型进行了一定简化，救生舱整体结构依据壳体实际尺寸进行建模，细小部件合理简化，保留主体结构特征。建立的救生舱壳体几何模型。

2．2救生舱壳体的有限元模型

救生舱壳体和其他主要零部件材料分别为Q345和Q235，进行数值模拟时采用弹塑性材料模型。

3方形救生舱壳体模型优化

当方形救生舱壳体前、后侧都受到瓦斯爆炸冲击波作用时，舱门和观察窗都会受到不同程度的变形和破坏，此时逃生人员要想从舱内逃出就很困难，因此当舱门和观察窗都失效时，设置逃生窗是必须的。位于舱壁上的逃生窗为防爆密闭窗，它要求能够承受高温、高压和耐冲击，同时要求具有很高的阻燃性能，因此其钢板要厚，要有岩棉隔热，且要求在舱里和舱外均可开启和关闭。

4结语

篇4

在房屋设计中实际应用的现状随着人们对于房屋建设的要求的提高，人们也逐渐的认识到将建筑结构优化方法运用到房屋设计中的重要意义。从目前的房屋建造来看，部分的建造商开始将建筑结构优化方法应用到房屋设计中以满足购房者的实际需求，从目前的房市状况来看，对于这些应用了建筑结构设计优化方法而设计出的房屋在销售中得到了大多数购房者的青睐，并且能够得到购房者的一致好评。由此看来，建筑结构设计优化方法应用到房屋设计中具有较强的实际意义。但是依旧存在部分建造商对于将建筑结构设计优化方法运用到房屋设计中没有较强的意识，因此在这种情况下设计出的房屋难以得到购房者的赞赏，一般此类房屋可能在适用性、安全性、易施工等方面表现较为突出，但是在可观性上则难以令人感到满意。由此看来，建筑结构优化方法在房屋设计中的应用还有待推广，此外在对建筑结构优化方法进行推广时注意其在房屋设计以及房屋建设的实际情况对其进行改进，使得其能够更好的服务于房屋设计。

2结构设计优化技术的现实意义

结构设计优化技术能够在很大的程度上满足人们对于房屋的多方面要求，具有较强的现实意义。作为购房者希望能够得到一所价格适中，外观美，安全的房屋，而通过结构设计优化技术应用后的房屋则能够保证房屋的适用性、经济型、安全性，能够建造出满足人们要求的房屋。此外作为房屋的建造商来说，能够使建造出的房屋迎合购房者的胃口，并且能够在很大的程度上降低建造的成本，实现经济效益的最大化是其根本目的是可遇而不可求的。以往的房屋设计很难满足建造上的所有要求，经常出现不可兼得的局面，但是当结构设计优化技术得到运用后，建造商的一系列愿望都得以实现。由此看来，结构设计优化技术具有加强的现实意义。

3结构设计优化技术

在建筑结构设计中的步骤房屋工程结构优化通常包括以下几个方面:基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、维护结构方案的优化设计以及结构细部设计的优化设计。这些方面的设计优化内容还包括选型、受力分析、造价分析等，在实际的施工中密切的结合实际的施工情况，追求优化的实际应用性，围绕提升房屋的综合价值进行优化设计。使设计出来的房屋造型美观同时还能够满足人们对于安全、经济的要求，设计出真正的经济适用房。

3．1建立结构优化模型

结构优化设计通常情况下分为两部分，一部分是结构优化设计模型，另一部分就是结构优化计算方案。所谓的结构设计优化就是变量中选择出主要的参数，然后根据数据分析建立起函数模型，运用函数模型借助较为科学的方法计算出最优解。建立模型的步骤一般有以下几步:一、选择合理的设计变量。设计变量的选择对于模型的构建具有重要的意义，设计变量的选择将会影响到对设计要求影响较大的参数的选择，进一步涉及到参数重要性的区分问题。选择出了合理的设计变量在很大的程度上能够减少计算编程的工作量;二、确定目标函数。首先找出满足函数条件的最优解，然后确定约束条件。在房屋的优化设计中存在着很多的约束条件，其中有:应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从弹塑性约束等，在进行优化设计时要确保所有的约束条件都在规定的范围内，能够满足设计规范，即在规范条件内满足约束条件。

3．2设定优化设计

计算方案结构的优化涉及到很多的约束条件以及变量，因此在进行计算时需要将所有的约束条件转化成非约束条件，充分的考虑变量因素，运用各种数学计算方法做好计算方案的设计工作。

3．3程序设计

在构建好结构优化模型、设定好优化设计计算方案后就可以在以上基础上进行程序的编写，然后将编写好的程序导入计算机中，在进行计算时只需要将相关的数据输入相关的变成或者是系统中，通过计算机程序的自行计算便能得出相关的结果。

3．4结果分析

在得出计算结果后，对其进行分析，进而确定出最佳的方案。在实施结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤时，要注意各方面的因素，要能从多方面进行考虑，保证所有的问题的难度降到最低。房屋的建设本身就是一项花费资金较多、耗费人力较大的工程，实施结构设计优化技术的主要目的就是为了将相关的成本降到最低，同时保证房屋的质量以及美观。因此在建造是要注意以下几个方面:处理好经济与技术之间的矛盾。在进行设计时，肯定会涉及到经济的问题，并且技术在一定的程度上与经济也会存在这矛盾，技术的引用和实施必然会涉及到经济因素，但是最为建造商对此要有充分的认识，能够认识到经济与技术之间矛盾存在的必然性，能够理解到技术做带来的经济方面的节约量将会远远超过耗费量，要大力的引用技术。

4结构设计优化技术的实践应用

中要注意的问题结构设计优化技术的实践应用能够带来巨大的经济效益，但是要注意的是实践应用的过程中有很多的问题是不能够忽略的，作为设计者和建造者对于这些问题应该要投入一定的关注。

4．1前期的参与

前期方案的制定将会直接的关系到建筑的总投资问题，但是，当前房屋建设工程中存在的问题就是结构设计优化技术并没有参与到前期方案的确定中，这种情况下，设计人员往往会忽略其实际应用性和经济性，在最后的实践过程中得以证实的是结构设计优化技术根本就没有发挥到节约建造成本的目的，导致这个问题的主要原因就是缺乏前期的参与，因此一定要注意结构设计优化在方案制定时的前期参与。

4．2概念设计

结合细部结构设计优化概念设计与结合实际情况进行设计具有重要的区别，一般概念设计都是脱离实际数据的，不具有准确性，因此在进行计算式难免会出现较大的差异。在进行概念性设计时，作为设计人员要充分的认识到数据的重要性，将相关的数值运用到设计中，作为辅助依据。在设计时，设计人员既要在宏观上把握整体的设计，与此同时在细节方面也要注意，做好细部结构的设计优化工作，保证细部工作的无误，从而保证整体的效果。比如:材料强度、抗拉能力等多方面细部因素的考虑能够在很大的程度上保证结构优化设计技术的实践应用。

5结语

篇5

1.1提高劳动生产率

就其实质性而言，部分水电站的地理位置较为偏僻，距离城镇较远，以至于水电站的职工长期处于较为封闭的环境，其生活状况相对较差，而水电站自动化系统的应用，不仅仅改善了广大水电职工的工作，同时也在一定程度上改善了广大水电职工的生活环境。通过借助于计算机监控系统，从根本上代替人工操作，进而完成对水电站定时的巡回检查和记录，真正意义上实现了少人值守，提高了劳动生产率，降低了劳动疲劳率。

1.2符合电力体制改革的要求

就目前而言，随着我国电力体制的改革，逐渐将实现“厂网分开，竞价上网”，传统的人工操作控制很难满足市场经济竞争的需求，而自动化系统凭借着自身优越的科学技术，及时的了解电网行情，并及时的参与竞价，最终实现电网的供电，其带来的社会效益以及经济效益是不可估量的[3]。

2水电站自动化系统的优化设计

一般来说，水电站自动化系统主要有计算机监控系统、工业电视监控系统、消防监控系统、基础自动化元件及自动装置以及水文自动测报系统五个子系统。

2.1计算机监控系统

所谓的计算监控系统主要是综合自动化系统的核心部分和基础部分，一般来说，计算机监控系统主要有三种模式，一方面计算机监控系统其主体部分则是常规控制，而辅助部分则是计算机；一方面计算机监控系统的主体部分则是计算机，而辅助部分则是常规控制设备；另一方面主要表现为无常规控制设备的全自动化的计算机监控系统。计算机监控系统模式的选择主要依据于水电站的实际具体情况，就其实质性而言，新建的水电站主要是以全自动化的计算机监控系统为主。但是在对相对老旧水电站进行改造的过程中，常有机的结合计算机和常规控制设备，进而实现水电站计算机的监控。计算机监控系统最主要的功能主要表现在遥测、遥控、通信以及遥调四个功能，常用于语音、可视化以及视像功能的设备。

2.2工业电视监视系统

所谓的工业电视监视系统主要是实现现代化管理和监视的基本手段，能够及时并真实的对被监控对象的具体信息得以反应，尤其是水电站自动化系统中的工业电视监视系统，其监控人员仅仅通过电视监视，及时的对水电站的各个情况进行充分的掌握，保障了水电站安全有效的运行。同时，工业电视监视系统和计算机监视系统相对来说是独立存在的，而工业电视监视系统主要是对各个子系统进行综合处理，进而传送到水电站的主控室。但是计算机监控系统主要是对各个子系统的一种监视。一般而言，工业电视监视系统有着相对较好的传输速率。要想从根本上保证水电站更加安全有效的运行，就要将计算机监控系统和工业电视监视系统独立工作，尽可能的先实施计算机监控系统，后实施工业电视监视系统。

2.3消防监控系统

所谓的消防监控系统主要是对水电站进行的火情监测，常设置在水电站的主厂房、副厂房以及主变区等设备的重要部位。消防监控系统对火情探测器的采用，当有火情出现的时候，探测器就会发出一种信号，其信号经过一定的信息处理，进而产生一定的报警，并将处理的信息通过串行通信接口的连接，与水电站计算机监视系统有机的相结合，对火灾的具置进行展示，并对火灾处理措施有一定的提示，这种异步通信的方式对于火情的及时发现和及时解决，有一定的积极影响作用[4]。总之，水电站消防监控系统不仅仅起到一定的监控，同时在一定程度上也真正意义上实现了水电站的通风以及水喷雾灭火系统的控制。

2.4基础自动化元件及自动装置

所谓的自动装置主要是能够独立发挥水电站相应设备的自动控制以及自动调节，自动装置主要是独立于计算机监控系统的一种装置，就水电站综合自动化系统而言，要想从根本上提高经济效益，就要保证水电站自动控制设备有着快速性、安全性、稳定性以及可靠性，并从根本上与计算机监控设备合理的进行配套。所谓的基础自动化主要是对水电站主设备和辅设备运行工况进行的监视，对水电站机组以及辅助设备的自动化控制系统有着直接性的保护性能。

2.5水文自动测报系统

所谓的水文自动测报系统，主要是对水电站水情、汛情情况的监控，从根本上对水情及时、准确搜集，进而对水情做出及时的预报。水文自动测报系统主要有水文自动测报基本系统以及水文自动测报网两种系统。超短波通信、短波通信以及卫星通信为水文自动测报系统最基本的通信方式。

3结束语

篇6

由于模型比较复杂，分析时需要简化几何体，具体做法如下：连接伸缩大臂与伸缩套筒的液压缸用一个横截面为矩形的杆件替代；所有用销轴和圆螺母联接结构均用圆柱体替代；装配过程中所留的间隙都需要进行填补，不能留有空隙，对于之后网格的划分，有些地方的圆角适当可以省略。

2矿用液压起重机吊臂结构的有限元分析

吊臂截面是通过4块厚度为16mm的长型板材焊接到一起的箱体结构，在伸缩大臂与伸缩套筒之间安装一个液压缸，可以保证伸缩臂能够水平伸出。本结构所选用的材料为Q550高强度低合金结构钢，吊臂主要承受来自重物的轴向应力、扭矩和弯矩；伸缩套筒前下端的部位与旋转装置连接有升降液压缸，可以保证吊臂的俯仰，旋转套筒在液压缸的推动下能保证吊臂的旋转运动。吊臂最前端安装有链轮和矿用圆环链，需要校核吊臂完全伸出3.1m时吊臂提升15t重物情况下的应力情况。

（1）建立静态算例

采用SolidWorksSimulation进行静态结构分析，将模型导入SolidWorks中，调出Simulation插件，建立静态算例；定义默认的求解器FFEPlus。

（2）定义零部件材料属性

销轴采用35钢，可以直接从材料库中调用，其余零部件采用Q550高强度低合金结构钢，调质处理后具有极高的力学性能。主要应用在重要的高强度结构件、工程机械、矿山钢结构件等。由于系统材料库中没有现成Q550参数，因此需要按照Q550的材料系数及性能自定义材料，在有限元分析中主要需要Q550的4个材料参数：屈服强度550MPa，弹性模量210GPa，密度7.85g/cm3，泊松比0.3。在分析时将其赋予相应的零部件上。

（3）定义连接及夹具

销轴与圆螺母联接部位均用相触面组并选择无穿透这一接触类型，伸缩大臂与伸缩套筒的连接部位选用相触面组并选择接合这一接触类型。这样做的目的一方面是将整个零部件作为一个整体，为下面网格的精细划分提供基础，另一方面使伸缩大臂与伸缩套筒之间不至于有滑脱的现象。

（4）外部载荷（加载）及划分网格

在吊臂前端即与链轮联接的销轴上建立一个与上平面成27°的平面，施加一个作用力F，垂直于该平面且作用于销轴上，F=394kN，它是吊臂提升m＝15t重物上仰角α＝36°时作用在销轴上的合力，可以从简化模型中计算出合力F。划分网格，选用2阶实体四面体单元，每个单元含有6个中间点和4个角点共10个节点，并且每个节点包含3个自由度。当单元在承受载荷的情况下会发生变形，其2阶单元所对应的边会变成曲线，面会变成曲面。选用高品质网格单元，划分后可得到节点总数51188个，单元总数27194个；划分网格后的三维实体模型。

（5）运行求解

在完成上述步骤之后，可以对整个模型运行求解，在默认的求解器FFEPlus下对吊臂进行有限元分析，得到相应的应力和位移云图。

3静态算例下的结果分析

额定承载150kN的状况下，所显示的最大应力σvonMises=298MPa，最大应力位置发生在伸缩大臂与伸缩套筒的连接部位，且其最大应力小于材料的屈服强度550MPa。根据材料力学上的强度理论计算公式可以计算出相应的安全系数。由于加载时的工作载荷是正常工作载荷的1.5倍，所以实际安全系数Ss=1.5×1.85=2.78；实际安全系数2.78大于井下标准安全系数1.5，满足要求。由位移云图可以看出最大位移发生在伸缩大臂的最前端，最大位移仅有16.64mm，变形量较小，不会造成吊臂结构的改变。吊臂虽然安全但从经济的角度考虑，安全系数偏大，吊臂重量偏大，耗材过多。因此，需要重新对其进行优化设计。

4优化分析

对优化后的结构做优化分析可知，最大等效应力为348MPa，发生在伸缩套筒与伸缩臂的连接部位，计算其安全系数，所得结果na=550/348=1.58，满足矿用设备安全系数1.5的要求；且其质量从原来的950kg降到804kg，相比之下减小了15.4%，在满足强度的基础上节约了板材的消耗，从而达到了优化的效果。

5结语

（1）根据井下需要安装和拆卸设备的实际重量及井下实际工作的状况，选用Q550高强度低合金结构钢材料，并选择相应的板材、截面形状及焊接工艺；

（2）利用SolidWoksSimulation有限元分析软件进行静态结构分析，通过应力、位移云图，找出了吊臂的最大应力及最大变形位置；计算出安全系数；为以后结构的改进提供参考；

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1接地网优化设计的合理性

1.1改善导体的泄漏电流密度分布

图1是面积为190m×170m的新塘变电站接地网，在导体根数相同的情况下，分别按10m等间距布置和平均10m不等间距布置。沿平行导体①、②、③、④、⑤的泄漏电流密度分布曲线见图2。从图中可见，不等间距布置的接地网，边上导体①的泄漏电流密度较等间距布置的接地网平均低15%左右；对于导体②的泄漏电流密度，这两种布置的接地网几乎相等(仅相差0.3%)；对于中部导体③、④、⑤，不等间距布置的接地网的泄漏电流较等间距布置的接地网分别提高了9%，14%和15%。由此可见，不等间距布置能增大中部导体的泄漏电流密度分布，相应降低了边缘导体的泄漏电流密度，使得中部导体能得到更充分的利用。

1.2均匀土壤表面的电位分布

由表1的计算结果可知，不等间距布置的接地网能较大地改善表面电位分布，其最大与最小网孔电位的相对差值不超过0.7%，使各网孔电位大致相等，而等间距地网，其最大与最小网孔电位的相对差值在12.2%以上。同时不等间距地网的最大接触电势较等间距地网的最大接触电势降低了60.1%，极大地提高了接地网的安全水平。

表1计算结果比较

布置最大网孔电位Vmax／kV最小网孔电位Vmin／kV最大接触电势Vjmax／kV接地电阻R／Ωδ／%

等间距5.7095.0810.7990.52312.2

不等间距5.5445.5060.3150.5190.7

注：1)δ=(Vmax-Vmin)／Vmin；

2)地网面积为190m×170m；

3)长方向导体根数n1=18，宽方向导体根数n2=20。

1.3节省大量钢材和施工费用

如果按10m等间距布置的新塘变电站接地网，最大接触电势在边角网孔，其值为0.799kV，但采用不等间距布置时，保持最大接触电势与该值接近，这时可节省钢材31.2%，见表2。

2接地网优化设计的方法

在设计时采用尝试的方法来确定均压导体的总根数和总长度，即先对地网长和宽方向的导体根数n1和n2进行试算，对于大地网一般可采用均压导体间距为10m左右试算，若接触电势满足要求，进行技术经济比较后再考虑增减导体的根数。如图3所示，当确定了n1和n2后，则地网长宽方向的分段数就确定了：长方向上导体分段为k1=n2-1，宽方向上的导体分段为k2=n1-1，然后按下式得出各分段导体的长度。

表2使用钢材量的比较

布置n1n2Vjmax／kV钢材长度L／m

等间距18200.7996860

不等间距12140.7564700

Lik=L.Sik，

式中L——地网边长(长方向L=L1，宽方向L=L2)，m；

Lik——第i段导体长度，m；

Sik——Lik占边长L的百分数。

Sik与i的关系似一负指数曲线，即Sik=b1×e-b2i+b3，

式中，b1，b2，b3均为常数，其确定方法如下：

当7≤k≤14时，当k＞14时，

对于任意矩形地网，只要长、宽方向导体的布置根数一经确定，就可根据长、宽方向导体的不同分段k，分别按上述推得的公式布置导体的间距。

3结论

a)采用不等间距布置优化设计接地网，能够使地网各网孔电位趋于一致，从而提高了变电站的安全水平。

b)在同样安全水平下，优化设计的接地网较常规布置的接地网，一般能节省钢材量达38%以上，同时也减少了相应的接地工程投资，在技术上、经济上较为合理。

c)从边缘到中心均压导体间距采用按负指数规律增加的新方法来布置接地网，其指数公式的系数b只与某平行导体根数(或平行导体分段数k)有关。

参考文献

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1.1抽气逆止阀故障频发

作为工业设备使用的一种形式，抽气逆止阀内部各个组成成分相互配合、协调合作，在具体的使用选择过程中要根据其用途差异化区别挑选个性化的适用类型。当前抽气逆止阀故障频发的原因所在是相关使用者缺乏对于此类设备的充分了解，导致由于忽视不同抽气逆止阀组成结构与安装配置等基本信息存在差异，造成工业使用中出现设备故障。

1.2开关接触不当

鉴于我国现有的工业抽气逆止阀设计水平较低，产品在应用过程中难免出现开关使用不灵活的现象。这表现为开关的接触动作难以实现或灵敏度较低等，开关接触缓慢或动作延迟造成了抽气逆止阀开关时间放缓，这严重制约了此类设备发挥对于工业制造的控制效用，也影响了我国工业的发展进程。

2新型阀门的优化思考

工业抽气逆止阀的改进与优化对于稳定我国工业的可持续发展具有不可替代的作用，伴随着对于阀门质量要求的不断攀升，设计新型的工业抽气逆止阀对于促进工业效率的提升具有实际意义。这就需要设计者灵活应用先进的设计理念对现有阀门进行完善的检测与评估，不断革新设计技术来协调其与社会经济的共生关系。

2.1传统与现代技术搭配

伴随着工业抽气逆止阀更新换代速率的增快，工业设计者要不断学习相关理论，熟悉新产品的性能与用法，在了解设备的基础上进行合理利用。要实现工业抽气逆止阀的改良就要明确设计理念，将质量保证与故障减小上升到设计改良的战略规划中，把工业多元化需求的满足与阀门设计的目标统一起来，实行灵活多变、多元化的改良模式，最大限度的提升工业抽气逆止阀设计中各个主体的协调度。具体而言，要将工业抽气逆止阀传统的设备使用技术与新型科技智慧型检测、试验手段相结合，着力发挥信息技术在设备改进方面的作用，不断提升其机械自动化的诊断水平，并引进国外先进设备开展实验。在解决工业抽气逆止阀现有故障时，要从根本上认识到故障现象出现的原因，提出有效的解决方案。一方面要对工业抽气逆止阀定期进行检验与维修，借助定期维护来提高其使用寿命。另一方面，还要积极推动以智能型试验为基础的新式阀门信息收集方式，将抽气逆止阀故障的数据诊断与问题的探究作为一个系统性工程处理，在大量数据的支撑下提出可行的智能测试方法，最终实现推动设备改良可持续发展助力的目标。

2.2依据问题革新改良措施

要根据工业抽气逆止阀个性化的运行方式来选择差异化的改良措施，根据开关的灵敏度判断合分闸的位置是否正确，通过密切观察其是否存在断裂分解等现象判断离合系统是否有检修的隐患；可以采用多样化的抽气逆止阀安全措施防止故障现象的发生；建立即时控制来实现阀门的保护功能；定期清洗抽气逆止阀，来保证接触部位作用发挥正常。要尝试设计具有逆止和快速关闭双重作用的新型抽气逆止阀，通过革新设计的结构和性能来改良现有的抽气逆止阀，进而不断满足工业领域的使用要求。新型工业抽气逆止阀的具体改良方案如下：首先，要检测低工业抽气逆止阀的各项相关参数指标，在不损害设备的前提下及时准确的了解其运行状态；其次，要结合阀门相关知识和故障检测的基本原则，来定期定时地评价工业抽气逆止阀的现行情况，对于合理规划其使用寿命，预测其完成目标计划的可行性具有良好的前瞻性。

2.3形成各分系统的互动

新型工业抽气逆止阀的改进需要协调各个组成部分之间的关系，形成良性互动。具体而言，首先，在新型工业抽气逆止阀材料的选择上，要根据实际需要与设备要求选用合金等耐磨材料，在满足阀门设计标准的基础上，最大限度的提高材料的可靠性与安全性，为阀门的持续利用奠定基础。其次，要发挥抽气逆止阀中固有保护系统的作用，在必要时刻实现其对于设备的自我保护；还要充分考量离合设备的衔接效用，灵活处理抽气逆止阀内部关联与分离的关系。最后，还要利用智能手段与新式设备实现对于工业抽气逆止阀的保护及联网控制，在切实改善当前工业抽气逆止阀存在故障现状的同时，大力发展多元化的检测技术，实现对其的有效控制。

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在进行建筑剪力墙机构结构设计时，要充分考虑到设计是否符合规范要求，是否满足实际运行的情况，在进行计算以后，把一些没有必要的多余量删除，计算一定要精准，多余量只能说明计算仍然缺少控制能力，在确保计算准确的情况下，有些甚至不需要看计算书或是建筑方案，这样就可以省去一些不必要的步骤，比如说剪力墙的结构刚度不能够过大，应该是以规定要求的楼层最小剪力系数为目标，这样可以使计算结果接近规范限值。在布置剪力墙的时候，我们应该将它布置成双向的，而不仅仅是单向设置，以此来形成空间的结构；尤其是对于那些抗震设计的剪力墙结构，更应该避免仅单向布置剪力墙。而将剪力墙布置成双向结构来形成的空间结构，我们可以利用这个优点来做些其他的设计，而且剪力墙自身对负重的能力较高，我们可以减少对材料的投资，并且减少材料本身对自然环境的污染。我们不仅达到了对剪力墙的优化设计目的，还减少了环境的污染，这样就符合我们原本意愿。我们这样还可以对规范的要求更加理解，做到灵活使用，让我们的设计更加完美。

2、剪力墙结构的优化设计

2.1对于剪力墙结构的设计，其应沿着主轴方向双向或多向布置。不同方向的剪力墙宜联结在一起，应尽量拉通、对直成为工形、T形、L型等有翼缘的墙，形成一定空间结构。抗震设计时，为了使其具有有较好的空间性能，不能单向设置剪力墙。应使两个受力方向的抗侧刚度相近，剪力墙墙肢截面宜简单、规则。为了能充分利用剪力墙结构的能力，在设计时必须减轻墙体结构的自量、加大空间面积、提高剪力墙的承载力和抗侧刚度等。除此之外，剪力墙的布置不能太密，使结构具有适宜的侧向刚度。若侧向刚度过大，不仅加大自重，还会使地震力增大。

2.2剪力墙墙段设计要求是墙体规则、竖向刚度均匀，门窗孔洞整齐，要有明确的剪力墙肢和连梁，它们之间的应力应该分布均匀，要符合目前常用的计算简图，避免一些刚度差异过大引起的问题。

2.3如果剪力墙较长，应先将其平均分成多个墙体，开挖孔洞，各剪力墙之间的连接部分采用弱连梁连接的方法。但值得注意的是，在进行抗震设计时，应尽量避免开挖孔洞，并且在两个孔洞之间形成墙体肢截面高度与厚度比小于四的小墙肢。当墙厚大于小墙肢截面的四分之一时，需按框架柱设计要求对箍筋进行全高加密。

2.4当剪力墙结构平面内的刚度和承重力较大，而平面外刚度和承载力相对较小。为了保证剪力墙平面外的稳定性，就应控制剪力墙平面外的弯矩。

2.5剪力墙的设置能够影响到结构的抗侧刚度的大小，为避免刚度发生改变，应自下而上连续布置。但是值得注意的是，若剪力墙沿高度不连续，会对导致剪力墙结构的刚度沿高度而发生突然变化。

3、剪力墙结构优化设计措施

3.1注重转换层结构设计

新时期高层建筑越来越多，使用功能也是逐渐的多样化，对于一些多功能的高层建筑来说，上下两部分的使用功能是不一样，因此就要考虑到转换层的结构设计，在设计的时候，要充分的考虑到大空间的剪力墙转换难度大，调整上下之间的刚度使之达到相互接近值，由于转换层本身的刚度和质量不应该大，可以通过在水平力的作用下，精确的分析转换层位移角是否均匀，通过仔细的分析可能存在的问题，研究具体结构的内分配问题，才能保证转换层结构设计的完整性。

3.2优化连梁设计

对于连梁非抗震及抗震设计，高跨比大于和小于2.5这两种情况，规范在截面受剪承载力以及配筋这两个方面都有明确的要求。塑性调幅可以采取以下两种方法：①将连梁的刚度在内力计算之前进行折减。②将连梁的弯矩与剪力的组合值在内力计算之后再乘上一个折减系数。不管是采用哪种方法，应该确保经过调整后连梁的弯矩、剪力设计值不得小于使用阶段实际值，也不得低于设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值。防止在正常使用状况下或者较小地震作用下产生裂缝，影响结构安全。另外，还必须要重视连梁的铰接处理。

3.3底部加强部位的设计优化

一般在进行高层剪力墙结构设计时，最底部分的高度可以获取嵌固部位以上，墙肢总高度的十分之一和底部两层的较大值；底部带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上二层的高度及落地抗震墙肢总高度的十分之一二者的较大值。当将地下室顶板视作嵌固部位，在地震作用下的屈服部位将发生在地上楼层，同时将影响到地下一层，此时地下一层的抗震等级不能降低，加强部位的范围应向下延伸到地下一层，并应按规范要求在地下一层设置约束边缘构件。

4、结束语

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1.1参数设置

本文分析母线导体通入50Hz交流电所产生的磁场情况．在分析的物理几何模型中有空气区、导磁区、导电区、永磁区等一种或多种材料，每一种材料区都必须输入相对应的材料特性．本文主要考虑磁场强度、电流密度、能量损耗等，故只需给材料区域定义磁导率及电阻率．各材料区域对应的材料号、磁导率及电阻率．格智能划分工具中能够自动生成网格，且网格单元尺寸越小，网格划分越细致，程序运行时间越长．这种方式适用于模型相对小，且各部分网格精确度要求一样的模型中．本文主要观察导电杆的电磁场分布等参数，若采用智能划分会使不必细致的部位过于细致，使程序运行时间过长，甚至无法运行．因此，使用智能剖分方式和尺寸控制方式划分网格．首先通过智能剖分将导电杆与其他部分剖分为两部分，接着使用尺寸控制方式分别设置两部分的尺寸，将导电杆的网格划分单元设置为1mm，其他部分按照ANSYS默认的网格划分尺寸进行划分，从而将导电杆部分划分密度相对细致，其余部分划分密度相对粗糙

1.2结果与分析

母线外壳上有少许电流流过，而导电杆上的电流密度则呈现出不同的分布趋势，导电杆表面的电流分布较导电杆内侧的电流分布略密集一些．单独分析导电杆上的电流密度分布情况，导电杆电流密度矢量图．图中不同颜色表示不同电流密度大小，蓝色最小，红色最大．可以看出，550kV三相GIS母线导电杆上的电流密度在导电杆外侧分布较密集，约为1.67×106A/m2;在导电杆内侧电流密度分布较稀疏，最小值约为9.85×105A/m2，说明电流密度分布呈现了集肤效应．假设电流在导电杆上是均匀分布的，则平均电流密度JS=I/S，其中I=2828A，S=π(0．042－0．032)m2，理论计算结果为1．29×107A/m2．与仿真结果对比可以得出导电杆外侧电流密度大于平均电流密度，而导电杆内侧电流密度小于平均电流密度，同样说明电流密度分布呈现了集肤效应，这与理论相符合．

2温度场分析

2.1结果与分析

研究实体模型的温升状况，只需要观察温度分布效果，因此只需查看模型的温度分布效果图．首先将环境温度设置为恒定温度20℃，且设置空气外表面作为绝热边界20℃，得到整体温度分布均匀分布的热量使整体温度呈现对称的分布，且温度集中分布在导电杆周围．主要原因是导电杆是电流分布最集中的部位，因此产生的热量较多，散热也较慢，而壳体与周围电流分布较稀疏，所以温度不是很高．整体最高温度约为92℃，则温升为72℃，符合行业内规定的温升要求(＜115℃)．导电杆内侧温度比外侧略微高1～2℃左右．主要原因是由于母线运行在三相对称电流情况下时，电流密度呈现集肤效应，从而使温度分布也遵循一样的分布规律，即电流密度大的区域温度较高，电流密度小的区域温度较低．为了进一步证明集肤效应对温度分布的影响，单独分析550kV三相GIS母线壳体的温度分布，壳体温度靠近导电杆部位温度较高，且整体温度呈现两头向中部逐渐变低的现象．造成该现象的主要原因是由于流过导电杆的电流的的集肤效应使靠近导电杆的壳体部位温度受到较大影响，从而导致靠近导电杆部位温度较高

2.2电磁场与温度场分析对比

根据电磁场仿真结果可以看出，电流的集肤效应导致导体内部电流分布不均匀，电流靠近导体表面流动且电流密度集中在导体的外表面上．此外，电流密度的分布呈现左右对称．由此设想550kV三相GIS母线整体的温度分布应该是左右对称结构．但是垂直结构上由于受到重力加速度及气体热运动的影响，会使热空气上升而冷空气下降，导致下部散热快上部散热慢，从而使母线结构上部温度比下部温度高．当然导电杆仍然会由于集肤效应的影响，而使外侧温度略高于内侧温度，但是B相导电杆的温度会比A、C相略高，从而使壳体最高温度对应于B相位置．为了验证仿真结果与分析，对550kV三相GIS母线进行了温升试验．在环境温度下，用调压变压器和大电流变压器组成试验回路，给三相GIS母线供给所需的工作电流，并使用铜—康铜热电偶温度测试法测量母线模块的温度．在分别通入2000A，2200A的电流时，测量母线模块不同位置的温度变化．试验表明，在环境温度为20℃时，A相温升为59.7℃，B相温升为58.7℃，C相为62.3℃，B相导电杆的温度比A、C相低，与仿真结果有一定的差异．通过将仿真结果与试验数据进行对比分析，可以看出两者存在一定的误差．造成该误差的原因，首先是在仿真分析中，将环境温度设置在恒定温度20℃，而在试验中环境温度并不会一直稳定在20℃;其次是在做温度场仿真分析时，没有考虑风速对温度的影响，从而使仿真结果比试验所测温升略高．但是仿真结果中导电杆的温度分布规律及整体的温度范围与温度场分析理论上相符合，说明使用ANSYS有限元分析软件对550kV三相GIS母线进行温度场分析是有效的．

3优化设计

影响550kV三相GIS母线温升的因素有许多，比如导电杆的横截面积、封闭母线的金属外壳厚度都会对母线的散热造成一定的影响，母线的材质会影响母线的电阻值，进而影响温升．以母线外壳厚度作为优化参数．在尺寸设置中选择母线外壳厚度作为分析对象，添加优化模块，设置待优化的参数和优化范围，得出优化结果，当母线外壳外径为0.258m(即外壳厚度为8mm)时，导电杆的温度为87.57℃，而当外壳厚度大于8mm(即外壳外径大于0.258m)时，导电杆温度有所上升，当外壳厚度小于8mm(即外壳外径小于0.258m)的时，导电杆的温度有所减少．以导电杆横截面积作为优化参数，随着导电杆的半径增加，导电杆的温升逐渐降低．根据R=ρl/s，增大导电杆半径，即增大导电杆的横截面积，降低了母线电阻值，加大自然对流换热空间，使得大电流流过母线的时候的发热减少，加快其散热，因此母线温升也就随之减少．母线整体温度场（铜合金）Fig.6Overalltemperaturefieldofthebus(copperalloy)可以看出母线的温升有了明显的降低．铜的电阻率比铝小，用铜材料制作母线，因其电阻较铝制的小，根据发热公式P=I2R可以知道，其发热损耗也将比铝制母线的发热损耗小．

4结论

1)基于电磁学理论，建立550kV三相GIS母线三维电磁场有限元模型，施加对称三相电流，进行求解分析电流密度．结果表明，550kV三相GIS母线的电流密度分布呈现明显的集肤效应．

2)根据热力学理论，建立550kV三相GIS母线三维稳态有限元模型，施加平均分布的能量，求解观察温度分布．结果表明，平均分布的能量使母线导电杆温度内侧比外侧略高2℃．壳体上靠近导电杆部位温度较高．