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一、选题的依据及意义
现代工业的发展,需要大量的各种机械设备。而机械设备中的传动设备大部分是利用液压系统来实现的。所以提高液压系统的工作性能和效率是加强现代机械设备的优化手段。
而长期以来,液压系统的设计基本上沿用了类比加核算的经验设计法。设计师主要凭借已有的液压元件和回路知识、工程时间经验及零星资料,靠手工进行系统方案的拟定、粗略计算和液压装置的结构设计及绘图。设计出的元件或液压系统产品往往需要经过大量的样机试验和反复修改才能够满足性能要求,因此,制造周期长,人力、物力消耗大。
我们课题所研究的是CAD辅助设计与CAM辅助加工技术。可使液压系统从单调乏味的手工作业变成自动作业,这对于充分发挥设计者的创造性,综合应用各种先进的现代设计方法,有效提高设计质量、降低制造费用缩短研发周期并促进产品标准化等具有重大意义。
我们的专业是机械制造及自动化,而DG型车辆用液压缸为双作用单活塞杠式液压,主要用于车辆,工程机械,起重机运输机械,矿山机械及其它机械的液压系统,所以做这个课题设计主要培养我们的自主设计一定型面的机械零件的能力,这个课题涉及CAD的应用,液压系统的设计,缸体的加工和程序段的生成,对我们的液压知识是个全面的巩固,对我们所学的机械设计也是有很大的提高和帮助,由于涉及到仿真加工对我们的CAD/CAM/Mastercam以及数控编程及原理等各方面知识都有熟悉和提高的效果,包括设计当中可能遇到的材料选取,工程力学计算,加工工艺分析,出图等一系列的过程也会对我们所学的金属工艺,工程力学,制造工艺,CAD,UG有一个全心的巩固过程,对我们各个方面的能力是个很好的考验,而且我们也可更加丰富我们的课本外的知识。
二、国内外相关研究简介(述)
国外现状:随着液压技术的深入普及和应用领域、场合的日益扩大,对液压缸的工作性能改造使用范围制造精度外观材料试验方法都不断提高,因此不断推动着液压缸的发展与进步。其总的趋势为:
(一) 高压化、小型化:高压化是减小液压缸径向尺寸和减轻重量,并缩小整套液压装置体积尺寸的有效途径,目前超高压液压泵的输出压力已高达250Mpa以上,一台工作压力为100Mpa的15t,轻型压力机,可以制造手电筒一般大小。
(二) 新材质、轻量化:不久前,日本采用新型组份的铝合金,从液态开始即进行新的热处理工艺,结果最终成型铝合金材料的抗拉强度等机械性能可达到45号优质碳素钢的水平。这将使现用的液压缸的重量减轻三分之二以上,将会引起液压工业乃至整个机械行业的重大变革。此外国外在航空航天工业中以采用高弹性碳素纤维复合树脂塑料制作液压缸筒和活塞杆。据资料记载一个为14Mpa额定工作压力的高弹性碳素纤维复合树脂塑料液压缸,其材质仅为钢的1/5左右,铝的1/2左右;强度为碳素钢的2倍;弹性模量为铝的约2倍,此外还有高的疲劳强度;低温下耐冲击;耐腐蚀;还具有X射线透过性、非磁性、减震等特性。但是价格昂贵、成形加工工艺麻烦,现在仅在航空、航天领域应用,随着碳素纤维材料的社会需求总量的扩大以及成形、加工方法的不断更新,价格下降后,将会在其他机械中推广应用。
(三) 新颖结构复合化:为了适应液压缸应用范围的扩大,各种新颖结构的液压缸不断出现。
国内现状:机床是应用液压技术较早、较广的行业。过去只在刨床、插床、拉床、及磨床上采用,现在75%的各种机床设备都采用了液压技术,代替复杂的机械传动。如60m/min以上的大型龙门刨床和30~50m/min的高精度平面磨床工作合的进给和快速退回,都采用了液压缸。我国早在50年代初期就采用了液压舵机,进入九十年代发展迅速,于是DG型车辆用液压缸也得到了广泛应用。
三、本课题研究内容
1.确定液压缸的缸筒尺寸和机构设计。
2.确定液压缸的活塞杆的尺寸。
3. 确定液压缸的工作行程。
4.活塞的的机构设计。
5.确定导向套的尺寸设计。
6.确定端盖和缸底的尺寸设计。
7. 确定缸底长度。
8. 设计与计算缓冲装置。
9.设计排气装置。
10.密封件的选用。
11.液压缸的安装连接结构。
12.防尘圈的选用。
四、本课题研究方法
液压缸的CAD设计
一、液压缸缸筒的设计和计算
1、液压缸内径的计算
设计的是DG型液压缸,动力交大,所以根据液压缸的载荷力和系统工作压力计算。
2、缸筒壁厚计算
3、缸筒结构设计。
缸筒两端分别与缸盖和缸底相连,构成密闭的压力腔,因而他的结构形式往往和缸盖及缸第密切相关。因此,在设计缸筒设计时,应根据实际情况,选用结构便于装配,拆卸和维修的连接模式。
二、活塞杆的设计与计算
1、活塞杆直径计算
2、活塞杆强度计算
3、活塞杆的结构设计
活塞杆的外端头部与负载的拖动机构连接,为了避免活塞刚在工作中产生偏心负载力,适用液压缸的安装要求,提高其作用效率,根据负载的具体情况,选择适当的活塞杆端部结构。
4、活塞杆的导向、密封与防尘
三、液压缸工作行程的确定
根据执行机构实际工作的最大行程确定
四、活塞的设计
因为活塞是在液压力的作用下,眼缸筒往复滑动,因此它与缸筒的间隙不能太小,否则容易损坏缸筒与活塞的配合表面:间隙过大则回造成液压缸内部泄漏。根据情况选择间隙。
五、导向套的设计与计算
1、最小导向长度H的确定
2、导向套的结构
因为DG型液压缸工作环境恶劣,需经常维修。选易拆导向套。当缸径和外形尺寸都小的时候,端盖直接导向亦可。
六、端盖和缸底的设计与计算
1、端盖的设计计算
2、缸底
设计为椭圆缸底
3端盖的结构
七、缸底长度的确定
八、缓冲装置的设计与计算
九、排气装置
十、密封件的选用
十一、防尘圈的选用
十二、液压缸的安装连接结构
1、液压缸的安装形式
2、液压缸油口设计
3、液压缸安装连接元件
五、研究目标、主要特色(创新)及工作进度
研究目标:设计出经济型,工作效率好,控制简单,传动性能稳定,控制简单,安全性能好。
主要特色:1)缸筒设计和活塞杆的尺寸设计以及活塞的机构设计新颖。
2)密封装置更完善。
工作进度:
1.调研、收集资料 (第1周)
2.熟悉软件、拟订研究方案 (第2~3周)
3.研究方案具体实施 (第4~5周)
4.撰写计算说明书、完成图纸绘制 (第6~7周)
5.准备毕业答辩 (第7周)
6.毕业答辩
六、参考文献
1〕 王积伟,章宏甲,黄谊主编。 液压与气压传动。机械工业出版社,20xx年10月。
2〕 叶伟昌主编。机械工程及自动化简明设计手册。机械工业出版社,20xx年6月。
3〕 张岚,弓海霞,刘宇辉主编。新编实用液压技术手册。人民邮电出版社,20xx年5月。
4〕 张利平主编。液压传动系统及设计。化学工业出版社,20xx年8月。
5〕 李文 《机械制图》――北京:清华大学,20xx年。
6〕 柳晖 《互换性与测量技术基础》――上海:华东理工大学,20xx年。
一、 课题来源、选题依据、课题研究目的、工程应用价值部分
课题来源部分只需简短介绍,如有特殊背景可以略加说明,一般不超过100字。选题依据,即要写出进行此课题研究的理由,故必须点出课题研究的必要性或重要性。撰写选题依据部分时,可以先对自己的研究课题所涉及的大背景作一相对简要的概述(约200字左右),然后把话题引到自己所研究的问题上来,阐述解决此类问题的必要性或重要性(约200字左右)。最后,写上“因此我们有必要对。。。。进行研究。”之类的字样。另外,撰写时要注意简明扼要,相关的长篇大论的内容放到第三部分中去。
第一部分中最重要的是课题研究目的,这里需概要地阐述本课题研究所要达到的目标(约100字左右,包括总目标和子目标)。可以先分述几个研究子目标、再概述研究的总目标。工程应用价值部分字数不限,内容多则长少则短,但写的必须是本课题研究所能带来的工程应用价值,不要把别人成果的应用价值也算成是本课题研究的应用价值。
二、中外文献与资料阅读清单部分
此部分的填写要点是必须规范化,而且参考文献的档次不能太低,教科书最好不要超过3本。文献题目指的是文章的题目或书名而不是论文集名或期刊名,作者名要写在左边并加括号。出版社名、论文集名、期刊名及期刊的卷(Vol.)期(No.)号等写在右边。此外,还要写出文献的起止页码、出版年代(如:计算机工程与应用,第7期,pp 64-85,20xx)。按先英文、后中文,再按发表年代降序排列(也有论文按引用先后次序或作者姓名字母顺序排列)。
出处部分的规范写法为:文献按期刊名、卷号(有的期刊可能没有卷号)、期号、起止页码、发表年代的顺序写;论文集按论文集名(有的论文集可能有会议举行地点)、起止页码、发表年代的顺序写;书籍按出版社名、引用部分的起止页码、出版年代的顺序写。因万维网上的文献不具有永久性,且其中有些文献未经审查不具备权威性,故网上文献应尽可能少引用。另外注意,当参考文献目录给出以后,开题报告中的所有引用处就只写文献编号而不要再写文献的全称。
三、文献综述:国内外研究现状、发展动态部分
此部分一般内容较多,撰写时一定要注意围绕自己的研究内容来展开,千万不要把与本课题关系不太密切的内容写上很多,尤其不能为了凑字数到网上或其它地方大篇幅地抄袭他人的材料。对所涉及的领域,一定要深入地进行了解,在充分掌握该领域的方法、技术等的现状后,自己进行分析、归纳、组织,用自己的语言来表达自己的观点。无论有什么理由,抄袭他人工作成果都是不能原谅的。
撰写此部分时首先确定好与自己研究相关的内容,然后按前述的top-down方式将准备写的内容分块,列出每节的大标题和每节内的小标题,经指导教师审核后,再有条理地论述与这些内容相关的国内外研究现状和发展动态。还要注意的是,这里的着眼点主要在目前各相关方法、技术等要素的相互之间比较,对这些内容要以综述的形式来撰写,不要大篇幅地去写本人所使用系统的工作原理等技术上的细节(这些内容在将来的学位论文中或许是需要的)。
一般在课题确定之后,自己会选择某些方法、技术、手段、工具等来完成该课题。之所以选择它们,一定是它们本身具有一些性能上的优势。故在写此部分时,要做相关的调查研究,把能够完成各个子课题的其它(非自己所选的)方法、技术、手段、工具作一宏观上的论述(至少500字),要说明它们的主要工作思路并指出其优缺点(对解决本问题它们肯定有不够适合的地方,否则它们就会被你选中),这样读者就可以通过比较,认识到你所做选择的正确性。
相对于前面比较宏观的论述,对于自己所选择的方法、技术、手段、工具等,要在更细一点的层次上加以论述,大约500-800字左右(稍多些也没关系)。要使
读者感到,你并不是在对所研究领域了解不够的情况下展开工作的,而是对课题相关领域的研究现状已经掌握得比较透彻了;并且你所做的选择非常有道理,是其它选择所不能替代的。此外,在第三部分的最后,要有总结性的论述。
四、研究基础部分
此部分相对比较简单。围绕自己的研究课题,所有与之相关的、自己过去所做过的工作(包括研读相关文献和预研部分所做的准备工作)都可以写进去,要使读者感到你有着比较好的研究基础,因此是有能力完成课题所提出的任务的。
写这部分时要注意的是,对所写材料要进行整理,从简单到复杂,逐层递进,写得要有条理性。另外,对此研究工作客观上有利的条件不要写在这里,要写到第六部分的可行性分析中去。
五、主要内容及关键技术部分
此部分的撰写要注意与第三部分的呼应,两部分内容不要重复。在第三部分中应写与本研究内容相关的国内外研究现状、发展动态,比起这里写的相对要宏观一些。
写此部分之前首先要凝练思路,确定好自己的研究内容。一般来说,把研究内容概括为3-5个左右的子部分较为适中(不是绝对的,可根据课题的具体情况来确定划分其分块)。撰写此部分时要注意简捷、明了,不要长篇大论,不要拐弯抹角,一定要使读者一眼就可以看出你的主要研究内容的核心和该研究所涉及的关键技术的核心。围绕这两个核心,可以适当阐述,但不要太长使人不得要领,一般不要超过500字。撰写此部分的主要目标是能让读者感到:你对完成课题所需要的各种关键技术已经掌握得非常透彻了。
六、研究方向、实施方案及可行性分析部分
此部分、尤其是实施方案是整个开题报告的核心,是判断你能否按此课题继续进行研究的最主要依据。因此撰写时注意一定要写具体,其篇幅应该是六个部分中最大的,要在4页纸以上,而且不能再有任何泛泛而谈、浮在表面的东西。
首先指出本课题所属的研究方向(应该是比较宏观的),并作不超过100字的切中要害的简述,即指出本课题所需重点研究的是属于哪一大类的研究(如:企业信息化、Web技术应用等),内容比第五部分要相对宏观一些。
其次再根据第三、五部分的分析,提出解决问题的具体方案,说明自己准备如何去完成课题所定的目标。方案要按top-down的方式写,同时要配以自己设计的框架图及流程图。先把实施方案分为几个块(块数视具体问题而定,一般3-5块较为适中),几个块综合起来就成为一个整体的解决方案。对实施方案的各
一、课题要求及工程概况
1、设计原始资料
本次毕业设计的题目是:河北省某高校高层建筑―图书馆给水排水工程设计
(1)工程概况
本工程所在地秦皇岛市,为高层图书馆,建筑面积14726m。本楼设地下一层,地上九层,楼内设有电梯2部,供客人乘坐,其中一部为消防电梯。地下室内可布置水池、水泵等贮水和升压设备。
地下一层4.20米(含500覆土),首层―九层3.90米;顶层5.50米。室内外高差0.75米,室外地坪至檐口高:36.85米。本工程为钢筋混凝土框架结构。
环绕该楼有校区的DN200低压生活给水管道,管顶埋深1m,常年可靠给水压力0.2MPa。该市建有生活污水处理厂,污废水分流排放。污废水管道均为DN500,管道埋深标高-2.5m。冰冻线深度0.7m。城市可提供一路独立电源。
(2)建筑图纸
总平面图,地下室平面图,建筑首层平面图,建筑二层平面图,建筑标准层平面图,屋顶平面图, 电梯机房、水箱间平面图,卫生间大样图,剖面图。
2、设计任务与内容
(1)建筑内部生活给水系统设计;
(2)建筑内部消防系统设计;
(3) 建筑内部排水系统设计;
二、课题研究的目的和意义
随着我国经济的飞速发展,科学技术的告诉进步,国民生活水平不断提高。建筑业也向高层化、人性化发展。高层建筑是指十层及十层以上的居住建筑(包括首层设置商业网点的住宅),和建筑高度超过24米的公共建筑、工业建筑,100米以上的建筑高度的为超高层。本课题中图书馆室外地坪2
至檐口的高度为36.85米,属于高层建筑。与一般多层建筑给水排水工程相比,高层建筑给水排水在基本理论和计算方法等方面是相同的。但高层建筑在构造上层数多、建筑高度大、建筑功能广、建筑结构复杂、所受外界条件限制等,使其给排水工程更加复杂。因此高层建筑的给排水设计除了要满足水量、水压、水质的要求外,还要解决高层因建筑高度过高而引起的水锤、震动、噪声和渗漏等问题。此外在设计过程中还需要考虑空间布局上的流畅,贯彻以人为本的理念,充分考虑高层供水的节水、节能问题,建造高档舒适的居住空间环境。
三、高层给排水方案的确定
1、生活给水方案
给水方式按供水压力的来源分为依靠外网压力给水方式和依靠水泵升压的给水方式,其中依靠外网压力的给水方式包括直接给水方式和设水箱的给水方式。依靠水泵升压的给水方式又可分为设水泵的给水方式、设水泵、水箱联合的给水方式、气压给水方式、分区给水方式。由于围绕该楼的低压生活给水管道可提供常年可靠给水压力0.20MPa,不能满足图书馆的生活用水压力。因此该图书馆的生活给水需要依靠水泵升压供水。图书馆室外地坪到檐口的高度为36.85米,若直接采用水泵升压供水,当最不利用水点的用水压力满足时,可能造成建筑低层的水压过高。当低层水龙头开启时水成射流喷溅,影响使用且难以关闭。此外低层的管道、零件、配水器材必须采用耐高压材质,增加建筑成本。由于压力过高,龙头、阀门等器材磨损迅速,寿命缩短,漏水增加,检修频繁,不利于建筑的后期运营管理。另外因为低层压力过高,管道的流出水头过大,易产生流水噪音、振动噪音,并使顶层水龙头产生负压抽吸现象,容易形成汇流污染。而且管道水压过大容易发生水锤,增加能量浪费,不利于环保节能。所以高层建筑生活给水系统应采用分区给水方式。
高层建筑中常见的分区给水方式有水泵并列分区给水方式、水泵供水减压阀减压分区给水方式、分质给水方式。本楼为高层图书馆,生活用水无需区分水质,减压阀供水低区水损太大,能量消耗多。综上所述本楼拟初步采用竖向分区供水系统。1―4层采用市政低压给水管道直接供水,充分利用市政管道的供水压力,5―9层采用水泵、水箱联合的给水方式,充分节能。
2、排水方案
建筑内部污废水排水系统应能满足以下三个基本要求,首先系统能迅速流畅地将污废水排到室外,其次排水管道内的气压稳定,有毒有害气体不进入室内,最后管线布置合理简单顺直,工程造价低。建筑内部的排水系统分为污废水排水系统和屋面雨水排水系统两大类。按照污废水的来源污废水排水系统又分为生活排水系统和工业废水排水系统。按污水和废水在排放过程中的关系,生活排水系统和工业废水排水系统又分为合流制和分流制两种体制。根据《建筑给水排水设计规范GB50015―20xx》以及节能环保的的要求,本楼采用污废水合流排放比较合理。故此本次毕设图书馆排水系统拟采用污废水合流排放。地上部分污废水经排水管道排入化粪池后直接排入市政污水管道,地下室污废水经污水泵提升后排入化粪池,随之排入市政污水管。
3、消防给水方案
建筑消防系统根据使用灭火剂分种类和灭火方式可分为消火栓给水系统、自动喷水灭火系统、其他使用非灭水火剂的固定灭火系统。根据我国《高层民用建筑设计防火规范GB50045―95》(20xx年版)规定:高层建筑必须设置室内、室外消火栓给水系统。所以本课题中图书馆需要设置消火栓给水系统。自动喷水灭火系统是一种在火灾发生的时候,能自动打开喷头喷水灭火并同时发出火警信号的消防灭火设施。自动喷水灭火系统分为设置闭式喷水灭火系统、设置水幕系统、设置雨淋喷水灭火系统、设置水喷雾灭火系统。其中闭式喷水灭火系统又分为湿式、干式、预作用喷水灭火系统。《自动喷水灭火系统设计防火规范GB50084―20xx》要求,在人员密集、不易疏散、外部增援灭火与救生较困难的性质重要或火灾危险性较大的场所中应设置自动喷水灭火系统。本课题中图书馆属于以上条件,故需要设置自动喷水灭火系统。又《自动喷水灭火系统设计规范》要求在系统处于工作状态时,严禁管道漏水和严禁系统误喷的场所设置预作用喷水灭火系统。由于系统误喷或漏水会造成纸质图书资料的损坏,故本课题图书馆拟采用预作用喷水灭火系统。规范规定建筑的低压室外消防给水系统可与生产、生活给水管道系统合并,但本例中建筑高度较大,防火等级要求较高,消防给水与生活给水系统采用单独供水,不采用合并系统。
四、完成进度
参考文献
1. 中华人民共和国国家标准《建筑给水排水设计规范GB50015―20xx》20xx年版;
2. 中华人民共和国国家标准《高层民用建筑设计防火规范GB50045―95》(20xx年版);
3. 中华人民共和国国家标准《自动喷水灭火系统设计防火规范GB50084―20xx》(20xx年版);
4. 《给水排水设计手册》(1、3册),中国建筑工业出版社;
5. 郭汝艳主编,《建筑工程设计编制深度实例范本(给水排水)》,北京:中国建筑工业出版社,20xx;
6. 哈尔滨建筑工程学院给水排水教研室编《给水排水专业毕业设计参考图集》第一集(1991)。
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