机电工程力学毕业论文

(三) 建立广泛的校外实践基地 在优化校内实训资源的同时，重视校外实践基地的作用，因为校内实训资源不可能包罗万象，机械加工方法不可能全部具有，从种类到数量校内都不可能全部满足。所以应该不断加强校外实践基地的建设，推荐企业成为学校固定的实践基地。聘请企业的技术人员兼任我院教授，选派骨干教师到这些实践基地挂职锻炼，实习基地企业优先从学校招聘毕业生，在实践基地挂牌的同时，在媒体宣传，扩大企业知名度等方面尽量给企业带来一些好处，使基地建设向着联合办学、互利双赢的方向健康发展。 (四)制定完善的实践教学计划和全面的教学评价体系 有了双师型教师，有了实训实习场所，我们在实践教学的组织实施中还注意不断完善实践教学计划。贯彻“三同原则”，逐步形成了重视实践教学的氛围，使整个教学活动健康有序的进行。四、结束语 实验实训教学是培养学生实践意识、启迪学生创新思维、提高学生工程素质的重要环节，必须不断深化改革，才能适应高等教育发展的要求。以上只是对高职高专机电专业实验教学改革的初步设想，要能够得以实现从而不断地提高实验教学的质量，除必须对每一个教学环节不断加以完善之外，还需要学校各方面的高度重视与支持。只有坚持不懈地进行改革，才能充分发挥实验实训在工程教育中的重要作用。参考文献：[1] 史彭等大众型高等教育中的实验教学模式的研究[J]．实验室研究与探索，2002，[2] 刘国买．构建机械专业实验教学系统[J]．实验室研究与探索，2001[3] 丁晓昌．切实加强高校实验教学工作[J]．实验室研究与探索，2002[4] 余祖光． 职业教育改革与探索论文集．高等教育出版社，2000[5] 蒋乃平． 职教课程探索的三个层级职业技术教育，2001

浅析机电专业实验实训研究【摘要】当前我国机电专业实验实训存在着一系列的问题，实验教学对高等学校的人才培养质量起着至关重要的作用。本文分析了高职高专机电专业现状对于机电专业骨干课程职业能力训练的要求，探讨了高职机电专业实验实训体系改革的内容和方法。【关键词】高职，机电，课程体系，改革实验实训作为实践性教学的一个重要环节，在培养学生形成科学的思维方法和运用实验手段去发现、观察、分析和解决问题的能力方面的作用，是其他课程所难以取代的。实验实训不仅在于帮助学生进一步理解、验证和巩固所学的理论知识，更在于作为能力培养的载体，在学生综合能力的培养、素质的提高和工程意识的形成方面具有独特的作用。正确认识实验教学对人才培养的作用，充分肯定实验实训教学在整个高职高专教育教学工作中的地位，将对高等学校提高人才培养质量起到至关重要的作用。 近年来，由于客观和主观上的原因，实验实训教学改革严重滞后于理论教学改革，已明显不能适应当前形势下人才培养的需要。应该尽快把实验教学改革融入整体教学改革之中，逐步对学生进行知识、能力、素质的综合培养。一、现状分析 目前，高职高专机电专业教学计划中绝大多数专业基础课和专业课均开设一定数量的实验，大多属于演示、验证性实验。众所周知，很多高职毕业生，实践操作能力很差，毕业工作后很长时间不能独立顶岗，给用人单位带来很大负担，学生的实践操作能力不能适应市场的需求，实践教学已成为高职教育发展的瓶颈。加强实践环节教学，加强学生实践技能的培养，是提高职业教育教学质量的关键。 除了实验仪器陈旧、设备台套数不足、教学手段比较落后、实验教师数量不足、教学观念尚未切实转变等原因之外，还存在以下问题： 1.重理论轻实践 由于实验教学从属于理论教学，实验学时分散在各门课程之中，数量较少，因而在课程的成绩考核中所占的比例极小，且不少实验缺乏完善的考核办法，导致学生对实验课很不重视。重理论轻实践的思想依然大量存在。 2.理论与实践教学脱节 机电技术发展迅猛，出现了许多新技术、新工艺，理论教学中已及时增加了这些新的内容，而实验教学却严重滞后，实验内容长期不变，造成理论与实践教学的脱节。 3.专业特色不明显各科实验之间的关联性较差，未形成有机的联系，尤其是机、电两方面缺少综合，无法形成专业特色。实验教学缺乏相对的独立性与整体优化，专业实验的工程特征不明显。二、改革设想 专科教育的目标是培养适应社会需求、具有良好的专业技能和工程意识的一线技术人员，学习理论知识不是目的，而是为了在实践中加以应用。因此，必须彻底转变重理论轻实践的思想，充分认识实验教学在工程教育中的重要性，把培养人才的综合素质和能力作为教学的出发点和归宿，对现行的实验教学进行改革。 1、机械基础系列实验 本实验在学生完成了公共课后的专业基础课程学习阶段进行，主要包含工程力学、工程材料、互换性与技术测量、机械设计等课程中的有关实验内容。通过掌握一些本专业基本的实验手段与实验方法，进一步加深对专业基础课的理解，为后续课程的学习打下良好的基础。 2、电工电子系列实验 本实验主要包含电工技术、电子技术等课程的有关实验内容，1学分，可安排在第三学期。通过实验，使学生获得模拟电子、数字电子、电机等方面的基本实验技能和初步的电路分析能力。 3、测试与控制系列实验 本实验主要包含测试技术、单片机、电气控制与PLC、液压传动等方面的内容。培养学生在测试与控制方面的能力，通过实验，要求学生了解现代测试仪器的使用方法和利用计算机进行数据处理，初步掌握单片机、PLC控制、液压传动方面的基本实验技能，从而锻炼学生的分析、解决问题的能力。 4、机电技术综合实验 为了培养学生综合能力与创新能力，根据现有的实验条件，初步列出若干综合性实验项目(如表1)，今后可适当增加。让学生结合自己的毕业设计课题选做1～2个大型实验，并在教师的指导下独立完成实验的所有环节，从而得到一个全过程的完整锻炼。该实验为1学分，安排在最后学期。三、配套措施要保证基本设想的实现，并能稳步提高实验教学质量，必须改变实验室的现有模式，合并分散的同类实验室，尽快建立面向全院开设专业基础实验的实验中心，组建特色鲜明的机电工程中心。这样既有利于合理配置资源，又可改善实验学科单一、设备台套数欠缺的状况，也便于系列实验课程的开设。同时，必须对相关的教学环节加以改革和完善。 (一)改革教学方法与手段 改变传统实验教学方法，建立以学生为主体、以教师为主导的实验教学新模式。让学生变被动为主动，变消极为积极，使实验课程成为学生自主学习、培养创造性思维和创新能力、掌握科学技术与研究科学理论的有效途径。将现代技术引入实验室，推动实验教学手段现代化，丰富实验教学内容，扩大信息量，提高实验教学质量和效果。使学生在校期间接受较为完整的知识与操作技能的训练，为毕业后尽快适应专业工作打下坚实的基础。 (二) 加强校内实训设施的完善 学院在大规模基本建设的同时，为适应机电专业实践教学的需要共投入980万元，使校内实训设施进一步完善。现有机械制图实训室，CAD／CAM实训室，电工电子实训室，高性能模拟电子实训室，高性能数字电子实训室，电力拖动实训室，材料力学实验室，可编程控制器实训室，单片机实训室、钳工维修实训室等30多个。金工实训中心占地3000多平方米，有新式数控机床13台，普通机床37台，车、铣、刨、磨、线切割等种类齐全，另有电气焊实训室2个，交直流电弧焊机、氩弧焊机、气焊设备等50多台套，。机电专业的实验实训基本上能在校内完成，各实训室同时配有电脑和黑板，现场教学增强了教学的直观性，提高学生的理解能力和动手能力。

3 柴油机电控技术的特点 柴油机电控技术与汽油机电控技术有许多相似之处，整个系 统都是由传感器、电控单元和执行器三部分组成。在电控喷射方 面柴油机与汽油机的主要差别是，汽油机的电控喷射系统只是 控制空燃比(汽油与空气的比例)，柴油机的电控喷射系统则 是通过控制喷油时间来调节输出油量的大小，且柴油机喷油控制 是由发动机的转速和加速踏板位置(油门、供油拉杆位置)来决定 的。柴油机电控技术有两个明显的特点：一是柴油喷射电控执行 器复杂，二是柴油电控喷射系统的多样化。 柴油机是一种热效率比较高的动力机械 柴油机燃油喷射具有高压、高频、脉动等特点。其喷射压力 高达200MPa，为汽油机喷射压力的百倍以上。对燃油高压喷射系 统实施喷油量的电子控制，困难大得多。而且柴油喷射对喷射正 时的精度要求很高，相对于柴油机活塞上止点的角度位置远比汽 油机要求准确，这就导致了柴油喷射的电控执行器要复杂得多。 由于柴油机的喷射系统形式多样 传统的柴油机具有直列泵、分配泵、泵喷油器、单缸泵等结构完全不同的系统。实施电控技 术的执行机构比较复杂，形成了柴油喷射系统的多样化；同时柴 油机需要对油量、定时、喷油压力等多参数进行综合控制，其软 件的难度也大于汽油机。 4 电控柴油喷射系统分类 最先出现的是电控喷油泵技术，而后又发展了电控泵喷嘴技 术和高压共轨喷射技术，后两种技术是现在最主要的柴油机电控 喷射技术。其中，电控泵喷嘴技术的喷油压力非常高，可以达到 200MPa，并且泵和喷嘴装在一起，所以只需要很短的高压油引 导部分，泵喷嘴系统也可以实现很小的预喷量，其喷油特性是三 角形的，并采用了分段式预喷射，这是很符合柴油机的要求 (大众公司的TDI发动机就是使用这种技术)。但电控泵喷嘴技 术的喷油压力受柴油机转速影响，使用蓄压系统的高压共轨技 术可以解决这个问题。它的喷油压力低于泵喷嘴系统，能达到 160MPa。有些公司看中了它对任意缸数的发动机喷油压力调节 很宽泛的特点，逐步扩大其使用范围(最早使用高压共轨的轿车 是阿尔法罗密欧156和奔驰C级别车)。 第一代柴油机电控燃油喷射系统也称位置控制系统，它用 电子伺服机构代替机械调速器控制供油滑套位置以实现供油 量的调整。其特点是保留了传统的喷油泵——高压油管—— 喷油器系统，只是对齿条或滑套的运动位置由原来的机械调速器控制改为计算机控制。这类技术已发展到了可以同时控制定时和预喷射的TICS系统。 第二代柴油机电控燃油喷射系统也称时间控制系统，其特点 是供油仍维持传统的脉动式柱塞泵油方式，如博世公司的电控泵 喷嘴系统，但供油量和喷油定时的调节则由电脑控制的强力快速响应电磁阀的开闭时刻所 决定。一般情况下，电磁阀关闭时，执行喷油，电磁阀打开时，喷 油结束；喷油始点取决于电磁阀关闭时刻，喷油量则取决于电磁阀关闭时间的长短。时间控制系 统的控制自由度更大。 第三代也称为直接数控系统，它完全脱开了传统的油泵 分缸燃油供应方式，通过共轨和喷油压力/时间的综合控制， 实现各种复杂的供油回路和特性。 因柴油机的喷射系统形式多样。国外柴油机的电控系统也型 式多样，有直列泵和分配泵的可变预行程TICS系统，有基于时间 控制的泵喷嘴系统，有蓄压共轨系统和高压共轨系统等。各种技 术方案都在原有的基础上发展，但高压共轨系统是总的发展方向。 5 高压共轨电控喷射系统 共轨(Common-rail)式电控燃油喷射技术的原理 在汽车柴油机中，高速运转使柴油喷射过程的时间只有 千分之几秒。实验证明，在喷射过程中高压油管各处的压力是随时间和位置的不同而变化的。由于柴油的可压缩性和高压油 管中柴油的压力波动，使实际的喷油状态与喷油泵所规定的 柱塞供油规律有较大的差异。油管内的压力波动有时还会在 主喷射之后使高压油管内的压力再次上升，达到令喷油器的 针阀开启的压力，将已经关闭的针阀又重新打开，产生二次 喷油现象。由于二次喷油不可能完全燃烧，于是增加了烟度和碳 氢化合物(HC)的排放量，油耗增加。此外，每次喷射循环后高压 油管内的残余压力都会发生变化，随之引起不稳定的喷射，尤 其在低转速区域容易产生上述现象，严重时不仅喷油不均匀，而 且会发生间歇性不喷射现象。为了解决柴油机这个燃油压力变化 的缺陷，现代柴油机采用了一种称为“共轨”的技术。 共轨技术是指由高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环 系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油 方式，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供 油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转 速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化， 因此也就减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量， 喷油量大小取决于共轨管(公共供油管)压力和电磁阀开启时间 的长短。 共轨式电控燃油喷射技术，通过共轨直接或间接地形成恒定 的高压燃油分送到每个喷油器，并借助于集成在每个喷油器上的 高速电磁开关阀的开启与闭合，定时定量地控制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量，从而保证柴 油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化，以及最佳的着火时间、足 够的着火能量和最少的污染排放。 其主要由电控单元、高压油泵、共轨管、电控喷油器以及各 种传感器等组成。低压燃油泵将燃油输入高压油泵，高压油泵将 燃油加压送入高压共油轨，高压共油轨中的压力由电控单元根据 共油轨压力传感器测量的共油轨压力以及需要进行调节，高压共 油轨内的燃油经过高压油管，根据柴油机的运行状态，由电控单 元从预设的MAP图中确定合适的喷油定时、喷油持续期由电液 控制的电子喷油器将燃油喷入汽缸(见图4)。 共轨式电控燃油喷射技术的特点 柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一种全新的技术，集计算 机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油器结构于一身。 它不仅能达到较高的喷射压力、实现喷射压力和喷油量的控制， 而且还能实现预喷射和分段喷射，从而优化喷油特性、减低柴 油机噪声和大大减少废气有害成分的排放量。其特点为： (1)采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀，使得 喷油过程的控制十分方便，并且可控参数多，利于柴油机燃烧过 程的全程优化。 (2)采用共轨方式供油，喷油系统压力波动小，各喷油器间相 互影响小，喷射压力控制精度较高，喷油量控制较准确。 (3)高速电磁开关阀频率高，控制灵活，使得喷油系统的喷射压力可调范围大，并且能方便地 实现预喷射等功能，为优化柴油机喷油规律、改善其性能和降低 废气排放提供了有效手段。 (4)系统结构移植方便，适应范围广，尤其是与目前的小型、 中型及重型柴油机均能很好匹配，因而市场前景广阔。 高压共轨电控燃油喷射技术的发展前景 高压共轨系统被认为是20世纪内燃机技术的3大突破之一。目前，有待研究的有： (1)高压共轨系统的恒高压密封问题。 (2)高压共轨系统中共轨压力的微小波动所造成的喷油量 不均匀问题。 (3)高压共轨系统三维控制数据的优化问题。 (4)微结构、高频响应电磁开关阀在制造过程中的关键技术问 题。 综上所述，共轨式电控燃油喷射技术有助于减少柴油机的有 害尾气排放量，并具有降低噪声、降低燃油耗、提高动力输出 等方面的综合性能。高压共轨电控燃油喷射技术的应用有利于地 球环境保护，加速促进柴油机工业、汽车工业，特别是工程机械 相关工业的向前发展。 参考文献 1. 李春明.《汽车发动机燃油喷射技术》主编 北京理工大学出版社 2. 蒋向佩.《汽车柴油机构造与使用》主编 机械工业出版社 3. 朱仙鼎.《特种发动机》主编 机械工业出版社

能提供低成本风电的新型风力机 - 【摘要】第一代商用扩散体增强型风力机(DAWT)在新西兰刚开始两年试运行，如果开发者的预期结果得以实现，这种新设计的风力机可促使风电成本大幅度降低。 在距新西兰奥克兰南约100km的Waikaretu的一座小山顶上，一台革命性的新型风力机正在进行为期两年的试运行。这座风力机的外观与常规风力机相比完全不同，其高度为17m，很象一巨物蹲在山顶上，而常规风力机则为一细长体，高高地矗立在山顶上。 这是投入运行的第一代商用扩散体增强型风力机(DAWT: diffuser augmented wind turbine)，如果开发者的预期结果得以实现，将导致风力发电成本大幅度降低。在试验新的风力机技术的同时，也可以试验扩散体环罩的新材料、高强钢丝纤维加强的钢筋混凝土。此种风力机在当地被称为"混凝土风力机"。在商业上，它被称为Vortec7型风力机，因为它有一个7m直径的转子。 风力机由近100家小型投资商组建的私人公司-Vortec能源有限公司负责设计和建设，该公司筹集了350万美元开发原型机。Vortec能源有限公司目前正在进一步筹集约700万美元，拟建设两台转子直径为20m的机组。其中一台新机组将在高风速地区试验，很可能在新西兰的惠灵顿附近，另一台在平均风速区。南澳大利亚州政府已对设计表示了很大的兴趣并将在Adelaide附近加速安装平均风速机组，因为州政府认为风力是一种少有的可再生能源，需要从技术上突破来带动州内占优势的较低平均风速资源的开发。 两台新型的转子直径20m的机组成功地运行后，Vortec能源有限公司将考虑在Nasdaq股票交易所上市的可能性。Vortec7机组的性能数据表明，转子直径20m的设计能够以低于美元/kWh的价格上网，它将使风力发电可与新西兰现有的电厂相竞争，与其它新的发电方式相比，更具竞争力。如果Vortec型风力机能以这种价格水平发电，在风电开发中它将迅速成为一股强大的新生力量。 Vortec能源有限公司的后盾是企业家Robin Johannink，他成功地经营着一系列业务，也是Pacific Lithium公司（一家从海水中提取锂的公司）的后盾。Johannink先生讲Vortec技术是一项国际产品，但该技术在新西兰股票市场上所获得的认可和重视还不太高，难以在此上市。因此Vortec能源有限公司正在考虑在纽约的Nasdaq交易所上市，很可能在1999年实现。 1 扩散体技术 美国的航天巨头Grumman空间公司（现在的Northrop Grumman公司）花费了8年时间开发扩散体技术并拥有扩散体增强型风力机技术的专利。它进行了扩散体流体动力学的详细分析，并使用一5m的模型在风洞中证实了分析结果。扩散体位于风力机转子的下游，其作用就象一个机翼，在转子后部产生低压部位。这种"抽吸效应"有效地使转子周围的风速成倍增加。常规的风力机只能有效地利用转子周围风速的60%左右。<图01>示出了扩散体的流态。 扩散体经济性的关键在于以最低成本获得最大的尺寸。风洞研究表明在45度扩散体结构中，内壁附面流可由两级风槽射流所维持。在该原型中，扩散体的总尺寸进一步减少，通过采用总长与出口直径比为30%的弧形结构，环罩硬度增强。使已选择的设计以最低的材料用量获得了最大的扩散体尺寸。 Vortec能源有限公司获得了Northrop Grumman公司颁发的拥有扩散体技术、为期20年的全球专利权及此后20年专利更新权的许可证。Northrop Grumman公司保留了它们自己内部使用扩散体增强技术而不用于风能商业市场的权利。Kenneth Foreman,原Grumman空间公司研究小组的领导者，为Vortec Energy公司的技术咨询，Vortec能源有限公司获得了Grumman空间公司研究小组8年研究的所有记录、试验报告及专利。 2 材料技术 Grumman空间研究小组在开发扩散体增强技术中所遇到的一个问题是商业规模风力机材料必须具有强度高、寿命长、成本低的特点。曾对铝、玻璃纤维、钢和传统钢筋混凝土进行过评估和核算，但都不能满足风力机经济开发的要求。在所有评估的材料中，最可取的是钢筋混凝土，但使用传统的钢筋混凝土，扩散体尺寸使风力机额定出力只能达到70kW。由于机组规模太小无法对扩散体增强技术进行商业开发。 新西兰在使用钢筋混凝土建造水塔和远洋快艇之类设备方面有悠久历史。在此基础上，结构工程师Alexander和Associates在20年中开发了一种新型的产品-高强钢丝纤维加强的钢筋混凝土。这种新材料的抗弯强度是低碳钢的3倍，基本上不需要维修。这种新材料可以经济地建造较大的扩散体，从而使风力机有足够的出力和常规风力机相竞争。 原型机转子直径为7m，高度为17m，最高出力为1MW。将要建设的两台机组使用20m直径的转子，高52m，出力为3MW。 扩散体使用两层3m×1m×30mm的高强钢丝纤维加强的钢筋混凝土板复合而成。第一层板沿着复杂的框架弯成所需的双向曲面，并固定就位。第二层板放在顶部，弯曲成形，然后在基础板上灌浆锁定双向曲面。再将这些曲面板粘结到一起，并对其边缘进行硬化处理构成扩散体扇形段。完整的扩散体装配好之前，在奥克兰大学工程院对单块板和装配好的扩散体扇形段样品进行了应力测试。 3 设备平衡 除了扩散体增强技术和材料技术外，风力机全部是常规的。转子配备有定节距的4个叶片，该叶片内为焊接钢架构，表面材料为玻璃纤维。转子通过一David Brown升速变速箱驱动一常规的1 200min-1、400V的ABB公司生产的同步发电机，发电机变频运行。转子、变速箱和发电机（<图02>）由美国的新世界电力公司(New World Power)提供。 变频交流电先整流成直流电，然后逆变为50Hz的交流电，经升压变压器送入当地电力公司的11kV电网。整流器/换流器设备由奥克兰公司Santon技术有限公司设计和制造，该公司对电池充电器和变速驱动器的制造有多年经验。 考虑到扩散体的尺寸，需要一大型稳定的地基防止在大风载荷下和地震时倒伏。设备被安装到一大直径环行轨道上，风力机可以沿它旋转360度，轨道上的旋转装置装有迎风控制系统的电动装置（<图03>）。这种布置提供了稳定的基础。 由于该种风力机可以避开大风且扩散体罩具有保护转子不受大风影响的能力，因而转子设计简单不需要控制叶片节距。这使得该种风力机非常适合在大风地区使用，且维修量很小。 4 设计的优点 扩散体增强型风力机与常规风力机相比有许多优点，包括： 噪音低。常规风力机噪音来自速度最高的转子顶部，并通过叶片传向支柱。在Vortec机组中，转子被一种高密度材料所覆盖（扩散体），它防止了噪音从转子末端向外辐射，因此没有像用常规设备时大的支柱产生的噪音。 用地少。就同样的能源输出而言，Vortec机组与常规风力机相比需要较少的用地，减少了土地购置和租用费用。 不影响景观。Vortec机组很容易地涂上各种颜色，当从远距离观看时能与各种背景相融合，设备蹲坐的外形与起伏的山村很协调。 可衰减阵风。扩散体在增加出力的同时，也作为阻风门，衰减阵风的峰值，因而减少了转子所承受的转距波动和驱动器上的应力。 鸟类撞击少。尽管风力机能涂上不同的颜色降低了视觉影响，但对于飞到附近的鸟类却很醒目，不会出现鸟类撞击快速旋转的风力机叶片的事故。 基建费用和发电成本低。风力机使用了非常简单的定节距叶片，不需要节距控制制动器或控制系统。这将大幅度降低维修费用，特别是在新西兰的大风地区，并将确保很高的设备可用率。 5 发展前景 转子直径为7m的原型风力机将要进行6个月的试运行，对控制系统进行仔细调试并验证设计参数。初步测量数据表明，风力机转子风速增强了约倍，这与Grumman空间公司研究小组的计算和它们在模型上进行的风洞试验结果相吻合。 Vortec Energy公司已获得新西兰科学与技术研究基金业务发展部的资助约350000美元，用以支付6个月试验期的费用。 监视和试验方案的技术支持由工业研究有限公司(Industrial Research Ltd.)和奥克兰大学咨询小组(Auckland Uniservices)提供，另外还邀请了英国国际风能咨询专家Garrad Hassan独立检验和监督Vortec7机组的试运行计划。 表1给出了Vortec机组未来的开发方案。 如果试验方案产生的结果与预期的相吻合，将来扩散体增强型风力机将成为全球风电开发方案的一个主要部分，可广泛用于其它待开发的地区。支持该技术的投资者虽承受高风险，但它可能获得高的回报。