开合结构范文

开合结构范文（精选7篇）

开合结构 第1篇

关键词：驱动机构,开合结构,动力学分析

0 引言

控制棒驱动机构 (Control Rod Drive Mechanism, CRDM) (简称驱动机构) 是核反应堆控制和保护系统的伺服机构, 也是核反应堆本体中唯一的运动设备, 其安全性和可靠性直接影响到反应堆的安全与运行。驱动机构需要按照指令提升、下插、保持和断电释放控制棒组件从而完成反应堆启动、调节功率、维持功率、正常停堆和安全停堆。目前世界上已研制有磁力提升型、链轮链条型、齿轮齿条型、水力驱动型、直线电机型等多种原理的驱动机构。

中国核动力研究设计院自主研发设计的K型控制棒驱动机构它依靠开合结构的不同状态来实现传动部件与控制棒组件连接杆的啮合或脱离。当开合结构通电处于闭合状态时, 驱动机构的传动部件与控制棒组件连接杆啮合, 通过传动部件可以实现提升、下插和保持控制棒组件;当开合结构断电处于打开状态时, 驱动机构的传动部件与控制棒组件连接杆脱离, 从而可以快速释放控制棒组件。

本文建立了控制棒驱动机构开合结构的电磁结构数学模型, 在动力学仿真软件LMS Virtual.lab Motion中建立了开合结构的虚拟样机模型, 通过MATLAB和LMS的联合仿真, 实现了MATLAB中电磁计算结果和LMS中动力学分析计算得到的运行学参数的数据实时交换, 从而获得了开合结构整个动作过程中的动力学分析结果。动力学分析结果可以作为开合结构限位盖、转臂等零件的强度校核输入。

1 结构

控制棒驱动机构的开合结构如图1所示。其中密封壳为反应堆一回路压力边界, 密封壳外部安装有电磁线圈和磁轭, 内部安装有由芯轴、转臂、弹簧、限位盖等零件组成的传动部件, 限位盖与芯轴相对位置固定, 两个转臂可以绕芯轴的回转副自由旋转。当对线圈断电时, 转臂在弹簧的作用下右侧处于打开状态;当对线圈通以足够大的电流时转臂在电磁力作用下, 克服弹簧阻力矩、回转副的摩擦阻力距, 旋转到与限位盖碰撞接触, 使转臂的右侧处于闭合状态。

在线圈通电时, 转臂随着转动位置的不同, 电磁力会因为转臂与密封壳气隙的变化而变化;弹簧力会随着压缩长度的变化而变化;摩擦阻力也会随着转臂的单边磁拉力、弹簧力和运动速度变化而变化因此转子臂旋转的加速度不是恒定不变的。若要准确获得的转臂碰撞限位盖时速度, 需不断地迭代计算转臂不同时刻不同位置所受的电磁力、弹簧力、摩擦力, 并进行动力学分析。

1.限位盖;2.芯轴;3.线圈;4.密封壳;5.弹簧;6.转臂;7.磁轭.

2 电磁计算模型

由于控制棒驱动机构开合结构相对于中心平面对称, 电磁分析计算时可仅对开合结构的一半来进行分析。线圈通电时产生的磁通, 一部分沿密封壳轴向穿过形成漏磁, 另一部分通过转臂形成回路, 产生电磁力使转臂转动, 磁路如图1 (a) 所示, 进行磁势设计计算的简化磁路如图1 (b) 所示。

1, 2, 6.磁轭磁路;3, 5.密封壳与转臂气隙磁路;4.转臂轴向磁路;7.密封壳轴向磁路.

根据图1 (b) 简化磁路图和磁路定律, 并考虑到磁路在空气中存在一定的边缘漏磁, 有:

上式中Φ1、Φ2、Φ3、Φ4、Φ5、Φ6、Φ7为磁路中各处的磁通量, Φf为边缘漏磁。

根据磁感应强度的定义:

上式中Φi为各处的磁通量;Bi为磁通密度;Si为磁通面积。

对于磁轭磁路、转臂轴向磁路、密封壳轴向磁路, 根据磁轭、转臂密封壳使用的不同材料相应的磁化曲线, 根据磁通密度B查出对应的磁场强度H, 然后求出磁压降U:

上式中Hi为各处的磁场强度;Bi为磁通密度;Ui为磁压降;li为磁路长度。

对于密封壳与转臂气隙磁路, 由于介质为空气, 有:

上式中Ri为各处的磁阻;li为磁路长度;μ为密封壳与转臂气隙的磁导率, Si为磁通面积;Ui为磁压降;Φi为磁通量。

密封壳与转臂气隙磁路、转臂轴向磁路的长度与转臂的旋转角度β有关:

磁路中各处的磁压降与线圈产生的磁势相等:

上式中Ui为各处的磁压降;N为线圈匝数;I为电流。

转臂所受到的力是密封壳与转臂气隙磁路所产生的电磁力, 因此有:

上式中Ti为各处电磁力;Bi为磁通密度;Si为磁通面积;μ为密封壳与转臂气隙的磁导率。

线圈通电对转臂产生的力矩等于各处电磁力和力臂长度乘积之和:

上式中M为转臂受到的力矩;Ti为电磁力;Li为电磁力作用点与转臂旋转中心的轴向距离。

由式1~式8可以求出在转臂某一旋转角度β、线圈电流为I时转臂受到的力矩M。开合结构的电磁计算模型可以通过MATLAB编程进行程序化计算分析。

3 虚拟样机

LMS Virtual.lab Motion是LMS Virtual.lab虚拟试验室提供的多体动力学仿真模块, 能够高效、精确地对复杂机械系统进行多体动力学分析。由于开合结构的电磁分析由MATLAB根据电磁计算数学模型进行, 在LMS Virtual.lab Motion中仅需要根据计算得到的力矩对转臂进行动力学分析, 为简化虚拟样机模型, 因此在LMS Virtual.lab Motion中多体建模时只需包括开合结构的转臂、芯轴、限位盖、弹簧。

使用三维建模软件Inventor建立控制棒驱动机构开合结构虚拟样机模型所需零件的三维模型, 包括转臂、芯轴、限位盖, 装配完成后将其导入到LMS Virtual.lab Motion当中。根据图1所示的开合结构简图, 对虚拟样机各零件创建相应的约束, 约束的主要类型有固定副 (Bracket Joint) 、旋转副 (Revolute Joint) , 其中还需要对转臂和芯轴的旋转副定义摩擦系数;限位盖和转臂之间最终会发生碰撞, 因此二者之间需创建碰撞约束 (Contact Forces) ;在两个转臂之间创建弹簧 (TSDA) 。在转臂上通过三点力 (Three Point Force) 创建驱动力矩 (Torque) , 驱动转臂转动;创建传感器 (Sensor) 测量转臂左端转动角度、角速度、角加速度以及线速度。

为建立开合结构的动力学仿真系统, 需要将LMS Virtual.lab Motion虚拟样机模型的转臂驱动力矩通过Output功能接收;测量的转臂左端转动角度、角速度、角加速度以及与限位盖接触位置转臂处的线速通过Input功能传出, 并设置通过三维系统Matlab-Cosim求解器求解, 生成与MATLAB Simulink的接口“plantout”, 如图3所示。“plantout”为封装完毕的接口, 双击该接口可以得到接口内部信息, 其中vlmotionmex为MATLAB Simulink中的LMS求解器。

4 联合仿真

将在LMS中建立获得的虚拟样机模型接口“plantout”导入在MATLAB的Simulink仿真系统中;根据控制棒驱动机构开合结构的电磁计算模型在MATLAB的Simulink中建立S函数“dcjs”, 输入为转臂的旋转角度β, 输出为转臂受到的力矩M;利用Scope模块记录观察转臂旋转过程中的动力学参数;利用Gain模块进行单位换算或数据处理。搭建完成的开合结构动力学分析系统如图3所示。其中Scope模块jd、jsd、jjsddxsd、M分别输出的是转臂与初始位置相比转动的角度、角速度、角加速、与限位盖接触位置转臂处的线速度、转臂受到的力矩。

在MATLAB中运行控制棒驱动机构开合结构动力学分析系统完开合结构动力学分析, 通过Scope模块可以获得转臂在线圈通以额定电流时的动力学参数, 其中转臂的转动角度、角速度、角加速、与限位盖接触位置转臂处的线速、转臂受到的力矩如图4所示。

通过动力分析结果可知, 虽然在转臂转动过程中弹簧力增大, 但是由于转臂受到的电磁拉力矩也是逐渐增大的, 综合作用下转臂的旋转角加速度、角速度均逐渐增大, 当线圈通电0.0095s后, 转臂与限位盖接触, 此时转臂的旋转角速度最大, 与限位盖接触位置转臂处的线速度为3.23m/s, 此时转臂受到电磁拉力矩为530N·m。另外转臂受到电磁拉力矩在线圈通电时间约为0.009s后就基本不增大了, 这是由于此时转臂的磁路基本饱和。

驱动机构线圈通电时开合结构动力学分析结果可作为转臂、限位盖强度校核的输入;根据建立的动力学仿真系统, 类似地还可进行线圈断电时开合结构动力学分析, 转臂的动作时间即为控制棒驱动机构机械延时, 对核反应堆的安全具有重要意义。

5 结论

本文建立了控制棒驱动机构开合结构的电磁分析数学模型, 并在LMS Virtual.lab Motion中建立了开合结构的虚拟样机模型, 通过MATLAB Simulink模块实现了MATLAB计算得到的电磁力矩和LMS Virtual.lab Motion计算得到的转臂运动学参数的数据交换, 从而建立开合结构的动力学仿真系统。通过MATLAB和LMS Virtual.lab Motion的联合仿真, 分析得到了转臂运动的角度、角速度、角加速度、线速度、受到的力矩随时间变化的曲线, 仿真结果可以作为限位盖及转臂强度校核的输入。本文所述的MATLAB和LMS Virtual.lab Motion联合仿真的方法普遍适用于其它动力学仿真领域。

参考文献

[1]胡友秋.电磁与电动力学[M].科学出版社, 2008.

[2]陈杰.MABTLAB宝典[M].电子工业出版社, 2007.

[3]苏祥, 余跃庆, 杜兆才, 杨建新.基于Virtual.Lab的柔性并联机器人仿真平台[J].计算机仿真, 2008, 25 (4) :164-168.

开合屋盖简述 第2篇

1 开合屋盖的建筑特点

作为第三代体育建筑中应用最广泛的结构形式, 开合屋盖在使用功能、建筑造型、结构选型和环境方面都有其独特的优势。

功能方面:现代体育建筑在强调专业功能的同时, 更注重综合功能的实现。同时兼顾竞技体育与群众体育娱乐活动两个方面, 并注意解决其它补充功能或设施方面的不足。

建筑造型方面:开合屋盖建筑是一种可整体或部分移动的建筑, 是一种造型可变的建筑, 开合屋盖建筑使得体育建筑由“静”变“动”, 丰富了建筑的造型。

结构选型方面:新颖的结构型式是现代体育建筑追求的目标。开合屋盖建筑的发展为结构选型提出了新的研究课题, 促进了结构型式的创新。

环境方面:建筑环境决定着体育建筑的使用层次和总体设计水平。场外城市环境和场内运动员和观众环境的创造要达到和谐和自然。开合屋盖建筑是创造“复归自然”馆内环境的很好方法, 是实现绿色体育建筑的一个重要措施。

2 开合屋盖的技术难点

相对于常规结构, 开合屋盖结构由于有可动屋面, 随着屋面的开启与闭合, 存在着许多技术难题:

1) 要确保开合屋盖结构具有同常规结构有同等的安全性、可靠性, 这必须以结构体系、机械系统、控制系统的安全与可靠为前提;

2) 开合屋盖结构在不同的状态下 (开启、半开启、闭合、移动状态) , 其受到的荷载情况、约束状态各不相同, 结构的传力路径也各不相同, 特别是在开启或闭合的移动状态下, 结构位形的改变导致构件的反应相当复杂。合理地进行各状态受力分析是开合屋盖结构在结构设计方面的大难题;

3) 从己建成的开合屋盖结构来看, 机械系统可动部件常有故障发生。因此, 开合屋盖结构的机械系统的构造应尽可能简单, 这样既提高机械系统的可靠性, 又便于故障后维修;

4) 为适应多功能、多用途的要求, 开合屋盖结构对采光、通风、音响、空调、防灾等要素的要求非常高, 要适应不同使用状态的使用要求;

5) 在施工方面, 大型开合屋盖结构对施工技术、测量技术、检测技术提出更高的要求。

3 开合屋盖的设计流程

与传统的屋盖形式相比, 开合屋盖结构的设计相对复杂, 除了要考虑结构要素外, 还要考虑建筑功能、机械和控制系统的影响。传统的屋盖形式各工种的设计是串行式的, 而开合屋盖结构由于其复杂性, 导致各工种的设计一定要并行进行。两者的设计流程示意如下图所示:

4 开合屋盖的分类

根据开合机理对屋盖体系的开合移动方式进行分类, 开合移动方式可分为如下所述六种:

5 开合屋盖的评价原则

开合屋盖结构作为建筑物的一种形式, 具有常规建筑的许多共性, 但是, 可动屋面的存在又为这类建筑带来了许多特性。已建开合屋盖结构的经验教训表明, 一个开合屋盖结构的成功实现除受开合方式、开启位置及形状等建筑要素的影响外, 还受到结构、机械系统等多方面因素的制约。综合已建工程的经验, 评价原则可以从以下几个方面来考虑:

5.1 建筑与功能方面

建筑与功能方面的评价应根据建筑在城市规划重的合理性、建筑的室内外空间效果、观赏性体育空间和运动性空间的创造来进行。单从使用角度来看, 屋面的开启率越大越好, 单过大的开启率会造成建设成本和占地面积的增加, 因此应根据建筑效果、使用功能和建设经济条件等因素寻求最佳的开启率。

5.2 结构方面

结构体系要简单合理。宜优先采用轨道支承结构的变形对可动屋面运行影响较小的结构形式, 以及开合过程中可动屋面对支承结构的内力及变形较小的结构形式。屋面各部分宜具有规则的几何外形, 这对结构的内力分析、风洞试验、加工、制造和安装带来很大的方便。在此基础上, 尽量采用既可靠又新颖的机构形式和结构方案。

5.3 机械方面

可动屋面的运动轨迹越简单越好, 移动方式也越少越好。越是简单的机械系统, 其可靠性越高。一个好的开合屋盖结构的机械系统, 应该是原理明确、运用己有的可靠技术, 大量采用标准零部件以便于维修和更换。

5.4 安全与管理

开合屋盖结构的机械部分是故障的多发地点, 建筑物的整体安全和可靠性越取决于此。开合屋盖结构应进行全天候的监测和管理, 安全措施越得当, 管理工作越到位, 开合屋盖结构的故障率越小、使用年限越长。

5.5 经济性

开合屋盖结构的造价比常规结构要高, 应对开合屋盖结构的制造、安装的造价以及使用中屋面开合增加的营运成本, 还有整个建筑的经济效率问题进行评价, 寻求经济合理的方案。

6 开合屋盖的研究现状

开合屋盖建筑结构作为一种新颖的结构形式, 虽然起源较早, 但真正意义上的研究工作是从二次世界大战后才开始的。现代开合结构的发展主要经历了两个阶段:1) 50~80年代以索膜结构为主, 利用膜材料的褶皱实现开合的结构体系;2) 80年代后采用拱形钢结构或拱壳、部分球壳等刚性钢结构作为受力支承结构的开合结构体系, 其屋面材料多采用膜材料、金属板或其他轻质材料。通过若干单元片屋面系统的移动、转动来实现开合的目的。工程实践表明, 第一种以膜材料褶皱形式开合的屋盖因膜材料本身的诸多缺陷;第二种开合结构体系是一种新兴的结构形式, 只有日本根据已有的开合结构制定了设计指南。

我国在开合屋盖结构的研究和应用方面还处于起步阶段, 关于开合屋盖结构研究的论文极少。最近建成的上海旗忠网球中心和南通体育会展中心体育场是其中的佼佼者, 开启面积、开合方式和机械的稳定性均达到国际先进水平, 大大提高了我国工程技术人员在该领域认知度。目前我国许多地区都有建造大型体育会展中心的想法和需求, 开合屋盖由于其独特的优势, 相比于传统空间结构更容易引起投资者的注意。因此, 我国工程界对这一新兴结构形式应进一步加强学习, 在更多的工程实践中去锻炼和提高。

摘要：随着社会进步, 复归自然已成为体育场馆的重要发展趋势, 也是各种文化建筑吸引群众的一项重要竞争手段。可开合屋盖的体育建筑作为最直接的表达方式应运而生。体现最新建筑技术的开合屋盖建筑不仅向外展示了各国的技术能力、经济实力, 更重要的是作为城市代表性、象征性的标志物使得场馆所在城市扬名在外。

关键词：空间结构,开合屋盖,技术难点,开合机理

参考文献

[1]马国馨.第三代体育场的开发和建设[J].建筑学报, 1995.

[2]刘魁, 陈以一等.南通体育会展中心体育场开合屋盖机械结构综合技术应用研究[J].建筑结构, 2008.

浅析山水画的开合 第3篇

一、历代关于山水画开合的研究

开合作为哲学命题很早就扩展至文学领域, 尤指文章的行文布局。在文论和画论常通用的古代, 开合规律的运用其实始终与中国画的发展相伴, 显见于所有优秀作品。但作为绘画形式美的要素, 开合概念的提出及理论研究的全面开展则是在清代这个传统中国画的总结期。如清代蒋骥《读画纪闻》揭示“山水章法如作文之开合, 先从大处定局, 开合分明, 中间细碎处, 点缀而已”, 指出开合可以作为山水画章法的突破点, 旨在突出形式美, 与写作的开合在形式上具有一致性。又如清代沈宗骞《芥学舟画编》讲“布置景色, 但当做一开一合, 盖所谓小景, 原不过于山水大局中剪其一段, 而自为局法”, 强调了开合的节奏性及在画面中运用的广泛性。再如清代王学浩《山南论画》强调“以山之开合向背凑之, 自然一气浑成, 无重叠堆砌之病矣”, 更是把开合规律推而广之, 运用于造型, 并有意与气韵相联系。

山水画的开合经过千余年的技术实践及明清的理论研究, 终在20世纪由潘天寿先生给出了全面系统的阐述:“开合’, 就字义上讲, 开’即开放, 合’即合拢的意思。绘画上的开合和做文章的起结一样。一篇文章大致由起、承、转、合’四个部分组成。起、结’是文章的开始与结尾。一篇文章有许多局部的起结和承转, 也有整个起结。一张画画得好不好, 重要的一点, 就是起结两个问题处理得好不好”。[1]山水画的开合具体可以从形式美意义、哲学涵义及美学特征三方面来把握。

二、山水画开合的形式美意义

(一) 山水画开合的基本原则

开合运用的基本原则和操作的主要依据就是“势”, 即画面整体的动势或走势。画家作粉本常先画上几条大线再依此深入刻画, 即便直接落墨也往往先用笔杆或手指在纸上划出几条线, 这就是对势的安排。明代, 开合作为独立的形式美概念尚未提出, 但已有针对局部章法的“分合”概念, 且指出其运用的原则就是势。如董其昌《画旨》中所说“古人运大轴, 只三四大分合, 所以成章, 虽其中细碎处甚多, 要以取势为主”。清代是传统绘画理论的梳理期和总结期, 形式美诸要素的研究日渐繁荣, 其中不乏开合之论。随着研究的深入, 开合与势的关系也更加紧密, 正如笪重光在《画筌》中讲“势也者往来顺逆而已。而往来顺逆之间即开合之所寓也”, 最终明确了开合运用的原则。

(二) 山水画开合的直接作用

开合的直接作用在于完善画面的章法。其实, 具有形式美特征的开合是蕴涵于造型、笔墨等所有画面要素的, 一树一石起笔为开, 收笔为合, 开合无处不在。但主要还体现于章法且往往被具体化为起、承、转、合四个有顺接关系的部分。如沈周的《庐山高》就是山水画开合规律运用的典范。画面以右下角土坡的斜势为起, 近景的特写松树为承, 画面的走势依松树枝干的延展而进一步推移, 进而以左侧的大山为转, 其合由右上角的远景诸峰担当。最后, 右上角的数行长题为画面的开合画上了圆满的句号。整幅画面开者饱满, 合者紧凑, 蜿蜒往复, 流转自然。做到了如清代范玑《过云庐画论》讲的“起落 (开) 足则不平庸, 收束 (合) 紧则不散漫”。

山水画的章法为了势的顺畅须从全局出发制定一个大的开合, 而为丰富局部还会在大开合中安排数个小开合, 郭熙的《早春图》就是一例。其画面除了依“S”型的势从下到上大开大合之外, 还在近景水村、中景山谷、远景山峰等有相对独立观赏性的局部里安排了许多小的开合。通过对树木的伸展、山谷的蜿蜒、屋宇的参差、溪水的流转及道路的延伸等具体刻画, 错落有致地设置了许多精彩的小开合, 堪称局部开合的典范。

(三) 山水画开合的根本意义

开合的根本意义在于成就画面的气韵。气韵为中国画形式美的核心目标及最高追求。由于中国传统文化十分强调形式与内容统一、世界观与方法论一体, 客观上讲气韵的实现不仅限于章法等形式要素的完善。尤其是把握气韵之“韵”, 更离不开学识、文思、才情等方面的造诣。但绘画作为视觉艺术, 其视觉性决定了仍必须以章法为气韵实现的具体手段。开合作为山水画章法的重要构成要素, 与宾主、远近、藏露、繁简、疏密、虚实等要素共同作用, 使气韵得以顺利实现。

凡事都有“体用”之分, 气韵作为山水画形式美的“体”, 其“用”就是开合等一系列形式美要素。而气韵作为“体”, 往往并不直接与“用”发生联系;开合等“用”也并不直接作用于气韵这个“体”。换言之, 气韵概念具有抽象性, 直接的技巧运用或理性思维都不能对其把握, 必须借助于有直观性的中间环节。气韵作为中国书画特有概念正是通过这些中间环节而在画面中无处不在, 成为了中国画形式美的核心和主宰。郁郁黄花无非般若, 青青翠竹尽是法身。这些中间环节或称章法、或称龙脉, 皆为气韵的“千百亿化身”。开合等形式美要素正是通过直接作用于章法龙脉而间接作用于气韵。具体如清代王原祁《雨窗漫笔》中讲“画中龙脉, 开合起伏不参体用二字, 学者终无入手处。龙脉为画中气势源头谓之体也。开合从高至下谓之用也。”

三、山水画开合的哲学涵义

(一) 山水画开合的自然观

对“合”的追求体现了山水画开合的自然观, 并突出表现在时空观上。开合起于开而收于合, 对合的追求和把握使创作及审美活动不是心往不返, 而是目极无穷且能回返。正如郭熙《林泉高致》所讲“可行、可望、可游、可居”。这“可行”、“可游”在方向上是交互的、可逆的。画中道路是征程还是归途, 那一缕天光是朝霞还是夕阳, 全由人愿。泉水不止, 四季皆为你而流, 山花不败, 四季皆为你而开。开合所展现的图式就是由近及远的盘亘、流连之后再由远及近归返自心的时空观和自然观。

(二) 山水画开合的历史观

山水画开合的历史观是中国哲学反复循环的观点。“反”, 强调凡事必终于反, 且必积而后反。其实也就包含了质变量变的观点。“复”, 是真实的复初, 二者合一, 构成了一个循环。但这循环不是原地转圈不发展, 而是在循环往复中不断前进。前进的动力正是人的实践, 正所谓“天行健, 君子以自强不息”。开合作为形式美要素, 一定程度上依真实山水而发。但其实现主要还是创作主体主观能动性的发挥。其体现了传统哲学积极的历史观, 是自强不息的能动精神。

(三) 山水画开合的认识论

客观地讲, 山水画开合的认识论有不可知论的倾向。中国传统的认识论由《老子》一句“道可道, 非常道, 名可名, 非常名。”而推向了不可知论。此观点曾数千年不变, 就连积极入世的儒家也持“存而不论”的搁置态度。但不可知论对艺术实践并无消极影响, 反倒成就了开合及山水画的意境。山水画强调虚实, 但更倾向于虚;强调远近, 但更倾向于远。这“虚”或“远”就有不可知或不愿知的意味。山水画往往近处开, 远处合;实处开, 虚处合。开合, 尤其是合的处理, 为画面增色不少。山水画意境中的深邃、幽远、旷达、无尽正由此而得。

(四) 山水画开合的方法论

山水画开合作为方向相反的对范畴, 本身就是矛盾, 就是对立统一。矛盾分析就是开合主要的方法论。此外, 开合“起、承、转、合”的四个部分, 其中起与承明显带有承接性和递进性, 方法论上可以合二为一。由此, “起承、转、合”三者就与“正、反、合”的三段式相一致了, 即“肯定、否定、否定之否定”的三段论。开合的方法论颇具辩证性和实用性, 在具体的创作及审美活动中作用明显, 成就了章法也最终成就了气韵。

四、山水画开合的美学特征

(一) 山水画开合体现美与善的统一

山水画开合最基本的美学特征就是注重美与善的统一, 正所谓“止于至善”。这不仅是儒家思想的反映, 更是体现传统思想“和”的理念, 和谐、和睦、和平等都是此理念的具体化。“和”的理念渗透到儒道释各家思想, 儒家讲与人和, 道家讲与天和, 释家讲与己和。正所谓“天地和而万物生, 阴阳接而变化起”, 无论是宏观的各种事物的产生还是微观的各种事物的发展, 都由“和”而得。而“和”与“合”本为一体, “和”强调目的, “合”注重结果。就连民间神话中的友善之神, 也被塑造成两个, 叫“和合二仙”。开合是手段, 通过具体的手段去表现美的事物, 以一系列开与合的有机构成, 达到“和”的境界, 即善的境界。

(二) 山水画开合体现有限与无限的统一

山水画开合最主要的美学特征就是注重有限与无限的统一, 并倾向于对无限的表达。近景多为起或承, 一树一石清晰可见, 传递明确的信息, 即为有限。而“合”多是对远景的处理, 远景峰峦虚无飘渺若隐若现, 赋予自由的遐想, 即为无限。此处的开合主要作用于造型而不单纯针对章法。宋画中多有出现的韩拙“三远”意境, 正是通过开合尤其是对“合”的处理, 对中、远景大胆开合小心收拾的结果。明清山水画中, “合”的任务多被左、右上角的大量题字所担当。这固然是进一步探索绘画表现性所取得的新成果, 使画面更加文人化、文学化及形式化。但换角度思考, 不得不承认这是疏于技术的无奈之举。具体说是对开合, 尤其是“合”的技术退化, 以至于不得不借助文字从抽象的形式上而不是从具像的视觉上来完成“合”。由此带来的视觉上的无限之意势必大大折扣。明清时传统美学的没落致使明清山水画对幽远、迷远、阔远等以突出无限意境为主的表达能力日渐荒疏, 最终把传统山水画送进了坟墓。

(三) 山水画开合体现流动的观照方式

山水画开合最独特的美学特征就是流动的观照方式。中国传统美学的观照方式是流动的而不是固定的, 是移步换景、景随人换, 而不是以固定视点来观察和表现世界。山水画面处处开合, 整体有大开合, 局部有小开合。各局部小开合之间的视点往往不同, 使之具有了相对独立性的欣赏性。但在具有动态特征的“势”的统领下, 最后归于大的开合, 实现了画面形式上流动的统一和视觉上审美的顺畅。

以上就是山水画开合的形式美意义、哲学涵义及其美学特征。在正视传统、注重内涵、呼唤经典、提升品位的中国画发展背景下, 提倡研究和进一步发展开合等中国绘画艺术独有要素, 其意义是不同寻常的。

注释

气缸套开合精镗夹具 第4篇

内燃机气缸套与活塞、活塞环、缸头组成密封燃烧室。气缸内的温度随进气、压缩、作功、排气工作循环周期变化,在进气行程最低,作功行程开始时温度最高。在压缩终了时气缸内温度达500 - 700℃, 柴油喷人气缸后被压缩,气缸内温度急剧上升,此时的燃烧室温度达到1800 - 2200℃之间。

活塞与活塞环随着曲柄连杆旋转,在气缸套内表面产生快速的往复运动,尤其在作功行程中,活塞与活塞环相对气缸套内表面之间产生滑动摩擦力最大,从而导致了气缸套与活塞环接触面产生磨损。 在气缸套内外表面同轴度较好、润滑优良的情况下, 活塞组件和气缸套的磨损非常小。反之,气缸套加速磨损。

我公司研发中心开发了气缸套开合精镗夹具, 准确的利用气缸套的上、下腰带夹紧定位,保证了气缸套的圆度、圆柱度和壁厚差,为下道工序微量珩磨做好了优越的基础,可靠的保证了气缸套内孔平台网纹的一致性。

2三点压紧夹具

三点压紧夹具,完全是依靠气缸套支承肩上端面三个压紧块压紧,其上、下腰带只是假象的定位, 在机床高速镗削时,导致了气缸套径向圆周的摆动, 最终使气缸套内表面产生了倒锥、圆度超差的现象, 平台网纹上下不一致,上面的网纹较深,下部的网纹几乎没有,严重的影响了气缸套的质量。

众所周知,由于气缸套毛坯采用离心浇注,模具用水强制冷却,气缸套断面内外表层硬度差较大,有时严重超差30HB以上。如果在粗加工和精加工内孔时因夹具设计不当,不能保证气缸套的壁厚差,就会产生了气缸套内表面硬度值不一致,造成磨损不均匀,导致了早期磨损,气缸套内表面失圆,产生漏气、窜气,动力下降,使用寿命缩短的现象。

传统的三点精镗夹具如下图:

图1为传统式精镗夹具,气缸套装入夹具体的形式是从上端装入,然后用上端面三块压板呈120压紧进行镗削。其缺点是: ( 1) 气缸套的上、下腰带与夹具体内的上、下定位圈呈过渡配合状态,因此对气缸套的上、下腰带几何尺寸控制的十分严格,上下腰带的几何尺寸稍大一点装不进去,稍小一点形成间隙。( 2) 由于夹具体内的上、下定位圈经使用一段时间后磨损变大,导致了气缸套上、下定位圈形成假象定位,在高速镗削的过程中,气缸套在夹具体内处于圆周径向摆动,使气缸套产生倒锥现象,而且粗糙度较差。( 3) 由于气缸套内表面的圆度、圆柱度超差,所珩磨的平台网纹质量也很差,形成了气缸套上部平台网纹较深,下部平台往往较浅,甚至没有网纹,严重的影响气缸套的润滑效果。( 4) 由于夹具上端靠手动旋转螺母三点压紧,不安全隐患事故较大,行业中经常出现断手指的现象。

总的来说,传统的气缸套精镗夹具存在问题较多,而且主要表现在精镗的质量效果不理想,废品率高,工作效率低,事故隐患大,不宜推广使用。

3开合精镗夹具

我公司研发技术人员针对三点式压紧夹具存在的多种缺点,设计开发了气缸套开合精镗夹具,使用效果较好,工作效率提高了20% ,产品质量提高了70% ,产品的机械加工合格率达99% ,圆度、圆柱度、壁厚差全部控制在工艺规定的公差范围内,同时对后道工序平台网纹的质量有了可靠的保证。

气缸套开合精镗夹具如下图:

该夹具体的特点是: 夹具体为铸钢或铸铁件,整体精加工到图纸尺寸,用沉头螺钉固定上、下定位镶圈,然后将上部圆柱体180°锯开至法兰盘,再靠近法兰盘根部锯开二分之一,保留固定的一半。锯开的部分与固定部分用上下铰链连接,在夹具体的中部设有锁紧机构。

图2 中: 1、 镗 工 台 2、 连接螺栓 3、 平垫 4、 弹 5、 下铰链 6、 上铰链 7、 夹具体固定部分 8、 气 9、 上定位镶圈 10、 锁紧机构 11、 下定位镶 12、 夹具体 13、 铁屑流孔

开合屋盖协同与单独分析算法比较 第5篇

关键词：开合屋盖,双层柱壳,有限元,变形

开合结构的初衷是使人类活动不受天气条件的限制, 意味着更积极的选择性。早期的开合屋盖采用尽可能大的开启度, 这种形式在取得最理想的建筑效果的同时, 大大增加了结构难度和整体造价。近年来出现的小开启度和局部开启屋盖, 并且配合巨型格构构件作为轨道载体, 简化传力路径, 增强屋盖的整体稳定性。新开启形式更多的从实用安全和经济三者平衡的角度展开设计具有非常广阔的发展潜力。

1 几何模型

本文建立一个带巨型主拱的双层柱壳开合屋盖, 具体结构组成以及主要尺寸如图1和图2所示。该开合方案整体为柱壳结构, 以沿x轴方向的三道主拱为主要受力体系, 主拱截面呈倒三角形, 配合主拱跨中的水平联系梁, 以及固定屋盖作为侧向联系构件, 加强主拱平面外稳定能力。活动屋盖为两片, 每片在相应的主拱上设3个一共9个驱动轮, 驱动轮轨道设置在固定屋盖主拱之上。活动和固定屋盖均作正交正放的四角锥双层柱壳, 网格划分统一为4.5m4.5m, 高为3m。

杆件截面的选择参考国内已建成的类似结构, 南通体育场的杆件尺寸, 主拱三根主杆为P40619, 主拱连杆以及连系梁为P27316, 固定屋盖和活动屋盖的杆件统一为P18012。

开合屋盖结构一般有三种状态:完全闭合锁定状态、完全打开锁定状态、运动状态。一些大型开合屋盖还有第四种状态:半打开锁定状态。由于不做动力学分析, 所以只考虑闭合, 半打开和全开这三种状态。本文采用协同分析与单独分析两种算法对上述三种状态下结构的响应作对比分析。所谓协同分析, 即在锁定位置通过耦合活动屋盖与下部结构的三个线位移进行协同受力变形分析;单独分析指先把可动屋盖在锁定点处固定进行受力分析, 得到支座反力后以集中力的形式施加到下部结构对应的锁定点处进行进一步受力分析。

2 有限元模型

本模型采用通用有限元软件ANSYS进行分析, 并且为方便后边做特征值屈曲分析, 屋面统一施加单位面荷载1KN/m2。

3 结构变形对比

考虑到中间主拱承受的荷载投影面积最大, 尤其开启活动屋盖后其抗侧刚度大幅下降, 导致变形可能是整个结构中最不利环节, 因此分析选取中间主拱上各个节点作为控制节点。具体数据如图3至图11所示。

3.1 完全闭合锁定状态

3.2 半打开锁定状态

3.3 完全打开锁定状态

3.4 小结

完全闭合状态下, 协同计算与单独计算在沿x方向的变形与沿z向的变形比较吻合, 但在垂直于拱平面的y向出现很大偏差。笔者分析原因是因为活动屋盖本来在y向上就有很强的抗侧向变形能力, 协同作用下通过耦合对下部结构尤其是主拱的抗侧刚度有很大贡献, 使得协同分析下中间主拱在y向几乎没有变形, 从整体来看这是合乎常理的。单独分析下部结构时, 完全去除活动屋盖, 使得主拱处于“完全开启”的状态, 从而呈现出侧向刚度不足的假象。不难发现, 半打开状态和完全打开状态中, y向都不同程度产生明显变形, 这更印证了完全闭合状态单独分析得到的是有根据的。与完全闭合状态刚好相反, 半打开状态下, 协同分析与单独计算得到的结果在x向与z向变形出现偏离, 而y向却比较一致。造成这个现象的原因笔者认为是主拱在两种计算方法下因约束条件不一样协同计算时在活动屋盖锁定的部位有等效侧向支撑, 单独计算时仍然是“完全开启”状态造成主拱的计算长度不一致, 由此产生偏差。刚性体系屋盖行走状态刚性较大, 在各种荷载作用下, 垂直轨道方向的变形都不超过限值。在计算中令活动屋盖和下部固定屋盖的y向变形不耦合, 沿轨道方向x向无约束, z向变形需要耦合, 形成可动屋盖和固定屋盖只有竖直方向的相互作用力, 如此两部分独立分析计算较符合实际情况。完全打开状态下协同分析与单独分析图线在位移的峰值上有一定差别, 但图线总的来说形状比较一致, 说明在全开的情况下两种算法都体现了主拱变形的同步性, 原因是在全开的情况下, 活动屋盖完全覆盖在刚度很大的固定结构上, 相对而言对下部结构的影响不大。

4 结论

开合结构 第6篇

关键词：服装开合,材料,功能

服装的开合设计中, 需要综合考虑服装的款式、色彩、材料这三大要素, 同时很重要的一点是要顾及到服装所要表达的风格和艺术特征, 所使用的辅料材质必须和服装的主题相搭配、相适应。和画师作画一样, 不同风格的画需要使用不同颜色的颜料和手法, 同理, 不同风格的服装也需要不同材质的陪衬。良好的搭配使用, 能够使服装的主题更加鲜明, 艺术效果更加突出。

材料科学的日新月异给予了辅料材料发展良好的空间。目前, 材料每年以5%递增的速度更新发展。用纽扣为例, 古代的纽扣大多使用天然材料, 例如贝壳、木材、磨制的石头等等;随着手工业的发展, 人们开始使用布条打结过后做成衣纽;进入二十世纪, 相继出现了胶木纽、金属钮、有机玻璃纽、塑料钮和树脂纽等等。材料的革新换代, 使得纽扣的造型和功能也开始突飞猛进。在当代, 各种造型千姿百态、色彩缤纷的纽扣已经屡见不鲜, 设计师已经习惯于用这些元素来传达美感, 表现艺术。开合辅料已经不能作为传统意义上的开合工具了, 而是作为服装中的一种艺术表现手法而存在。下面针对材质的演变过程, 分类加以说明。

一、传统材质

1. 绳带

不管哪一个时期, 哪一个民族, 他们的服装发展过程中都有着绳带的身影存在。绳带自从出现以来一直在被人们所使用, 无论是用其作为开合工具, 还是用于点缀装饰, 绳带在服装上都有着不可忽视的作用。与纽扣和拉链不同, 纽扣、拉链起到的开合效果是固定的, 一旦扣合或者拉上, 其服装的造型就是固定不变的。而绳带没有固定的节点和固定的系法, 因此通过拧结、缠绕和提拉等等手段可以使得服装的造型、结构千变万化。

绳带的材质有很多种, 丝质、棉质、麻质、皮质等等, 不同时期的手工业发展水平, 决定了不同的绳带材质的产生。不同的材质具有不同的软硬度、弹性和色泽, 所带有的艺术气息也不尽相同。若是设计师在设计服装时采用了绳带, 那么必定会使绳带的材质和服装的风格和气质相对应。若要表现优美、柔软, 或者华丽的气息, 则应该选用丝质绳带, 因为丝绸本身就象征着一种高贵和华丽;若要表现略带复古的成分, 则应该选用麻质绳带, 麻质绳带独特的色彩和质感能够和复古风格完美地映衬起来, 甚至有时候直接使用麻绳作为绳带, 这样就是为了能更加突出艺术效果;若是要表现奔放和略带狂野不羁的风格, 就应该使用革质绳带, 例如牛仔风格的服装, 就经常看到革质绳带的点缀。

2. 金属

金属材料在服装开合辅料中亦占据着重要地位, 开合处的扣件、挂钩和纽扣等等, 很大一部分是使用金属材料制成的。有别于其它材料, 金属材料制成的开和辅料具有很强的质感, 这由金属本身的特性决定。易雕刻、韧性好, 可以在上面雕琢各种花纹;另外金属材料还能使用一些其他材料不能使用的技术进行加工处理, 比如电镀、抛光、喷油上漆、镜面磨削等。因此金属材质制成的辅料往往用于在对视觉艺术效果有特别要求的服装。

用金属材料制成的各式纽扣、拉链等, 兼顾实用性和美观性, 有时候会在工艺上下功夫, 比如刻上花纹或者喷上亮漆等。现在很常见的工艺就是改变金属材质辅料的表面光泽, 根据所表现的艺术风格差异, 选用不同光泽的开合辅料。如一般光泽的辅料, 显示着艺术风格偏向于朴素;乌面亚光的辅料, 表示整体风格要表现古典、怀旧;而光彩夺目的材料, 偏向于显示前卫的、奢华的艺术效果。

3. 天然材质

除了上述材料之外, 传统材质中还有一类材质是非常独特的, 那就是天然材质。这种材质直接来源于大自然, 比如珍珠、玉石、贝壳等等, 使用这种材质做成的辅料会给人以天然、洁净的感觉, 若是用比较昂贵的珍珠玉石做成的辅料, 则会给人高贵的美感。

世界上使用贝壳等作为纽扣材质已经比较常见了。不过能够作为纽扣材质的贝壳种类不是很多, 贝壳必须符合色泽鲜艳、具有光泽、质地均匀和韧性好的特点, 加上使用量大, 所以必须要易于采集, 价格适中。目前, 世界上比较流行的贝壳类材料主要从尖尾螺、珠母贝 (包含各种淡水珍珠贝) 等水产中获取。

相比于其它材质, 贝类材质等的一个天然优势就是拥有浑然天成的纹理, 色泽鲜艳且没有经过人工雕琢, 同时具有独特的质感。因此, 贝类等天然材质做成的服装开合辅料可以说表达出的艺术效果是最为接近于自然的。正因如此, 很多服装设计师们都使用天然材质的开和辅料作为他们作品中的点睛之笔, 而且这类作品常常具有非常独特的艺术效果。

二、现代材质

1. 树脂类

树脂类材质属于化学材料的一种, 其色彩丰富且富于变化, 理化性质优良, 有着很好的耐酸碱腐蚀和耐磨性能。现在很多种常见的带有漂亮条纹的开合辅料材质, 就是属于尿素作为材质生产的。其纹理仿真程度和美观程度能与各种牛角纹、木纹相媲美, 而且具有硬度高、耐磨性好、耐干洗等优势, 丙烯酸树脂为原料制成的辅料是树脂类材质中透光率最大、透明性最好的塑料、其透光效果好, 色泽纯正, 因此在制造纽扣行业中大多选用丙烯酸树脂作为首选。不仅如此, 现在流行的设计是将此种材料和其它材料相组合形成组合型材质, 用组合型材质做成的纽扣等常常出现在女性时装中, 作为点缀之用。

2. 创新材质类

随着时代进步人们的设计观念也在发生革命性的变化。现代扣饰的设计中往往会出现各种各样的科技元素或者先进的理念, 比如说免缝纽扣, 就是一种将纽扣上所附带的某些成分与服装直接相连, 而不用传统的线进行连接。这种方法在格式休闲服上已经得到了广泛使用;另一些纽扣不仅仅起着扣合服装的作用, 还具有某些特殊的功能例如带磁、带药性等等。在起到开合服装功能之外, 兼具辅助生理治疗或保健的作用。

开合结构 第7篇

以阿联酋中心市场为例,屋顶亦采用玻璃幕墙。常见建筑幕墙维护设备置于建筑顶部,而该建筑群均为倾斜式屋顶,维护设备若置于屋顶将暴露在外严重影响建筑美观性,且放置难度大。为解决该问题,建筑采用了2块方形开合屋顶,结构如图1所示。单个开合屋顶宽4.5 m,长8.2 m,活动部分重约7 t。

建筑幕墙维护期间,控制系统将活动屋顶向外举出屋顶平面,接着向上平拉,屋顶将打开方形洞口,方便维护设备进出建筑,维护结束后,系统将按相反动作顺序关闭屋顶,恢复建筑外观,不影响建筑美观性。

1 开合屋顶动作安全性分析

活动屋顶为玻璃幕墙,运行过程中必须保持运行平稳,若发生形变或震动,将使玻璃破碎坠落地面,对地面行人造成重大伤亡的威胁。为此,系统举升采用4台伺服电机同步动作,拉动采用2台异步电机,PID速度控制方式。由于处于300 m以上高空,风力较大,增大了系统运行负载,容易出现过载状况,为此,系统配备风速传感器,输出模拟量至控制器,当风速小于10 m/s,系统负载处于承受范围内才可运行,当连续10 s风速大于10 m/s,系统自动停止运行并报警。

当开合屋顶处于平拉环节,由链条拉动屋顶行走机构向上运动,为防止链条断裂发生意外,需检测链条运动状况,并安装屋顶抱死装置。系统采用反射式激光传感器检测链条运行。正常运行时,单位时间内链条销轴通过传感器次数固定,控制器收到固定数量脉冲;意外发生时,脉冲数将发生变化,系统立即输出停止电机运行指令并启动抱死装置。抱死装置使用液压抱闸制动器,由三相异步电机驱动,配备压力传感器、闸口检测感应器。开闸时,启动电机,开启闸口,当液压油达到设定压力时停止电机,并通过闸口检测传感器确认闸口已完全打开,此时开合屋顶方可运行,若发生意外,则立即释放液压闸制动开合屋顶防止滑落。

2 开合屋顶TTC控制系统

将计算机和智能控制器等智能设备用于现代楼宇控制,实现楼宇的网络化智能控制,早已成为现代智能楼宇的发展方向。下面以中心市场为案例,从硬件与软件2方面,阐述开合屋顶智能控制。

案例建筑处于热带地区,夏季平均温度40℃,设备处于建筑顶部玻璃幕墙下,受阳光直射,控制柜表面温度超过50℃,常见控制器早已无法正常工作。因此,系统采用德国TTControl公司TTC系列200高速控制器,其最高工作温度达到85℃,自带2个CAN通讯接口,方便设备接入监控计算机,编程软件采用Co De Sys,支持IL,FBD,LD,ST,SFC,CFC 6种编程语言,编程方便。

2.1 控制系统整体硬件架构

楼宇总控室采用Win CC监控整栋楼宇,作为楼宇控制的一部分,系统接入Win CC开合屋顶界面,受总控室监控,总体架构如图2所示。

结合安全性与负载要求,系统以工控机作为控制顶层,同时控制2面开合屋顶,以TTC200控制器控制具体环节,举升环节采用4台5.5 k W伦茨伺服电机置于开合屋顶4个拐角,伺服电机使用伦茨8400Top Line驱动器驱动;平拉环节采用2台2.2 k W异步电机置于开合屋顶两侧,拉动链条,电机采用西门子MM440变频器驱动,额定功率3 k W。2台TTC200 CAN0口接入工控机,CAN1口通过CANopen协议控制4台伦茨8400Top Line驱动器。TTC200的RS-485接口外接RS-485转Profibus-DP模块,MM440亦选择Pofibus-DP选件板,使得控制器可使用Profibus协议控制变频器。

2.2 控制系统网络构成

2.2.1 顶层网络——CAN网络

监控室内放置1台工控机,运行Win CC程序,其部分界面与开合屋顶相关联,主要作用是操作员可直接控制2面屋顶的开关,观察屋顶运行状况、电机运行参数等。工控机PCI插槽拓展连接PCI-1680U CAN通信卡,实现与TTC200 CAN0口的CAN总线硬件连接,同时也作为TTC200的程序下载接口。因Win CC不含TTC200驱动程序,需采用OPC通讯方式,具体为ZOPC_Server服务器(基于CAN总线的OPC服务器),实现Win CC与TTC200的CAN连接。

2.2.2 异步电机控制网络——Profibus-DP网络

作为现代工业现场最具代表的通讯网络之一,PROFIBUS网络早已被广泛使用,本案中异步电机控制亦采用此方式。以TTC200做主站,2台MM440为从站,主站通过RS-485串口外接串口转Profibus-DP模块,9针连接从站Profibus-DP选件板SUB-D插座,实现主从间通讯网络建立。变频器的从站地址(参数P0918)正确配置,且2台地址必须唯一,主站采用PPO1型数据结构,只发送过程数据。

2.2.3 伺服电机网络——CAN网络

伺服驱动器采用了德国伦茨公司8400系列Top Line驱动器,其是8400系列中拥有最高级别功能和最佳驱动性能的驱动器,适合伺服电机定位控制方式,自带的CAN接口支持CANopen协议与TTC200 CAN1口连接,接收TTC200控制指令并返回运行参数。伺服通讯程序使用伦茨公司Engineer软件编写,下载到驱动器。

2.3 伺服同步控制

传统的伺服系统控制信号是以脉冲形式发出,通过脉冲当量的控制来实现电机的控制,此种控制方式易受干扰并发生脉冲丢失现象。随着对控制要求的提高,多轴、高精度系统所要求的控制系统与伺服驱动间的通信大大提高[2],传动的脉冲式数据传输已经很难满足要求。

本案采用新型的基于CAN总线的多轴伺服控制系统代替传统脉冲形式,如图3所示。采用主从控制方式[3],1台为主机,3台为从机,建立网络,主机接收TTC200控制信号,并负责整个网络的运行和管理。

伦茨8400Topline是一款基于CANopen协议的全数字伺服驱动器,内置有CANopen通信对象字典,连接着CANopen设备的通讯接口和应用部分。

如表1和表2所示,CAN报文包括帧起始、仲裁字段、数据段、CRC校验以及帧结束几大部分。其中,数据段包含了CANopen数据服务报文(SDO)信息,SDO将8字节数据段分为请求码、对象和子对象索引以及4字节数据,从而进行对象字典数据的读写[4]。

2.4 异步电机恒速控制

目前,基于异步电机动态数学模型,按转子磁链定向的矢量控制系统,可实现异步电机高动态性能调速[5]。矢量控制实现的重要方程式为

式中:Te为转子磁链定向坐标系中的电磁转矩;np为极对数;Lr为转子等效两相绕组的自感;ist为定子电流转矩分量;Ψr为转子磁链旋转矢量;Lm为定子与转子同轴等效绕组间的互感;p为微分算子;Tr为转子电磁时间常数;ism为定子电流励磁分量;ωs为转差角频率;ω1为旋转角频率;ω为输出角速度。

按照矢量控制系统基本方程,异步电机数学模型等效分解成ω和Ψr2个子系统,如图4所示,解耦成ism和ist2个分量,但是,由于Te同时受到ist和Ψr的影响,2个子系统仍旧耦合。因此,设置磁链调节器AΨR和转速调节器ASR分别控制Ψr和ω。当励磁分量ism为常值时,如果ist变化,转矩Te将立即随之成比例变化,没有任何滞后,得到满意的转矩控制特性。

矢量变换控制的数学依据是坐标变换,坐标变换需要转子磁链方向角φ,其估算基本原理如下:

采用西门子MM440变频器,其内部集成有矢量控制方式,可以很好地满足电机控制,并且,应用其自带的PID控制功能,使电机迅速而准确地到达设定速度[6],省去了TTC200内部复杂的PID编程,只需简单设定变频器参数,经现场调试即可投入运行。实际速度检测使用安装于2条链条从动轮的宜科编码器EC58P,单圈4 000 A/B差分脉冲。利用TTC200最高达10 k Hz的高速计数端,将编码器脉冲输入TTC200,由TTC200计算转速后,从2路模拟量输出端输出相应的2~10 V电压信号接入MM440模拟量输入端,作为PID速度反馈,实现电机速度闭环控制。变频器MM440主要参数设定参见表3。

2.5 控制系统软件

2.5.1 程序模块

系统分2种运行状态:开启屋顶、关闭屋顶,还包括有报警异常处理等。

1)初始化子程序:检测主电源,检测风速传感器模拟量信号,Profibus-DP通信初始化,CAN通信初始化,检测开合屋顶当前位置,输出准备就绪信号。

2)伺服控制子程序:判断伺服电机原点是否就绪,若未就绪,先驱动电机搜索原点,原点搜索完成后,启动定位模式,带动开合屋顶垂直运动。

3)液压抱闸制动器驱动子程序:进入开合屋顶拉动环节前,启动制动器电机,待液压油达到设定压力,停止电机并保持打开状态,闸口金属传感器反馈真实闸口状态。报警状况下,立即实施制动。

4)异步电机控制子程序:控制2台异步电机启动、停止,读取电机电流、电压和故障信息,读取编码器速度信息。

5)故障处理子程序:故障发生时,锁死启动程序,停止所有电机,启动液压制动器,启动报警指示灯与报警蜂鸣器。故障解除后,解锁启动程序,消除报警指示。

2.5.2 计算机监控界面

利用Win CC编写的监控界面如图5所示,实现开合屋顶实时监控。

3 结论

本文阐述了由Win CC为人机界面,TTC控制为核心,配合伺服同步控制、变频同步拖动的高层建筑开合屋顶自动控制系统,整个系统自动化程度较高,完全满足安全性要求。系统在阿联酋中心市场超高层建筑得以成功应用,通过了德国TUV安全性认证,单次运行时间约30 min,状况良好。在满足使用功能与易操作的同时,保证了建筑整体美观性,对于同类高层建筑设计具有极大借鉴意义。

参考文献

[1]胡琳琳.幕墙与采光工程施工问答实例[M].北京:化学工业出版社,2012.

[2]Liu Huashan,Shi Jijun,Sun Peide.Developments and RecentPatents on Motion Control System[J].Recent Patents on Me-chanical Engineering,2015,8(2):140-147.

[3]江小玲,舒志兵.基于CAN总线多轴伺服电机的同步控制[J].机床与液压,2012,40(8):140-142.

[4]韩江,黄涛,董伯麟,等.基于CANopen协议的数字伺服电机通信主站研究[J].轻工机械,2010,30(1):67-71.

[5]雷丹.运动控制系统[M].北京:人民邮电出版社,2013.