機械工程論文范文10篇

來源: www.bnzqvc.live 作者:lgg 發布時間:2018-11-10 論文字數:38592字
論文編號: sb2018110319201223667 論文語言:中文 論文類型:碩士畢業論文
本文是一篇機械工程論文,機械工程是以有關的自然科學和技術科學為理論基礎,結合生產實踐中的技術經驗,研究和解決在開發、設計、制造、安裝、運用和維修各種機械中的全部理論和實際
本文是一篇機械工程論文,機械工程是以有關的自然科學和技術科學為理論基礎,結合生產實踐中的技術經驗,研究和解決在開發、設計、制造、安裝、運用和維修各種機械中的全部理論和實際問題的應用學科。機械工程是工學研究生教育一級學科,工程研究生教育一個領域。(以上內容來自百度百科)今天為大家推薦一篇機械工程論文,供大家參考。

 

機械工程論文范文篇一

 
第一章 緒論
 
1.1 微型純電動汽車的研究背景
就在中美兩國政府投巨資搞電動汽車項目的同時,中國的微型純電動汽車卻在沒有任何政府資助,甚至在各地方限制政策壓力下,頑強地發展起來。微型純電動汽車發展速度遠快于其它類型的電動汽車,已成為一個成長和發展中的產業,這與社會的需求和其自身的特點是密切相關的。城市的公共交通系統需要微型純電動汽車。未來的大都市普遍以快速公共交通系統為主,如公共汽車系統、軌道交通系統等。從人們的住所到公共汽車站或者是地鐵站或者是輕軌車站的短距離出行通常是步行,或是以自行車、兩輪或三輪摩托車等作為交通代步工具。然而,隨著生活節奏的加快和人們生活水平的提高,時間觀念更加深入人心,使用自行車已經不能滿足通勤者時間上的需求,需要尋找一種新型的交通工具。微型純電動汽車是最好的選擇。微型純電動汽車具有無污染、低噪聲、小體積、低速度和易駕駛等優點,使得它可以穿梭于城市的各種道路,能夠直接到達出租車都不能到達的深居小巷,這更是其它大型交通工具所不能企及的。微型純電動汽車的最高時速一般為 60km/h,雖然比一般小汽車的速度慢,但比步行或騎自行車要快得多,完全能夠滿足通勤者上下班時節約時間的要求。因此純微型電動汽車作為代步工具是相當合適的。另外,微型純電動汽車的低速度也提高了它在居住區行駛時的安全性。駕駛微型純電動汽車,比駕駛小汽車簡單得多,即使老人或者下肢殘疾的人,也能操縱自如。因此,微型純電動汽車不僅適合于通勤者的快速交通需要,也能為非通勤者的短距離慢速交通提供方便。
具有低碳環保無污染的微型純電動汽車僅有市場潛力還不夠,還必須還必須通過國家質檢中心的型式認證試驗,各項指標要滿足有關國家標準,還必須有可靠的質量保證和充電、電池保養等服務保障。時下,北方諸多省市(河北、河南、山東)的縣城、鄉鎮風行的微型純電動汽車,購買使用者不少。經過幾年來的實際運作,這類微型純電動汽車的制造和使用暴露出其固有的缺陷,其主要特征是:簡易,在三輪車上安個電機加個車牌;仿制,用游覽車、場地車加個車殼成為道路用車;拼裝,將市購前橋、后橋拼裝成一個底盤,且無設計圖紙、工程計算書,零部件沒有采用標準化,不通用,維修時無法互換;底盤不耐用、不結實、不牢固;電池容量下降快,使用壽命短;續行里程短,充電時間長等。這類微型純電動汽車整車結構、控制器、零部件等沒有任何標準,安全性能得不到保證,導致部分消費者持觀望狀態,也阻礙了微型純電動汽車的發展。微型純電動汽車其寬度不大于 1.4 米,長度小于 3米,座位有 4 座、2 座或單座,微型純電動汽車的關鍵是底盤必須保證機械性能、安全性能,其后橋、變速箱、制動機構等結構件的質量得到保證,其機械、安全性能才有保證。從電動的合理需求,盡可能采取各種技術手段,促進微型純電動汽車的產業發展。
 
1.2 微型純電動汽車的發展現狀
20 世紀 80 年代,人們日益關注空氣質量和溫室效應所產生的影響。到了上個世紀 90年代,一些國家開始實行嚴格的排放法規,電動汽車被認為是符合“零排放”標準的唯一可用的技術,世界范圍內又掀起了電動汽車研究和開發的熱潮。至 90 年代末期,國外大汽車公司已開發生產了 100 多種型號的純電動汽車、燃料電動汽車和混合動力汽車。
 
1.2.1 目前的純電動汽車主要面臨的問題
(1)車輛的續駛里程有限目前在市場上比較廣泛使用的純電動汽車一次性充電后的車輛續駛里程一般為100-150km,而且這個數字一般都還需要保持適當的車輛行駛速度及具有可靠良好的電池管理系統才能得到實現,而絕大多數電動汽車在一般正常的行駛環境下的車輛續駛里程只有50-100km[19]。與傳統的燃油汽車相比較起來,純電動汽車的有限較短的車輛續駛里程已成為其致命的缺點。
(2)成本過高目前市場上能在示范運行中的各式電動汽車,都是在原有的傳統燃油汽車整車底盤,車廂基礎上改裝而制造成的,即將發動機、油箱等原有動力系統部件悉數拆下,然后再裝上驅動電機、動力電池等相關配套部件設備就形成純電動汽車。電池、電機及其控制器技術復雜,且其成本很高,另外由于電動汽車采用了一系列的新材料、新技術,根本沒有批量化生產,也導致了電動汽車的造價居高不下。
(3)蓄電池性能難以滿足要求電動汽車的動力蓄電池的使用壽命最多為 4 年,與傳統燃油汽車的壽命相比較時間太短。若采用能量足、壽命較長的電池,其成本較高。普通燃油汽車填充燃料,方便快捷,而當今市場上的電動汽車充電時間一般在 6-8 小時,給電動汽車的使用帶來極大不便。現有電動汽車所使用的電池都不能在儲存足夠能量的前提下保持合理的尺寸和質量。如果電動汽車自身整備質量大,就會影響其加速性能和最大車速的提高。
 
第二章 微型純電動汽車動力系統總體設計
 
2.1 微型純電動汽車動力系統的基本組成
動力系統是微型純電動汽車中的關鍵系統,圖 2.1 為微型純電動汽車的基本構成,從圖中可以看出,微型純電動汽車的動力系統主要由電氣系統和機械傳動系統組成,電氣系統主要由蓄電池組、電動機及其控制器組成;機械傳動系統主要是由變速傳動裝置以及驅動車輪構成。動力系統的控制器可以根據制動踏板和加速踏板輸入的信號,發出相應的控制指令來控制功率轉換器。功率轉換器的功能是調節電動機和電源之間的功率流,控制功率電路的功率輸出,實時控制驅動電機的轉速和轉矩,然后電機輸出的動力再通過變速器傳動裝置,驅動車輪按駕駛員要求行駛[3]。由于這種布置方式仍然有和傳統的燃油汽車很多相似之處,如變速器、傳動軸、后橋及半軸等機械傳動零部件,它只是把傳統的燃油汽車的內燃機置換為驅動電機及電機控制器后,就得到了一輛新型的純電動汽車,所以這種設計處理工作比較簡單,方便將傳統燃油汽車改裝成純電動汽車。但是,由于其傳動過程相對比較長,因而它的傳動效率也會相對比較低,但有利于集中精力進行驅動電機及其控制器的研究開發。早期的純電動汽車研發時常采用這種布置方式。
 
第三章 微型純電動汽車動力性............32-44 
    3.1 微型純電動汽車動力性分析......... 32-36 
        3.1.1 最高車速分析.........32-34 
        3.1.2 爬坡性能分析......... 34-35 
        3.1.3 加速性能分析......... 35-36 
    3.2 微型純電動汽車續駛里程分析......... 36-39 
    3.3 等速續駛里程影響因素分析......... 39-42 
    3.4 本章小結......... 42-44 
第四章 微型純電動汽車動力系統參數......... 44-56 
    4.1 多目標的最優化問題 .........44-47 
        4.1.1 一般多目標的最優化數學模型......... 44-45 
        4.1.2 分層的多目標最優化問題......... 45-46 
        4.1.3 目標規劃問題的數學模型......... 46-47 
    4.2 微型純電動汽車動力系統參數優化問題......... 47-50 
    4.3 基于 AUTO-SIZE 的微型純電動汽車......... 50-53 
    4.4 微型純電動汽車動力系統參數優化......... 53-55 
    4.5 本章小結......... 55-56 
第五章 微型純電動汽車動力性能仿真分析.........56-66 
    5.1 新能源汽車仿真軟件介紹 .........56-57 
    5.2 微型純電動汽車動力系統主要部件......... 57-62 
    5.3 微型純電動汽車整車性能仿真分析......... 62-65 
5.4 本章小結 .........65-66
 
結論
 
本文對微型純電動汽車動力系統進行了研究與設計,本文主要對微型純電動汽車動力系統中電機電池參數以及傳動比進行了理論計算和設計,本文主要完成以下工作:
(1)在分析了微型純電動汽車現有的動力系統布置形式的基礎上,鑒于客觀條件,確定了本文的微型純電動汽車采用機電集成驅動的形式對動力系統進行設計布置,這樣的布置形式比較適合微型純電動汽車低成本的要求。
(2)在確定整車基本參數的基礎上,運用汽車理論、電機和電池的相關知識,對傳動比、驅動電機、電池等參數進行了理論計算、匹配與設計,并以此為依據,選擇永磁無刷直流驅動電機為動力系統的驅動電機,選擇鉛閥控密閉式鉛酸蓄電池為動力系統的動力電池。
(3)本文根據建立的微型純電動汽車的續駛里程計算數學模型,從整車、電機、電池三個不同方面對微型純電動汽車續駛里程影響進行了計算和數據分析,以此為基礎,再采用兩種不同的方式對微型純點汽車動力系統的參數進行了優化設計,提高了微型純電動汽車的整車動力性能,增大了續駛里程。
(4)以 ADVISOR2002 為平臺,本文對所設計的微型純電動汽車動力系統進行了仿真分析驗證,通過仿真分析驗證了本文設計的動力系統符合微型純電動汽車的動力性能要求,并且本文進行了整車性能試驗,進一步驗證了動力系統參數匹配的合理性,同時也證實了整車性能已經達到基本要求。
 
參考文獻
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機械工程論文范文篇二

 
第1章緒論
 
1.1課題的背景、目的和意義
輪邊減速器作為驅動橋的第二級減速裝置,在水利、油田、礦山、建筑工地等車輛上應用廣泛。對于大多數的重型汽車,它們常在土壤松軟的河灘、沙漠、山地、荒原等惡劣環境中運行作業,車速一般要求較低,但對車輛的動力性要求相對較高,所以傳動系的低檔總傳動比一般要求較大。對于汽車的整個驅動系統,當采用較大的低檔總傳動比時,分動器、變速器、傳動軸等結構的轉矩隨之增大,為了保證傳動的正常進行,它們的結構尺寸也會相應增大。為了避免這種情況,則要盡量使分配到驅動橋上的傳動比的比率最大。此時,這部分較大的傳動比將主要由中央主減速器承受,同樣的會產生較大的轉矩,從而導致驅動橋系統的質量和尺寸較大,便無法滿足非公路用車、軍用重型車、越野車及大型汽車在各種路況下保持良好的通過性,即當汽車在滿載且車速平穩的情況下具有足夠的離地間隙,以便通過各種環境的路面。在設計重型車輛時,若要求傳動系的傳動比值和離地間隙都較大,往往將驅動橋設計成具有二級減速的傳動系統,即維持中央為單級減速的情況下在輪轂中間或附近處增加一套輪邊減速器,這樣不但降低了分動器、差速器、半軸以及主減速器的負荷,還減小了各傳動零件的質量、尺寸,使整個驅動系統更加緊湊,提高了汽車的通過性由此可知,在汽車驅動橋上增加一套輪邊減速器,不但滿足了整個系統傳動比的匹配,還起到了減速、增扭的作用,提高了汽車的驅動力。
 
1.2研究現狀
由于在行星齒輪傳動機構中傳遞的功率可以實現分流,并且該機構因輸入軸和輸出軸在同一軸線上而合理的應用了內噴合,所以該機構具有體積小、承載能力高、傳動比大和傳動效率高等諸多的優點,常用在大轉矩的傳動系統上。因此,對行星齒輪傳動系統的研究有利于重型汽車輪邊減速器的發展。
 
1.2.1動力學問題的研究現狀
世界工業發達國家十分重視對行星齒輪傳動機構的研究,在該系統的傳動性能、傳遞功率、結構優化、速度和轉矩等方面的研究領先于其他國家,開發了一些新的行星齒輪傳動技術,如行星齒輪變速傳動、封閉行星齒輪傳動等。從動力學角度對行星齒輪傳動系統的研究開始于上世紀七十年代,其中以美國軍事研究中心和國家航空航天局為主導的科研機構在自由振動、均載、動態穩定性、振動抑制和動態相應等動力學方面開展了深入研究。Botman建立了行星齒輪傳動機構的自由振動模型,分析得到了該機構的固有頻率[4]。Bahgat基于剛體動力學研究軸承間隙對輪齒承載能力的影響情況,發現行星齒輪傳動是一個過約束的系統[5]。August等人研究了簡單行星齒輪傳動系統的扭轉振動和動態載荷后,幵啟了對行星齒輪傳動彈性動力學方面的研究[6]。Velex等人利用實例對行星齒輪傳動系統的固有頻率進行了測量,并通過限元法對此系統進行固有頻率計算與比較[7]。LinJ.等分析了多個行星齒輪均布的行星齒輪傳動振動特性,發現了具有一定規律的三種振動模態[8]。同時與Parker合作,建立了多個行星齒輪分布不均的傳動模型,并分析了在自由振動時的固有頻率以及振動模態[9]。Comparin建立了一個多間隙的非線性振動模型,并用解析諧波平衡法推導了簡諧穩態解的表達式[1"]。后來先后有學者對行星齒輪傳動系統動在不同的振動模型下進行了振動特性研究有學者對行星齒輪傳動用數值方法進行了動力學研究[20’21]。部分研究者在考慮齒圈的彈性[22’ 23]的情況下對螺旋齒輪行星傳動進行了動力學研究。Hidaka給出了一系列關于行星齒輪系統動力學的實驗報告[24’ 25],這些報告結果即使對現今的研究都還是很重要的。
 
第2章驅動橋輪邊減速器失效分析
 
2.1輪邊減速器工作原理
如圖2-1所示,輪邊減速器結構中太陽輪3與半軸(扭矩輸入軸1)用花鍵相連接,使太陽輪隨輸入軸1轉動。在中心太陽輪3和齒圈7之間裝有四個行星輪5,四個行星輪同時與太陽輪和齒圈相n齒合,行星輪5與支承它的行星輪軸6之間裝有圓錐滾子軸承,以減少行星輪軸孔與輪軸間的摩擦,行星輪軸6則裝配到行星架4上。齒圈支架10嵌入齒圈7而相連接,對于齒圈支架10則由鎖緊螺母9緊固在半軸套管11上,從而齒圈固定不轉動。由于行星架4與輪轂間用螺栓相連接,所以由主減速器傳遞過來的動力經過輸入軸1傳遞給中心太陽輪3,再由哨合原理將動力經四個行星輪5分流,然后再經行星架4傳遞給輪轂,從而驅使汽車車輪旋轉。輪邊減速器的工作原理就是將發動機所輸出的動力傳遞給主減速器,再經輪邊減速器把傳遞的扭矩與轉速進行降速增扭之后傳到車輪上,這樣車輪能夠在地面附著力的反作用之下產生大的驅動力,從而使輪邊減速器之前的各構件所受的力減小,增加了汽車驅動橋的承載能力,提高了各構件的使用壽命。
 
2.2輪邊減速器的使用要求
汽車驅動橋是否需要使用輪邊減速器,要根據實際的工況來確定,可以從以下幾方面來分析:(1)對于大多數工程用重型汽車,其工況比較復雜多變,比如,重型汽車的實際載重常大于規定的汽車載重;重型汽車常在無路的環境下行駛,道路的坡度和路面情況變化很大。所以重型汽車的牽引力要求有較大的變化范圍,一般在4?5倍左右,甚至達到數十倍,一般要采用輪邊減速器。(2)在汽車驅動橋上安裝輪邊減速器時,要保證它不會妨礙車輛的整體結構。輪邊減速器通常安裝在車輪附近或輪轂內,如果其結構過大,會使輪轂的結構也跟著增大,會給傳動軸帶來大的扭矩,增加了傳動軸的負擔。
 
第3章 輪邊減速器的Pro/E建模......... 35-51 
    3.1 Pro/ENGINEER系統軟件介紹......... 35-36 
    3.2 關于Pro/ENGINEER的關系式......... 36-38 
    3.3 齒輪漸開線的幾何分析 .........38-40 
    3.4 直齒輪的建模分析 .........40-41 
    3.5 直齒圓柱齒輪的建模過程......... 41-48 
    3.6 齒輪的裝配......... 48 
    3.7 本章小結......... 48-51 
第4章 基于ANSYS有限元法的分析......... 51-67 
    4.1 ANSYS軟件概述......... 51-54 
    4.2 接觸分析.........54-58 
        4.2.1 接觸問題的基本理論......... 54-57 
        4.2.2 接觸單元的分......... 57 
        4.2.3 面-面接觸分析的特點......... 57-58 
    4.3 輪邊減速器的有限元分析......... 58-63 
    4.4 行星架的有限元分析......... 63-65 
    4.5 本章小結......... 65-67 
第5章 行星齒輪傳動機構的均載分析 .........67-83 
    5.1 引言......... 67 
    5.2 行星齒輪間載荷分布不均性......... 67-68 
    5.3 均載措施 .........68-70 
    5.4 均載機構的結構類型.........70-72 
    5.5 行星齒輪傳動的均載機理......... 72-73 
    5.6 動力學均載計算公式的建立......... 73-78 
    5.7 行星齒輪傳動的綜合誤差......... 78-80 
5.8 本章小結......... 80-83
 
結論
 
本文以山東鵬翔汽車有限公司的某型礦用汽車驅動橋為例,開展了針對汽車輪邊減速器的分析研究。全文圍繞著輪邊減速器的失效進行分析研究,從設計、制造到使用維護方面給出了失效預防措施。主要的工作與結論
(1)分析了重型汽車輪邊減速器工作機理,并提出了輪邊減速器的使用要求,即在不改變整車結構的前提下使機構擁有足夠大的牽引力變化范圍,并保證車輛正常轉向,同時還要具有最佳的動力性和燃料經濟性。
(2)通過對某型號驅動橋輪邊減速器的失效分析,并分別從設計、制造和使用維護等幾方面給出了相應的預防措施,對今后輪邊減速器的使用和維護具有實用價值。
(3)建立了齒輪漸開線的計算公式,并利用Pro/E軟件的單一數據庫、參數化以及關系式創建了行星輪系統的三維模型。這種建模方法不但防止了因人為計算失誤而引起的模型錯誤,同時使模型更接近于實際,有助于提高結構分析的精確度。另外,通過對參數和關系式的修改可以生成相同結構的模型,節約了大量的建模時間。
(4)用ANSYS軟件對單組外嚙合齒輪接觸問題進行元分析。由應力云圖發現,在行星輪嚙合接觸處應力集中且最大,此處在作用力的反復作用下已產生疲勞破壞。另外還發現從接觸處到嚙合輪齒的齒根處應力一直較大,且齒根處應力也較為集中,同時由變形圖可知輪齒撓曲變形較大,因此在應力和變形的雙重作用下,使輪齒發生折斷的幾率較大。
(5)通過對行星架的有限元分析發現,行星輪軸、行星架裝配處以及行星架螺栓孔處應力集中。在行星架結構的應力集中處則會因強度不夠而發生變形或行星輪軸折斷。當行星架發生變形時,作用在行星輪上的載荷便出現嚴重偏載或嚴重過載,此時極易造成輪齒發生破壞而失效。這與實際失效情況相符,因此提出通過提高系統的均載性能來延長系統的實際使用壽命和增加承載能力。
 
參考文獻
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機械工程論文范文篇三

 
第 1 章 緒論
 
1.1  課題背景 
電動汽車是一種以車載電源替代傳統內燃機作為動力輸出的一種新型車輛。隨著環境污染、能源危機及溫室效應日趨嚴重,人們對于環境保護的熱情愈發高漲。據統計,我國每年新增石油需求中的三分之二被用于交通運輸業。與此同時,汽車的銷量還在不斷的節節攀升,而且按照現在的增長速度,三年后我國將達到1.5 億量汽車,屆時污染問題、溫室效應問題、能源問題都將愈發尖銳。在此背景下,電動汽車以其環保、低碳等突出優點,越來越被人們所青睞。我國電動汽車的發展也在如火如荼的進行著,電動汽車重大科技專項立項 4年來,在廣大汽車業界優秀人才的的不懈努力下,取得了令人可喜的進展:新型電動汽車的研發、眾多電動汽車技術瓶頸的突破、混合動力汽車在部分城市公交系統中的試駕成功、部分新型電動車成品通過了國家電動汽車相關法律法規的檢測等。電動汽車強大的市場潛力和節能效果,“八五”期間就引起了政府的高度重視;及至第九個五年計劃,國家重大科技產業工程項目中,電動汽車已經占據了一席之地;五年過后,電動汽車成立了重大專項,并被列入國家“863”計劃,是十五期間的十二個重大專項之一[1]。經過四年的工作,形成了三縱三橫的戰略發展布局,三縱是指燃料電池汽車、混合動力以及純電動汽車;三橫是指多能源動力總成控制系統、驅動電機及其控制系統、動力蓄電池及其管理系統[2],經過多年的努力,電動汽車研制的成果喜人,使得我國電動汽車事業有了長租的進展。[3]。電動汽車主要分為:純電動汽車 Battery Electronic Vehicle(BEV)、混合動力汽車 Hybrid Electronic Vehicle (HEV)、燃料電池汽車 Fuel Cell Electronic Vehicle(FCEV)三類。三種汽車的特點如下:
 
(1) 純電動汽車
純電動汽車(BEV):即由電動機驅動的汽車。純電動汽車以車載電池作為動力儲備,以電機作為動力源,驅動汽車行進。電機的安裝方式也較為靈活,可以作為傳統內燃機的替代品,代替內燃機作為動力輸出,電動機裝在機艙內;也可以不使用中心電機,使用四個輪轂電機作為動力輸出。由于電機的動力輸出要靠電池的電力供應作保障,所以對電池的性能要求比較高,目前蓄電池存在技術瓶頸,儲能較少且成本較高,而且電池的產業鏈不是非常健全,使得電池的價格和數量都良莠不齊,制約了電動汽車的發展。同時如果采用輪轂電機,無疑會給驅動控制算法帶來很高的要求。雖然電動汽車是無污染的,但是其電能卻來自發電廠餓電力,無法從根本上杜絕污染,但是與集中供熱的好處一樣,電動汽車的使用在很大程度上減少了對固體微粒污染物、碳硫污染物的排放,,同時,隨著更多清潔能源的發現,如風能、水能、太陽能等,電動汽車的綜合排放將會越來越少,并減少了人們對于化石燃料枯竭對汽車影響的擔憂。除此之外,電動汽車利用晚間非用電高峰時充電,充分增加了電能的利用率。有學者統計,如果將化石燃料直接送至電廠,產生電力送至電動車驅動時的能量利用率要遠遠高于汽油機直接燃燒化石燃料精煉出汽油的能量利用率。但是電動汽車的發展仍然有很長的一段路要走,是因為與混合動力車相比,電動汽車的充電基礎設施建設需要跟多的規模,不僅需要整個汽車行業的努力,同時需要政府的大力配合。
 
(2)混合動力汽車
混合動力汽車(HEV)綜合了傳統內燃機汽車和純電動汽車兩者的優點,不僅能使用傳統的化石燃料作為能量來源,同時能夠從化石燃料提供的能量中提取出電能作為儲備,必要時切換至電動驅動。混合動力汽車大致分為一下幾種類型:串聯式混合動力汽車 Series Hybrid Electronic Vehicle(SHEV):這種混合動力汽車內燃機不對整車提供動力輸出,僅僅作為動力源向發電機供電,發電機想電動機供電,由電動機作為動力輸出來驅動汽車行駛。并聯式混合動力汽車 Parallel Hybrid Electronic Vehicle(PHEV):這種類型的混合動力汽車可以實現內燃機與電動機對整驅動的自由轉換,既能單獨通過內燃機做動力輸出,也能通過電動機做動力輸出,也能兩個同時輸出。混聯式混合動力汽車 Creole Hybrid Electronic Vehicle(CHEV):這種類型的混合動力汽車工作方式較為靈活,既能像串聯式混動汽車那樣內燃機動力源向發電機供電,發電機向電動機供電作為動力輸出,也能像并聯式混動汽車那樣,進行自由的切換。
混合動力汽車目前占據了電動汽車解決大多數的市場份額,而且絕大多數的混合動力汽車東師汽油作為動力的混合動力汽車,不過,柴油型的混合動力汽車隨著技術的發展也慢慢嶄露頭角。混合動力汽車對于動力性的控制更加接近與理想功率曲線,也就是說其動力性、經濟型的配比更好,對于大功率輸出要求時,發動機不能提供足夠的功率,此時電動機可以作為輔助動力輸出,采用電池作為能量來源對缺少的功率進行補償;當需求功率很小時,發動機多余的功率將被發電機以電能的形式儲存到電池中去備用。同時由于電池對電能的儲存作用,混合動力汽車可以更好的儲存下坡、制動時多余的能量,能量利用率高;同時在市區頻繁啟停的工況下,可以采用電池帶動發電機工作,這樣不僅提高了汽車的動力性,也同時提高了汽車的經濟型。由于兩種形式的能量源,保證了混動汽車充足的能量供應,所以不用擔心純電動汽車對于空調等大功率車載用電器電力需求的問題,而且混合動力汽車還能解決純電動汽車基礎設施建設不足的問題,因為互動汽車可以利用傳統的加油站進行能量補充,不像純電動汽車那樣,需要建立起新的充電站。
 
第 2 章 車控系統開發環境的建立
 
作為某公司小型電動汽車電控系統開發的一部分,車控系統開發環境的建立無論對于硬件在環仿真以及快速原型實驗都有著非常重要的意義和作用,本文原定是要將建立的整車控制系統放在該開發環境中進行硬件在環仿真,并應用系統中的 dSPACE 產品 MicroAutoBox 進行快速原型的實驗,但是由于本文行文時間過早,比相應的項目進度超前,所以相關的工作將在未來的一段時間內完成。但是作為整車控制系統開發工作的一個整體,是很有必要進行一定說明。隨著近年來汽車電控系統越來越多的被應用到整車上,電控系統的設計開發也如火如荼的展開了。“工欲善其事,必先利其器”,電控系統的廣泛應用必將引導車控系統開發環境的產生,而同時,一個科學、高效的開發環境對于汽車電控系統的開發,能夠提供有力的硬件支持,并且能夠縮短汽車電控系統的開發周期,提高汽車電控系統的控制性能。針對某公司汽車控制系統的開發特點,我們設計了相應的車控系統開發環境,該開發環境基于國際上汽車控制系統設計最常采用的“V”型開發流程所設計。針對“V”型開發流程的各個階段,提出了相應的技術方案。雖然該小型電動汽車驅動控制系統是按照“V”型開發流程在該開發平臺上進行的,但是,由于時間很緊,所以一個“V”型開發流程并沒有走完,缺少了硬件在環這一塊內容。但在之后的時間內,這一內容會予以完成。
 
第3章 整車控制系統的網絡結構............ 27-38 
    3.1 功能需求分析......... 27-28 
    3.2 系統設計 .........28-29 
    3.3 系統分析 .........29-35 
        3.3.1 離線仿真配置 .........30-33 
        3.3.2 仿真結果 .........33-35 
        3.3.3 初步結論......... 35 
    3.4 下一步工作計劃......... 35-38 
        3.4.1 半實物仿真......... 36 
        3.4.2 實物測試 .........36 
        3.4.3 多總線通信網絡......... 36-38 
第4章 整車驅動控制策略......... 38-65 
    4.1 綜述 .........38-39 
    4.2 整車驅動控制策略分析......... 39-44 
        4.2.1 理想的汽車動力性特性 .........40-41 
        4.2.2 電動汽車的驅動模式分析......... 41-42 
        4.2.3 整車控制系統的總體結構......... 42-44 
    4.3 整車控制系統的設計及建模......... 44-64 
        4.3.1 整車模型的建立 .........44-47 
        4.3.2 電機模型的建立 .........47-64 
    4.4 小結......... 64-65 
第五章 :整車驅動控制系統的仿真......... 65-74 
    5.1 Simulink 簡介 .........66-67 
    5.2 仿真環境的設置 .........67-68 
    5.3 離線仿真結果及分析......... 68-72 
        5.3.1 勻速工況實驗......... 68-70 
        5.3.2 加速工況實驗 .........70-72 
5.4 結論......... 72-74
 
結論
 
本文主要立足于某公司小型電動汽車整車控制系統開發的課題,對課題的相關工作進行進行一個梳理和總結。作為一個整車控制系統,本文所設計的系統是一個非常簡單的雛形,功能也較為單一。但是作為課題第一個階段的一個成果,其意義并不在于系統本身解決了什么問題,而在于他所建立的整體的框架,能夠給予未來的設計一個思路。使得整車系統的設計不再繁瑣,而是可以在此框架的基礎上,不斷對模型進行完善,并按照功能需求的不同不斷地更新控制策略,增添各種新的系統和模塊。隨著去年十月份項目開始至今,實驗室克服了人力不足的嚴重困難,在老師的指導下,僅僅幾名碩士搭建了這個簡單的系統,實屬不易。本文從整車控制系統設計的宏觀角度出發,首先建立了小型電動汽車整車控制系統設計開發平臺,并在該平臺的基礎上進行整車驅動控制系統的設計。于此同時,也在進行車載網絡系統的設計,原計劃,在該驅動系統設計結束后,通過所建立的車控系統開發環境進行硬件在環仿真,并在硬件在環仿真結束后趕往浙江嘉興進行驅動控制系統的實車道路試驗。但是因為時間緊、工作量大、人手不足等困難的限制,導致很難再論文成文前完成最后兩個步驟。
本文所設計的從總體上來講該系統經歷了一個從無到有的過程,為將來的整車系統的設計提供了藍本和框架。通過虛擬仿真,驗證了整車驅動系統在勻速工況和加速工況下對車速的控制功能,將理想速度和實際速度的差值控制在 1m/s的范圍內,控制效果還是比較好的,雖然實現的功能較為單一,但是還是為未來的工作奠定了基礎。本文所建立的系統過于簡單,在未來的工作中,首先,將豐富點擊模型,繼續完成開關磁阻電機及控制器的設計,并且將其放到整車控制系統中進行聯立仿真;其次,將網絡協議完善,將設計好的驅動控制系統中整車控制器與電機控制器之間的報文生成“.dbc”文件用于與 Dspace 的聯立仿真;再次,完成硬件在環的實驗和快速原型的實驗,通過這個簡單的系統走一個完整的“V”型開發方法的過程,一來是熟悉控制器的新型開發流程,二來積累經驗、發現問題,用以完善當前的設計。在這些步驟完成之后,即可將制動控制、制動能量回饋、能量管理、車載網絡通訊等模塊加入整車控制系統,使之更加完善豐富,最終建立一個高效率、高性能、低成本的小型電動汽車整車控制系統。
 
參考文獻
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機械工程論文范文篇四

 
第 1 章 緒論
 
1.1 選題背景和意義
拖拉機在農業機械中占據著舉足輕重的地位,近些年國產拖拉機從造型到整車性能都有了很大的改進,但其傳動系統的設計和控制方面與國外發達國家還有一定的差距[1]。變速器在拖拉機的傳動系統中扮演著重要角色,國產拖拉機大部分采用的是傳統手動機械式變速器,這種變速器換擋困難,換擋最佳時機不易把握,并且頻繁換擋,容易造成駕駛員疲勞,進而影響行駛安全[2]。隨著自動變速器在汽車等車輛上的廣泛使用,其操縱可控性和方便實用性滿足了不同類型駕駛員的需求,給汽車行業帶來了巨大效益。為此,人們開始嘗試把自動變速技術用于拖拉機,尋求適合拖拉機使用的自動變速器,從而提高拖拉機的技術含量,改善其使用性能。目前,自動變速器主要有三種類型[3]:液力自動變速器(Automatic Transmission,簡稱 AT )、電控機械式自動變速器( Automatic Mechanical Transmission,簡稱 AMT)和無級自動變速器(Continuously Variable Transmission,簡稱 CVT)。AT 是最早在汽車上使用的自動變速器[4],也是目前汽車上使用最廣泛的自動變速器。AT 通過機械手段將油門開度和行駛車速等參數轉化為液壓控制信號,使相應的液壓控制閥按照設定好的換擋規律控制換擋執行機構動作,完成自動換擋。AMT 是利用電子控制系統完成離合器接合、分離和變速器擋位變換,實現車輛變速器換擋過程自動化,其優點主要如下[5-7]:
(1) 在原有機械傳動結構上進行改裝,保留齒輪變速機構,傳動效率高。
(2) 耗油量低。經實踐證實,比起傳統手動變速器和液力自動變速器來AMT 分別省油 5%和 20%。
(3) 研制和開發成本低。
(4) 易于實現技術與零部件生產的國產化。
CVT 長期以來一直是人們心中理想的車輛自動變速方式[8],采用傳動帶和工作直徑可變的主、從動輪相配合來傳遞動力,可以實現傳動比的連續改變[9]。但是,CVT 目前在市場中所占比例很小,僅有 1%,由于其設備更換量大、制造困難、市場價格高,因而其產業化的時機還不成熟[10]。可見,AMT 兼有 MT 和 AT 的優點,結構緊湊,工作可靠,能夠正確的模擬優秀駕駛員的駕駛水平,可以適時地根據行車工況并按照駕駛員的意愿實現換擋操縱自動化。為了進一步提升拖拉機整機性能,更好地滿足拖拉機復雜作業工況和人們的需求,性能優越的 AMT 成為了我國拖拉機行業發展的重點。換擋規律是拖拉機自動變速系統的核心內容,合理的換擋規律可以改善拖拉機換擋品質,滿足駕駛員意圖,更好地發揮拖拉機的動力性和經濟性,提高作業效率,同時增加了拖拉機整體技術含量,對我國農業機械現代化的發展有著重要意義。
 
1.2 AMT 的基本結構和控制原理
 
1.2.1 AMT 的基本結構
AMT 是在傳統手動機械式變速器的基礎上,運用現代控制理論、傳感技術、微控技術和信息處理技術,以電子控制單元(ECU)為核心,采用氣動或液壓控制方式實現車輛變速器按照實際需求自動換擋[11]。如圖 1-1 所示,AMT 控制系統主要有 3 大部分組成:ECU、傳感器和執行機構。
 
1.3AMT 的研究現狀及其關鍵技術
離合器接合規律和變速器換擋規律是 AMT 自動控制系統開發的的核心內容[15],也是現階段車輛傳動領域研究的重點。
 
1.3.1 離合器接合規律
要得到離合器的接合規律關鍵在于如何更好地解決車輛起步時離合器的控制問題[16]。搭載 AMT 的車輛上沒有了離合器腳踏板,駕駛員只能通過油門踏板來完成自己的操縱意圖。對于不同的駕駛員來說,在不同的作業工況、不同的外界環境條件下所采用的控制策略也不盡相同。車輛起步時,要求起步平穩、離合器和發動機要能夠協調配合,同時離合器的使用壽命要長,這些都給實現離合器的起步控制增加了難度。在研究離合器控制性能前期階段,從研究車輛動力學模型入手通過分析影響車輛起步品質的因素得到離合器的接合控制規律[17],由于運用這種方法往往會使得到的車輛系統動力學模型難以真正滿足駕駛員的意圖和復雜多變的外界環境條件,最終會導致控制效果不理想。后來,一些學者采用現代智能控制理論改善離合器的控制性能[18],使離合器控制規律得到提高。
 
第 2 章 拖拉機 AMT 換擋規律理論研究
 
換擋規律的確定是拖拉機 AMT 設計的核心,是實現拖拉機傳動系統與發動機的合理匹配、控制車輛及時換入最佳擋位關鍵。通過分析影響拖拉機動力性和燃油經濟性的主要因素以及它們之間的內在關系,結合車輛換擋規律的類型和各自的優缺點,確定出拖拉機自動變速器的換擋規律類型及其相應的控制參數,為制定換擋規律奠定基礎
 
2.1 車輛自動變速器換擋規律類型
自動變速器的換擋規律主要是針對汽車進行研究的,對于拖拉機自動換擋的研究并不深入。換擋規律的合理與否直接影響拖拉機的動力性、燃油經濟性、換擋平順性以及對環境適應性等各種性能的優劣[38]。要確定以牽引作業為主要任務的拖拉機自動變速器換擋規律,應從車輛自動變速器換擋規律的類型出發進行分析。車輛自動變速器換擋規律按照其控制參數的數量主要可分為三種形式:單參數換擋規律、兩參數換擋規律和多參數換擋規律。組合型兩參數換擋規律是以上幾種換擋規律的組合,擁有各種換擋規律的優點,可以在不同油門開度下很好地滿足車輛的使用性能。當油門開度較小時,通常以車輛的行駛穩定性、乘坐舒適性為主,采用單參數換擋規律;當油門開度處于中等大小時,以保證車輛最佳經濟性為主,且兼顧動力性,通常采用收斂型兩參數換擋規律;當油門開度很大時,則以車輛最佳動力性為主,此時采用等延遲型換擋規律。在行駛環境良好的情況下,車輛大都采用組合型換擋規律。
 
第3章 拖拉機 AMT 三參數換擋規律制定.......... 30-48 
    3.1 拖拉機 AMT 動力性三參數換擋規律制定.......... 30-40 
    3.2 拖拉機 AMT 經濟性三參數換擋規律制定.......... 40-47  
    3.3 本章小結.......... 47-48 
第4章 拖拉機 AMT 自動換擋模糊控制策略..........48-62 
    4.1 模糊換擋策略 ..........48-50 
    4.2 模糊控制理論基礎 ..........50-52 
        4.2.1 模糊集合與隸屬度.......... 50 
        4.2.2 隸屬函數.......... 50-51 
        4.2.3 模糊推理..........51-52 
    4.3 拖拉機 AMT 模糊換擋控制基本原理.......... 52-53 
    4.4 模糊控制器設計.......... 53-61 
    4.5 本章小結 ..........61-62 
第5章 拖拉機 AMT 換擋規律仿真分析.......... 62-75 
    5.1 拖拉機動力傳動系統仿真模型.......... 62-66 
    5.2 換擋規律仿真模型 ..........66-68 
    5.3 換擋過程聯合仿真模型.......... 68-69 
    5.4 換擋規律仿真分析.......... 69-74 
        5.4.1 拖拉機機組整體仿真模型.......... 69-71 
        5.4.2 仿真工況參數設置.......... 71 
        5.4.3 仿真結果分析.......... 71-74 
5.5 本章小結.......... 74-75
 
結論
 
拖拉機實現自動變速的關鍵在于最佳換擋規律的制定,即應根據不同的作業工況選擇最佳的擋位。本文以東方紅—MG 系列輪式拖拉機的機械變速器為基礎,借助拖拉機的傳動系、整車參數以及發動機試驗數據,對其換擋規律進行研究。研究所取得的主要成果可歸納如下:
(1) 研究了影響拖拉機 AMT 換擋規律的動力性和經濟性因素,在分析了汽車等車輛自動變速器換擋規律的分類、各自的適用范圍和特點的基礎上,確定了拖拉機 AMT 換擋規律的參數類型;分析了拖拉機機組自動換擋控制系統的組成、工作原理以及換擋智能控制策略。
(2) 研究了拖拉機機組動力學和發動機燃油經濟性,根據發動機的試驗數據,采用曲線擬合的方法構造出發動機的動態轉矩模型和發動機耗油量數學模型;通過這些模型得出了能夠反映拖拉機機組動力性的驅動力、經濟性的小時耗油量與換擋規律控制參數之間關系的數學模型。
(3) 利用得到的拖拉機動力學模型和發動機模型推導出拖拉機 AMT 動力性和經濟性換擋規律數學模型,采用圖解法與解析法制定了拖拉機 AMT 動力性和經濟性三參數換擋規律,并借助計算機編程擬合求出換擋規律曲面。
(4) 根據模糊控制的原理,設計了相應的模糊控制器,利用該控制器對基于傳統理論求解得到的降擋規律進行改進,得出了拖拉機 AMT 最佳換擋規律,為進一步提高拖拉機機組作業質量提供了保證。
(5) 利用 Matlab/Simulink 軟件構建拖拉機系統仿真模型,介紹了仿真模型各組成模塊的工作原理;從而得出了拖拉機 AMT 換擋規律仿真模型,通過該仿真模型對經過模糊改進前后的拖拉機 AMT 動力性和經濟性三參數換擋規律進行仿真分析,分析比較了二者對拖拉機機組動力性和經濟性的影響。
 
參考文獻
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機械工程論文范文篇五

 
第一章 緒論
 
1.1 課題來源及背景 
課題來源于某熱電廠改擴建工程。該熱電廠始建于 1995 年,主營業務為熱電聯產,是所在開發區為改善招商引資環境的重點配套工程之一,也是市重點建設項目之一。 根據開發區的總體發展規模和現有用熱負荷增長的實際情況,按照熱電聯產、集中聯片供熱的產業政策,經分析論證,該熱電廠作為該地區大型的公用熱電企業,需要進行改造和擴建。 本次擴建工程規模為二爐二機,其中建設 130t/h 循環流化床鍋爐 2 臺、12WM抽汽凝汽式汽輪發電機組 1 臺、12MW 背壓式汽輪發電機組 1 臺及相應規模的熱網等配套設施。 熱電廠早期建設工程由于建設時間早,普遍采用繼電器保護。隨著繼電保護技術的成熟與發展,本次擴建工程采用日益成熟的先進的繼電保護裝置、測控裝置、自動裝置等構建全廠電氣控制系統,以滿足生產日益提高的對系統安全性、穩定性和可靠性的要求。
 
1.2 課題研究的意義 
熱電廠早期電氣系統使用常規繼電保護。常規繼電保護是采用繼電器組合而成的,通過各種繼電器的復雜組合,來實現保護功能,因此存在很多缺點。比如占的空間大,安裝不便,調試和檢修復雜,一般要停電才能進行,影響正常生產;采用的繼電器觸點多,大大降低了保護的靈敏度和可靠性;繼電器保護功能單一,要安裝各種表計才能觀察實時負荷,且數據不能遠方監控,無法實現遠程控制;維護復雜,故障后很難找到問題,運行維護工作量大,運行成本高。 總的來說,常規保護使用的電纜數量多、屏柜多、特別是裝置壽命短、運行費用高,因此工程中對其進行改造。 隨著電子技術和信息技術的發展,電廠的自動化技術也取得了長足的進步,集散控制系統、廠級監控信息系統、廠級管理信息系統、輸煤化水輔助控制系統等在電廠中的到普遍的應用,使電廠運行管理水平不斷提高。 廠用電氣控制系統簡稱 EFCS 或 ECS,該系統將電廠原先各自獨立運行的各種電壓等級配電系統的保護、測控裝置通過總線的方式聯結起來,構成一個系統,實現了與 DCS 系統的通信,同時通過網絡和后臺軟件,實現了電氣系統的協調控制、故障分析和運行管理,提高了整個發電廠的自動控制水平和運行管理水平。 綜上,將建廠早期使用的常規保護裝置改造為先進的微機保護裝置,構建 ECS系統以加強電氣系統的協調控制、故障分析和運行管理,提高整個發電廠的自動控制水平和運行管理水平。熱電廠擴建工程構建全廠電氣控制系統勢在必行。
 
1.3 論文的主要工作 
論文分析了熱電廠電氣控制系統設計與實現的過程,并運用項目管理先進的理論和方法,結合軟件平臺,對項目每個階段的進度、質量和成本等進行約束和協調。 本人所做的主要工作: 
1、從工程項目的可行性研究和設計階段,組織和參與針對設備選型的反復討論和論證,根據系統的容量要求,選擇先進的繼電保護裝置、測控裝置、自動裝置等配置擴建機組及其輔機,并比選先進的電網監控系統軟硬件,為電氣控制系統的實現打下基礎。 
2、對外與系統軟件、硬件廠方技術人員溝通,并提出對軟硬件功能和性能方面的要求,督促其定制或改進;對內與開發小組成員之間的溝通,組織和參與系統組態的實施過程,并負責檢查完善度。 
3、組織系統調試和消缺,完成機組試運行并投入商業運營。 
4、負責項目總體資金的調配和控制工作。
 
第二章 項目分析
 
2.1 ECS 系統綜述 
電氣控制系統簡稱ECS,開發ECS的目的是為了對電站電氣設備進行實時監控,監控的對象主要有分為兩大部分:發電機——變壓器組、廠用電系統。 發電機——變壓器組部分包括發電機——變壓器組和發電機勵磁系統。廠用電系統監控對象包括電氣和工藝兩部分。電氣部分包括主廠房系統和輔助電源系統。工藝部分主要指高壓電動、低壓電動和成套設備。
 
 2.1.1 ECS 的結構 
ECS 為分布式數據處理系統,分三層設置,即通常所說的間隔層、通信層和站控層,分別對應現場數據采集和 I/O 接口、前置服務器以及后臺工作站。
 
(1) 間隔層 
間隔層完成對現場一次設備信號的采集、保護及測控功能,其功能的實現不依賴于通訊層及變電站層。 間隔層的設備具有保護和測控功能,簡稱 RTU,即 Remote Terminal Unit,是一種遠端測控單元裝置,負責對現場信號、工業設備的監測和控制。與常用的可編程控制器 PLC 相比,RTU 通常要具有優良的通訊能力和更大的存儲容量,適用于更惡劣的溫度和濕度環境,提供更多的計算功能。
 
(2) 通信層 
通信層實現多種遠動標準規約的在線轉換,完成對全系統不同廠家一次設備和總控單元的互聯;采用獨立 CANBUS 和 485 雙網絡結構設計,無瓶頸,抗干擾能力強,保證系統通信可靠性;多管理機配置方式,多機互為熱備,解決了管理機的瓶頸問題。 通信層的設備即前置系統,實現數據通信與數據處理。
 
第三章 項目設計........... 16-29 
    3.1 電氣系統方案設計......... 16-25 
    3.2 電氣控制系統設計.........25-27 
        3.2.1 保護測控裝置......... 25 
        3.2.2 前置系統 .........25-26 
        3.2.3 后臺監控調度系統......... 26-27 
    3.3 系統組態......... 27-28 
    3.4 本章小結 .........28-29 
第四章 前臺系統配置實現 .........29-61 
    4.1 配置保護測控裝置......... 29-46 
        4.1.1 設定網絡接線方式......... 29-30 
        4.1.2 配置硬件......... 30-32 
        4.1.3 實現保護功能......... 32-46 
    4.2 配置前置系統......... 46-60 
    4.3 本章小結......... 60-61 
第五章 后臺系統軟件組態......... 61-77 
    5.1 后臺數據庫設計......... 61-62 
    5.2 數據庫生成 .........62-66 
    5.3 繪制電氣接線圖......... 66-68 
    5.4 編制報表......... 68-69 
    5.5 配置系統 .........69-70 
    5.6 系統安裝和運行調試......... 70-73 
    5.7 系統投運......... 73-76 
5.8 本章小結......... 76-77
 
結論
 
本文運用項目管理的理論,結合熱電廠三期改造擴建工程,探討了全廠電氣控制系統的設計與實現過程。 在項目前期中,重點把握系統硬件、軟件的合理選型。通過對項目分析,明確項目需求、任務和要求,并應用 WBS 方法對項目任務進行合理分解。 在項目實施過程中,重點把握系統硬件、軟件的組態進度和質量。通過結合先進的 project 項目管理軟件,建立工程進度計算機管理平臺,對工程進度跟蹤檢查、對比、評價和控制,及時進行優化調整,確保電氣控制系統構建項目滿足擴建工程總體計劃要求,圓滿完成工程項目任務。
隨著電氣設備綜合自動化水平的提高,以及現場總線技術的發展和可靠性的增強,有望建立新型的 ECS 系統,通過 ECS 現場自動化設備的模塊完成對電氣模擬量、開關量的采集,再通過網絡與 DCS 通信,可以省去大量的 DCS 數據采集設備和電纜投入,從而減少 DCS 系統的成本,通過聯網更好地實現多系統的無縫聯接。
 
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機械工程論文范文篇六

 
第 1 章 引言
 
1.1 課題研究背景和意義
水力發電應用廣泛,水輪機運行中由于不同程度地汽蝕、磨蝕,嚴重影響發電效率,經過一定運行周期都要停機進行檢修[1]。我國水力資源可開發容量在4.48 億千瓦以上,全國有大中型水電站 300 多座,每個水電站一般有機組 4~20臺。我國河流泥沙含量較大,年平均輸沙量在 1000 萬噸以上的河流有 115 條,建在這些河流上的水電站水輪機過流部件(主要是轉輪葉片)受泥沙損害嚴重[2]。由于汽蝕和磨蝕使水輪機工作效率降低,直接影響電站的發電能力和經濟效益,因此對水輪機葉片進行高效率修復是急需解決的現實問題[3]。轉輪是水輪機發電機組的重要部件,如圖 1.1 所示,由上冠、下環、葉片、泄水錐等部分組成;其結構和性能直接影響發電機組的運行、穩定、效率和安全[4]。由于河流中含有泥沙、碼冰等物質的長期作用,導致水輪機過流部件特別是轉輪葉片的氣蝕和磨損,不僅降低了水輪機運行效率,而且危及部件的結構安全;同時葉片出水邊應力集中造成的疲勞裂紋,也是影響國內外大型混流式水輪機可靠性的主要原因。
為了降低發電損失、保證運行安全,目前廣泛采用補焊的方式對水輪機葉片進行修復,其中 4~5 年就要進行四個多月的停機維修,每年約有 200 多臺水輪機需要大修,全國每年由于機組大修減少的發電量達到上萬千瓦小時,造成了很大的經濟損失。葉片修復通常采用停機后吊裝到機坑外進行手工補焊、人工磨削等方法,工作量大、強度高、工期緊、勞動環境差、效率低[5][6]。另外,人工磨削后的葉片形狀很難和原設計形狀吻合,嚴重影響到水輪機的過流量,降低水輪機工作效率[7]。針對這些問題亟待開發和研制水輪機機坑內自動化修復設備。機器人是最典型的機電一體化裝備,技術附加值高,應用范圍廣,作為先進制造業的支撐技術和信息化社會的新興產業,對未來生產和社會發展起到重要的作用。采用葉片修復機器人,不僅能保證修復后的葉片形狀,縮短檢修周期,還能把工人從繁重、惡劣的工作條件中解放出來,這勢必帶來較好的經濟效益和社會效益。
 
1.2 國內外發展現狀與應用實例
當前國內外水力應用技術比較成熟,水力發電站的建設和運行維護技術也趨于完善,對于水輪機葉片的修復工藝和技術基本上以手工作業為主,為克服人工修復帶來的種種弊端,修復機器人的研制已成為研究的重點。
 
1.2.1 國內發展現狀
我國水利水電站很多,水輪機葉片受泥沙汽蝕嚴重,部分高校和科研機構對水輪機葉片修復機器人進行了深入的研究,蘭州理工大學、哈爾濱理工大學、中南大學等院校做了大量的工作,取得了一定的成果。1.蘭州理工大學的楊萍、仲大偉、趙丹、李鶴岐、張淑珍等人研究的水輪機修復專用機器人[12],其結構如圖 1.4 所示。雖然國內外一些科研機構對水輪機葉片修復機械臂有一定的研究,并且也有一些產品問世,但適合我國具體情況的修復機械臂還沒有成功的產品。通過分析國內外水輪機葉片修復機械臂的研究現狀,水輪機葉片修復機械臂存在的主要問題是剛度不足、難以承受較大的切削力、加工效率不高。根據機械臂存在的主要問題,應該采取的對策為:機械臂應具有多個關節,滿足靈活性和一定的工作空間要求;在機械臂結構設計中,盡量提高機械臂剛度;調整機械臂結構尺寸,使其體積小、自重輕;與移動平臺相結合構成水輪機葉片修復機器人,實現大范圍的移動和修復。針對以上要求,設計出的機械臂結構形式應克服以往機械臂剛度不足的問題,通過設計機械臂合理的關節形式及數目和計算機械臂各結構尺寸參數,使機械臂能夠很好地完成水輪機葉片的修焊工作。本論文機械臂設計的特征如下:1.機械臂安裝在移動平臺上,其末端可安裝不同的檢測及加工工具,機械臂能夠滿足檢測及加工作業對運動自由度的要求;2.機械臂需要進入水輪機狹小的機坑內作業,設計的機械臂安裝到移動平臺上后要考慮滿足工作空間的尺寸要求;3.機械臂需要在末端抓持磨削工具,機械臂必須具有較好的強度和剛度,保證作業正常開展。
 
第 2 章 磨削機械臂設計方法
 
2.1 機械臂工作要求
水輪機葉片的 80%屬于馬鞍面,15%屬于碗面,其余部分屬于三維復雜曲面[26][27],如圖 2.1 所示。機械臂要完成在葉片不同部位對焊縫的磨削工作,能夠適應復雜曲面的形狀要求,并且磨削作業面積要達到葉片的 70%,這就要求機械臂應具有相對較多的關節,但關節數目過多,會使機械臂結構的剛度降低[28]。基于以上分析,復雜曲面磨削用機器人,由移動平臺、機械臂和磨削加工單元組成。移動平臺底部安裝磁吸附裝置,使機器人較好的吸附于移動平臺上。同時移動平臺的前后移動以及磨削加工單元的左右擺動既可以降低機械臂自由度數目,又可使機構很好的完成復雜曲面上焊縫的磨削工作。
 
2.2 機械臂的設計思路和方法
 
2.2.1 機械設計方法
機械設計主要包括產品設計過程、原理方案設計、結構設計、總體設計等內容[29]。設計的目的是將預定的目標,經過一系列規劃與分析決策,產生一定的信息(文字、數據、圖形),形成設計,并通過制造加工使設計成為產品。機械設計方法對機械產品的性能有決定作用。機械設計方法分為:常規設計方法(傳統設計方法),創新設計方法,現代綜合設計方法。它們之間有區別,也有共同性。傳統的機械設計方法,是以實踐經驗為基礎,依據力學和數學建立的理論公式和經驗公式,運用圖表和手冊等技術資料,進行設計計算、繪圖和編寫設計說明[30]。創新設計是指設計人員采用新的技術手段和技術原理、發揮創造性,提出新方案,探索新的設計思路,提供具有社會價值的、新穎的而且成果獨特的設計,其特點是運用創造性思維,強調產品的創新性和新穎性。現代機械綜合設計法是一種面向產品廣義質量,以顧客需求為驅動,以獲得優良功能與性能為目標,以現代機械設計等多學科為基礎,以產品功能優化設計、動態優化設計、智能優化設計、可視優化設計為手段的一種多學科融合交叉的多功能和多性能優化的設計理論與方法[31][32]。
 
第3章 磨削機器人機械臂的機構設計......... 22-43 
    3.1 水輪機葉片修復機器人的組成 ........22-23 
        3.1.1 操作機........ 22 
        3.1.2 驅動裝置........ 22-23 
        3.1.3 控制系統........ 23 
    3.2 磨削機器人機械臂的組成 ........23-24 
    3.3 機械臂的結構設計 ........24-26 
    3.4 機械臂大臂的結構設計........ 26-32 
    3.5 機械臂小臂結構設計........ 32-35 
    3.6 機械臂小臂抗傾覆吸附裝置........ 35-38 
    3.7 末端(磨削輪)設計........ 38-42 
    3.8 支撐架的設計........ 42 
    3.9 本章小結........ 42-43 
第4章 機械臂的尺寸設計、受力分析........ 43-61 
    4.1 機械臂尺寸設計 ........43-45 
    4.2 機械臂關節受力計算........ 45-48 
    4.3 機械臂各關節驅動方式選擇........ 48-55 
    4.4 機械臂關鍵部位強度校核........ 55-58 
    4.5 機械臂部分構件的材質選擇........ 58-60 
    4.6 本章小結........ 60-61 
第5章 三維建模與樣機試驗........ 61-69 
    5.1 CATIA 概述 ........61-62 
    5.2 機械臂三維模型與樣機........ 62-63 
    5.3 機械臂樣機試驗........ 63-67 
    5.4 機械臂主要外形尺寸和各關節運動范圍........ 67-68 
5.5 本章小結........68-69
 
結論
 
設計主要研究成果和結論:
1.根據水輪機葉片坑內修復作業對機器人機械臂的要求,克服傳統機械臂剛度不足等問題,設計了一種四個主動關節加一個被動關節的機械臂結構。該機械臂的大范圍移動由移動平臺和大臂的 2 個主動關節實現,加工區域內小范圍移動由小臂 2 個主動關節和 1 個被動關節實現。機械臂的總高度 240 mm,總臂長 560+100 mm,大臂長 350+100 mm,小臂長 210 mm。在移動平臺固定后,主要利用大臂運動,有效保證了較大的加工范圍;在磨削加工時大臂鎖緊形成桁架結構,此時機械臂剛度好,有效保證了加工時機械臂整體的剛度。
2.為了提高機器人作業時機械臂末端承載性能,在機械臂前端設計了抗傾覆吸附裝置;為了調整小臂姿態以適應復雜的葉片曲面,在機械臂的小臂上利用彈簧原理設計了一個自適應被動關節。
3.根據理論計算及三維仿真,優化設計了滿足水輪機葉片修復要求的機械臂關鍵零部件具體結構,對關節電機、減速器選型和抗傾覆吸附裝置、自適應彈簧裝置等進行了分析計算,對機械臂的重要傳動部件蝸輪蝸桿機構進行了詳細的強度校核,校核結果證明,蝸輪蝸桿強度滿足實驗要求。
4.對所設計的機械臂進行了關節運動實驗,分別驗證了五個關節的動作,實驗結果證明關節結構設計合理,同時間接證明電機、減速器、傳動機構等重要器件選型合理。
 
參考文獻
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機械工程論文范文篇七

 
第1章緒
 
1.1本課題研究目的和意義
輪式裝載機被廣泛地使用在土、石方裝、卸方面,是一種應用最廣泛的土方機械,在礦石場、建筑工地、道路建設、工廠內搬運、貨場散料裝配、港口裝卸、, 水利工程設施施工等方面被廣泛的應用,進行的裝卸、伊運、起重、牽引等作業中,是一種多用途、高效率的工程機械。2004年之后,由于我國國民經濟的持續高速穩健增長、在基礎設施建設方面大量的固定資產投入和中西部開發戰略的強力推進,輪式裝載機行業的發展出現了多年持續的“高速增長”局面。我公司作為裝載機行業的主要生產企業之一,身居行業前三位,如何根據行業特點,做好生產計劃,為銷售需求把好脈,提高市場占有率,突出了生產計劃安排的重要性。根據工程機械行業的統計信息,國內16家裝載機主機廠2010年實現銷售量約106749臺,比2009年增長約33. 70%,2011年增長也達到了約149837臺,銷售量在135023臺左右。從世界各國情況看,“世界交通、能源和其它基礎設施建設這幾年發展迅速,各國每年投資額大約都在數千億美元以上,俄羅斯、巴西、美國和中東、東南亞等是近幾年的裝載機主要銷售國家和地區,年銷售量均在萬臺以上”2011年上半年,國內裝載機、挖掘機為代表的工程機械需求量自2010年底到2011年6月份持續旺盛,演繹了工程機械生產、銷售史上的神話。市場需求量持續穩定地保持在較高的水平,國內前四家主要裝載機生產廠家,產銷基本都在4?5萬臺,裝載機有廣闊的市場空間。雖然國外的裝載機生產廠商如美國的卡特彼勒、日本的小松等進入了中國市場,裝載機的市場競爭日趨激烈,對裝載機各方面的性能要求也越來越高,但是只要努力創新,運用現有的技術手段,提高整機的性能的前提下,做好生產計劃安排,產品源源不斷的供應市場,通過質優價廉的產品滿足用戶需要,自主品牌的裝載機、挖掘界在市場競爭中就會占領制高點,獲得巨大經濟效益。裝載機技術水平的提高將為我國整個工程機械行業的技術進步做出重大的貢獻,直接影響到國家交通運輸業、能源工業、原材料工業、農田水利建設、工業與民用建筑及國防建設等領域的發展。
全球化的經濟格局對我國企業發展來說是一個機遇,但也對國內外的企業之間的競爭帶來了壓力,這也是對工程機械配套資源的全球競爭。誰能準確的向市場供貨,并且最大限度的控制好庫存,就能獲得最大的收益,企業就是行業的領導者,實現信息化管理不僅在物料管理方面大有作為,在產銷信息共享,面對市場需求快速反應,及時滿足市場需要,已是大勢所趨,所以,研究工程機械的生產排產方法,形成可操作的排產模式,是公司在上SAP系統過程中很有幫助的一個助手,助推SAP能更穩定的運行,提高人力資源、時間資源和信息資源的使用效率,提高決策的速度和準確率。
 
1.1.2課題來源及研究目的
眾所周知,生產的過程就是通過工藝流程和ERP中構建的B0M['n2],將人、機、物、料和成本、信息、技術等生產關鍵要素(投入)轉化為有形產品/或服務(無形產品)的變化過程。生產排產數學建模的意義就在于生產能力一定的前提下,通過MRP算法和計劃排單模型[6],將生產節奏和銷售節奏同步,不浪費生產資源、不造成庫存積壓^,解決生產的不是銷售的矛盾,以實現零庫存生產為最高目標,實現制造速率與客戶需求速率一致,專注于客戶需求,設置一個標準,使所有的市場訂單都能快速的相應到流水線上,實現生產周期最短化,減少部門領導決策時間,既滿足銷售需要又能使生產更為均衡,減少因產品品種突發性切換引起的生產時間浪費,將在制品庫存超市前移至流水線上來。山東臨工工程機械有限公司作為全國大型工程機械研發、生產、銷售的企業,如何將產品快速投入市場,在每年的生產旺季(上半年)凸顯重要性,如何在生產淡季(下半年),做好庫存控制,保證訂單及時交貨,挑戰行業交貨期,保持行業領先地位,都是與產品能源源不斷的供應市場分不開的,這就需要有一個強大的生產“指揮棒”,計算機集成制造系統^分解信息數據,迅速的將市場需求信息導入到生產系統。基于以上問題,提出了本課題的研究,以指數平滑法構建銷售需求模型,服務于公司的發展目標。生產過程實現產銷一體化下的生產排產科學方法的優點:柔性大、反應快、效率高、無庫存積壓、融合了備貨型生產和訂貨型生產的優勢,消除需求變異的“牛鞭效應”,使用PDCA工具優化產銷均衡下的整體績效目標,同傳統的產銷排產方式相比,使生產鏈上的各目標客戶均能提前了解訂貨點,不需要增加趕工成本,改善服務水平,降低生產成本,提高企業運營績效。對比傳統的庫存代銷生產排產方法模式和本課題研究的工程機械生產排產方法和應用將銷售需求預測科學化是與傳統預測的不同之處,圖示如圖1-1和圖1~2所不:
 
第2章銷售需求預測模型及應用
 
2.1銷售需求現狀
需求管理的目的是協調和控制所有的需求來源,從而有效的利用生產系統并能按時發送貨物。目前我公司生產的需求有2個基本的來源:非獨立需求(國內外銷售訂單引起的需求)和獨立需求(國內市場標準機待銷車庫存的需要)。非獨立需求是指由對其他產品或服務的需求所引發的對此種產品或服務的需求。例如,如果公司生產1000臺整機,那么相應就需要2000個前輪總成和2000個后輪總成,像這樣的內部需求沒有必要去預測,只需簡單計算即可得到。獨立需求是指非相關產品或訂單引發,不直接從其他產品的需求中派生出來的需求。例如,庫存式生產15臺5302114G2908這樣的產品。需求的構成,可以分解為6個部分:一段時間內平均需求、趨勢性需求、季節性需求因素、周期性因素、隨機變量及自相關因素。圖2-1描述了從2009年1月到2011年7月份的歷史銷售數據和趨勢記錄。
定性預測法是一種較為主管的判斷,基于專家的估計和評價,需要經驗的支撐,有一定的主管性,準確性因獲得的信息而異,有一定的風險性。它共有具體可操作的方法5種:基層預測、市場調研、小組共識、歷史類比和德爾菲法。時間序列分析法主要是依據過去相關的歷史數據可以用來預測將來的需求,這是基于以往事件隨時間的出現而形成的歷史記錄可以用來預測未來需求。它主要有4種理論的預測方法:簡單移動平均法、加權移動平均法、指數平滑法^]、]、鮑克斯?詹金斯法。因果關系法主要是根據經驗,需求會隨著某些因素影響導致的結果,例如趨勢因素、季節因素、周期變化規律因素、國家政策因素等,這些行業內在波動規律和外部經濟環境,都是專家對銷售進行因果預測的依據。模擬法主要是以計算機為基礎的動態模擬模型,預測人員可以對模型中的惡內部變量和外部環境進行假設,根據模型中的變量,預測人員可以獲取諸如:如果銷售價格上漲3%,預測結果將會如何變化。這個可以用來弄清楚預測對象的基礎和環境系統情況,提前觀察行業動態,一般用在戰略規劃方面的預測,在具體操作層次上一般不適用,不具備操作性。
 
第3章 排產方法和SAP系統批量研究........... 25-39 
    3.1 生產排產分析方法 ..........25-26 
    3.2 產品排產品種數量的優化.......... 26-30 
    3.3 排產平衡原則和SAP實現.......... 30-32 
    3.4 SAP系統排產批量的研究.......... 32-37 
    3.5 本章小結.......... 37-39 
第4章 構建訂單優先的主生產計劃均.......... 39-57 
    4.1 特殊訂單.......... 39-42 
    4.2 訂單到達數學分析.......... 42-44 
    4.3 訂單優先應用排隊理論..........44-47 
    4.4 訂單優先的生產策略.......... 47-49 
    4.5 主生產計劃的均衡模式.......... 49-52 
    4.6 主生產計劃排產實例.......... 52-55 
    4.7 本章小結 ..........55-57 
第5章 結論和展望 ..........57-59 
    5.1 結論.......... 57 
5.2 展望.......... 57-59
 
結論
 
本文根據當前工程機械行業的銷售和生產特點,結合前人研究的結果,主要是對現有理論和方法的應用,來滿足企業產銷實際的需要。通過分析銷售模型,提出了最適合我們公司對銷售預測的方法,并對這種方法進行了應用研究和實際試驗分析。確立的銷售預測模型和進行科學排產方法的研究,是完全結合了公司的生產排產的實際。當前,我們公司就是這樣在獲得了相對準確的銷售預測后對生產排產首先進行分析,分析庫存,再形成后續的周度準時生產計劃的排產和周度預測計劃的排產。本文還有一個優點就是結合了實際的公司信息化管理系統SAP系統的應用,研究了各種方法和SAP系統的結合,實現訂單優先的主生產計劃排產均衡模式。主要在以下幾個方面的應用研究中有突破:
1、構建了科學的排產方法,通過公式系統分析,借助SAP系統平臺,將銷售信息快速導入到生產系統,形成物料計劃,實現生產制造的快速反應,柔性制造。
2、實現了庫存控制方面的積極影響,廠內外庫存保持平穩,庫存增加幅度遠低于市場銷售份額增加的速度。
3、對差異化訂單快速生產的提升,再訂貨點的相應時間短了,來了客戶的特殊訂單,根據訂單優先原則和SAP系統對這種模式的支持,可以實現快速的插單生產,實現訂單最短交貨日期1天交貨。
4、增加了整機裝配流水線的產能柔性,這主要得益于對訂單優先的研究和對SAP系統匹配了將MTO相融到MTS模式中的程序,系統流程的柔性奠定了生產物料信息的及時傳遞,保證生產物料按訂單需求配送。
 
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機械工程論文范文篇八

 
第1章 緒 論
 
1.1 內窺技術的發展水平與現狀
內窺鏡的出現源自于人類與生俱來的一種想要“窺探人體內部器官”的好奇心和愿望。古代內窺鏡的發展進程中,一共經歷了四個重要階段,即克服了四大技術難題:(1)建立或開拓一條通向人體內部的通道;(2)安全的向人體內部空間傳輸足夠的光線進行照明;(3)將清晰和放大的圖像回傳至人眼;(4)獲得更寬的視野[1]。促使內窺鏡發展的相關醫學實踐在古埃及,古印度,古代中國以及古希臘古羅馬的早期文獻中均有記載。內窺鏡最早的雛形一直可以追溯到公元前3000 多年的古希臘時期。當時的古希臘名醫希波克拉底(Hippocrates,公元前460?-377 年)曾描述過一種直腸診視器,與我們今天所用的內窺鏡十分相似。在公元一世紀的龐貝(Pompeii)遺址中,人們發現了可被視為內窺鏡原型的醫療器具。與今天不同,這些原型利用的只是自然光線。當代內窺鏡的起源于 19 世紀初[2],目前正經歷其第五個發展階段,即:開放式硬管內窺鏡,含有光學系統的硬管內窺鏡,(光)纖維內窺鏡,超聲與電子內窺鏡以及膠囊式內窺鏡
出生于德國法蘭克福的勃席尼(Philip Bozzini,1773-1809)于 1796 年在維也納設計了一種硬管開放式內窺鏡,他稱其為“Lichtleiter”,意為“導光的儀器”(lightguiding instrument)。這臺器械由一個花瓶狀的蠟燭光源和一些列鏡片組成,在其發明之初是為了能夠觀察膀胱、直腸和咽喉的等內部的情況,如圖 1-1 所示。但由于當時的人們無法接受這種檢查方法,勃席尼還因此受到了維也納醫學院的處罰。盡管未將“Lichtleiter”用于人體檢查,但勃席尼仍被公認為是當代內窺鏡的發明人。被譽為“內窺鏡之父”的是第一個將“Lichtleiter”應用于人體并于 1853年率先使用“內窺鏡”(endoscope)一詞的法國外科醫生德索爾莫(Antonin Jean Desormeaux, 1844-1894)。他改進了“Lichtleiter”的結構,使用燒煤油或松節油的燈作為光源,燈的上方帶有一個煙囪,并且利用透鏡將光線聚集起來以增強亮度,如圖 1-2 所示。雖然這種內窺鏡可以到達胃部,但它所發出的光線還是太暗。而且由于采用了熱光源,在檢查過程中光源產生的熱量常常會灼傷人體,因此這種內窺鏡技術并不安全。在經過了人們的各種努力與嘗試后,德國醫生庫斯莫爾(Kussmaul)于 1868年發明了第一只能夠觀察活人胃部情況的內窺鏡。他將一只長 47 厘米,直徑為 13毫米的筆直金屬管插入一位吞劍表演的藝人胃來觀察胃腔。1879 年柏林的兩位外科醫生尼采(Nitze)和雷特(Leiter)發明了尿道膀胱鏡,該鏡的前端含有一個棱鏡并以電流加熱的鉑絲作為發光源,檢查時需要在人的膀胱內循環冷水以避免熱灼傷。這是第一臺含有光學系統的內窺鏡。1881 年米庫利茲(Mikulicz)等人采用尼采(Nitze)的硬管光學系統成功的制作了第一個適用于臨床的胃鏡。但與所有早期的胃鏡一樣,這種硬質的胃鏡在檢查時是完全無法彎曲的[3]。
二十世紀五十年代以前的內窺鏡照明采用內光源技術,照明效果較差,獲得的圖像色彩嚴重失真,并且還有灼傷人體組織的危險。因此人們一直在尋求一種將外部光源導入人體內部的新材料。在此過程中,人們嘗試了玻璃棒,石英棒和細玻璃纖維,但效果均不夠理想。科學技術的發展總是相輔相成的,直到二十世紀五十年代后期光學纖維的實用化才為纖維內窺鏡的發展奠定了基礎。1957 年Hirschowitz 和他的研究組織制成并在美國胃鏡學會上展示世界上首個可用于胃、十二指腸檢查的光導纖維內窺鏡原型。1960 年美國膀胱鏡制造公司 ACMI 制造了第一支商業纖維內窺鏡。日本奧林巴斯公司緊隨其后在光纖鏡的基礎上加裝了照相機和活檢裝置并于 1966 年首創了前端彎角機構,如圖 1-4、圖 1-5 所示,使得胃照相機技術得到迅速發展。1967 年日本廠商町田(Machida)便推出了采用外置式高亮度冷光源照明的內窺鏡,使得光照范圍和亮度大增,有助于發現小病灶。它們為早期發現胃癌做出了巨大貢獻。1977 年日本學者九永光到等人將內窺鏡與超聲波探頭相結合,研制出了超聲波內窺鏡。超聲波內窺鏡能夠對粘膜表層以下的病變進行有效探測和準確診斷。1983 年美國雅倫(Welch Allyn)公司研制并應用 CCD 傳感器以取代了內窺鏡中所使用的光導纖維集束,同時也宣告了電子內窺鏡的誕生。電子內窺鏡主要由內窺鏡、視頻信息系統中心和視頻監視器三個主要部分組成,同時還賠了一些輔助設備如錄像機、吸引器、供水/氣裝置等,如圖 1-6 所示。由于 CCD 傳感器具有比光線集束高得多的二維分辨率,因此其成像清晰且色彩逼真,而且可以輸出到監視器上供多人同時觀看。
 
第2章 基于機器視覺的運動姿態測量系統
 
2.1 引言
本章的研究重點是如何實時的且盡可能精確地測量內窺式工具的工作鏡管的運動姿態。本章的試驗驗結果將作為下一章研究內窺式工具運動學特性的依據和驗證標準。由于工作鏡管在結構上具有軸對稱性,因此本文中我們只研究其水平工作空間內的平面(即二維)工作姿態。工作姿態包含了三個變量,分別為水平位置(x, y)和水平方位角 θ。本文中所使用的柔性內窺鏡的的工作鏡管,從機器人學的角度上看,它本質上是一個由柔索驅動的含有多個被動旋轉關節的高自由度單鉸連微型機械臂。若要獲得這類機械臂的運動姿態,最常用的方法是為其每一個活動關節安裝上一個位移或角度傳感器,先測得每一個關節相對于前一個毗鄰關節的轉角(或位移),再通過 Denavit-Hartenberg 變換計算出任意一個關節相對于基端的位置和角度[25]。但由于內窺鏡纖細的外形以及中空的內部結構,使得很難找到與之匹配的傳感器。另外,由于工作鏡管具有多達 20 個轉動自由度,且單個鏈接的體積小于 1cm3。若要在不破壞其原有機械結構,且不對其運動造成干涉的前提下進行直接的接觸式測量,目前已知的任何一款角度或位移傳感器均無法滿足其體積約束。因此可以考慮采用非接觸式測量的方法來獲取內窺式工具的運動姿態。光學測量是一類常用的高精度非接觸式測量方法。當它與圖像傳感技術以及計算機技術相結合后,就產生了計算機視覺(Computer Vision)這門新興學科,在某些領域又被稱為機器視覺(Machine Vision)。機器視覺是一個利用靜態或動態影像數據做出決斷或將其以另一種方式呈現的過程[26]。當前,機器視覺被廣泛應用于機器人自動控制[27, 28],載具自動導航[29, 30],智能交通[31],安防[32],工業過程自動化[33-35],科教[36]與醫療[37],影視[38]及娛樂[39]等諸多方面。作為一種光學測量手段,機器視覺具有無損性和高精度等優點。借助于計算機強勁的運算能力、靈活高效的圖像處理算法[40]和性能愈發優異的圖像傳感器,機器視覺技術能夠即時地處理連續影像信息,對被測對象進行智能識別[41]、過濾和增強[42],進一步提高測量系統的實時性與抗干擾能力。這些特點使得機器視覺理論在傳統測量方式無法有效涉及的領域獲得了迅速發展。
 
第三章 內窺式工具的運動姿態估計............ 63-87 
    3.1 引言............ 63-67 
    3.2 研究現狀 ...........67-68 
    3.3 測量原理及流程............ 68-70 
    3.4 幾何模型:自由狀態下的運動姿態........... 70-71 
    3.5 靜力平衡模型:受力狀態........... 71-76 
    3.6 實驗裝置 ...........76-80 
    3.7 實驗結果及模型評估........... 80-85 
    3.8 結論 ...........85-87 
第四章 內窺式工具在加工過程中的振動...........87-113 
    4.1 引言........... 87-88 
    4.2 研究現狀........... 88-91 
    4.3 動力學模型與受迫振動分析 ...........91-95 
    4.4 基于再生振動理論和穩定性葉瓣圖...........95-98 
    4.5 實時振動檢測........... 98-101 
    4.6 實驗裝置........... 101-105 
    4.7 實驗結果與分析........... 105-111 
    4.8 結論 ...........111-113 
第五章 內窺式工具的材料去除能力研究........... 113-129 
    5.1 引言 ...........113-114 
    5.2 研究現狀........... 114-117 
    5.3 基于加工比能耗的材料去除量........... 117-122 
    5.4 實驗裝置...........122-124 
    5.5 實驗結果及模型評估........... 124-127 
5.6 結論 ...........127-129
 
結論
 
由于大多數內部具有三維腔穴結構的金屬工件,如渦輪引擎,都無法通過 X光或 CT 掃描檢測其內部情況,因此當使用內窺式工具深入這些腔穴結構執行表面加工作業時,如何獲取終端執行器的三維位置和工作角度以及它們之間的耦合關系是一個非常重要的問題。一個可能的辦法是利用機器人理論測量每個轉動關節的角度。但由于工作鏡管的體積非常有限,因而無法同時容納十多個角度傳感器。由于內窺鏡工作鏡管的結構的水平和垂直自由度之間存在耦合關系[98],因此要通過安裝兩個 LVDT 傳感器和兩只載荷傳感器來預測其三維工作姿態是比較困難的。另一個方法是設計一種具有非耦合自由度的新的工作鏡管結構,使得能夠更加方便地預測其工作姿態。高速研磨技術對提高材料去除率和同時減小顫振都大有幫助。如果使用更小的研磨砂輪,并將研磨轉速提高到 300K rpm 左右,那么內窺式工具的材料去除能力將相當可觀。誠然,在如此高的轉速下,動力傳輸鋼纜的工作壽命將因為機械疲勞現象而大大縮短。針對這個問題,可以采用像牙醫鉆那樣的氣動系統來驅動研磨砂輪,或者使用緊湊型前置式直驅電機來取代現行的外置式電機加傳動鋼纜的組合,以將驅動電機和研磨砂輪直接安裝在工作鏡管的末端。
 
參考文獻
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機械工程論文范文篇九

 
第一章 緒論
 
1.1 研究背景及意義
隨著全球論文范文能源日趨緊張,生態環境日益惡化,節能與環保問題已經引起各國政府的充分重視,一方面頒布嚴格的法規限制汽車排放污染,另一方面出臺政策鼓勵和資助新能源汽車的研發、推廣和應用,關于新能源汽車的開發與應用問題也成為各國汽車工業積極探索的焦點。“新能源汽車”概念也隨之成為業界關注重點,成了各國競相研發的目標和追求。從環境及資源的角度來考慮,發展新能源汽車產業,實際上就是節能減排,是低碳經濟發展模式中的重要組成,新能源汽車產業的發展無論是對汽車行業還是對國家的節能政策都是非常有利的。我國早在“八五”期間就將電動汽車列入重點研發攻關項目,“九五”將電動汽車列為重大科技產業工程,“十五”設立“863 計劃”電動汽車重大科技專項,確立并堅持了“三縱三橫”的研發布局[1], “十一五”又設立“863 計劃”節能與新能源汽車重大項目和電動汽車科技發展“十二五”專項規劃繼續資助新能源汽車的研發、應用和推廣。在諸多新能源汽車中,純電動汽車(Electric Vehicle, EV)由于其電池技術沒有取得突破性進展,電動汽車具有續駛里程短、成本高等缺點,因而其發展受到限制。燃料電池汽車雖然發展十分迅速,但在成本和氫的制備與存儲等方面仍存在需要解決的問題,無法在短期內替代傳統動力。混合動力電動汽車(Hybrid Electric Vehicle, HEV)則能夠適應當前的技術水平有效地減少了燃油消耗和尾氣排放,獲得了快速的發展和推廣。
混合動力電動汽車較純電動汽車和燃料電池電動汽車具有以下優點:
(1)電池的數量減少,因此混合動力電動汽車自身質量可減輕;
(2)內燃機動力的選用使行駛里程與動力性能可以達到內燃機汽車的水平;
(3)借助內燃機動力直接帶動車內空調、真空助力器、動力轉向等汽車電器附件,無需消耗電池組內有限的電能;
(4)動力電池可保持在良好的工作狀態,不發生過充、過放,延長其使用壽命,降低成本。
但是傳統混合動力汽車也存在節能減排效果有限,因此,插電式混合動力電動汽車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle: PHEV)被國內外汽車制造業者普遍認為是目前最具有開發和推廣前景的新型交通工具之一。PHEV 兼具傳統混合動力汽車和純電動汽車的基本功能特性,具有以下特點:
(1)具有純電動汽車低噪音、零排放及高能量效率等全部優點,同時行駛里程不受電池容量的限制。
(2)將混合動力驅動系統和純電動驅動系統相結合,一定距離內可采用純電動模式,長距離行駛時時采用以內燃機為主的混合動力模式。
(3)可利用家庭電源或外部公用電網(主要是晚間低谷電力)對車載動力電池進行均衡充電,可消峰填谷緩解電網供電壓力。
(4)通過純電動行駛,可大大降低燃油消耗,對轉變交通能源,減少和消除對石油的依賴具有重要作用。
插電式混合動力電動汽車將原動機、電動機、能量儲存裝置(蓄電池)組合在一起,它們之間的良好匹配和優化控制,可充分發揮內燃機汽車和電動汽車的優點,避免各自的不足,是當今最具實際開發意義的低排放和低油耗汽車,所以開展插電式混合動力電動汽車的研究具有非常重要的現實意義[2]。
 
1.2 插電式混合動力汽車發展現狀
傳統燃油汽車具備良好的行駛性能,并可利用高能量密度的化石燃料實現遠距離的行駛,但同時又存在高能耗和高污染的不足。分析其原因,主要在于:發動機燃油效率特性與發動機的實際運行不相匹配,如圖 1-1 所示;車輛制動時的能量消耗,尤其是城市工況下;停車-啟動時效率低下[3]。另一方面,EV 有高能效和零污染的優點,但由于電池能量密度較低導致續駛里程有限。而 PHEV 正是基于前兩者的優點,同時有能克服其缺點開發出來的。PHEV 擁有兩個動力源——發動機和動力電池,通過動力驅動系統特有的結構和控制,可以提供多種運行模式。根據驅動系統的實際結構、載荷特性、運行工況等因素,通過整車控制系統選擇合理的運行模式,從而優化車輛的性能、效率和排放,使發動機運行于最佳的效率區。
 
第二章 PHEV 動力驅動系統動力耦合裝置設計分析
 
2.1 PHEV 動力驅動系統結構分析
如圖 2-1 所示,由于車輛頻繁的加速、減速、上坡、下坡,其功率輸出在行駛過程中是不斷變化的,可將其分為兩部分組成:一是穩定的(平均的)功率輸出,可認為是一定值;另一部分是平均值為零的動態功率輸出[3]。HEV 控制策略的設計就是盡量達到由內燃機提供穩定功率,由電動機提供動態功率的目標,使發動機運行在最佳功率區,從而達到降低油耗和污染的目的。另外,在整個行駛循環中,提供動態功率的動力源的總能量輸出是零,即電池的凈能量消耗為零,循環前后的電池容量應該相等,所有的驅動能量均來自發動機。混合動力電動汽車的能量儲存裝置(電池)主要體現其能量緩沖的作用。
PHEV 是在 HEV 的基礎增大能量儲存裝置的容量,增加車載充電機從外部電網獲取電能,以替代燃油作為汽車動力,與 HEV 相比,具備較長的純電動續駛里程(All-electric Range, AER),同時也可以工作在混合驅動模式下。對一個完整的駕駛循環而言,PHEV 的能量儲存裝置的能量是一個凈消耗的過程,即荷電狀態(State-of-charge,SOC)是下降的。在 AER 范圍內行使可實現純電動行駛,超出范圍時又可運行在混合動力模式下,從多方面降低車輛的燃油消耗和污染排放,同時也需要較 HEV 更為復雜的控制策略[19]。
 
第三章 PHEV 動力系統選型及參數設計............ 40-53 
    3.1 動力驅動系統設計約束........... 40-41 
    3.2 純電動續駛里程........... 41-43 
        3.2.1 純電動續駛里程設計方法........... 41-42 
        3.2.2 純電動續駛里程設計........... 42-43 
    3.3 電動機選型及參數設計...........43-47 
        3.3.1 驅動電機特性........... 43-44 
        3.3.2 電動機選型........... 44-45 
        3.3.3 電動機功率及轉矩設計........... 45-47 
    3.4 發動機功率設計 ...........47-49 
    3.5 能量儲存裝置參數設計........... 49-52 
    3.6 本章小結........... 52-53 
第四章 PHEV 動力驅動系統控制策略........... 53-65 
    4.1 PHEV 驅動控制策略 ...........53-57 
        4.1.1 控制方法概述........... 53-54 
        4.1.2 基于 AER 的控制策略........... 54-55 
        4.1.3 混合驅動控制策略 ...........55-57 
    4.2 PHEV 發動機轉速控制策略........... 57-60 
        4.2.1 發動機轉速控制方法........... 57-59 
        4.2.2 發動機轉速控制策略........... 59-60 
    4.3 PHEV 動力驅動控制策略 ...........60-64 
    4.4 本章小結........... 64-65 
第五章 PHEV 整車建模及性能仿真分析 ...........65-82 
    5.1 仿真軟件及模型的組成 ...........65-66 
    5.2 整車模型的建立 ...........66-68 
    5.3 控制策略模型的建立 ...........68-74 
    5.4 整車性能仿真結果與分析........... 74-81 
5.5 本章小結........... 81-82
 
結論
 
本文基于 2011 年廣東省新能源汽車產業項目:插電式混合動力汽車研發及產業化項目,進行插電式混合動力汽車動力耦合系統的創新設計和應用研究。通過對插電式混合動力系統與傳統混合動力系統的比較分析,得到了傳統混合動力汽車動力電池主要體現能量緩沖的作用,發動機提供全部能量;而插電式混合動力汽車動力電池有凈消耗能量,發動機和動力電池共同提供能量。基于機械動力耦合系統的轉矩耦合和轉速耦合兩種動力耦合方式的結構和運動特性的對比分析,最終確定了動力耦合系統為轉速轉矩耦合交替使用的動力耦合方式;通過對行星齒輪機構的結構和運動特性的分析,為降低主要驅動源電機的轉矩容量,動力驅動系統確定為電機與行星齒輪機構相連、發動機與齒圈相連、行星架輸出的單電機結構方案,還包括一對轉矩耦合齒輪、兩個制動器和三個離合器;并根據行星齒輪機構的轉速特性計算得到了系統的結構參數。最后,對全新設計的動力耦合系統能實現的各種驅動模式進行了闡述和分析。通過設計插電式混合動力汽車動力系統,應用設計得到的插電式混合動力耦合系統,并確定了設計車型 PHEV 的設計約束。動力系統主要部件包括電機(同時用作驅動和發電)、發動機和動力電池等,對部件選型的同時詳細地設計和匹配了動力系統參數,包括純電動續駛里程、電機功率和轉矩、發動機功率以及電池的容量、放電深度和功率,并引入動力電池功率/能量比(RP/E)對動力系統參數的設計進行分析。
對設計車型的控制策略進行了廣泛的分析和研究,通過對插電式混合動力汽車常見的控制策略進行了分析,為充分實現電驅動為主要驅動源的設計思路,確定設計車型的控制策略為基于 AER 的控制策略。通過對發動機的轉速控制進行了詳細的分析,并建立了發動機轉速控制策略。并基于發動機轉速控制、車速以及動力電池 SOC 建立的整車牽引功率(轉矩)控制策略和再生制動控制策略,搭建了整車驅動控制策略。最后,對耦合裝置對應的控制需求進行了描述。在前文設計的基礎上,本文以 AVL CRUISE 仿真軟件和 MATLAB/Simulink 為平臺搭建整車模型和控制策略模型,進行仿真分析。在 Cruise 軟件中建立整車物理模型,而在 MATLAB/Simulink 平臺上搭建整車控制策略,利用兩者進行聯合仿真,并得到了整車循環工況、加速性能和爬坡能力等仿真結果。其中,動力性能仿真結構基本滿足設計要求,驗證了動力系統結構和參數設計的合理;而燃油經濟性與傳統汽車相比有明顯提高,但是與參考車型 Prius 以及 Prius Plug-in 相比,還存在一定差距。
 
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機械工程論文范文篇十

 
第一章緒論
 
1.1選題背景
近年來,隨著經濟的持續快速發展,我國各大城市的汽車擁有量成倍增長,據統計2000年時我國汽車保有量僅為1608.91萬輛,而2009年底就急增至6280.6萬輛。其中,私人汽車擁有量的迅猛增長是我國汽車擁有量增長的主要原因⑴。伴隨著城市化進程的加速,日益增多的汽車帶來了城市停車場不足以及由此引發的一系列問題,已經成為困擾我們的一個社會問題,迫使我們在城市中緊湊的區域內對停車空間、停車方式進行新的探索和研究。幵發利用地下空間建設地下車庫,是解決城市停車難的有效途徑。國內外城市建設的經驗也表明,大量建設地下車庫能夠有效的解決城市停車難的問題[2]。目前我國地下車庫的發展非常迅速,且地下車庫面積不斷擴大,結構也曰趨復雜,但由于很多城市在初期建設過程中未充分考慮停車位、停車庫的建設,目前我國停車庫的數量還遠遠無法滿足大中型城市的停車位需求。隨著地下車庫的發展,地下機械式(倉儲式)立體車庫在我國出現并得到一定發展[3],但現行的相關消防設計規范中提供的可參考的設計依據較少或者比較籠統不能完全滿足現有的大型地下車庫消防設計的要求。
 
1.1.1我國地下機械式汽車庫的建設現狀
停車需求的增加催生出更多新型的配套停車設備設施。隨著國家的重視,技術引進與自主研發、制造能力及產品質量的提高,停車設備得到快速發展。1988年,我國建成了采用機械停車設備的地下車庫,該車庫成為第一個應用到二層升降橫移技術車庫;兩年后,第一座采用豎直循環技術的機械車庫也建成。這兩個機械車庫的建成,促進了我國機械式停車設備行業的快速發展,并為解決城市停車難的問題幵辟了新的途徑[7]。目前,我國機械停車庫數量每年以30%?40%的速度增長,在數量上僅次于日本,截止2007年底,機械停車庫已在我國112個城市存在,主要分布于北京、上海、廣州和太原等城市,其停車泊位總量達到40萬個[8]。中鐵險道勘測設計院有限公司的嚴東等發明了一種利用城市軌道交通工程施工井設計地下機械式汽車庫的方法將城市軌道交通工程施工井空間設計為若干個僅能存放汽車的空間,同時配置機械停車設備,并布置地下機械式汽車庫消防、通風、監控、電力等設備配套,整個施工井空間則設計為可以大量停車的地下機械式汽車庫,形成新的停車空間。地下機械式汽車庫的內部結構如圖1-1所示。
 
1.1.2地下車庫火災典型案例
隨著車庫向地下發展,車庫的火災風險明顯增加,造成的火災損失也更為嚴重,近年來國外發生的一些典型案例充分說明了這一點,國外地下車庫火災部分統計情況如表1-1所示。表1-2給出了我國近幾年來的部分地下車庫火災統計情況,圖1-1給出了幾起地下車庫火災案例現場情況。地下機械式汽車庫由機械化模塊設計構成,其存、取停放車輛的整個操作過程全部由機械設施操作,故降低了人員在汽車庫中活動的幾率,但在土地需求曰益緊張的今天,地下車庫上方一般都建有大型商場、酒店、居民住宅小區等高人流量場所,地下機械式汽車庫火災發生后,火災產生煙氣通過排煙風機、車庫車輛出入口等部位迅速排出到地面空間,眾多火災案例表明火災中大部分人員的死亡都是因為煙氣的窒息作用而造成,故地下機械式汽車庫火災的發生會對車庫上方建筑內的人員生命產生很大的威脅。另外在平常情況下,車庫工作人員和維修人員會時常進入車庫內部進行操作維修等工作,故地下機械式汽車庫火災會對工作人員的安全造成一定威脅。在經濟方面,地下機械式汽車庫中存放大量車輛,其總經濟價值少則幾百萬,多則幾千萬,地下機械式汽車庫火災會造成大量車輛損壞,從而造成巨大的經濟損失。
 
第二章地下機械式汽車庫火災模型試驗方案
 
開展火災研究工作的方法包括理論分析、試驗研究和數值模擬,試驗研究又包括全尺寸實體試驗、全尺寸模型試驗和縮尺寸模型試驗。其中,幵展全尺寸實體試驗或全尺寸模型試驗被認為是最為可靠的研究手段。然而,對于一般的建筑采用全尺寸的實體模型進行火災實驗,存在一定困難,不經濟。因而采用小比例的相似模型研究火災的發展和煙氣流動規律是一種必要、科學、經濟而又切實可行的手段。
 
2.1縮尺寸試驗模型設計
開展縮尺寸的模型試驗時,為了獲得可靠的試驗結果,首先應根據模型試驗的目的合理選取相似模型,從而確定試驗模型與原型之間的相似比,方可進行試驗模型的設計。
 
2.1.1相似模型的確定
用于火災縮尺寸模型試驗研究中的相似模型主要有三類[43]:經典的弗勞德模型(Froude Modeling)、由 Alpert[—建立的壓力模型(Pressure Modeling)以及由 Stechler、Baum 和 Quintiere[4)]等提出的類比模型(Analogy Modeling),三類模型的適用范圍如圖2-1所示。對于熱驅動的流動問題,特別是火災的流動問題相似模擬中,Froude模擬是所有的近似相似模型中一種較為有效的相似模擬方法,Heskestad[46]、Croce[47]、Quintiere、McCaffrey 和 Kashiwagi[48]以及 Emori 和Saito_等知名專家學者都成功地將該模型應用于火災研究中。
 
第三章 地下機械式汽車庫火災溫度場........... 30-51 
    3.1 火源功率對地下車庫火災溫度場分布的..........30-42 
    3.2 通風排煙系統對地下車庫火災溫度場.......... 42-48 
    3.3 著火汽車對其周圍停車單元溫度分布.......... 48-49 
        3.3.1 著火汽車相鄰停車單元溫度.......... 48 
        3.3.2 著火汽車相對停車單元溫度.......... 48-49 
        3.3.3 著火汽車上方停車單元溫度 ..........49 
    3.4 本章小結..........49-51 
第四章 地下機械式汽車庫火災蔓延機理研究.......... 51-66 
    4.1 概述 ..........51-52 
    4.2 火災在停車單元間蔓延的動力學貝..........52-58 
    4.3 火災在停車單元間蔓延的機理分析..........58-63 
    4.4 預防火災在地下機械式汽車庫內蔓延.......... 63-64 
    4.5 本章小結.......... 64-66 
第五章 結論與展望.......... 66-68 
    5.1 結論.......... 66-67 
5.2 存在問題及展望.......... 67-68
 
結論
 
本文以廣州市某地下機械式汽車庫為工程背景,通過縮尺寸火災模型試驗,研究了火災下地下機械式汽車庫溫度場分布規律,并進一步對火災在地下機械式汽車庫內停車單元間的蔓延機理進行研究。為預防地下機械式汽車庫火災及相關防火設計規范的制訂提供科學依據和技術參考。本文主要取得的研究成果如下:
(1)建立了地下機械式汽車庫火災模型試驗系統以廣州市某地下機械式汽車庫為工程背景,基于Froude相似原理,搭建了地下機械式汽車庫1: 5縮尺寸試驗模型,設計了通風排煙系統及火源方案,并建立了一套完整的溫度采集系統。
(2)獲得了火災下地下機械式汽車庫溫度場分布規律綜合考慮不同火源位置、不同著火車型情況,以及火源功率和通風排煙系統等因素的影響,開展了 8組模型試驗,通過對試驗數據的分析研究,獲得了不同火災場景下地下機械式汽車庫內溫度場分布規律;分析探討了火源功率及通風排煙系統的有效和無效情況下對車庫內溫度場分布的影響;獲得了某一停車單元著火后對相鄰、相對及上層停車單元的溫度影響。
(3)建立了火災在停車單元間蔓延的動力學貝葉斯網絡概率模型通過分析火災在地下機械式汽車庫內停車單元間蔓延的原因、途徑及其蔓延機理,將火災動力學基本原理與貝葉斯網絡結合在一起,建立了地下機械式汽車庫火災在停車單元間蔓延的火災動力學貝葉斯網絡概率模型。
(4)獲得了地下機械式汽車庫火災在停車單元間的蔓延的規律通過本文建立的地下機械式汽車庫火災在停車單元間蔓延的火災動力學貝葉斯網絡概率模型的分析結果,以及火災模型試驗的分析結果,獲得了地下機械式汽車庫火災在停車單元間的蔓延的規律。分析結果表明,在最不利火災工況下,火災極易蔓延至上層停車單元,若不采取合理防御措施,將形成“火燒連營”或汽車連環爆炸的局面,需重點防范此類災害的發生。
(5)提出了預防地下機械式汽車庫火災在停車單元間蔓延的合理措施建議為預防地下機械式汽車庫火災蔓延,結合本文的相關研究成果,在盡量不改變地下機械式汽車庫整體構造的前提下,從防火分隔、設施配置、消防管理等方面,提出預防地下機械式汽車庫火災在停車單元間蔓延的合理有效的措施及建議,為地下機械式汽車庫的防火設計提供參考。
 
參考文獻
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