机械工程中自动化技术的有效应用分析

2015-07-26马金山湖北省十堰市中铁十一局二公司湖北十堰442000

山东工业技术 2015年3期

马金山（湖北省十堰市中铁十一局二公司,湖北　十堰　442000）

刘　娜1,杨发林2（1.河南省交通科学技术研究院有限公司；2.郑州市市政工程勘测设计研究院,郑州　　450000）

机械工程中自动化技术的有效应用分析

马金山
（湖北省十堰市中铁十一局二公司,湖北十堰442000）

我国市场经济的迅速发展，给生产水平带来了更高的标准，为满足现代化发展的要求，缩短劳动时间，提高劳动生产率，自动化技术在我国机械制造业中的应用更应广泛而有效。当前我国机械工程中的自动化技术存在模式单一、人才缺乏、效率低下等问题，但集成自动化、柔性自动化和智能自动化技术在机械工程的普遍应用加之科技对其的不断改善可逐渐消除以上问题。

机械工程；自动化；应用

自动化技术相比较于人工劳动最显著的特征，是能够在更短的时间达到更高的要求。因此，为缩短劳动时间，获取更多的劳动利益，自动化技术已广泛应用于如农业、工业、交通运输业等的各个行业。在机械工程中，自动化技术也已得到广泛的应用，通过自动化提高了机械效率，给生产者带来了较好的收益。

1　目前我国机械工程中自动化技术的应用现状

机械工程自动化技术以发展速度作为标准，可分为初级发展、中级发展和高级发展三个阶段。我国作为发展中国家，于其他发展中国家而言，机械工程的自动化技术已远远超过其他国家的自动化水平，但相比较于自动化技术发展水平较高的发达国家，我国机械工程中自动化技术仍处于底层，发展空间大，因此可判断我国处在自动化发展三个阶段中的初级发展阶段。其主要现状表现在以下几个方面：

1.1生产粗放，模式单一

在机械工程中，由于自动化技术尚未得到广泛的应用，使工程普遍存在生产粗放的问题，大多企业追求短期经济效益的提高，忽视长足的发展。随着市场经济所带来的资源配置和优胜劣汰，竞争越来越激烈，忽视自动化技术，直接影响便使粗放型生产的企业面临衰败的局面。

除此之外，生产模式还存在单一片面的问题，部分机械工程企业采取单一的生产模式，缺乏可进行交替的生产方式，直接导致机械工程在运行的过程中生产链容易出现断裂的问题，使机械制造的生产率过于低下。

1.2缺乏人才，管理欠缺

人才是机械工程发展的关键，人才作为能力和素质都较高的劳动者，对于工程中自动化技术的研究尤其重要。我国目前机械工程自动化技术的使用中普遍存在人才断层现象，由于人才管理晋升机制不够完善，旧人才因未得到足够重视而大量流失，新人才因缺乏理论与实践经验而尚不能独挑大梁，因此在人才接力上出现青黄不接的局面。直接导致自动化技术发展停滞，缺乏足够的人才去研究技术自动化。管理阶层同样出现交叉现象，素质良莠不齐，缺乏自动化技术的管理策略。部分管理者理论知识高于实践能力，有的管理者具备实践能力却缺乏将其转换为理论知识的能力，导致我国自动化技术应用无法与机械工程紧密结合。

1.3工艺粗糙，效率低下

我国对机械工程中自动化技术的投资相对较少，缺乏创新因素，专业技术较为落后。这使得机械工程中自动化技术的工艺较为粗糙，缺乏精密的技术设计，自动化的运用挑战颇大。

由于自动化技术工艺粗糙，使得机械工程效率低下。原本短时间内可完成的工程操作，由于技术原因，并不能在较短的时间内顺利结束，若工程需反复操作，则用时越长，效率越低。

2　机械工程中自动化技术的有效应用

自动化技术在机械工程中的应用主要包括集成自动化技术、柔性自动化技术和智能自动化技术三种，根据笔者经验，现主要分析这三种技术在机械工程中的运用：

2.1集成自动化技术的运用

集成自动化是指根据当前经济的发展和科学的改进，而做出的结构和标准的优化，以使机械制造更为精密，缩小误差。它的前提条件是要将机械制造系统的信息高度共享，根据各个信息的比较分析，寻得最为精密的生产技术，在机械工程中广泛应用，以达到提高总体机械效率的目的，避免在工程中出现的可防范的各种技术问题。该技术已在机械工程中得到了广泛的应用，集成自动化技术优势明显，可以说是通过资源共享来达到提高生产效率的效果。该技术普遍应用于系统设计，并且随着科学技术的发展，可达到充分发挥集成目的的作用。

2.2柔性自动化技术的运用

柔性自动化技术是指通过计算机应用，将数据输入到生产设备中，从而进行自动的技术生产。简言之，就是数控与生产的结合。其应用范围涵盖加工制造、产品设计等，是一种以计算机为核心的信息与管理系统。在机械工程中，通过柔性自动化技术，生产者将生产过程通过计算机输入到生产设备中，生产设备可通过输入的信息，按照要求进行自动操作，依次完成复杂的生产过程。柔性自动化技术的显著特征就是足够精确，一定程度上可减少人力参与，节省人力资源，从而扩大生产利益。但柔性自动化技术对操作人员要求更为严格，若不甚操作有误导致输入信息与原信息存在差异，机械在自动生产的过程中则会按错误信息进行生产，造成更大的损失。因此，操作人员的高度集中也尤其重要。

2.3智能自动化技术的运用

智能自动化是三类技术中最为高端的自动化技术，它巧妙的结合了集成自动化技术和柔性自动化技术二者的优势，将集成自动化技术中的信息收集与柔性自动化技术中的计算机参与结合起来，使计算机进行自动的信息采集，同时分析采集得来的数据，形成了系统自动化，达到了人工智能的效果。智能自动化的主要优势将之前人力的信息采集和数据分析转变为计算机智能的信息采集和数据分析，大大提高了信息的精确性，缩短了数据分析过程的时间。当面临突发事件时，智能自动化技术就能凭借自身的适应能力准确做出判断并解决问题。该技术成功避免了集成自动化技术和柔性自动化技术的弊端，因此，是最为广泛适用的自动化技术。

3　结束语

自动化技术在机械工程中的有效应用是科技发展的客观要求，自动化技术能够有效的提高机械效率，减少人力资源的浪费，扩大生产收益，因此，是当今社会广泛应用且前景光明的生产技术。

[1]徐景龙.分析电气的自动化在电气工程中的融合运用[J].黑龙江科技信息,2012(33):19.

[2]谢杰.机械工程自动化技术存在的问题及解决对策分析[J].科技创新与应用,2015(01):74.

[3]丁振明.自动化技术在既有结构安全监控量测工程中的应用[J].公路交通科技(应用技术版),2009(07):153-155.

水泥路面拉杆与混凝土界面脱粘及裂纹扩展寿命研究

刘娜1,杨发林2
（1.河南省交通科学技术研究院有限公司；2.郑州市市政工程勘测设计研究院,郑州450000）

对水泥路面拉杆界面不同位置处初始裂纹的裂尖应力场进行计算，得到临界裂纹位置并提出了混凝土材料性能要求，采用Paris公式对临界位置裂纹扩展寿命进行预估。

水泥路面；拉杆；裂纹；扩展寿命

我国水泥路面设计方法中针对拉杆设计主要考虑温度收缩作用下拉杆本身的抗拉强度及拉杆与混凝土间的粘结力，并未考虑拉杆实际受荷特性及传荷性能；本文采用三维有限元方法，结合地基模型并考虑拉杆处混凝土初始松动裂纹，对行车荷载作用下不同位置处裂纹裂尖应力应变场进行计算分析，得到临界开裂裂纹位置，进而建立不同裂纹长度与应力强度因子间的关系，采用Paris公式对临界开裂位置处裂纹扩展寿命进行预估，为混凝土路面拉杆的拔出脱粘寿命提供判断依据。

1　三维有限元模型建立

计算中将地基简化为Winkler模型，地基模量取200MPa/m，水泥混凝土路面板取为弹性薄板，几何尺寸为“长×宽×厚=5m×3.5m×0.26m”，接缝宽度为1cm，拉杆长度为45cm，直径为14mm，计算参数如表1所示。

表1　各结构计算参数

荷载采用规范荷载作用方式BZZ-100，根据研究当轮胎处于标准胎压0.7Mpa时接地轮胎截面趋向于矩形[2]，纵缝处路面板荷载作用方如图1所示。

建立三维模型后在拉杆钢筋靠近接缝处植入“楔形”裂纹，接缝处松动量最大，逐渐向两侧递减，裂纹植入位置如图2所示。建模过程中为了精确刻画裂尖处应力应变场，在裂尖处在同一截面设置了72个楔形单元四分之一结点塌缩奇异单元，为提高计算精度，取围线积分次数为3次，划分网格后得到裂纹尖端细化网格如图3所示。

2　确定临界裂纹扩展位置

为对四处裂尖进行应力场分析，分别植入初始裂纹长度为2cm，裂纹宽度为0.3mm，计算得到的四处裂尖位置不同围线积分处张开型应力强度因子KI及滑开型应力强度因子见表2，汇总各位置处Contour-3处的应力强度因子见图4。

表2　四处裂尖位置不同围线积分处应力强度因子(kPa*m1/2)

分结果可知：张开型应力强度因子在位置①～③处均为负值，裂纹尖端为压应力场，裂纹闭合，位置④处应力强度因子为正值，裂纹呈张开趋势；滑开型裂纹尖端为剪应力场，在位置②处滑开型应力强度因子达到最大，拉杆钢筋处混凝土以滑开型（Ⅱ）开裂为主，这与拉杆本身的设置目的相同。根据断裂力学可判断单一型开裂临界裂纹位置分别为：位置④处为张开型开裂临界位置，位置②处为滑开型开裂临界位置，由此得到的对于拉杆周围混凝土所需满足的韧度值为255.7kPa*m1/2，混凝土需达到此韧度值才能满足使初始裂纹不进一步扩展的条件。