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道路橋梁專業(yè)論文開題報告范文
論文題目：拖曳式橋梁底部探測小車設(shè)計開題報告
1 課題介紹
隨著公路交通的發(fā)展,公路橋梁的數(shù)量也迅速增加,一方面給經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造了良好的運輸條件,另一方面,隨著時間的推移橋梁“老齡”化問題已擺在人們的面前,由于橋梁隱患所帶來的交通事故,往往是車毀人亡的惡性事故,因而對橋梁進(jìn)行定期檢修、壽命及承載能力的預(yù)測研究自然成了一個很重要的課題。 而我國經(jīng)濟(jì)和交通建設(shè)的飛速發(fā)展,橋梁維護(hù)單位對橋梁檢測車的需求也在迅速增加。橋梁檢測作業(yè)車就是為了適應(yīng)社會的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步,適應(yīng)當(dāng)今市場經(jīng)濟(jì)和新形勢的新要求而研制的。橋梁檢測作業(yè)車不僅可以對橋梁損壞時進(jìn)行快速修復(fù),保證道路橋梁長期使用過程中的安全可靠,還可以鋪設(shè)橋梁底部的電力、通訊電纜等設(shè)施,同時,也有定期維護(hù)和檢修的功能。 橋梁檢測車是用于橋梁檢測維護(hù)的專用大型設(shè)備,由二類汽車底盤加裝專用工作裝置和控制系統(tǒng)組成。為橋梁檢測人員在檢測過程中提供作業(yè)平臺的專用汽車。將作業(yè)平臺裝備在汽車底盤上,可以隨時移動位置能安全、快速、高效地讓作業(yè)人員進(jìn)入作業(yè)位置。由于橋梁檢車作業(yè)車的方便和高效,目前已成為國外經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市橋梁維護(hù)的標(biāo)配設(shè)備。 未來10年內(nèi),我國公路及橋梁建設(shè)仍將保持較快的發(fā)展速度,在我國,橋梁檢測維修車尚處于研發(fā)初級階段,基本上以引進(jìn)為主,所以預(yù)計我國今后大型橋梁檢測車等在內(nèi)的道路養(yǎng)護(hù)檢測機(jī)械車將具有十分廣闊的市場。 因此,橋梁檢測車的研究與開發(fā)工作具有十分重要的意義。
2 課題研究的意義
2.1 發(fā)展拖曳式橋梁底部探測小車設(shè)計的意義
橋梁作為交通運輸重要樞紐有著不可替代的作用。因此、橋梁健康診斷技術(shù)已經(jīng)成為了重要的研究領(lǐng)域。由于大多數(shù)橋梁的缺陷主要產(chǎn)生在橋梁底部，傳統(tǒng)的橋梁地面缺陷檢測方式是通過大型橋梁檢測車機(jī)械臂將檢測人員輸送到橋梁底部進(jìn)行人工檢測，這種檢測方法存在著很多缺點，例如：檢測質(zhì)量，檢測效率都難以保證，還有人身安全的隱患。而拖拽式橋梁底部探測小車的設(shè)計，是配合拖拽式橋梁底部探測系統(tǒng)，配以視頻跟蹤和圖像檢測對人員不易到達(dá)的橋梁底部進(jìn)行檢測，讓檢測人員在橋上進(jìn)行操控的。有望解決人工檢測的傳統(tǒng)方式的缺點，使橋梁檢測變得更為簡單，方便。
2.2橋梁底部探測在檢測上應(yīng)用的意義
橋梁是交通的樞紐，是關(guān)系到社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈。但橋梁結(jié)構(gòu)在長期使用中難免會發(fā)生各種各樣的損傷，造成橋梁結(jié)構(gòu)抗力衰減和安全隱患。我國橋梁中的40%屬于 “老齡”橋 梁，急需檢測及維修。其中，混凝土橋梁 占比例居多。裂縫是混凝土橋梁 中最主要也是最普遍的病害表現(xiàn) ，對其檢測可以有效評估橋梁病害狀況及其影響，是橋梁檢測的重要內(nèi)容。由于橋梁早期破壞造成的災(zāi)難不斷發(fā)生，對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)常性的檢查和健康診斷已收到了廣泛重視，并已成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的研究熱點之一。由于橋梁結(jié)構(gòu)具有特殊性，絕大多數(shù)的結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生在橋梁底部，同時由于橋梁結(jié)構(gòu)形式的復(fù)雜性，橋梁結(jié)構(gòu)裂紋檢測問題也日趨困難。當(dāng)前國內(nèi)外對于橋梁底部缺陷的診斷方法， 普遍采用人工定期檢測的方法。具體實現(xiàn)是利用橋梁檢測車將檢測人員送到橋梁的底部，然 后通過伸臂機(jī)構(gòu)沿著橋底運動輸送檢測人員到達(dá)指定的地方，利用肉眼或者檢測工具進(jìn)行缺 陷檢測。這種方法存在的不足之處有：設(shè)備龐大，價格昂貴，靈活性差;人工檢測，勞動強(qiáng) 度大，存在安全隱患;檢測效率低，結(jié)果具有一定的主觀性;結(jié)構(gòu)迥異的橋梁導(dǎo)致設(shè)備 不易到達(dá)的地方難以檢測，復(fù)雜結(jié)構(gòu)橋梁無法檢測。 特別是近十幾年來橋梁向著大跨度、寬橋面、公鐵兩用等方向發(fā)展，如廣州的丫髻沙大橋主跨達(dá)到360米，橋?qū)?2.4米;開始修建的武漢天興洲公鐵兩用長江大橋，全長4657米，公路橋面全寬27米，鐵路橋?qū)?6-8米;正在加緊前期工作的港珠澳大橋全長預(yù)計30公里等【”，橋梁結(jié)構(gòu)正變得寬、長、大、復(fù)雜，對橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的檢測手段要求就越來越高，檢測難的問題更加突出，大跨度橋梁健康診斷技術(shù)已經(jīng)成為一個亟待探索的研究領(lǐng)域。因此，對橋梁的結(jié)構(gòu)損傷采取有效手段進(jìn)行監(jiān)測、預(yù)測和控制，對確保交通樞紐的安全和正常運行是十分重要的。
3 國內(nèi)橋梁底部探測技術(shù)的研究進(jìn)展與主要成果
3.1 國內(nèi)外橋梁底部探測技術(shù)的研究進(jìn)展
橋梁工程中無損檢測技術(shù)的形成和發(fā)展與混凝土無損檢測技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。早在20世紀(jì)30年代初,人們就已開始探索和研究混凝土無損檢測方法,并獲得迅速發(fā)展。1930年首先出現(xiàn)了表面壓痕法;1935年格里姆 (G. Grimet)、艾德 (J. M. Ide)用共振法測量混凝土的彈性模量;1949年加拿大的萊斯利 (Leslie)和奇斯曼 (Cheesman)、英國的瓊斯 (R.Jones)等運用超聲脈沖法獲得成功,這些研究為混凝土無損檢測技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。隨后,許多國家也相繼開展了這方面的研究,并取得了豐碩的研究成果,從而形成了一個較為完整的混凝土無損檢測體系。橋梁無損檢測技術(shù)正是在此基礎(chǔ)上發(fā)展而形成的,并在實際工程應(yīng)用中得到了快速發(fā)展。20世紀(jì)80年代以來,這方面的研究工作方興未艾,尤其值得注意的是，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,無損檢測技術(shù)突破了原有的范疇,出現(xiàn)了許多新的測試方法,例如微波吸收、雷達(dá)掃描、紅外熱譜以及脈沖回波等新技術(shù)。隨著無損檢測技術(shù)的日臻成熟,許多國家開始了這類檢測方法的標(biāo)準(zhǔn)工作,如美國的ASTM、英國的BSI均頒布了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),這些工作對無損檢測技術(shù)的工程應(yīng)用起到了良好的促進(jìn)作用。進(jìn)入20世紀(jì)90年代,隨著現(xiàn)代傳感與通信技術(shù)的發(fā)展,無損檢測技術(shù)更是出現(xiàn)了前所未有的發(fā)展勢態(tài),先后涌現(xiàn)出一大批新的檢測方法和檢測手段,使無損檢測技術(shù)向著智能化、快速化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。
3.2 橋梁無損檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀
傳統(tǒng)的橋梁檢測方法主要依賴于動靜載試驗和檢測人員的現(xiàn)場目檢,輔以混凝土硬度實驗、超聲波探測、腐蝕作用實驗等多種檢測手段。觀察法是橋梁檢測中最古老的方法,主要依賴于專家的感性和定性的經(jīng)驗分析,常會因為專家的主觀意愿而有失客觀,不能完全正確評判結(jié)構(gòu)的損傷狀況。靜載試驗是一種經(jīng)常被采用的橋梁檢測方法,由試驗測得的撓度和應(yīng)變,輔以檢測人員的現(xiàn)場目測,來綜合評判橋梁的現(xiàn)時狀況。裂紋的探測是橋梁檢測中一個重要的方面，常用的方法有:液體滲透、磁分子、渦流儀、超聲波和聲發(fā)射等。探測鋼橋體積缺陷一般用X射線攝像法,檢測混凝土橋的總體技術(shù)是荷載試驗和模態(tài)分析,其局部檢測技術(shù)有超聲波、沖擊反射、磁電阻抗、銹蝕勢能、遠(yuǎn)紅外熱像、地面滲透雷達(dá)、X射線攝像和聲發(fā)射等。
3.3 機(jī)械臂的定義和工作領(lǐng)域
機(jī)械手臂(robotic arm)是具有模仿人類手臂功能并可完成各種作業(yè)的自動控制設(shè)備，這種機(jī)器人系統(tǒng)有多關(guān)節(jié)連結(jié)并節(jié)允許在平面或三度空間進(jìn)行運動或使用線性位移移動。構(gòu)造上由機(jī)械主體、控制器、伺服機(jī)構(gòu)和感應(yīng)器所組成，并由程式根據(jù)作業(yè)需求設(shè)定其一定的指定動作。機(jī)器人的運作由電動機(jī)驅(qū)動移動一只手臂，張開或關(guān)閉一個夾子的動作，并精確的回饋至可編程邏輯的控制器。[1][2] 這種自動裝置機(jī)械以完成“腕部以及手部”的動作為主要素求。機(jī)械手臂是目前在機(jī)械人技術(shù)領(lǐng)域中得到最廣泛實際應(yīng)用的自動化機(jī)械裝置，在工業(yè)制造、醫(yī)學(xué)治療、娛樂服務(wù)、軍事、半導(dǎo)體制造以及太空探索等領(lǐng)域都能見到它的身影。盡管它們的形態(tài)各有不同，但它們都有一個共同的特點，就是能夠接受指令，精確地定位到三維(或二維)空間上的某一點進(jìn)行作業(yè)。
3.4 機(jī)械臂的應(yīng)用與發(fā)展
機(jī)械手臂在產(chǎn)業(yè)自動化的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛，因為各個國家產(chǎn)業(yè)分布的不同，以及各產(chǎn)業(yè)對于機(jī)械手臂的需求量也有差異。主要是使用于人工無法進(jìn)行或者會耗費較多時間來做的工作，機(jī)械手臂在精度與耐用性上可以減少許人為的不可預(yù)知問題。自從第一臺產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人發(fā)明以來，機(jī)械手臂的應(yīng)用也從原本的汽車工業(yè)、模具制造、電子制程等相關(guān)產(chǎn)業(yè)，更拓展到農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)…等等。
多軸機(jī)械手臂研發(fā)方面，多軸式機(jī)械手臂廣泛應(yīng)用于汽車制造商、汽車零組件與電子相關(guān)產(chǎn)業(yè)。機(jī)械手臂可以提升產(chǎn)品技術(shù)與品質(zhì)，而這些初期工作大多可以借由機(jī)械手臂來完成。機(jī)械手臂的精準(zhǔn)、零誤差，對于產(chǎn)品的品質(zhì)掌握自然擁有其優(yōu)勢，減少品管所花費的時間與人力。 工業(yè)應(yīng)用上，以裝配、加工、熔接、切削、加壓、貨物搬運、檢測…等，全球目前產(chǎn)業(yè)使用量是以汽車、汽車零組件、化工、橡膠和塑料等最大。
現(xiàn)在，機(jī)械臂的應(yīng)用已越來越多元化，依據(jù)國際機(jī)器人協(xié)會(IFR)的統(tǒng)計，至2007年底機(jī)械手臂除了工業(yè)以外，最多應(yīng)用于救援、保全與野地(田野、牧場等)，近年來，各先進(jìn)國家為了提升臺機(jī)器人的技術(shù)水平，都會推廣機(jī)器人產(chǎn)業(yè)與創(chuàng)立相關(guān)聯(lián)盟，并且特別針對工業(yè)以外的領(lǐng)域進(jìn)行推廣，例如：醫(yī)療、服務(wù)、生活方面…等。以醫(yī)療為例，有許多大型醫(yī)學(xué)中心使用以手動操控方式之機(jī)械手臂，結(jié)合顯微影像顯示系統(tǒng)所結(jié)合的手術(shù)型機(jī)器人。 機(jī)械手臂的研發(fā)也朝向節(jié)省人力、減少人類暴露在危險的工作環(huán)境、甚至進(jìn)行更加精密的工作或是輔助操作。機(jī)械手臂的技術(shù)發(fā)展都是為了讓人類在工作與生活中更加便利。
4 課題研究的內(nèi)容
橋梁底部需要定期進(jìn)行檢測。目前采用人工方式檢測，檢測人員存在一定的危險性，檢測設(shè)備也偏于笨重。本設(shè)計計劃開發(fā)一套遙控自動檢測設(shè)備，其檢測小車載有自動機(jī)械機(jī)構(gòu)。可根據(jù)操作平臺信號，控制小車上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)對橋梁底部某位置梁截面的詳細(xì)檢測。先擬定設(shè)備功能，物料參數(shù)。再制定工藝工序，選定工作原理，完成結(jié)構(gòu)設(shè)計。
5 創(chuàng)新點及難點分析
5.1 水煤漿燃燒過程的數(shù)值模擬
目前，鍋爐爐膛內(nèi)的數(shù)值模擬主要是集中在燃煤鍋爐上，對于燃水煤漿鍋爐的數(shù)值模擬還鮮見報道。另外，在鍋爐爐膛內(nèi)的數(shù)值模擬中，由于方程數(shù)目較多，易發(fā)散，一般的計算都會引入較明顯的偽擴(kuò)散，給流場的模擬帶來了很大的困難。因而，本文在查閱相關(guān)的國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，采用FLUENT軟件對鍋爐進(jìn)行三維建模完成爐內(nèi)水煤漿的燃燒過程的數(shù)值模擬，這將具有較大的難度。
5.2 水煤漿燃料適應(yīng)性的確定
水煤漿在鍋爐內(nèi)的燃燒是一個復(fù)雜的物理、化學(xué)過程。由于制備、運輸和經(jīng)濟(jì)性等諸多因素的制約，實際燃用的水煤漿往往與設(shè)計燃料不同。我要分別對鍋爐滿負(fù)荷工況下大同、京西、新東方三種水煤漿燃料的爐內(nèi)燃燒過程進(jìn)行研究，通過分析爐內(nèi)溫度場、氣相組分濃度場分布、顆粒運動軌跡、揮發(fā)份析出和焦炭燃燼分布以及鍋爐效率等，確定鍋爐的最適應(yīng)水煤漿燃料。
5.3 鍋爐負(fù)荷可調(diào)節(jié)性的確定
要滿足實際供暖需求，最大限度地節(jié)約能源，這些都是本課題難點。解決方法是通過比較分析工業(yè)采暖鍋爐在燃用最適用水煤漿燃料時，不同負(fù)荷下爐內(nèi)燃燒過程、爐內(nèi)最高溫度、爐膛平均出口溫度、水煤漿的燃燒效率和鍋爐效率等，確定不同采暖時期的最佳鍋爐負(fù)荷。
6 工作進(jìn)度
1月6日-2月23日：實習(xí)，查資料，寫開題報告，翻譯
2月24日-3月3日：完成開題報告和翻譯
3月4日-3月14日：方案確定
3月15日-4月11日：總體設(shè)計，計算，出總裝圖
4月12日-5月2日：出零件圖，寫說明書
5月3日-5月31日：收集資料，撰寫論文，準(zhǔn)備答辯
6月1日-6月13日：答辯
參考文獻(xiàn)
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