方法与机理范文（精选12篇）
方法与机理 第1篇
开关电源发展中一个永恒的主题是实现电源的高工作频率、高效率、小体积、低成本。高工作频率,可以提高动态响应,也是减少体积和重量的重要途径;高效率,减少热损耗,实现高功率密度;小体积,减小变压器、电感和电容的体积,同时还要兼顾高可靠性和低成本。但是电源输出伴随的纹波如何抑制是电源应用的关键。
1 开关电源纹波产生的机理
常规AC/DC开关电源的工作模式是把电网电压全波整流变为直流电,经高频开关变换由开关变压器隔离并升、降压,经高频二极管整流滤波后以直流电输出。开关电源输出纹波主要来源于五个方面:输入低频纹波、高频纹波、寄生参数引起的共模纹波噪声、功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声和闭环调节控制引起的纹波噪声。
1.1 低频纹波
低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关的。由于开关电源体积的限制,电解电容的容量不可能无限制地增加,导致输出低频纹波的残留,该输出纹波频率随整流电路方式的不同而不同。
一般的开关电源由AC/DC和DC/DC两部分组成。AC/DC的基本结构为整流滤波电路,它输出的直流电压中含有交流低频纹波,其频率为输入交流电源频率的二倍,幅值与电源输出功率及滤波电容容量有关,一般控制在10%以内。该交流纹波经DC/DC变换器衰减后,在开关电源输出端表现为低频噪声,其大小由DC/DC变换器的变比和控制系统的增益决定。例如:对普通24V电源来说,电压型控制DC/DC变换器的纹波抑制比一般为45~50d B,其输出端的低频交流纹波有效值为60~120m V。电流型控制DC/DC变换器的纹波抑制比稍有提高,但其输出端的低频交流纹波仍较大。若要实现开关电源的低纹波输出,则必须对低频电源纹波采取滤波措施,可采用前级预稳压和增大DC/DC变换器闭环增益来消除。
1.2 高频纹波
高频纹波噪声来源于高频功率开关变换电路,在电路中,通过功率器件对输入直流电压进行高频开关变换而后整流滤波再实现稳压输出,在其输出端含有与开关工作频率相同频率的高频纹波,其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关,设计中尽量提高功率变换器的工作频率,可以减少对高频开关纹波的滤波要求。
1.3 共模纹波噪声
由于功率器件与散热器底板和变压器原、副边之间存在寄生电容,导线存在寄生电感,因此当矩形波电压作用于功率器件时,开关电源的输出端因此会产生共模纹波嗓声。减小与控制功率器件、变压器与机壳地之间的寄生电容,并在输出侧加共模抑制电感及电容,可减小输出的共模纹波噪声。
1.4 超高频谐振噪声
超高频谐振噪声主要来源于高频整流二极管反向恢复时二极管结电容、功率器件开关时功率器件结电容与线路寄生电感的谐振,频率一般为1~10MHz,通过选用软恢复特性二极管、结电容小的开关管和减少布线长度等措施可以减少超高频谐振噪声。
1.5 闭环调节控制引起的纹波噪声
开关电源都需对输出电压进行闭环控制,调节器参数设计的不适当也会引起纹波。当输出端波动时通过反馈网络进入调节器回路,可能导致调节器的自激振荡,引起附加纹波。此纹波电压一般没有固定的频率。
2 抑制纹波的一般措施和方法
2.1 低频纹波的抑制
已知低频纹波抑制的常用的方法有:
(1)加大输出低频滤波的电感、电容参数,使低频纹波降低到所需的指标;
(2)采用前馈控制方法,降低低频纹波分量。
2.2 高频纹波的抑制
高频纹波抑制的目的是给高频纹波提供通路,常用的方法有:
(1)提高开关电源工作频率,以提高高频纹波频率,有利于抑制输出高频纹波;
(2)加大输出高频滤波器,可以抑制输出高频纹波;
(3)采用多级滤波。
2.3 共模纹波噪声的抑制
减小输出共模纹波噪声的常用方法为:
(1)输出采用专门设计的EMI滤波器;
(2)降低开关毛刺幅度。
2.4 闭环调节器参数不适当引起的纹波抑制
在开关直流电源中,往往会因调节器参数选择不而引起输出纹波的增大,这部分纹波可通过以下方法进行抑制。
(1)在调节器输出增加对地的补偿网络,调节器的补偿可抑制调节器自激引起的纹波增大;
(2)合理选择闭环调节器的开环放大倍数和闭环调节器的参数,开环放大倍数过大有时会引起调节器的振荡或自激,使输出纹波含量增加,过小的开环放大倍数使输出电压稳定性变差及纹波含量增加。所以调节器的开环放大倍数及闭环调节器的参数要合理选取,调试中要根据负载状况进行调节;
(3)在反馈通道中不增加纯滞后滤波环节,使延时滞后降到最小,以增加闭环调节的快速性和及时性,对抑制输出电压纹波是有益的。
参考文献
[1]杜中义.高效率、低应力、低污染、低输出纹波通信开关电源的研制[J].电源技术应用2000(5):213-214.
[2]李宏.浅谈开关直流电源的纹波抑制问题[J].电力电子技术,2000(6):28-30.
计划生育药具的避孕机理和方法 第2篇
排卵、受精和着床是妊娠的三个重要环节，用药物或机械方法干扰其中的任一环节或几个环节，都可以避免妊娠。其主要的避孕机理和方法如下：
1、抑制排卵：抑制排卵同时使宫颈黏液变稠，并引起子宫内膜变化，抑制着床。如女性口服避孕药、避孕针和皮下埋植避孕药。
2、阻止精子与卵子相遇：阻止精子与卵子相遇，如避孕套等。
3、改变宫腔内环境，使受精卵不能着床。如探亲避孕药、宫内节育器。
4、杀死精子或使精子失去活动能力：杀死精子或使精子失去活动能力。如外用避孕栓、避孕膜、避孕凝胶等杀精剂。
（二）获得计划生育药具的途径
国家为实行计划生育的育龄夫妻免费提供计划生育药具，育龄夫妻在户籍所在地或者现居住地可以免费获得计划生育药具。
1、居住农村，所需的计划生育药具可由所在村计生专（兼）干为您提供送药具上门的服务。
2、居住城区，有工作单位的，在本单位计划生育部门免费领取药具；无工作单位的或在本单位领取不方便的，可在居住地的社区或居委会免费领取药具，也可由社区计生干部为您提供送药具上门的服务。
3、流动人口居住在农村，可凭《流动人口婚育证明》，到居住地乡镇计划生育技术服务站或村计生专（兼）干处领取药具；居住在城区，可凭《流动人口婚育证明》，到居住地社区或居委会领取药具。
方法与机理 第3篇
【关键词】分层注水；参数变化；层间干扰
一、研究的主要目的和根本意义
油田注水随着时间的推移会不断产生各种影响阻碍油田后期的正常开采，因此，必须要根据在实际开采情况中的具体现状分析在不同开采阶段应该做出的开采策略调整，以保证持续良好的开采效果。比如针对油田不断地深入开采，早期采集的注采参数显然已经不能够用于后期开采中油田高含水期的需求，所以需要不断的对参数进行采集，制定合理的开采方案，并且通过掌握储层特征参数的变化，更加科学准确的对油田的开采动态进行预测，也为以后油田开采需要借鉴的参数数据提供可靠的参考模板。
而随着分层注水技术研究的不断深入，如何解决注水井的层间干扰已经成为了掌握分层注水技术的关键点，所以，准确利层间干扰机理，并且根据分层注水的动态，寻找其中的规律所在，从不同的角度来看待问题并结合规律，建立模型，从而为整个分层注水方案提供科学解释模式。
二、层间干扰研究现状
在注水油田开发过程中，变化表现最为明显的就是储层物性的变化，由于长期注水，水会对油田产生水洗、冲刷，因此，油藏中的很多特性都产生了微妙的变化，而随着时间的逐渐推移，变化愈加明显，根据对这些特殊参数的研究，我们不难发现，参数对于不同储层的变化表现各有不同。
储层物性变化参数的选择：
（一）注水开发对油层孔隙的影响
油层孔隙是指油层中由三个或三个以上的岩石颗粒围成了空间孔隙，喉道则是指空间孔
隙之间的连接部分，所以，油层孔隙的结构对于研究油藏岩石储集能力、剩余油分布规律、如何在高含水期提高油藏开发效果都有着非常重要的影响意义。
在实际油藏开采过程中，由于原始储层的物质质量、敏感性各不相同，因此注入水就会对油层产生两个主要作用，一是对于粘土矿物的聚积作用，将空岛中心的粘土矿物冲刷使得孔道通常，或是对粘土矿物的水化膨胀作用，原因是注入水是始终都会向着物性好的方向流动，由此会造成原本畅通的通道愈加畅通，而通畅性差的通道则更容易被堵塞，最终将孔道堵死，使之油层渗透率下降。
除此之外，岩石骨架同样会受到影响，多以溶蚀居多。溶蚀作用会使得孔隙结构明显增大，而溶解现象严重的只会残留晶格骨架。因此，总的来说，注水开发能够对油层孔隙产生作用，一般为疏通或是堵塞作用，而具体哪种因素占大多数啊，则受到很多方面的因素共同影响。
（二）油层压力变化对岩石孔隙的影响
油层压力是自油藏开始开发便存在的，而随着开采时间的不断延长，压力变化对岩石孔隙的影响就越来越大，由于压力分布不均，当压力平衡遭到破坏时，就会改变岩石物性，甚至造成地层出砂现象，从而引发一系列的问题。
（三）温度对油层孔隙的影响
注入水的温度与地层温度是不同的，在不断开发过程中，研究学者发现温度对于油层孔隙存在的影响，对其重视度不断提高，通过广泛关注和深入探究，发现在油层中同样存在于热胀冷缩现象，因此当低温水注入地层后，会在原油区处形成低温区，低温区的原油粘度就会随之升高，影响整体的开采效果，但是当温度逐渐降低并低于析蜡温度时就有可能沉淀在油层中，导致孔道受到不同程度的堵塞，残余油的开采更加困难，水淹面积的系数也很难再扩大。
（四）注入流体对孔隙的作用
油田注水工程一般都采用污水回注工艺，而污水中的一些流体物质就会随着注入水进入孔隙，由于颗粒物质的不同，就会对孔隙造成不同程度的堵塞，但是相应的，解堵也是比较简单的，但是依旧会对孔隙造成一定堵塞，影响油藏的开采效果。
除此之外污水中还含有细菌、酸性和碱性矿物，随着注入水的长期冲刷而产生化学反应，例如生成盐类物质，使得Ca2+含量不断增大，油层的吸水能力将随之降低。
（我）水驱过程胶结物变化对孔隙的影响
在矿层矿物胶结物中最主要的就是粘土矿物，这是因为粘土矿物不论是其自身的组成结构还是含量、自身特征等都会对孔隙结构造成影响。其含量和类型甚至直接决定了孔隙度和渗透率，由此可见，对于分层注水促成参数变化机理而言，储层中的胶结物起到了非常重要的作用。常见的胶结类型包括基地、孔隙、接触胶结三种。
在已探测的油田中，我国以泥质胶结为主，但是，不论是泥质胶结还是基地胶结、孔隙胶结或者接触胶结，都会随着其含量的增加而使得储油物性不断变差。以泥质胶结为例，在油层中含量较少时，一般都以接触式、薄膜式胶结，通过含量的后期开采中不断增加，胶结模式也逐渐过渡到了基地式。与此同时，胶结类型不同，其影响程度也不相同，影响的主导因素是胶结物成分、含量，其次的次要因素为粒度。
三、层段配注水量优化调配方案
单层配注水量一般有指标，并且会在一定时间内根据具体情况进行改善方案，因为储层参数实际就是根据油田的开采情况决定的，因此，实际注水量就是配注水量，所以当产生不同原因的分层干扰现象时，现有的注水设备就不能够实现实际需要的配置要求。
通常采用BP神经网络完成配注进行优化，一是对配水调整时间计算与优化，通过BP神经网络，预测计算配水量，使得在实际操作过程中，能够顺利完成配注任务，并通过最初的预测计算以此类推，实现整体分层注水的配水预测。二是对于分层注水量优化方案，众所周知，分层注水量在油藏的不断开发深入后会根据时间的推移而有所改变，我们可以根据预测计算配水量，画出注水量和时间曲线，使得注水量始终维持在一定范围内，保证方案的最优化，最接近边缘注水量。
四、总结
油藏注水开发的不断深入，使得储层物性参数也不断改变，而分层注水之间本身又存在着分层干扰，从而使得注水开发效果受到影响。由此总结几点简单认识提供参考：
（一）储层物性参数本身多种多样，不同的参数从不同角度上反映了储层特征，上文选取变化最为明显的孔隙进行研究探讨，对于影响孔隙产生作用的参数进行了分析。
（二）孔隙度和渗透率本身对于开发效果影响最大，作用也最为明显，而主要表现在水对粘土的矿物的作用、压力、水温等等都有影响，因此本文从这几个方面入手，进行了简单的分析。
（三）通过上述分析，我们提出了相应配水量优化调配方法，以BP神经网络为主，针对调配方案，进行优化调配，在注水前进行大量的验算，预测配水调整时间。进行优化配注，延长注水实践，平均注水误差。
【参考文献】
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[2]邢容.基于BP算法的多层感知器设计[J].科教文汇（下旬刊）.2010（10）
[3]高阳.BP神经网络的量子学习及应用[J].科技广场.2010（07）
[4]史长林，纪友亮，李清山，谭振华.注水开发对原油性质的影响规律研究[J].西南石油大学学报（自然科学版）.2010（03）
[5]石晓渠，马道祥.注水井合理配注水量计算方法研究[J].西部探矿工程.2008（09）
河流冰塞形成机理与预报方法分析 第4篇
关键词：河流冰塞,形成机理,冰塞预报方法
1 冰凌灾害的主要形式
1)冰坝洪水。2)冰花堵塞。3)影响航运和建筑物安全。4)损害岸坡和水工建筑物。
2 冰塞形成发展过程
2.1 冰盖形成条件和机理
从广义上讲,冰盖也是一种冰塞,只是厚度较小而已。冰盖的形成需要具备以下三个条件:
1)一定的河道形态,这是形成冰盖的必备条件,冰盖起初易形成于弯曲的凸岸、水库的回水末端和河流纵断面由急变缓的位置。
2)充足的冰花、冰块,这是形成冰盖的物质条件。
3)封冻冰盖前缘处流速需满足的临界条件。
水体与大气在时刻不停地进行着热交换,随着冬季气温的持续下降,当气温低于水温时,水体开始失热,水温也开始下降,到达一定的程度,河流即开始产生冰花。冰盖的发展有三种模式:平铺上溯模式、水力加厚模式和力学加厚模式。如果此时冰花处的水流弗汝德数Fr小于第一临界弗汝德数Frc1,流冰花将以平铺上溯的方式向上游推进,产生平封冰盖。第一临界弗汝德数Frc1可表示为:
其中,V为冰塞前缘上游水流的平均流速;y为冰盖前缘水深;ti为冰块厚度;f(ti/li)为系数,取值在0.66～1.3之间变化;li为冰块长度;e为冰块孔隙率;ρw,ρi分别为水、冰的密度;g为重力加速度。
由于没有可靠的方法确定冰块的尺寸,一般采用现场观察值确定Frc1,在一般情况下Frc1=0.05～0.06;当冰花处的水流弗汝德数Fr大于第一临界弗汝德数Frc1而小于第二临界弗汝德数Frc2时,冰盖将以水力加厚模式(又称窄冰塞模式)向上游推进。第二临界弗汝德数Frc2可表示如下:
其中,h0为冰盖厚度。
Kivisid的现场观测表明,Frc2在0.05～0.1之间变化,平均值为0.08,沈洪和孙肇等建议以断面最大弗汝德数作为第二弗汝德数的值Frc2,野外现场观察结果表明这一值约为0.09;当冰花处的水流弗汝德数Fr小于第二弗汝德数Frc2时,冰盖前缘将不再向上游发展,流冰花将潜入冰盖以下,并流向下游,同时也可以用流速来描述流冰花的下潜条件。
2.2 冰塞的形成和机理
冰盖形成以后,能否形成冰塞,取决于冰盖前缘冰花的稳定性和冰盖下冰花能否堆积。
冰花在冰盖下滞留还是继续向下游流动,主要取决于其合力∑Fxi的大小。 若∑Fxi≤0,则冰花滞留于冰盖下,形成冰塞;若∑Fxi>0,则冰花被输向下游。 ∑Fxi越大,越不易形成冰塞,其主要与流量和河道比降成正比,可见在河道比降突然变小的河段,下潜的流冰花才能在冰盖下堆积形成初始冰塞。当然,流冰花能否在冰盖下堆积,还与水力条件和热力条件有关。
2.3 冰塞引起的水位变化
冰塞期河流水位变化的直接原因是河流中水内冰、冰盖的形成及其造成的冰塞厚度的变化。一般上游断面冰塞厚度较下游大,水位上升幅度也较下游大,当冰塞河段的初始冰塞形成并完成后期的增厚过程时,冰塞即达到平衡状态,此时各断面的来冰量等于输冰量,冰塞厚度不再增加,水位及水面比降也处于平衡状态,冰塞体发展到最大,水位被最大壅高,冰塞下的输冰能力也达到最大。此后随着气温的回升,上游来冰量逐渐减少,断面输冰能力大于来冰量,冰塞内冰花向下游输移,下游河段的冰塞厚度增加,冰塞前缘的厚度减小,河流水位上跌下涨,开河前夕,上游来冰量已很小,至冰塞河段冰塞厚度明显减小时,沿河水位即普遍下降。
3 冰塞预报基本方法
1)经验模型。
该模型是建立在对自然现象观测的基础上,常常要涉及对一些变量临界值的鉴定,如果超越这一临界值就会产生冰塞(或形成凌洪),因此大部分经验模型涉及到一些指标和参数的计算,利用一些模糊学或统计学方法对大量的历史观测数据进行分析整理,最终确定一种临界值计算的基本形式,针对不同流域的特定条件确定经验模型公式的各项参数。这种模型需要对大量的数据变量进行分析,所得结果也主要是针对某一特定区域,预测精度较差。
2)回归模型。
回归分析计算是随机模型的一个组成部分,是冰塞厚度及冰塞水位计算的重要方法之一。回归分析是研究变量间的统计相关关系的一种方法。它从自变量和因变量的一组观测数据出发,寻求一个函数式,将变量间的统计相关关系近似地表现出来。这个能够近似表达自变量和因变量之间关系的函数式称为回归方程。通过对天然河道各断面冰塞水位、冰塞厚度、水流速度、冰内冰花厚、气温等实测资料进行分析(影响因子无量纲化),得出多元线性回归方程的形式为:
其中,hw为冰塞水位;hi为冰塞厚度;hf为冰花厚;Tav为计算时段多年平均气温;T为计算时段气温;
而在过去的十年里,逻辑回归模型逐渐成为通过线性混合变量来预测定性结果的标准分析方法。
3)统计模型。
传统统计模型可以弥补经验模型在预测过程中的一些不足之处(包括变量选择的任意性,很难移用到另一地区及冰塞的预测等),统计学习理论是建立在一套较坚实的理论基础上的,为解决学习问题提供了一个统一的框架。同时,在这一理论基础上发展了一种新的通用学习方法——支持向量机,它已初步表现出很多优于已有方法的性能。支持向量机是基于结构风险最小化的基础上,依据有限的样本信息在模型的学习精度和学习能力之间寻求折中,并具有很好泛化能力的回归方法。
在天然河道预报中,可采用逐一预测的方法,以河道封河期内的前期水深(hw)、流速(v)、冰厚(hi)、冰花厚(hf)以及气温(T)等资料作为预报的影响因子,核函数采用RBF核函数,可通过在Matlab当中加载LIBSVM工具箱建立冰塞厚度和水位预测的支持向量机模型,来预测封冻后期的冰塞厚度及水位,通过不断调整核函数的权重得出预测值并与实测值进行对比。
4)人工智能模型。
先进的计算方法和计算工具使得人工智能系统不断地改进和发展,人工智能技术包括遗传算法、人工神经网络、支持向量机、决策树和模糊逻辑等,可以通过复杂的非线性系统的输入和输出之间的映射不断地被复制。人工神经网络作为其中之一,已经在针对复杂的非线性过程的建模中展现了它的潜力,例如对冰塞溃决形成过程的模拟。
人工神经网络(Artificial Neural Networks,ANN),是一种模仿动物神经网络行为特征,进行分布式并行信息处理的算法数学模型。这种网络依靠系统的复杂程度,通过调整内部大量节点之间相互连接的关系,从而达到处理信息的目的。
近年来,人工智能法在冰塞预测研究中逐渐发展起来,人工神经网络作为智能方法的一种,在对非线性问题的研究中具有其独特的优势,冰塞形成与发展是一个非常复杂的且为非线性的过程,因而国内外学者已进行了相关尝试研究。
近年来,人工神经网络正向模拟人类认知的道路上更加深入发展,与模糊系统、遗传算法、进化机制等结合,形成计算智能,成为人工智能的一个重要方向,这将在冰塞预测分析实际应用中发挥重要作用。
4 结语
方法与机理 第5篇
介绍了木霉菌种衣剂种类、防病机理,以及木霉菌液体发酵实验方法,并分析了木霉菌种衣荆的开发前景.
作 者：孙兴全 熊敏 樊泽澍 刘志诚 陈捷 作者单位：孙兴全,樊泽澍,刘志诚,陈捷(上海交通大学农业与生物学院,上海,40)
熊敏(湖南农业大学生物安全技术学院)
方法与机理 第6篇
关键词：绿茶饮料；褐变；机理；护色技术
中图分类号：TS275.2 文献标识码：A文章编号：1674-0432（2011）-10-0207-1
随着科学技术的发展，大量先进技术的应用在很大程度上促进了茶饮料生产的迅猛发展，茶已经成为世界上消费量最大的饮品之一。但是，在茶饮料的加工储藏过程中，很容易发生汤色的褐变和沉淀的产生，在一定程度上制约了茶饮料生产的发展。本文试对我国绿茶饮料褐变的机理及解决方法进行综述。
1 褐变机理
绿茶饮料的主要成分包括茶多酚、茶多糖、生物碱、氨基酸和叶绿素等，构成绿茶汤色的物质主要为叶绿素和黄酮类物质，其中儿茶素对绿茶茶汤色泽有重要影响。绿茶汤是一种不稳定的体系，在加工和储存的过程中容易受光、热、氧气、金属离子及pH值的影响而使汤色发生褐变，滋味变苦涩。引起绿茶饮料褐变的原因主要有两个：茶多酚的氧化和叶绿素的分解[1]。
2 褐变的解决方法
目前绿茶饮料防止褐变的方法主要是通过向茶汤中添加外源物质以防止饮料中决定绿色的有效成分（茶多酚、叶绿素等）的变化，以达到护色的效果。常用的外源添加物有以下几种：
2.1 包埋剂
β-环状糊精是目前绿茶饮料中使用最广泛的包埋剂，它性质稳定，不易受光、热、氧、酸和碱的作用而分解。在绿茶饮料中添加β-环状糊精能将茶汤中的一些大分子内含物质包埋，使其免受光、热、氧等外界条件的影响，从而保持色泽的稳定[2]。
2.2 酶类
单宁酶、果胶酶、纤维素酶、葡萄糖氧化酶等用于茶饮料生产，可以显著改善茶饮料的色、香、味品质[3]。葡萄糖氧化酶可增强茶多酚、维生素、芳香物质对氧的稳定性，加入茶汤后可起到保护色泽的作用[4]。葡萄糖氧化酶和单宁酶复合使用于茶汤中，护色效果更佳[2]。
2.3 金属离子
茶汤中的叶绿素不稳定，当其处于酸性条件下，叶绿素分子结构中的镁离子容易被氢离子取代，形成褐色的脱镁叶绿素[5]。向茶汤中加入Cu2+、Zn2+或Mg2+等金属离子可取代脱镁叶绿素中的H+，同时生成较稳定的绿色的叶绿素铜、叶绿素锌、叶绿素镁等，保护了绿茶汤色的稳定。
2.4 抗氧化剂
加抗氧化剂可以阻止叶绿素和多酚类的氧化，减少褐变。在茶汤中添加维生素C可防止茶多酚的氧化变色，且0.1g/500ml茶汁的添加量较为适宜[6],且以浸提时加入最好[7]。研究表明，半胱氨酸、无水亚硫酸钠和L-抗坏血酸对茶多酚有保护作用，能防止茶多酚的氧化褐变，并且三种抗氧化剂复配组合处理茶汤的护色效果最强[8]。
2.5 pH调节剂
由于茶多酚在过酸或过碱条件下容易氧化褐变，所以调节茶汤的PH值，也能达到护色效果。宁井铭[9]等针对绿茶饮料的色泽褐变问题，采用调节茶汤pH值的方法研究其对绿茶茶汤的护色效果，结果pH值越高，越易引起绿茶茶汤的色泽褐变，护色效果越差，pH值在5.0以下，绿茶茶汤的色泽稳定性较好。
3 展望
由于每种方法都有一定的缺陷，所以单一护色技术很难获得理想的效果，往往需要同时使用几种护色技术。这样不仅可以较好地解决绿茶饮料护色效果不佳的问题，而且对绿茶饮料的风味也有较好的改良作用。如高新蕾等[8]经研究得出绿茶饮料的色泽保护的最佳方案是：添加1.5g/L半胱氨酸、1.5g/L L-抗坏血酸、1g/L无水亚硫酸钠、0.05%的ZnC12于茶汤中，这样既能保护绿茶饮料特有的鲜亮的浅黄绿色，又能防止茶汤中有效成分的大量损失，维持茶汤的原有的营养。
需要引起我们重视的是在绿茶饮料这个体系中，除了存在褐变这个问题外，还有沉淀的产生，所以有时候在解决问题上难免会顾此失彼，如通过添加金属离子来护色，很可能会在一定程度上增加沉淀的产生。因此，个人认为今后在对绿茶饮料护色技术研究中，应结合机理，提出综合性的、全面的解决办法，以保证绿茶饮料的品质。
参考文献
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[6] 张国栋,马力,刘洪等.绿茶饮料的制备及品质控制[J].食品与机械,2002，（1）:22-24.
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[8]高新蕾.绿茶饮料防褐变的研究[J].饮料工业,2002,5(4):22-26.
方法与机理 第7篇
关键词：大型锻件,锻造过程,解析模型,在线极限学习机
0引言
随着航空航天技术的发展,构件逐渐向大型化、整体化方向发展。大型整体化构件的使用可以大幅度减少零件的数目,从而减少零件带来的附加质量问题、应力集中问题、工装问题[1]。对于精密化的锻件,大型整体化构件的使用则可以降低加工成本,还能确保构件的良 好组织性 能[2]。 精密化的锻件必然要求锻造过程的精确实时控制,因而需要更精确的过程模型。然而,锻造过程模型极难建立,主要原因有:1初始锻坯形状不规则,材料不均匀,且存在孔洞;2终锻形状复杂;3锻件的微观成形过程复杂(包括晶粒的生长方向各异、晶粒缺陷、晶格畸变等);4受加工过程影响的材料力学特征;5强非线性变化的摩擦力。
目前,锻造过程建模方法主要有解析建模方法和数据建模方法。在解析建模方面,文献[3]建立了理想条件下的负载力模型,但该模型忽略了许多影响因素,因此存在较大的建模误差;文献 [4]在负载力模型的基础上加入了学习系数,通过自适应调节学习系数来调节模型,但由于严重依赖模型结构的正确性,该建模方法难以适用于复杂锻造过程。在数据建模方面,文献[5]在局部锻造区域内用线性模型描述负载力与 压缩量的关系,但该模型无法满足大范围内非线性锻造过程建模的要求;文献[6]将负载力在应变率为恒值的条件下简化为多项式模型,该方法不适用于复杂的工况条件,模型抗干扰能力差;文献[7]在假设负载力模型结构的基础上,使用非线性回归法得到相关参数,但该方法无法处理未知干扰因素;文献[8]使用有限元方法和有限体积法建立了数值分析模型,该方法必须知道所有的边界条件,然而时变系统很难精确地获得所有的边界条件,导致其建模精度不高;文献[9]的数据学习模型依赖数据的充分 性与完整 性,也没有考 虑模型的 物理信息。
针对现有锻造过程建模方法的不足,本文在结合解析建模和数据建模优点的基础上,提出了集成机理与数据的复杂模锻过程在线建模方法。 实验结果表明,新方法能有效地建立复杂锻造过程的负载力模型,通过与其他方法进行对比也知其有更好的建模精度。
1问题描述
锻造过程如图1所示,它是利用模锻压机(图2)的巨大压力使金属坯料在模具中成形,同时使其满足一定的机械性能。模锻压机锻造过程需要严格控制锻造速度和位移,以获取所需的锻件性能和精确的锻件尺寸。锻造过程中的锻造速度由驱动缸的输入流量控制,输入流量受驱动缸压力影响,而驱动压力主要受非线性负载力影响,同时负载力也是模锻压机的被控对象。因此,锻件负载力的精确建模有着重大意义。
然而,获得锻件负载力模型是极其困难的,主要原因有:1锻件的初始形状不规则,并且多数锻件的终锻形状也很复杂,导致锻造过程中锻件所引起的负载力存在时变性和不均匀性;2锻件的初坯存在缺陷,诸如尺寸缺陷、孔洞等;3材料的微观晶体性质(包括晶粒各向异性、晶粒缺陷、晶格畸变等)也对锻件的负载力产生影响,且这些都是不可测的;4锻件的负载力依赖于材料的一些性质,材料的流变应力特征受到应变、应变率的影响,而应变和应变率在实际锻造过程中是存在波动的;5压机的大惯性特征对负载力有影响,而实际锻造过程中的加速度是波动的;6液压系统的一些参数(如阻尼系数、泄漏系数等)存在时变性。 因此,为了获得锻件的高精度成形成性,必须发展新的负载力建模方法。
2集成机理与数据的在线建模方法
针对现有锻造过程建模方法的不足,本文在结合解析建模和数据建模优点的基础上,提出了集成机理与数据的复杂模锻过程在线建模方法, 如图3所示。该方法首先建立模锻负载力的解析模型,使其尽可能地包含锻造过程的物理信息;在此基础上,使用在线极限学习机(OSELM)方法构建偏差模型。偏差模型从数据方面出发,根据实际模型与解析模型之间的偏差部 分数据而建立。同时,偏差模型能在线实时调整,从而实现锻件负载力模型的实时进化,继而满足强非线性与时变性的锻造过程要求。
模锻压机锻造时活动横梁动力学方程为
式中,FD、FB分别为驱动缸压力(即锻压力)和背压缸压力,且FD和FB分别为驱动缸和背压缸液压压力与油缸总作用面积的乘积,由压力传感器测得后自动折算得到,N; g为重力加速度;FL为锻件变形抗力;x为活动横梁下压位移;dx/dt为活动横梁移动速度,由位移和速度 传感器测得;Ff为摩擦力,N;B为黏性阻尼系数,N·s/m;μ为导轨导向处摩擦因数;M为活动横梁质量;e为加工环境误差及其他未考虑因素(如泄漏)所引起的误差。
由于锻件的负载力未知,所以根据式(1),模锻过程表达式为
其中为负载力物理模型,f为锻造过程模型的确定部分,Δf为不确定部分。
为了预测系统的动态行为,需要建立锻造过程模型。将锻造过程模型分解为两部分,即由f代表的解析模型部分和由 Δf代表的从数据中提取的偏差模型部分。 因此,锻造过程模型的表达式为
以下将分别对这两部分建模进行详细描述。
2.1过程模型的解析建模
过程模型的解析部分为
在上式中,仅仅摩擦力与负载模型需要解析建模, 其他项都 为已知项。 通常,摩擦模型 采用stribeck模型,其表达式为
式中,fc、fs、vs、σ2为摩擦模型中的相关参数,具体值参见文献[4];v为活动横梁当前速度。
在本实验中,采用了主应力法来建立负载力模型。主应力法依据坯料的受力状态将坯料分解成为若干变形单元,对每个变形单元利用简化的平衡微分方程与塑性条件进行联解,再结合摩擦条件和边界条件,可求出物体塑性变形时的正应力分布,进而求出总的锻压变形力。 在主应力法中,所有问题 可以看成 是平面问 题或者轴 对称问题。
本实验以长矩形坯为例,采用主应力法建立其负载模型,如图4所示。
根据文献[10],可以得到单位面积上受到的载荷力为
式中,σs为材料的流变应力;分别为应变、应变速率n、m、km、y0为材料参数,具体值参见文献[3];τ为锻件与模具接触表面的剪切应力,取τ=μsσs;μs取为Mises屈服条件下的流动应力摩擦因数;bc为长矩形坯的当前宽度; hc为长矩形坯的当前高度;hini为锻坯初 始高度;xc为锻件的当前压缩量,即活动横梁的下压位移。
对于大变形,dε=dhc/hc,因此ε=ln(hini/ hc),ε·=v/hc;负载力物理模型采用了Rosserd力学模型,则负载力物理模型表达式为
式中,V为坯料体积;l为矩形坯的长度。
2.2极限学习机的偏差模型
数据建模是对模型不确定性部分进行建模, 该不确定性部分是由负载力模型误差、加工环境引起的误差及未考虑因素引起的误差等引起的。
数据建模 部分采用 在线极限 学习机 (OSELM)进行数据 建模。 为了更好 地介绍OSELM模型,先简要介 绍极限学 习机 (extreme learning machine,ELM )。ELM是由Huang等[11,12,13]提出的一种具有快速学习能力的神经网络算法,它通过固定隐层与输入层之间的关系,使用类似于最小二乘支持向量机(LS-SVM)的求解方法来计算隐层与输出层之间的权值,从而大大缩短了神经网络的训练时间,并且具有好的泛化能力,弥补了传统神经网络训练时间长的不足。
采用ELM建模方法对不确定性部分进行估计,得到如下的偏差模型:
式中,H为由输入决定的向量;β为OSELM的模型参数,β 值依据采集到的数据不断更新。
数据模型的输入与物理解析模型 的输入相 同,模型的输出值为过程模型中的偏差部分,即由于H是输入决定的已知矩阵,因此如何确定β是建模的关键。
ELM类算法同时优化训练误差和输出权重的范数,优化目标函数为
式中,ζj为j时刻下模 型输出与 实际输出 之间的误 差; xj= (xj,1,xj,2,…,xj,m)T为j时刻下的输入;h(x)为单时刻的输入向量x在任意有界、分段连续且非常数的隐层激活函数作用下的N珦维输出向量;β为隐层到输出层之间的连接权值;αj为拉格朗日系数;γ 为正则化因子;Δfj为j时刻的过程模型偏差。
根据梯度优化算法,有0,可得
式中,I为单位矩 阵;N珦为隐层 神经元个 数;N为样本个数。
在OSELM[14]中,参照ELM模型,在原OSELM模型的基础上加入正则化因子γ 后,取前N0个样本训练初始的β值,可得到
式中,H0为N0个样本的输入经过输入层到隐层变换后得到的矩阵;T0为N0个样本的输出所组成的矩阵。
后续的输出权值更新公式如下:
在线预测时,k时刻的预测值为
本次仿真用到的OSELM模型的激 活函数hi(xk)为exp(- ‖xk-wi‖22bi),其中wi作为径向基函数(RBF)的中心,w=[w1w2… w]为正交矩阵[15],b=(b1,b2,…,b)为0~1之间的随机数组成的向量。 在数据送入OSELM模型之前,对数据进行了归一化处理。 由于OSELM能根据输入样本自动更新模型参数、最小化输出误差,因此具有较强的自适应能力。
2.3模型集成
最后,集成解析模型与数据模型,形成新的机理与数据的集成模型,采样时间为1s,该集成模型的离散形式表达式如下:
整个建模过程如图5所示,其中解析模型由物理知识得到,偏差模型由数据建模得到。该方法有如下优点:1同时考虑了物理知识与数据补偿的优点;2由于该建模方法具有参数的自适应调整功能,因此能有效地建立非线性时变系统的模型;3所采用的OSELM算法简单,无需调整与优化激活函数,运算时间短,非常适用于在线建模与预测。
3实验及分析
实验采用4000T模锻压机对锻件进行锻造(图6)。模锻压机工作时,通过控制中心控制伺服阀和换向阀的开口与方向来完成各项液压系统操作,从而达到控制压机下压过程的目的。在压机下压时,液压油由泵从油箱里抽出,经过过滤器和各种阀流入压机的驱动缸中,再经过回油缸和各种阀流回到油箱,从而实现下压动作。压力传感器、位移传感器、流量传感器负责监控压机的工作状况,并将信息反馈到工作中心,以实现压机的过程控制。压机系统的主要相关参数见表1。
3.1实验一的工艺表及结果分析
在室温下,依据两种不同的工艺,以铝1060材料的长矩形坯为例进行两次冷锻实验。实验中长矩形坯 的初始长、宽、高尺寸为570 mm × 100mm×90mm。实验的目的是验证新模型的有效性。实验一的锻造工艺见表2。实验前后锻件的形状如图7所示。
首先,采用前16个实验数据作为初始训练集,推导提出的锻造过程模型,其中正则化因子设置为1000。OSELM模型使用了15个神经元。
然后,使用实验数据对新模型进行校核,该实验校核如图8所示。由图8可知,在开始的小阶段内,用于训练的数据量少,使得新模型的预测误差较大。而在随后阶段,新模型的预测误差基本保持在±1%内,因此新模型能有效地获得负载力模型,并能以较高的精度来预测锻件的负载力变化过程。
最后,新方法与现有的建模方法进行对比,对比结果见表3。由表3知,新模型的均方根误差值小于解析模型与数据模型的均方根误差值,因此新的建模方法能获得更高的建模精度。
3.2实验二的工艺表及结果分析
实验二中使用的坯料规格与实验一相同,并在同一条件下进行锻造,其锻造工艺见表4。
OSELM采用前16个实验数据作为初始训练集,其中正则化因子设置为1000。OSELM模型使用了13个神经元。
使用实验数据对新模型进行校核,该实验校核如图9所示。由图9可知,在开始的小阶段内, 用于训练的数据量少,使得新模型预测误差较大, 基本保持在±5%内。而在随后阶段,新模型的预测误差基本保持在±1%内。由此可见,新模型能有效地获得负载力模型,并能以较高的精度来预测锻件的负载力变化过程。
将新方法与现有的建模方法进行了对比,对比结果见表5。由表5知,新模型的均方根误差值小于解析模型与数据模型的均方根误差值,因此新的建模方法能获得更高的建模精度。
4结论
(1)针对大型模锻件锻造过程的复杂性与非线性,提出了集成机理与数据的复杂模锻过程在线建模方法。在该方法中,解析模型很好地利用了锻造过程的物理知识,而数据模型可以对偏差进行有效的补偿,因此该方法集成了解析建模与数据建模的优点。
(2)针对大型模锻件锻造过程的不确定性与时变性,提出了基于极限学习机的在线补偿建模方法。通过在线学习方式,新方法实现了锻造过程模型的实时进化,故能有效地满足时变锻造过程高精度建模要求。
方法与机理 第8篇
OSGi是具有开放、通用软件架构的服务平台规范,为服务提供者、开发者等提供一种协作完成服务开发、部署与管理的模式[3],是SOC泛型的一种重要实现手段[4]。OSGi支持基于可复用服务插件的可插拔软件系统的构建,能以插件为粒度实现软件行为的动态改变,通过插件间隔离保障系统运行时的稳定性与可靠性。目前,OSGi已得到众多企业、厂商、开源组织的支持,如Apache、Eclipse、Spring等,并已成为事实上的Java模块化公认、通用标准[5]。目前,OSGi技术已在智能家庭网络[6],嵌入式软件[7,8],传感器网络[9]等领域得到关注与初步应用。
OSGi的类装载机制,提供了灵活、安全、独立的类装载能力,但常常导致潜在的类资源的装载冲突问题,进而提高Bun-dle开发、第三方Bundle集成的复杂性,增加系统实施的成本, 甚至限制OSGi技术在大型、专业软件公司之外的普适性推广与应用能力。因此,理解和掌握OSGi服务平台技术体系下类资源冲突机理,并采用适合的消解方法,已成为该领域基础理论研究与发展,及工程实施与应用推广所面临的重要基础性问题之一。
1相关技术
OSGi服务平台中Bundle相关的类资源装载,依赖于Java平台的虚拟机的实现(如无特殊说明,下文提及虚拟机均指代Java虚拟机)。
虚拟机的主要任务是装载Class文件,生产字节码,并将字节码交由运行时引擎执行[10]。类装载器是虚拟机一个重要的组件,负责完成从应用程序和Java API中装载Class文件,Java API实际上是Java平台提供的系统类资源。同一个虚拟机中可以存在多个类装载器的实例,形成灵活的虚拟机运行时类装载器体系,如图1所示:
不同类型的类装载器实例,构成了一个运行时类装载的代理体系,形成类装载器的父/子层次关系。当虚拟机需装载某一Class文件时,会从应用类装载器(如存在)开始,逐层代理给系统类装载器、扩展类装载器和启动类装载器。子装载器会为其父装载器提供一个类装载机会,以便装载任何给定的类,并且只有父装载器失败时,其子装载器才会进行类的装载[11]。上述类装载器在装载类时,实际上是搜索不同的Class文件的存放路径。例如:扩展类装载器搜索Java平台的ext目录,而应用类装载器搜索自定义的类存放路径,可以是本地文件系统,也可以是网络文件目录。
理解装载器体系的代理关系,以及不同类型装载器的Class文件搜索方式,是理解OSGi技术体系下类资源冲突的基础,本文将在第2节对这种冲突的成因和机理进行分析。
2冲突机理分析
虚拟机层次化、可扩展的代理装载体系,能控制不同来源的Class文件中装载类资源之间的相互影响,这种特性是OSGi通过类装载机制实现不同Bundle间运行时隔离的技术基础。 正因为如此,OSGi规范的实现(Felix、Equinox)绑定为Java平台, 而非诸如.NET、C++等语言平台。
Bundle是OSGi实现Java模块化的最基本单元,Bundle的类资源可以从多种途径获得,包括:Java平台的系统类资源,通过import、require和fragment方式来自其他Bundle的类资源,以及Bundle本地私有的类资源[3]。每个Bundle均拥有一独立的类装载器负责本地类资源的装载,并共享Java虚拟机、OSGi容器提供的全局性类装载器。为了保证模块的隔离性,Bundle间通过导出和导入包的方式,隐藏内部实现细节,并通过服务接口调用其他Bundle提供的服务。这种机制下,Bundle间的接口调用是一种典型的客户/服务器关系。基于Java平台的Bundle间类资源的典型关系如图2所示:
Bundle A可使用本地类资源,也可通过导入关系,使用Bundle B的本地类资源;可通过系统Bundle获得Java平台提供的类资源。OSGi定义了一套满足模块化隔离性的类装载机制,因篇幅所限本文不再详述,可参加文献[3]。本文以Apache Felix OSGi实现为例,根据图2分析OSGi技术体系下类资源的装载过程,如图3所示。
Bundle A定义和其本地路径的类由Bundle A的私有类装载器负责装载;以Java.*开头的包中的类由Felix框架的启动类装载器装载(与虚拟机的启动根装载器不同);由Bundle B导出, Bundle A导入的类,则由Bundle B的类装载器负责装载;其他诸如虚拟机的扩展和系统路径下的类,则通过Felix代理给虚拟机的类装载器,按图1所示虚拟机代理装载器机制装载。
上述基于虚拟机的类装载体系中,不同的类或相同的类均可能被不同类型的类装载器装载,或者不同应用类装载实例装载。通过类装载器,构建了Java平台运行时的多个命名空间, 这种命名空间由类装载器、类的包名和类的名称进行唯一标识。因此,来自不同搜索路径下具有相同包名和类名的类,由于其命名空间的不同,将被虚拟机以不同的类定义对待。这种情况下,Bundle间传递不同命名空间中的同名类,就会出现类资源冲突问题。此外,OSGi对Bundle及其内部Java包的版本信息进行严格限定,允许Bundle的不同版本同时存在于虚拟机运行时环境,这也可能引发类资源冲突,将在第3节消解方法中说明版本原因造成的冲突问题及消解方法。
3消解方法
OSGi技术体系下的类资源冲突问题,为采用OSGi服务平台进行工程实施与应用带来了大量的潜在风险与问题。运行时类资源冲突问题的引入原因多种多样,本文以图4(a)和(b)所示Bundle间关系为例,分析运行时类资源冲突问题引入的典型场景。
图4(a)中,Bundle A调用Bundle B提供的Invoke服务方法, 该服务需传入类型为Class C的参数实例,Bundle A和Bundle B均将Class C作为本地类资源使用。虚拟机运行时类资源装载时,Bundle A和Bundle B使用各自的私有类装载器装载Class C。由Bundle A创建并传递给Invoke服务方法的Class C实例, 与Bundle B初始化Invoke服务时的Class C的类定义,隶属于不同类装载器命名空间。在Invoke服务方法调用时,将会出现运行时类资源装载冲突问题。
图4(b)中,Bundle A在本地有sub Class和Class para两个类资源,且前者依赖于后者。sub Class是Bundle B本地的parent-Class的子类,Bundle A通过导入关系,引用parent Class。Bun-dle B的parent Class类依赖于Class para类,但Bundle B本地没有该类资源,而是通过导入Bundle C的本地类资源,获得Class para类的引用。当Bundle A装载sub Class时会委托Bundle B加载其父类parent Class,而sub Class和parent Class所依赖的Class para类资源,分别由Bundle A和Bundle C的私有类装载器进行装载。此时,虚拟机在运行时进行sub Class类的连接过程中, 会产生类资源装载冲突问题。
根据对上述典型场景及第二节冲突机理分析结果可知,导致OSGi技术体系下类资源冲突的根本原因是,不同Bundle间类由于参数传递、运行时链接等情况下,相同类资源被不同类装载器多次装载。可推导出消除这种冲突的基本原则是,限定Bundle间由某一确定的类装载器从确定的搜索路径下装载“共享”类资源,可以是虚拟机提供的类装载器、OSGi提供的启动类装载器或某Bundle私有的类装载器。为了满足该冲突消解原则,总体而言可以有以下三种消解方法:
1) 对OSGi实现进行修订,已得到OSGi系统平台的支持。 可适应性修改OSGi实现的类装载过程,当出现冲突时,由平台自身选择某确定的类装载器进行装载。这种修订必将破坏OS-Gi的规范性和通用性,无法保证对所有潜在类装载冲突消解的覆盖性,并且实现的复杂性和成本过高。
2) 将共享类资源统一归并到Java平台,即将其驻存在虚拟机自身可搜索到的默认路径,例如Windows操作系统下CLASS-PATH配置的系统路径或者jre/lib/ext的扩展路径。需注意的是,一旦共享类资源放入扩展路径,如类需调用系统类或扩展类,扩展类装载器将无法装载。然而,虚拟机是相对底层的系统软件,这种方式某种程度上破坏了Java平台自身的通用性。
3) 设计时引入独立的第三方共享Bundle(可以是普通Bun-dle、Fragment Bundle、或Extension Bundle,相关细节可参考文献[3]),将需共享的类资源统一装配到共享Bundle,并导出需共享的类资源,依赖于共享类资源的Bundle均通过共享Bundle导入。采取基于Bundle装箱单(即MANIFEST.MF文件)[3]的静态冲突检测,及运行时动态冲突检测与报警机制,规避设计时和运行时潜在的类资源冲突问题。该方法,不依赖虚拟机或OSGi平台的实现,完全取决于设计时对Bundle间关系的规划;对虚拟机或OSGi平台的实现不造成破坏,具有较好的灵活性,无论是自研还是集成第三方提供的Bundle,均适用于此方法。
3.1类资源冲突消解架构
通过对以上3种可能的类资源冲突消解方法的分析,且考虑到实现复杂性、成本及Bundle版本等方面的因素,本文建议采用方法3)。根据方法3),具体的类资源装载冲突消解方式如图5所示:
第三方共享Bundle的引入,实际上是将多个Bundle共享类资源,委托给共享Bundle进行管理和装载,将共享类资源存放在共享Bundle的本地路径,由其私有类装载器负责装载共享类资源。这种方式,共享类资源的运行时装载,将明确由共享Bundle私有类装载器从其本地路径进行装载,从而避免多装载器重复装载时出现的类资源冲突问题。
3.2静态资源冲突检测
静态冲突检测工具依赖于装箱单文件,在设计时分析Bun-dle间的依赖关系,并对潜在的类资源版本引用冲突进行检查。装箱单是OSGi服务平台的重要特征,可记录Bundle基本配置信息及类资源引用信息,其具体功能可参见文献[3]。
通过分析各个Bundle的装箱单中的Import-Package,Re-quire-Package,Fragment-Host、Bundle-Class Path等配置信息, 静态冲突检测工具可以在设计时分析Bundle间静态引用关系; 进一步地,根据OSGi装载体系与过程,构建各个Bundle间类装载器代理关系,形成类装载器代理网络结构图。在此基础上, 可同时分析引用关系中版本信息可能引发的潜在类资源冲突问题。以图5为例,Bundle A和B分别从Shared Bundle导入版本为1.0和1.1的Class para类资源,此时如果Bundle A和B存在依赖关系,则静态冲突检测工具会对其进行预警反馈,以对软件系统设计优化进行指导,并消除潜在类资源冲突。
3.3动态资源冲突检测
OSGi服务平台的核心优势之一是模块化的“即插即用”, 保障软件系统运行时的行为动态演化能力。当在运行时动态添加、替换Bundle时,需要一种运行时类资源冲突检测的手段, 为此,本文提供一种如图5所示的动态冲突检测方法。
该方法依赖于OSGi System Bundle提供的基于系统事件发布器的系统事件订阅/发布机制。System Bundle启动时会主导其他Bundle的安装及其类资源装载的过程(如Felix System Bun-dle的初始化与启动方法),并维护其运行时生命周期状态,例如:Bundle的安装、解析、启动、卸载等。当某Bundle状态发生改变时,会通过系统事件发布器对外发布相应的系统事件。
基于这种事件机制,本文实现一个用于监听系统事件的动态冲突检测Bundle,简称DCBundle,用于完成OSGi服务平台运行时出现添加或替换Bundle情况下的类资源冲突的检测。 DCBundle的主要工作过程如下:
1) 在被System Bundle启动时将自身注册到系统事件发布器,成为系统事件的监听者,并将自身设定为非工作状态;
2) 整个OSGi平台启动完成后,接收一个外部命令,将自身设定为工作状态;
3) 监听、捕获系统事件发布器的Bundle安装事件,将新安装的Bundle信息记录在检测队列;
4) 监听、捕获系统事件器发布的Bundle解析事件,获取其Revision和Bundle Wiring对象(可认为是Bundle装箱单文件的运行时内存结构),并进行运行时类资源冲突检测;
5) 如存在类资源冲突,则通知动态冲突监视工具,否则将新安装的Bundle从检测队列中移除,并继续监听系统事件。
4应用与分析
本文在Eclipse3.6集成开发环境,开发实现了基于Felix和Equinox两套OSGi服务平台的静态冲突检测工具、动态冲突检测Bundle及动态冲突监视工具,并将其应用于北京卫星信息工程研究所自主研发的××云计算软件平台(以下简称云平台)的类资源冲突检测。该平台的软件架构如图6所示。
Iaa S和Paa S层共提供了7类基础软件服务,这些软件服务均采用OSGi标准,以Bundle为基本模块实现。其中,某些服务基于开源项目Hadoop1.0版本,进行完善和适应性修改。自研部分也应用某些第三方Java包或Bundle实现,例如SL4J、 Spring DM等。
目前,整个平台的基础服务涉及1200多个Bundle的调试与集成。Bundle间存在类资源依赖关系、本地类资源冲突与版本一致性等较为复杂的关系。由于动态冲突检测时涉及的Bundle数目一般较少,本文重点对静态冲突检测进行测试,在Intel CoreTM处理器E7500,双核2.93GHz,内存1.96GB的台式机上进行实验。本文对每个实验重复10次,得到其平均静态冲突检测时间。结果如表1所示:
表1中,随Bundle规模的增大,检测时间也会增多,但所用时间并非线性增加。除Bundle规模外,Bundle间的依赖关系、 对Java平台提供的类资源的依赖程度等,也是影响静态冲突检测时间的因素。在此,本文并未对其他因素的影响进行分类和试验分析,将在后续工作中进行深入研究与分析。
从实验结果看,本文提供的静态冲突检测工具,与Source-Counter、Findbugs、Check Style等用于代码量统计及静态分析工具的时间效率相当,可做为项目与工程实施中的应用工具使用。
5总结
OSGi特有的层次化类装载器代理体系,及私有类装载机制的实现,是其重要的基础性核心技术之一。这种内核机制所引发的潜在类资源装载冲突问题,限制了其在大型、专业软件公司之外的普适性推广与应用能力。本文从Java平台类装载体系出发,分析引发OSGi技术体系下类资源装载冲突的原因与机理,并给出实现冲突消解的基本原则。在此基础上,分析了三种可能的冲突消解方法,对基于第三方共享Bundle、及静态和动态资源冲突检测的冲突消解方法进行详细的说明,并给出该方法在实际工程应用效果。
当前,OSGi技术已引起了学术界、工业界的高度重视,类资源装载冲突问题及其解决方法,是该领域的重要基础应用问题之一。希望通过本文对类装载冲突问题的成因与技术原理的分析,及冲突消解方法的探讨,能为该领域基础理论研究与工程化应用提供有用的支撑,并引起国内对OSGi内核基础技术的更广泛关注与深入研究。
摘要：作为面向服务计算泛型的一种重要实现手段,OSGi为构建具有模块化、“即插即用”、可动态持续演化的软件系统,提供了一个强大的通用化平台和规范支持。针对层次化类装载器代理体系下,OSGi服务平台中类资源装载冲突问题,从基于Java平台的OSGi类装载体系出发,对造成类资源冲突的基本原理进行分析,给出消解冲突的基本原则。提出了遵循该原则的基于第三方共享Bundle、及静态和动态资源冲突检测的冲突消解方法,并给出了方法的具体实现方式。
关键词：Java类装载器,OSGi,类资源冲突,冲突消解方法
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方法与机理 第9篇
关键词：一次设备,电气检修,供电可靠性,不确定因素,电能质量,工作效率
0 引言
近年来, 随着我国经济高速增长的要求, 我国的电力事业蓬勃发展, 但电力供应形势还是非常紧张, 不间断的电力供给己成为工业生产、国防军事、科技发展及人民生活中至关重要的因素。人们对能源不间断供给的依靠性经常是直到厂房里的生产设备忽然停止工作、大楼灯光忽然全部熄灭、电梯被悬在楼层之间时才意识到发电机、各种断路器、隔离开关及变压器的重要性。这种由于电力事故而造成的突然停电通常会给人们生产和生活带来很大的损失和不便, 停电时间的长短直接关系着损失的多少, 人们越来越关心电力供给的源头发电厂设备出现设备事故时解决问题的能力, 因此发电厂直接生产和输送电能的一次设备的检修方法受到了广泛的关注, 一次设备故障如不能及时修复, 其损失、后果和造成的影响都是难以估量的。要求电气工作人员必须熟悉发电厂一次主要设备的原理和性能, 全面掌握设备的检修方法, 出现问题时, 及时分析快速解决问题, 及时恢复供电以减少各方面的损失。
1 不储能
1.1 电机不转动
储能电气回路微动开关上的常闭触点接触不良, 将造成储能电机的两端电压过低直至无电压, 使电机无法转动。另外电机碳刷与换向器接触不良、绕组烧坏等将会直接造成电机不转动。
1.2 电机转动不停而弹簧储不上能
此故障发生在储能机构。在实际工作中, 此类故障多数是由于棘爪的压紧弹簧疲劳、折断、脱落造成的;也有少数是由于棘爪的端部严重磨损造成的。电机转动时, 棘爪与凸轮上的缺口接触处由于以上原因会出现打滑现象, 造成储能轴不停转动, 弹簧储不上能。而常闭触点又将始终处于闭合状态, 以致电机转动不停。
2 合闸失败
2.1 原因分析
合闸成功的关键在于合闸电磁铁能否可靠地释放合闸弹簧的能量, 及分闸掣子能否将分闸滚子可靠地锁住, 为此分析如下:
a、控制回路故障。
b、合闸电磁铁烧坏、脱落或卡涩, 将直接造成断路器合闸机构不动作。
c、合闸滚子和合闸掣子由于长期的摩擦, 表面难免有凹凸现象。
d、分闸掣子或分闸滚子表面磨损量过大, 或分闸掣子位置调整不当, 使分闸滚子和分闸掣子间的扣入深度减少。
e、分闸掣子组件的回转弹簧疲劳, 或回转轴卡涩。
f、机构箱内三角形杠杆上的滚针轴承 (合闸滚轮) 损坏。
2.2 处理
打开机构箱, 手动释放合、分闸弹簧的能量。
a、检查微动开关的常开触点、防跳跃继电的常闭触点、辅助开关的常闭触点、联锁限制开关常开触点接触是否良好。
b、检查机构箱内三角形杠杆上的滚针轴承 (合闸滚轮) 是否损坏。
c、检查合闸电磁铁。
d、检查合闸滚子及合闸掣子的表面有无裂痕及凹凸现象, 合闸滚子转动时有无卡涩和偏心现象。
e、检查分闸掣子和分闸滚子。
f、检查分闸掣子组件。
3 拒分
3.1 原因分析
分闸成功的关键在分闸电磁铁能否成功地释放分闸弹簧的能量, 为此分析如下:
a、控制回路故障。
b、分闸电磁铁卡涩、脱落、烧坏等, 造成断路器拒分。
c、分闸滚子和分闸掣子的表面有凹凸现象, 使二者分离时的摩擦力增大, 造成分闸电磁铁带电保持而分闸机构拒动。
d、分闸滚子及分闸掣子转动轴因缺油或灰尘等原因而转动困难。
3.2 处理
打开机构箱面板, 手动释放分闸弹簧能量。
a、检查分闸回路中辅助开关的常开触点接触是否良好。
b、检查分闸电磁铁。
c、检查分闸滚子及分闸掣子组件:对表面有凹凸现象及裂痕的部件进行更换;对分闸滚子及分闸掣子转动轴进行清洗、加油。
d、做低电压试验合格。
4 导电回路电阻超标
4.1 原因分析
断路器导电回路电阻出厂标准为25μΩ, 检修标准为30μΩ。在对断路器的检修中, 曾发现过数起导电回路电阻超标问题, 最大电阻达296μΩ。经检查发现, 真空灭弧室上部的接触面与上出线端之间仅有一颗固定螺栓, 操作时产生的振动极易造成该螺栓松动;导电夹固定螺丝松动及触头拐臂与上、下出线端的接触面氧化, 从而使接触电阻增大, 最终造成导电回路电阻超标。
4.2 处理
对真空灭弧室上部的固定螺栓及导电夹固定螺丝进行紧固, 如电阻仍然超标, 则应怀疑触头拐臂与上、下出线端的接触面氧化, 这时可将触头拐臂拆下, 用金相砂纸将氧化层去除后, 重新紧固即可。
5 绝缘拉杆断裂
此类故障都发生在绝缘拉杆与调节螺杆的连接处, 故认为问题在绝缘拉杆的锁紧螺母上。由于操作过程中产生的振动, 造成锁紧螺母松动, 致使绝缘拉杆与调节螺杆的连接处在分合闸操作后产生衰减式振动, 最终导致绝缘拉杆疲劳, 直至断裂。处理: (1) 更换绝缘拉杆; (2) 调试三相行程、超行程在技术条件范围内; (3) 做机械特性试验合格。
6 分合闸后均储能
6.1 原因分析
该型断路器在合闸后机构即储能。合闸时, 合闸弹簧能量被释放, 微动开关复位, 储能电机电源接通, 合闸弹簧储能。分闸时, 释放的是分闸弹簧的能量, 合闸弹簧能量应保持, 微动开关的常闭触点处于断开状态, 储能电机不应动作。
发生分、合闸皆储能的故障后, 对断路器进行了认真的检查, 发现机构合闸掣子与合闸滚子间的扣入深度过小 (其原因有3个方面:合闸掣子变形、合闸掣子磨损量超标、合闸滚子磨损量超标) , 分闸时产生的振动造成合闸掣子释放合闸滚子。由于断路器此时没有分闸到位, 机构处于合闸与分闸状态之间, 凸轮转动时不能压到三角形杠杆的滚针轴承 (合闸滚轮) 上, 致使合闸弹簧释放能量, 连杆机构不动作, 表面现象是断路器分闸, 储能电机动作。
6.2 处理
检查合闸掣子与合闸滚子中有无磨损量超标的情况, 合闸掣子有无变形。如有应更换相应部件, 然后做低电压试验, 应合格。
7 结束语
发电厂的主要工作是生产、输送电能, 根据负荷变化的要求启动、调整和停止机组, 周期性的检查和维护主要设备、定期检修设备以及迅速消除发生的故障, 因此, 发电一次主要设备的检修方法越来越受到重视, 无论多好的设备都需要检修与维护。设备检修与维护是我国电力企业走向管理现代化的一项重要技术经济政策。搞好发电厂一次设备的检修与维护是保证发电设备安全、经济运行的重要措施之一。
参考文献
[1]王栋涛.电厂发电设备状态检修的研究[D].济南:山东大学, 2003.
[2]程志华, 章剑光.状态检修技术及其辅助分析系统的应用[J].电网技术, 2003, 27 (7) :16-18, 24.
[3]许建安.电气设备检修技术[M].北京:水利水电出版社, 2002.
油层出砂机理与各种防砂方法对比 第10篇
1 油层出砂机理
1.1 拉伸破坏机理
油井生产时,随压差增大流速增大,对岩石拖曳力增大,岩石承受拉伸力也增大。,炮眼周围由于过流面积减小,流体形成汇聚流,流速远大于地层内部,因此流体对岩石的拉伸破坏在此处非常明显。另外,近井地带流体易脱气,粘度增大,对岩石颗粒的拖曳力也会增加。当该力超过岩石抗拉伸强度时,岩石就会遭受拉伸破坏,从而出砂。
1.2 剪切破坏机理
未打开油层之前,上覆岩层压力由孔隙压力与骨架应力共同平衡,地层内部应力系统是平衡的。打开油层后,在近井地带,地层应力平衡状态被破坏。随开采进行,油藏压力逐渐降低,施加在骨架上压力越来越大,当该力超过岩石抗剪切应力,岩石就会被剪切破坏。在地层流体产出时,地层砂就会被携带进入井底,造成出砂。
1.3 粘结破坏机理
粘结强度是任何裸露的地层表面被侵蚀的一个控制因素。这样的位置主要包括:射孔通道、裸眼完井的井筒表面、水力压裂的裂缝表面或其它边界表面。当流体通过时,对岩石颗粒的拖曳力超过其粘结强度,岩石就会发生粘结破坏,造成出砂。
1.4 微粒运移机理
出砂过程中,砂粒的运移会导致井底周围地层的渗透率下降,增大地层的拖曳力可能诱发固相颗粒的产出。
1.5 化学作用机理
流体流动过程中,各区域的酸碱度不同可能会导致流体的不配伍,化学反应可能会对胶结物产生溶蚀作用,从而破坏岩石强度。
2 各种防砂方法对比
我国防治砂工艺开始于1960年左右,随着科学技术的飞速进步,到目前已经形成机械防砂、化学防砂、砂拱防砂和其它的一些防砂技术。但是各种防砂方法都有各自的适用范围,因此本文对各种防砂方法进行了对比分析。
2.1 机械防砂
机械防砂技术是在我国使用比较成熟的一种防砂技术,常见的机械防砂的方法主要有砾石充填防砂和滤砂管防砂。砾石充填工艺技术比较成熟,适应性强,应用普遍,但是其防砂周期较长,充填的效率较低;滤砂管防砂工艺比较简单,而且成本比较低廉,但强度比较低,与砾石充填防砂相比,其有效期短,防治细砂的性能也比较差。
2.2 化学防砂
化学防砂包括人工井壁和人工胶结地层两种。其主要是利用化学药剂把游离的砂体胶结起来,以稳定地层结构,具有一定的渗透率和一定的强度,从而达到固结流砂防止出砂的目的。其特点为后期作业比较简单,而且不会留工具在井筒中,不需要打捞工具,这种防砂工艺更适合细粉砂油层和出砂严重的老井。
2.3 砂拱防砂
油井生产时,油气流速低于临界流速时,地层砂粒或充填砂粒在炮眼周围构成的圆拱结构即形成稳定砂桥,从而起到防砂作用。但是为了保证沙桥稳定性,应该将产量控制在临界流速以下。在一定采液流速下,可增大出油面积,降低生产压差,如增大射孔密度,增大孔径,甚至裸眼完井。
2.4 其他防砂
例如端部脱砂和砾石充填技术的结合—水力压裂砾石充填防砂。利用水力压裂的前置液造缝,并使缝长达到设计要求,以高砂比泵注,使支撑剂在裂缝端部脱砂沉积,使裂缝长度延伸减缓或停止,而裂缝宽度继续增大,最终形成宽而短的高导流能力的砾石充填裂缝,从而防砂。
除了上述防砂方法之外,若油井的地质条件复杂,则还可以采用复合防砂方法。复合防砂就是针对油井的特性,采取两种或两种以上的防砂方法(主要是机械防砂和化学防砂)。一方面能在近井地带形成一个渗透性较好的人工井壁,另一方面利用机械防砂管柱形成二次挡砂屏障,所以防砂效果更好,防砂周期也更长。
复合防砂技术比单一防砂技术难度更大,所以在出砂较少的油井使用成本过高。复合防砂主要针对于地质条件复杂,出砂非常严重的老井,因为这种类型油井长期生产,在地层造成较大的亏空,单一防砂很难起到作用。
3 总结
(1)油藏出砂机理主要为地层坍塌及剥落出砂,以拉伸破坏出砂、剪切破坏和粘结破坏为主。
(2)目前我国油田主要的防砂方法有机械防砂、化学防砂以及砂拱防砂和其它的一些防砂技术,根据各油田出砂程度可选用不同的防砂方法。
(3)对于出砂严重的油井可以使用复合防砂技术来进行防砂。
4 结语
在油藏开发过程中应该注意加强油井的生产管理,控制好油井生产压差与油藏注采比,避免人为因素对储层造成拉伸与剪切破坏而导致油层出砂。对于易出砂井,设计人员应该在设计之前获得岩石强度、地应力等参数,以便弄清出砂原因,在完井设计中优选防砂方法。
参考文献
[1]徐守余,王宁.油层出砂机理研究综述[J].新疆地质,2007,03:283-286.
[2]李霖洲.油井出砂机理及防砂技术研究[J].化工管理,2015,10:184.
面点的油炸机理与油脂变化 第11篇
用油熟制面点，油温不可超过250 ℃，否则，高油温易产生有害物质，危害人的身体健康。
一、油的特性
油作为面点导热介质，具有以下三个特性：
1、油的加热温度高。水的最高温度只能达到100 ℃左右，而油脂达到燃点前的温度可达到300 ℃左右。因此，用油作介质导热，面点制品可以很快制熟。
2、油脂的渗透力强。油能进入面点制品内部。在适当油温下炸制面点时，油进入制品内部的同时，把其所蓄的热力传递到制品内部。由于油温高，还能使制品中的水分达到沸点而汽化，使制品酥、脆。
3、增加面点原有风味。在用油熟制面点时，油能四面包围所制的面点，并使其迅速成熟，用油熟制后，增加了制品的风味，达到形美、色好、风味香的质量标准。
二、油炸原理
油炸是将成形后的面点生坯投入已加热到一定温度的油内进行炸制成熟的过程。它具有两个特点：一是油量多；二是油温高。油炸时的热量传递，主要是以热传导的方式进行，其次是对流传热。油脂通常被加热到160 ℃～180 ℃时，热量首先从热源传递到油炸容器，油脂从容器表面吸收热量，再传递到制品的表面，然后通过导热把热量由制品外部逐步传向制品内部。在油炸过程中，被加热的油脂与面点进行剧烈的热对流循环，浮在油面的面点制品，受到沸腾的油脂强烈的对流作用，一部分热量被面点制品吸收，而使其内部温度逐渐上升，水分则不断受热蒸发。
油炸过程中热传导是主要的传热方式，同水相比，油脂的温度可达到160 ℃以上，面点被油脂四周包围同时受热，在这样高的温度下，面点被很快地加热至熟，而且色泽均匀一致。油脂不仅起着传热作用，其本身也被吸附在面点内部，成为面点的营养成分之一。
热量传递到面点内部的快慢，随着油温、制品厚薄的不同而有所不同。油温越高，制品中心温度上升越快，油温越低，制品中心温度上升越慢；制品越厚，内部温度上升越缓慢，炸制时间也稍长，制品越薄，内部温度上升越快，炸制时间也稍短。
三、油在炸制中的变化
在高温下炸制面点时，油脂本身也会发生物理、化学上的变化，油脂的这些变化称为油脂老化。油脂老化不但影响了油脂本身的质量，对制品质量和人体健康也有很大的影响。了解油在高温加热过程中的变化，对于控制面点质量、降低成本、保证人们身体健康具有重大意义。
油脂在炸制过程中的变化，分为两种情况：即轻度加热和高温加热。温度在250 ℃以下，称为轻度加热；温度在250 ℃～350 ℃之间，称为高温加热。油在加热过程中，其物理性质和化学性质都会有很大的变化，物理性质的变化表现在：黏度增大，色泽变深，油起泡、发烟等；化学性质变化表现为：发生热氧化、热聚合、热分解和水解并生成许多热分解物质。
油脂发生热氧化，是在空气存在的情况下发生的激烈的氧化反应，同时伴随有热聚合和热分解。热氧化和自动氧化并无本质区别，只是在高温下，热氧化的速度比自然氧化要快得多。区别在于：自然氧化过程中，饱和脂肪酸的氧化比较缓慢，而在热氧化过程中，饱和脂肪酸也同样能被激烈地氧化。
热聚合和热分解，是在不存在空气的情况下，即在油内部所发生的高温聚合和分解反应。
热分解在260 ℃以下时并不明显，当温度上升到350 ℃以上时，可分解为酮类和醛类。
在高温加热中，油脂黏度增高，在300 ℃以上，增黏速度更快。油脂加热黏度增高的化学原因是发生了聚合作用。
在油炸过程中，油同水的接触部分发生水解，由于生坯带有水分，水解随着温度升高而加快。水解是因水的作用将油脂分解成游离脂肪酸的反应。油脂若在200 ℃以下短时加热，产生的毒性物质很少。如果在250 ℃以上长时间加热，特别是反复使用油炸剩油，则对人体危害较大。经高温反复加热使用过的热质油脂中含有致癌物质，而且对癌症具有诱发作用。
四、影响油脂老化的因素
1、温度。炸制面点的油温越高，时间越久，油脂汽化越快，黏度增稠越迅速，连续起泡性越稳定，油脂的发烟点越低，色泽亦越暗。所以控制比较恒定的炸制温度，防止油温过高，是预防油脂老化劣变的重要方法。
2、空气中的氧化。油脂暴露在空气中会自然进行氧化作用而产生异臭和苦味的现象称为酸败。在油温与加热时间相同的情况下，油脂与空气的接触面积越大，油脂老化劣变的速度越快。
酸败是含油制品变质的最大原因之一，因为它是自发进行的，所以不容易完全防止。酸败的油脂其物理、化学常数都有所改变，如相对密度、折光率、皂价和酸价都有增加，而碘价则趋于减少。酶、阳光、微生物、氧、温度、金属离子的影响，都可以使酸败加快。水解作用也是促进酸败的主要因素。因此，油炸用过的油，保质时间变短。
3、金属离子存在。金属离子、铜、铁等金属离子混入油脂中，即使数量极微，也会加速油脂的老化劣变。金属离子中铜的影响很大，是铁的10倍，铝的影响小于铁。据各方面试验报道，各种金属对油脂氧化反应的催化作用，其强弱程度为如下顺序：铅>铜>黄铜>锡>锌>铁>铝>不锈钢>银。
五、降低油脂老化的措施
1、避免不必要的加热。加热时间和油老化成正比，加热时间长，油脂老化快；加热时间短，油脂老化慢。注意生坯数量与炸油的合理比例，防止因投生坯量过多，而事先过分提高油温。油温越高，油脂老化越快。提倡使用温度计，当油温过高时，应控制火源或添加冷油降温。
2、经常补充新鲜油脂。对于炸过制品剩余的油，若再次用于油炸制品时，需要补充新鲜油脂混合而用，或定期更换新鲜油脂，防止炸油过早地老化，减轻老化程度，由此，达到抑制、延缓油脂老化劣变的目的。
3、注意油扬烟和杂质的关系。扬烟是指当油加热到200 ℃左右，开始冒烟，这时的温度称为发烟点。炸用次数越多，扬烟的温度越降低。原因是制品落下的残渣中的糖、蛋白质等受高温焦化所致。因此，单凭扬烟程度来判断油温高低容易出差错。油中的杂质(如磷脂经高温而成黑色油垢)亦会加速油老化。及时清除油渣，经过过滤，可减轻油的老化程度。
4、工具、容器的作用。不同金属制的工具、容器，都会不同程度地使油脂发生老化。因此，与油脂接触的工具、容器应以木质、瓷器类为好，或用对油脂影响最小的金属制工具、容器，如铁、铝等，特别忌用铜制工具、容器。油炸使用的木筷、笊篱等应保持清洁，注意防尘。
方法与机理 第12篇
本文所研究的柴油机活塞为国内某货车整车厂与配套厂合作开发的柴油机活塞, 主要用在某型矿用货车上, 近期不断出现车辆柴油机粘缸的故障, 给整车厂和配套厂带来了一定的损失。本文主要研究柴油机粘缸的分析过程, 提出解决流程, 为解决此问题提供一定的思路。
1、活塞拉缸故障原因
拉缸:活塞组在气缸内运动过程中, 由于某种原因引活塞与气缸内壁产生摩擦现象, 当达到到一定程度时, 活塞表面产生金属熔物, 发动机伴有轻微的敲缸声。特别严重时, 活塞及气缸套内表面将出现沟槽甚至活塞与气缸套发生卡死。
拉缸产生的原因有很多方面主要集中在以下几方面:
(1) 活塞的配缸间隙过小。如果活塞在制造过程中发生尺寸误差过大, 在铸造过程中材料的材质不良, 那么活塞在运行过程中就会发生受热膨胀量变大, 会造成活塞与气缸的配合间隙变小, 进而拉伤气缸壁。
(2) 发动机过热。发动机冷却系统发生异常或发动机超负荷运行 (产生爆燃爆震) , 均会造成发动机热量不能及时散出去导致发动机过热, 从而会使活塞过分膨胀, 环槽与环卡死等问题产生, 导致拉缸发生。也会导致润滑油膜不能完全建立, 或者是润滑油过稀或失效, 导致活塞裙部出现拉缸。
(3) 装配不良。活塞销与活塞销孔配合过紧, 气缸在装配过程中操作不当造成圆度、圆柱度超差, 装配时活塞与汽缸壁之间误进入异物等造成发动机拉缸。
2、活塞拉缸诊断流程
具体拉缸活塞分析流程如图1所示。
3、活塞拉缸故障分析
3.1 故障现象
2011年3月14号在上饶维修站报告N350新车, 使用不到二周发现发动机存在异响, 异响来汽缸内部。发动机返回主机厂拆机检查发现一缸存在较严重拉缸现象, 其它三缸正常。
3.2 活塞故障原因分析
若活塞的铸造性能不良和加工不良会造成拉缸问题。制定了如下的分析方案, 从三个方面对失效件进行分析:
测量拉缸活塞形线
测量拉缸活塞椭圆度
拉缸活塞外观检查
3.2.1 测量拉缸活塞形线
使用形线仪测量一拉缸活塞的形线, 图2-a是一缸拉缸活塞, 在图中已经标出了三个点的位置这三个位置除了“1”点位置没有产生拉缸损伤, 其它两个位置均有拉缸损伤, 尤其是“2”点位置拉伤严重。
图2-b是形线检测结果。两图中三个点的位置是一一对应的, “1”位置形线不在标准范围内而且产生凸起变形。因为拉缸造成此位置产生挤压变形, 所以表现出凸起变形。“2”位置由于拉缸损伤, 形线超差并且向内轻微凹陷。“3”位置由于严重拉缸, 其形线严重超差并且向内严重凹陷。
从图2-b中可以看出首先拉缸活塞存在形线, 但是由于拉缸造成活塞严重损伤, 形线严重超差。
3.2.2 测量拉缸活塞椭圆度
使用圆度仪测量一二缸活塞的椭圆度。拉缸活塞上取三个位置 (如图2-a) 所示测量椭圆度。从图中可以看出这三个位置均存在拉缸损伤。
图3-a是15.5mm位置的椭圆度, 由于此位置存在拉缸现象, 所以红色图框中的拉缸位置的椭圆已经超出“H”形的标准公差范围。椭圆也已经严重变形。
图3-b是30.0mm位置的椭圆度, 由于此位置也存在拉缸损伤, 椭圆度跳动大, 在图中右边的红色图框的椭圆已经消失。而且椭圆也已经超出“H”形的标准公差范围。
图3-c是68.0mm位置的椭圆度, 红色框表示的椭圆图形已经变成近似直线, 严重超差。
3.2.3 拉缸活塞外观检查
观察活塞内腔的颜色并没有发现蓝色、红色或者是黑色等明显变色, 说明活塞在工作过程并没有受到过高温。观察活塞销孔的颜色也没有发现明显变色, 说明活塞销与销孔之间配合良好。
观察活塞表面并无明显磕碰, 拉缸处没有很深的痕迹, 拉伤痕迹比较均匀。说明活塞与气缸之间无异物存在。观察活塞环槽并无大量积碳, 这说明发动机燃烧状态很好, 无爆燃, 燃烧不充分等现象, 活塞环与环槽之间无卡滞现象。
4、结论
(1) 对拉缸活塞的形线和椭圆度测量, 其形线与椭圆度均存在, 由于存在拉缸损伤所以均超差。说明拉缸活塞装机之前形线和椭圆度在标准范围。
(2) 通过对拉缸活塞外观检查, 未发现活塞受过高温, 发动机的燃烧状态正常, 活塞环与环槽之间配合正常, 活塞与气缸之间无异物存在。
(3) 主机厂对故障发动机缸套进行检测, 发现缸套使用存在问题。缸套缸径偏小属于A组缸套, 应该与A组活塞进行装配, 但是却与B组活塞进行装机, 造成活塞与气缸之间的配缸间隙过小, 导致发动机产生拉缸现象。
摘要：发动机故障种类繁多, 据统计发动机拉缸故障约占发动机故障率的50%, 文章主要从发动机活塞方面来分析拉缸故障的诊断方法, 从而总结出拉缸故障的诊断思路和方法。
关键词：拉缸,配缸间隙,发动机过热,形线,椭圆度
参考文献
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