時間：2023-03-29 09:24:16
序論：在您撰寫優(yōu)化設(shè)計論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化的概念較早就已經(jīng)提出。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的任務(wù)在于對結(jié)構(gòu)方式和外形尺寸等因素做參考進行優(yōu)化設(shè)計。計算工作量較大，在計算機完全替代人工計算后，使這種方法的應(yīng)用逐步變得廣泛。我們把系統(tǒng)的設(shè)計限制來作為優(yōu)化設(shè)計的束條件，將設(shè)計變量以及性能變量的一組不等式表示了出來，將可以反映設(shè)計要求的數(shù)值作為目標的函數(shù)，運用數(shù)學的方法和手段得到了滿足全部條件且使目標函數(shù)為最佳的設(shè)計變量。這既是總體的設(shè)計優(yōu)化方案思路也是該設(shè)計的精髓。
針對不同的設(shè)計問題，其最優(yōu)設(shè)計程序通常是基本相同的，首先應(yīng)當了解結(jié)構(gòu)的技術(shù)以及使用的要求，完成基本布局。此后再用一組設(shè)計變量來表述結(jié)構(gòu)的尺寸以及物理性能等變量，此后可以寫出關(guān)于設(shè)計變量的荷載函數(shù)。并能夠建立起結(jié)構(gòu)分析的方法，最終形成設(shè)計變量的一種約束方程，也可以說對設(shè)計變量值進行限制。在完成最優(yōu)化方案之前，應(yīng)當用公式來給出一個判別指標，也就是目標函數(shù)作為設(shè)計變量的函數(shù)。使之最小的一組設(shè)計變量也將成為為最優(yōu)方案。
2.減速器齒輪箱體的優(yōu)化設(shè)計
本論文的優(yōu)化目的在于在齒輪箱結(jié)構(gòu)滿足強度和剛度的基礎(chǔ)上，進行減輕重量，并完成合理均勻分布應(yīng)力的優(yōu)化工作。我們提出的優(yōu)化具體設(shè)計為：
第一步，針對結(jié)構(gòu)確定設(shè)計方案，并通過CAD軟件進行建模。
第二步，通過CAD軟件和有限元分析軟件的連接傳遞到有限元分析軟件中，并獲得相關(guān)的應(yīng)力以及位移等參數(shù)。
第三步，據(jù)實際情況進一步確定優(yōu)化目的，對設(shè)計進行計算結(jié)果分析和比較，明確能夠修改的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
第四步，通過修改參數(shù)，重新進行分析，并通過這種方法獲得結(jié)構(gòu)參數(shù)以及相應(yīng)的響應(yīng)值。并完成最佳參數(shù)的選取，同時得到更加科學合理的結(jié)構(gòu)和尺寸。
我們做出的優(yōu)化主要是針對箱體的質(zhì)量的。即在外載荷不變而且不改變結(jié)構(gòu)布局的前提下，對齒輪箱進行優(yōu)化。將重量當作優(yōu)化的目標函數(shù)，采取結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)能夠在確保質(zhì)量的情況下，有效節(jié)約成本，提高質(zhì)量。實現(xiàn)安全性、可靠性、節(jié)約型等多個層面的兼顧。因為結(jié)構(gòu)布局和材料是固定不變的，所以箱體結(jié)構(gòu)也是不發(fā)生變化的，僅僅是把箱體的具體部位厚度作為設(shè)計變量，用箱體工作結(jié)構(gòu)的最大位移作為狀態(tài)變量，把結(jié)構(gòu)的質(zhì)量當作目標函數(shù)。也可以說是在原設(shè)計的基礎(chǔ)上，不對其做大的調(diào)整和改變，僅僅是對結(jié)構(gòu)最大允許最大范圍進行調(diào)整，達到箱體最輕的優(yōu)化設(shè)計效果。引入邊界條件的方法，考慮邊界條件。在邊界條件發(fā)生改變時，場變量函數(shù)并不需要改變，這對于通用程序有大的簡化。
3.減速器優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學模型
3.1目標函數(shù)
目標函數(shù)為A=min{f(x)} =min{f(x1, x2,…, xn)}其中： A為減速器總的中心距離，也就是各中心距的綜合；x為設(shè)計變量(包含中心距和螺旋角以及齒數(shù)、模數(shù)等等)； n為變量的數(shù)目。
3.2約束條件
約束條件是用來判別目標函數(shù)當中變量的取值可行與否的規(guī)定，所以減速器優(yōu)化設(shè)計中提出的任何一個方案都必須滿足所有的約束條件的變量所構(gòu)成。在給出優(yōu)化設(shè)計的約束條件的情況下，需要從各個方面進行周密的考慮。比如設(shè)計變量本身的取值要求；齒輪和零件的緊密程度等等。一般來說要充分考慮到以下幾個約束條件:
一是離散性約束。其中包括齒數(shù)，也就是每個齒輪的齒數(shù)需要是整數(shù)；模數(shù)：要求齒輪模數(shù)必須符合模數(shù)系列(GB1357-78)的要求；中心距：要以10mm為單位。
二是上下界約束。螺旋角：對于直齒輪應(yīng)當為零，斜齒輪取8°~15°；總變位系數(shù)：因為總變位系數(shù)能夠影響齒輪承載能力，通常取0~0. 8。
三是強度約束。一般是指齒輪的齒面接觸強度和輪齒的彎曲強度，依據(jù)GB3480-83標準進行。強度是否達標，需要根據(jù)實際安全系數(shù)進行實踐檢驗。
四是根切約束。為規(guī)避根切現(xiàn)象，規(guī)定出最小的齒數(shù)，其中直齒輪是17，斜齒輪是14到16之間。
五是干涉約束。需要中心距和齒頂圓以及軸徑滿足沒有干涉的關(guān)系。針對三級傳動的減速器，干涉約束可以看作兩個約束；第二級中心距需要比第一級大齒輪齒頂圓半徑和三級小齒輪頂圓半徑的總和；第三級中心距需要大于第二級大齒輪頂圓半徑和第四軸半徑的綜合。二級齒輪傳動以此類推。在完成優(yōu)化設(shè)計后，能夠可以獲得響應(yīng)，并直觀地顯示出參數(shù)的變化對函數(shù)的影響
（1）鉸制器用鉸直輪材料抗磨強度低，造成打捆線表面質(zhì)量及直線度差，打捆線因回抽而無法完成打捆。
（2）四臺線道小車通過中心板連接在一起，通過液壓缸的帶動來完成打捆線的穿線工作，由于長時間的運行，1#打捆機4#線道由于重力作用小車容易發(fā)生下沉變形，線道小車底部滑道與支撐輥之間脫離，支撐輥無法起到支撐作用，從而造成液壓缸活塞桿在前移的過程中由直線運動變?yōu)閽佄锞€運動，活塞桿前端下沉疲勞折斷產(chǎn)生故障時間。并且由于線道小車下沉，造成打捆頭與線道小車穿線困難，造成打捆機頂線或送線不到位。
（3）線道內(nèi)打捆線的傳送運行靠深溝球軸承支撐傳動，因此線道內(nèi)球軸承用量較多，每臺線道小車用量約400盤，摩根打捆機所用軸承型號為6301，由于軸承直徑小，承載能力差，并且由于打捆線在穿線過程中的沖擊作用，軸承損壞頻繁，并且由于數(shù)量多并且軸承在線道內(nèi)部，當軸承損壞時很難進行更換，造成打捆線回抽，影響車間的生產(chǎn)。
（4）各線道處常開翻板導槽用橡膠彈簧使用壽命短，當彈簧失效或彈簧座開焊的時候造成翻板關(guān)閉不嚴，打捆線回抽，更換橡膠彈簧或彈簧支座需要拆卸導槽用時較多。
2解決方案的確定
摩根公司經(jīng)過幾年的研究并且結(jié)合用戶在使用過程中提出的不足，對現(xiàn)在生產(chǎn)的打捆機進行了部分的改造，如升降臺的升降采用了曲柄連桿結(jié)構(gòu)，由液壓缸來帶動升降曲柄的運行從而帶動升降臺的運行；弧形導衛(wèi)與雙線導槽設(shè)計成一體結(jié)構(gòu)，并且將扭簧采用圓柱螺旋壓縮彈簧代替。但若對摩根公司早期線材打捆機進行升級改造，升級費用較高，僅單臺升級備件費用就高達48萬，并且即使升級改造后因新舊線道的兼容性差，使用故障率較高。這就需要有針對性的優(yōu)化設(shè)計來消除設(shè)計缺陷形成的隱患，確保打捆機的穩(wěn)定生產(chǎn)。經(jīng)對打捆機的認真研究以及對打捆機各類故障的分析，形成了以下優(yōu)化設(shè)計思路。
2.1升降臺系統(tǒng)
（1）將法蘭軸承座體材質(zhì)由鑄鐵改為鑄鋼，增加座體的抗沖擊性能。
（2）將底座球面軸承改為滑動軸承。
（3）在升降臺升降液壓缸的兩側(cè)增加支撐導向機構(gòu)。
2.2線道系統(tǒng)
（1）更改鉸直輪的材質(zhì)及公差尺寸，延長鉸直輪的使用壽命。
（2）更改線道小車支撐輥結(jié)構(gòu)，增加受力面積，確保線道小車的穩(wěn)定運行。
（3）將軸承6301進行優(yōu)化改造加工成厚壁軸承，保持軸承外徑尺寸不變，去除法蘭緣襯套，將軸承內(nèi)徑尺寸做成與法蘭緣襯套內(nèi)徑尺寸相同。
（4）更改橡膠彈簧橡膠材質(zhì)，由普通橡膠改為進口硅膠，增加彈簧的彈性及使用壽命。將彈簧支座由焊接結(jié)構(gòu)改為一體結(jié)構(gòu)，采用線切割加工。
3具體實施措施
3.1升降臺系統(tǒng)
（1）針對于升降臺內(nèi)臂、外臂連接法蘭軸承經(jīng)常受沖擊損壞的問題，將法蘭軸承座體的材質(zhì)由鑄鐵改為鑄鋼，增加軸承座體的抗沖擊性。
（2）針對于升降臂與底座連接的球面軸承經(jīng)常損壞的現(xiàn)象，將球面軸承結(jié)構(gòu)改為滑動軸承結(jié)構(gòu)，滑動軸承材質(zhì)選用鑄銅、外形尺寸為準45×準57×49；軸承座根據(jù)滑動軸承的外形尺寸以及原球面軸承的安裝尺寸重新設(shè)計。
（3）支撐導向機構(gòu)。支撐導向機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。支撐軸通過M64螺紋與升降臺拖枕連接在一起，支撐座與升降臺底座通過螺栓把合，導向套對支撐軸起到支撐導向作用，通過支撐軸的支撐導向作用來減少升降臺的晃動，保證車間的穩(wěn)定運行。此結(jié)構(gòu)對升降臺穩(wěn)定運行起到關(guān)鍵作用的是支撐導向套，此支撐導向套采用橡膠材質(zhì)，導向套中間部位打斜口以便于安裝。
3.2線道系統(tǒng)
（1）改變鉸制器鉸制輪的材質(zhì)，由45#鋼改為42Cr-Mo，并且對鉸制輪表面采用高能離子注入技術(shù)進行表面硬化，提高鉸制輪的綜合力學性能及耐磨性，同時將鉸制輪的外形尺寸由準（69.90～70）mm改為準（70～70.05）mm，通過偏心軸來調(diào)整鉸制輪與打捆線的相對位置，提高打捆線的表面質(zhì)量。
（2）1#、4#線道小車在重力的作用下容易發(fā)生變形，并且線道小車導向面磨損變形以后，小車支撐輥與小車導向面接觸面積變小，支撐輥失去支撐作用造成定位錐頭與打捆頭定位不好，無法完成打捆線穿線動作。針對此情況對支撐輥進行優(yōu)化設(shè)計，將輥面加長由原來的30mm增加到60mm，內(nèi)部結(jié)構(gòu)改為雙滾針結(jié)構(gòu)，增加了支撐輥的靈活性及抗載荷能力，支撐輥與小車接觸良好。
（3）將線道用6301軸承進行優(yōu)化改造加工成厚壁軸承，保持軸承外徑尺寸不變，去除法蘭緣襯套，將軸承內(nèi)徑尺寸做成與法蘭緣襯套內(nèi)徑尺寸相同，提高軸承的抗沖擊性。
（4）橡膠彈簧內(nèi)部彈性元件材質(zhì)由普通橡膠改為進口硅橡膠，彈性元件的彈性增加。橡膠彈簧支座由原來的焊接結(jié)構(gòu)改為一體結(jié)構(gòu)，并且使用線切割進行加工，避免了彈簧支座開焊現(xiàn)象的發(fā)生。
4結(jié)束語
新的系統(tǒng)選用2臺37kW電機分別驅(qū)動一臺A10VSO100的恒壓變量泵作為動力源，系統(tǒng)采用一用一備的工作方式。恒壓變量泵變量壓力設(shè)為16MPa，在未達到泵上調(diào)壓閥設(shè)定壓力之前，變量泵斜盤處于最大偏角，泵排量最大且排量恒定，在達到調(diào)壓閥設(shè)定壓力之后，控制油進入變量液壓缸推動斜盤減小泵排量，實現(xiàn)流量在0～Qmax之間隨意變化，從而保證系統(tǒng)在沒有溢流損失的情況下正常工作，大大減輕系統(tǒng)發(fā)熱，節(jié)省能源消耗。在泵出口接一個先導式溢流閥作為系統(tǒng)安全閥限定安全壓力，為保證泵在調(diào)壓閥設(shè)定壓力穩(wěn)定可靠工作，將系統(tǒng)安全閥調(diào)定壓力17MPa。每臺泵的供油側(cè)各安裝一個單向閥，以避免備用泵被系統(tǒng)壓力“推動”。為保證比例閥工作的可靠性，每臺泵的出口都設(shè)置了一臺高壓過濾器，用于對工作油液的過濾。為適當減小裝機容量，結(jié)合現(xiàn)場工作頻率進行蓄能器工作狀態(tài)模擬，最終采用四臺32L的蓄能器7作為輔助動力源，當?shù)退龠\動時載荷需要的流量小于液壓泵流量，液壓泵多余的流量儲入蓄能器，當載荷要求流量大于液壓泵流量時，液體從蓄能器放出，以補液壓泵流量。經(jīng)計算，系統(tǒng)最低壓力為14．2MPa，實際使用過程中監(jiān)控系統(tǒng)最低壓力為14．5MPa，完全滿足使用要求。頂升機液壓系統(tǒng)在泵站閥塊上，由于系統(tǒng)工作壓力低于系統(tǒng)壓力，故設(shè)計了減壓閥以調(diào)定頂升機系統(tǒng)工作壓力，該系統(tǒng)方向控制回路采用三位四通電磁換向閥，以實現(xiàn)液壓缸的運動方向控制，當液壓缸停止運動時，依靠雙液控單向閥錐面密封的反向密封性，能鎖緊運動部件，防止自行下滑，在回油回路上設(shè)置雙單向節(jié)流閥，雙方向均可實現(xiàn)回油節(jié)流以實現(xiàn)速度的設(shè)定，為便于在故障狀態(tài)下能單獨檢修頂升機液壓系統(tǒng)，系統(tǒng)在進油回路上設(shè)置了高壓球閥9，在回油回路上設(shè)置了單向閥14。該液壓站采用了單獨的油液循環(huán)、過濾、冷卻系統(tǒng)設(shè)計，此外還設(shè)置有油壓過載報警、濾芯堵塞報警、油位報警、油溫報警等。
2機械手機體閥臺的液壓原理
對于每臺機械手都單獨配置一套機體閥臺，機體閥臺采用集成閥塊設(shè)計，通過整合優(yōu)化液壓控制系統(tǒng)，將各相關(guān)液壓元件采用集約布置方式，使全部液壓元件集中安裝在集成閥塊上，元件間的連接通過閥塊內(nèi)部油道溝通，從而最大限度地減少外部連接，基本消除外泄漏。機體閥臺的四個出入油口(P－壓力油口，P2－補油油口，T－回油油口，L－泄漏油口)分別與液壓泵站的對應(yīng)油口相連接。壓力油由P口進入機體閥臺后，經(jīng)高壓球閥1及單向閥2．1后，一路經(jīng)單向閥4給蓄能器6供油以作為系統(tǒng)緊急狀態(tài)供油，一路經(jīng)插裝閥3給系統(tǒng)正常工作供油。為保證每個回路產(chǎn)生的瞬間高壓不影響別的工作回路，在每個回路的進出口都設(shè)置了單向閥，對于夾鉗工作回路因設(shè)置了減壓閥16進行減壓后供油，無需設(shè)置單向閥。對于小車行走系統(tǒng)，由比例閥12．1控制液壓馬達21的運動方向，液壓馬達設(shè)置了旋轉(zhuǎn)編碼器，對于馬達行走采用閉環(huán)控制，以實現(xiàn)平穩(wěn)起制動以及小車的精準定位。為避免制動時換向閥切換到中位，液壓馬達靠慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的液壓沖擊，設(shè)置了雙向溢流閥11分別用來限制液壓馬達反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的最大沖擊壓力，以起到制動緩沖作用，考慮到液壓馬達制動過程中的泄漏，為避免馬達在換向制動過程中產(chǎn)生吸油腔吸空現(xiàn)象，用單向閥9．1和9．2從補油管路P2向該回路補油，為實現(xiàn)單臺機械手的故障檢修，在補油管路P2上設(shè)置了高壓球閥8，為實現(xiàn)檢修時，可以將小車手動推動到任意檢修位置，系統(tǒng)設(shè)置了高壓球閥5．2。對于雙垂直液壓缸回路，由比例閥12．2控制液壓缸22的運動方向，液壓缸安裝了位移傳感器，對于液壓缸位置采用閉環(huán)控制，實現(xiàn)液壓缸行程的精準定位，液壓缸驅(qū)動四連桿機構(gòu)來完成夾鉗系統(tǒng)的垂直方向運動;為防止液壓缸停止運動時自行下滑，回路設(shè)置了雙液控單向閥13．1，其為錐面密封結(jié)構(gòu)，閉鎖性能好，能夠保證活塞較長時間停止在某位置處不動;為防止垂直液壓缸22因夾鉗系統(tǒng)及工件自重而自由下落，在有桿腔回路上設(shè)置了單向順序閥14，使液壓缸22下部始終保持一定的背壓力，用來平衡執(zhí)行機構(gòu)重力負載對液壓執(zhí)行元件的作用力，使之不會因自重作用而自行下滑，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)動作的平穩(wěn)、可靠控制;為防止夾鉗夾持超過設(shè)計重量的車輪，在有桿腔設(shè)置了溢流閥15．1作為安全閥對于夾鉗液壓缸回路，工作壓力經(jīng)減壓閥16調(diào)定工作壓力后由比例閥17控制帶位置監(jiān)測的液壓缸23的運動，來驅(qū)動連桿機構(gòu)完成夾鉗的夾持動作，回路設(shè)置了雙液控單向閥13．2，來保證活塞較長時間停止固定位置，考慮到夾鉗開啟壓力原小于關(guān)閉壓力(液壓缸向無桿腔方向運動夾鉗關(guān)閉)，在液壓缸無桿腔回路上設(shè)置了溢流閥15．3，調(diào)定無桿腔工作壓力，當比例換向閥17右位工作時，壓力油經(jīng)液控單向閥13．2后，一路向有桿腔供油，一路經(jīng)電磁球閥18向蓄能器19供油，當夾鉗夾住車輪，有桿腔建立壓力達到壓力繼電器20設(shè)定值后，比例換向閥17回中位，蓄能器19壓力油與有桿腔始終連通，確保夾持動作有效，當比例換向閥17左位工作時，蓄能器19壓力油經(jīng)電磁球閥18與有桿腔回油共同經(jīng)過比例換向閥17回回油口。緊急情況下，電磁換向閥7得電(與系統(tǒng)控制電源采用不同路電源)，將蓄能器6儲存的壓力油，一路經(jīng)單向閥9．11供給夾鉗液壓缸23，使夾鉗打開，同時有桿腔回油經(jīng)電磁球閥18，單向閥9．9回回油T口;一路壓力油經(jīng)節(jié)流閥10，單向閥9．3使液壓馬達21帶動小車向爐外方向運動，液壓馬達回油經(jīng)比例換向閥12．1，單向閥9．5回回油T口。以確保設(shè)備能放下待取車輪，退出加熱爐內(nèi)部，保護設(shè)備安全。
3結(jié)論
1.1積極使用高新施工設(shè)備
當前我國的機械制造業(yè)和發(fā)達國家相比還存在較大差距，我國在內(nèi)燃發(fā)動機的設(shè)計和制造方面與世界先進國家相比，落后了近二十年，燃油經(jīng)濟水平、平均能源利用率等各項標準也都落后于西方發(fā)達國家，這種情況在一定程度上對我國的低碳公路建設(shè)產(chǎn)生了負面影響，所以，在道路的施工過程中我們要加強高新技術(shù)施工設(shè)備的應(yīng)用，同時，還要加強對其耗油量、燃料使用率等各項參數(shù)進行仔細評估，一旦發(fā)現(xiàn)有不符合標準的設(shè)備，一定要第一時間對其進行維修保養(yǎng)，如果依然滿足不了運行需求，必須及時替換掉，積極使用高新技術(shù)環(huán)保的設(shè)備繼續(xù)開展作業(yè)。
1.2施工過程中積極應(yīng)用新型環(huán)保材料
隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，公路建設(shè)領(lǐng)域也研發(fā)了很多低碳環(huán)保材料，其中溫拌瀝青混合料、瀝青路面再生等新型材料表現(xiàn)最為明顯。溫拌瀝青混合料是一種拌和溫度介于熱拌瀝青和冷拌瀝青之間，但是其性能卻能夠達到或接近熱拌瀝青混合料的環(huán)保型瀝青混合料。溫拌瀝青混合料技術(shù)能夠在很大程度上節(jié)約燃料油，減少有害氣體地排放。
1.3制定科學合理的公路施工方案
在進行道路施工之前，設(shè)計規(guī)劃人員要制定出科學合理的施工方案，為公路的低碳環(huán)保提供保障。具體可以從路基設(shè)計、坡度設(shè)計、防雨水沖刷設(shè)計等方面入手，此外，還要科學合理安排借土棄土的位置，合理地選擇砂石料供應(yīng)商，從而提高工作效率。
2加強公路運營管理過程中的低碳優(yōu)化控制
2.1完善交通體系運行管理方案
前文提到交叉口的存在會在對車流量造成較大影響，所以對交叉口進行合理的信號配時設(shè)計是非常必要的，如果交叉口的間距比較短，就可以采取信號聯(lián)動措施，保證交叉口具備良好的服務(wù)水平，減少交叉口對車輛正常行駛的影響，從而減少車輛的燃油消耗以及尾氣排放；須對交通標志、道路標線等進行重新規(guī)劃，必要的時候可以采用動態(tài)的信息展示板，這樣駕駛員不僅能夠獲得更多的交通信息，選擇最合適的行駛路線，減少了不必要地繞行，同時公路的服務(wù)水平也能夠得以提升，最重要的是車輛可以保持勻速行駛，減少尾氣排放，有利于實現(xiàn)低碳環(huán)保的目的。此外，交通運輸管理部門也可以通過多種方式鼓勵居民拼車出行，提高車輛的運載率，這樣不僅能夠緩解我國當前的交通壓力，也能夠減少二氧化碳地排放。
2.2完善公路的基礎(chǔ)設(shè)施
交通運輸管理部門要積極引進先進的服務(wù)系統(tǒng)，提高車輛通行效率，規(guī)避不必要的擁堵。當前，在交通領(lǐng)域內(nèi)最受歡迎、應(yīng)用范圍最廣泛的就是ETC系統(tǒng)，該系統(tǒng)是當前世界上最為先進的收費系統(tǒng)，車輛在通過收費站時不需要停車，而是通過車載設(shè)備實現(xiàn)對車輛信息地識別、付款等功能，該系統(tǒng)非常適用于高速公路，通過該系統(tǒng)能夠使車輛通行速度得到巨大提升，減少擁堵，降低溫室氣體地排放。
3結(jié)語
論文摘要：為貫徹煤礦“安全第一，預防為主，綜合治理”的生產(chǎn)方針，鉆孔的應(yīng)用越來越廣泛，特別是高瓦斯礦井和突出礦井的區(qū)域綜合防突措施的預抽鉆孔，每個鉆場設(shè)計上百鉆孔。為使繁瑣的鉆場鉆孔設(shè)計精確、方便、快捷，筆者根據(jù)《2009最新版防突細則》解析了穿層鉆孔預抽石門揭煤鉆孔最小控制范圍；分析確定了最少（3個）求值參數(shù)及其種類（56種）和最優(yōu)求值參數(shù)的論證，并對其驗證；以穿層鉆孔預抽石門揭煤區(qū)域煤層瓦斯區(qū)域防突措施鉆場設(shè)計闡述驗證。
引言
《2009最新版防突細則》第四十九條中預抽石門揭煤鉆孔的最小控制范圍為兩個必要條件，意思不夠直接明確；鉆場設(shè)計繁瑣，且大部分鉆場設(shè)計工作者未能把鉆場設(shè)計與計算機緊密結(jié)合；鉆場鉆孔求值參數(shù)多，求值方法多，但卻未選擇最優(yōu)求值參數(shù)，導致設(shè)計鉆孔參數(shù)不夠精確。筆者針對以上情況以預抽石門揭煤鉆孔為例闡述了鉆孔最小控制范圍和最少最優(yōu)求值參數(shù)，以便精確、方便、快捷的設(shè)計鉆場鉆孔。
1、鉆孔最小控制范圍解析
《2009最新版防突細則》第四十九條（四）：預抽石門揭煤鉆孔的最小控制范圍是：石門和立井、斜井揭煤處巷道輪廓線外12m（急傾斜煤層底部或下幫6m），同時還應(yīng)保證控制范圍的外邊緣到巷道輪廓線的最小距離不小于5m。
據(jù)以上規(guī)定可知石門揭煤鉆孔最小控制范圍為兩個充分必要條件，即：煤層傾角β＜45°時，最小控制范圍需滿足上、下幫巷道輪廓線外傾向12m和法向5m，左、右兩幫法向5m；β≥45°時，最小控制范圍需滿足上幫巷道輪廓線外傾向12m和法向5m，下幫巷道輪廓線外傾向6m和法向5m，左右兩幫法向5m。
根據(jù)煤層空間位置關(guān)系可知：sinβ=法向控制范圍/傾向控制范圍，煤層傾角β越小，法向5m所控制的傾向范圍越大。經(jīng)分析石門揭煤鉆孔最小控制范圍如圖表1所示。（注：asin(5/12)=24.6°,asin(5/6)=56.4°）
表1石門揭煤鉆孔最小控制范圍
煤層傾角范圍
上幫
輪廓線外
下幫
輪廓線外
左、右兩幫
輪廓線外
β≤24.6°
法向5m
法向5m
法向5m
24.6°＜β≤56.4°
傾向12m
法向5m
法向5m
β＞56.4°
傾向12m
傾向6m
法向5m
2、鉆場情況及鉆場設(shè)計
煤層厚2m，傾角β=30°；石門揭煤巷道高3m，寬5m，方位α0=195°。據(jù)《2009最新版防突細則》及表1設(shè)計石門揭煤鉆場如圖1。（為視圖清晰，抽采半徑假定為5m）
圖1預抽石門揭煤鉆場設(shè)計圖
3、最少求值參數(shù)
以28號鉆孔為例，預抽鉆孔立體及簡化圖如圖2所示。線EC為28號鉆孔線，面ABCD為水平投影面，線AC為鉆孔水平投影線，面ADHE為鉆孔鉛垂剖面，線ED為鉆孔鉛垂剖面線；α偏28鉆孔方位偏角，θ為鉆孔傾角，H為穿煤孔深等鉆孔參數(shù)。
圖2預抽鉆孔立體及簡化圖
由圖1中鉆場設(shè)計剖面圖，直角三角形AED除直角外有5個參數(shù)（三角形的3角3邊）均可用CAD量出；由圖1中鉆場設(shè)計平面圖，直角三角形ADC除直角外有5個參數(shù)均可用CAD量出。直角三角形ADC與AED有一條公共邊AD，所以兩三角形一共有9個參數(shù)，且均可量出，但量取參數(shù)是繁瑣的重復過程，為此需確定最少的參數(shù)并準確的求取所需的鉆孔參數(shù)。
如圖2中28號孔空間立體簡化圖，經(jīng)分析：需求解α偏28、θ28和H28必須求解四面體ACDE，而把直角三角形AED和ADC解出，四面體ACDE即解出。直角三角形已知2個參數(shù)（除直角外）即可求解，求解兩個直角三角形需4個參數(shù)，因為直角三角形AED與ADC有一條公共邊，所以求解這兩個直角三角形僅需3個參數(shù)，且直角三角形AED與ADC各需至少一個參數(shù)（公共邊AD除外），即求解鉆孔α偏28、θ和H參數(shù)僅需3個參數(shù)。
4、最少求值參數(shù)種類
經(jīng)上分析：已知求解參數(shù)有9個，為計算鉆孔參數(shù)方便快捷僅需3個求解參數(shù)即可，直角三角形AED與ADC各需至少一個參數(shù)（公共邊AD除外），即一個三角形2個參數(shù)，另一個三角形1個參數(shù)（不包括公共邊）。
無公共邊最少求值參數(shù)種類：（C42-C22）×C41×C21
有公共邊最少求值參數(shù)種類：C41×C41
最少求值參數(shù)種類：（C42-C22）×C41×C21+C41×C41=56(種)
5、最優(yōu)求值參數(shù)
已知求解參數(shù)有9個：包括4個角度，5條邊。
結(jié)合圖1與圖2分析：
1）、方位偏角α偏可直接量出但每個鉆孔的偏角不一，且量取角度誤差較大；
2）、每個鉆孔的AC與DE不一，需一一量出；
3）、1、5……25號孔，2、6……26號孔，3、7……27號孔和4、8……28號孔的X(CD)各均相同；
4）、1-4號孔、5-8號孔、9-12號孔、13-16號孔、17-20號孔、21-24號孔和25-28號孔的Y（AD）和Z(AE)各均相同。
綜上所述：X、Y和Z為最優(yōu)求值參數(shù)。
1引言
海綿城市理念在園林綠地建設(shè)中極具適用性，而園林優(yōu)化設(shè)計又是打造海綿城市過程中不可或缺的重要內(nèi)容。當前，園林的主要功用是觀賞、休閑、娛樂，在人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜匾巧；诤＞d城市理念，對其進行優(yōu)化設(shè)計，不僅能夠提高水資源利用率，而且能夠有效解決水污染問題，使城市空氣及環(huán)境得到凈化，經(jīng)濟效益與生態(tài)效益兼?zhèn)洹?/p>
2海綿城市理念、建設(shè)原則及規(guī)劃目的
2.1海綿城市理念
海綿城市即充分發(fā)揮現(xiàn)代城市的彈性，使其對環(huán)境變化及自然災(zāi)害具備較好的應(yīng)對能力。海綿城市極為舒適，呈現(xiàn)宜居性特征，具備較好的滲透性和凈化功能。主要實現(xiàn)方法是充分發(fā)揮生態(tài)、自然排水系統(tǒng)功能，對雨水進行吸納和緩釋，有效緩解城市內(nèi)澇問題，改善城市環(huán)境，解決水資源浪費問題。
2.2海綿城市建設(shè)原則
安全性原則。參考城市防洪排澇標準，進行海綿城市建設(shè)，使城市雨水控制系統(tǒng)更加安全、可靠，抵制自然災(zāi)害，保護人民群眾的生命財產(chǎn)安全，保障城市供水，為人們提供一個安全的用水環(huán)境。生態(tài)性原則。生態(tài)問題是海綿城市規(guī)劃及建設(shè)中考量的重要內(nèi)容，將自然排水系統(tǒng)應(yīng)用到公園、河流、綠地等海綿體中，使雨水能夠自然排放和凈化，對水資源進行充分利用，使其具備較強的自然修復能力。因地制宜原則。依據(jù)區(qū)域性地質(zhì)情況和水文特征等，分析園林設(shè)計中的各影響因素，以對開發(fā)設(shè)施和系統(tǒng)等進行針對性選擇。④統(tǒng)籌建設(shè)原則。將海綿城市理念應(yīng)用到園林優(yōu)化設(shè)計中，需各部門及專業(yè)共同參與及合作，該過程中要分工明確，對各項設(shè)計施工內(nèi)容進行統(tǒng)籌安排，達到園林預期設(shè)計目標，并兼顧社會性、經(jīng)濟性和環(huán)保性[1]。
2.3海綿城市規(guī)劃目標
首先，提高雨水利用率。以海綿城市理念為基礎(chǔ)，對園林進行優(yōu)化設(shè)計，能夠?qū)τ晁Y源進行合理應(yīng)用，具體實現(xiàn)方法是集蓄和滲透，繼而對地下水進行有效補充，以對徑流系數(shù)進行有效控制，使排水壓力得到有效緩解。與此同時，也可以通過池塘、濕地和自然水體等，對雨水進行科學調(diào)蓄和應(yīng)用，使城市生態(tài)環(huán)境得到有效改善。其次，改善城市景觀。在園林優(yōu)化設(shè)計中應(yīng)用海綿城市理念，能夠?qū)ΜF(xiàn)有城市景觀進行有效改善。公園、綠地等多處于生態(tài)敏感地帶，其因自身獨有的生態(tài)格局，極具休閑性。但是，要改變傳統(tǒng)開發(fā)模式，既要實現(xiàn)自然資源保護，又要促進城市發(fā)展，依據(jù)城市水文地質(zhì)及水環(huán)境特征，實現(xiàn)控制目標規(guī)劃。與此同時，建設(shè)園林時，很容易污染水資源，需對降水徑流污染進行嚴格控制。
3基于海綿城市理念的園林優(yōu)化設(shè)計方法
3.1轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)設(shè)計理念
城市園林設(shè)計中，設(shè)計人員很容易沿用傳統(tǒng)設(shè)計理念，采用水泵、管渠等設(shè)計方式，園林道路面積相對較大。部分設(shè)計人員秉承末端集中排水原則，導致園林很容易在降雨天氣出現(xiàn)雨水淤積。海綿城市更傾向于采用自然排水方式，選擇下沉式綠地等影響相對較小的排水方法，注重源頭分散控制。相較于傳統(tǒng)園林設(shè)計理念，基于海綿城市理念的園林設(shè)計方式更具先進性及可行性，不僅有助于節(jié)約水資源，而且排水暢通。設(shè)計人員也要依據(jù)園林實際情況，改變傳統(tǒng)設(shè)計理念，選擇適用性較強的設(shè)計方法，以達到良好的園林設(shè)計效果，符合海綿城市建設(shè)要求。例如，園林優(yōu)化設(shè)計中，可選用滲透技術(shù)，構(gòu)建雨水花園、生物滯留帶、滲井等，減少不必要的水資源浪費問題，確保雨水天氣排水暢通；在綠地、廣場等設(shè)置濕塘以及各類滲管渠等。
3.2科學選擇海綿體
海綿園林的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在三個方面：對園林原有生態(tài)系統(tǒng)進行有效保護；對已破壞生態(tài)系統(tǒng)進行修復。低影響開發(fā)。然而，現(xiàn)階段，城市海綿園林建設(shè)中仍然存在諸多問題，海綿體吸收能力較小或者使用過程中發(fā)生損壞等。產(chǎn)生該類問題的原因主要是工作人員的重視度不足，其并未依據(jù)地區(qū)實際情況，對外部環(huán)境進行全面考察、分析和論證，導致海綿體選擇過于隨意，以至于無法達到良好的園林優(yōu)化設(shè)計效果。我國國土資源遼闊，各地區(qū)環(huán)境和氣候有所不同，存在較大差異，城市降水量也有差別。為將海綿體的效用發(fā)揮到最大，設(shè)計人員要依據(jù)城市園林建設(shè)要求及區(qū)域狀況，對海綿體進行合理選擇，確保其適用性，并進行嚴格的質(zhì)量檢查。而施工單位也要依據(jù)工作人員的調(diào)查情況，將基礎(chǔ)設(shè)施采購工作落實到位，達到預期園林設(shè)計效果。
3.3合理設(shè)計景觀，低影響開發(fā)
依據(jù)地域特征及城市園林建設(shè)要求，既要確?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)工作，又要兼顧市政設(shè)施的穩(wěn)定性。降雨之后，選擇源頭分散的控制方法，對雨洪進行低沖擊開發(fā)利用。其中，控制參數(shù)包括排水量和徑流系數(shù)，對各項技術(shù)進行合理應(yīng)用和開發(fā)，設(shè)置透水鋪裝，將蓄水池、碎石溝、滲透渠等基礎(chǔ)性海綿設(shè)施建設(shè)工作落實到位。小徑流中，采用正確的方式，對觀望承受的雨水壓力進行有效控制，并合理建設(shè)排水網(wǎng)絡(luò)，使其分布合理，既要確保各項基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的完整性，又要將其與市政設(shè)施進行完美融合。有效融合景觀植物。設(shè)計施工單位要對園林土壤狀況進行全面分析，對其具備清晰的認識，優(yōu)選改良土壤，以實現(xiàn)徑流量控制，并進行地下水補給。與此同時，也要依據(jù)區(qū)域狀況及園林優(yōu)化設(shè)計要求，對草、灌、喬等各類植物進行合理搭配，注重水生植物與陸生植物的協(xié)調(diào)性，增加園林中植物種類。對園林氣候和水土特性等進行綜合考量，優(yōu)選植物群。該過程中，也要立體種植植物，依據(jù)植物特性，確保各品種之間搭配的合理性，并考量外部土壤、氣候特征，使其與植物生長要求及規(guī)律等相符合，在園林優(yōu)化設(shè)計中，實現(xiàn)多樣化種植。在園林內(nèi)部設(shè)置植物群落，以對地表徑流進行有效控制，使水循環(huán)時刻處于良好的運行狀況，使水資源得到充分利用，減少不必要的浪費問題。依據(jù)植物實際分布狀況，考量生態(tài)效益的同時，適當種植喬木、草本植物等，達到防風固沙效果。樹根經(jīng)長期生長，蔓延到地下，用以保持水土。該過程中需要考量的相關(guān)內(nèi)容比較多，需對公園和道路系統(tǒng)中的雨水節(jié)點、排水方向等進行嚴格考量，并劃定排水分區(qū)，依據(jù)場地豎向，劃定擬布局低影響開發(fā)設(shè)施匯水面，并測量其面積。選擇低影響開發(fā)設(shè)施類型，并對其進行合理布局。
4結(jié)語
綜上所述，將海綿城市理念應(yīng)用到園林優(yōu)化設(shè)計中極具適用性。市政及相關(guān)設(shè)計部門要結(jié)合園林設(shè)計及建設(shè)理念，對海綿城市概念具備清晰的認識，依據(jù)園林優(yōu)化設(shè)計要求，改變設(shè)計人員的傳統(tǒng)觀念，合理選擇海綿體，實現(xiàn)海綿園林建設(shè)目標，減少不必要的水資源浪費問題，實現(xiàn)環(huán)境保護，為人們提供良好的休閑、娛樂場所，提高我國城市園林建設(shè)整體水平。
作者:李躍雯 單位:中國城市建設(shè)研究院有限公司
在噴泉方案設(shè)計的過程中，有一條基本原則貫穿始終：結(jié)合城市的歷史文化背景、經(jīng)濟發(fā)展狀況、自然氣候條件，充分表現(xiàn)出噴泉景觀的獨特藝術(shù)魅力。噴泉景觀工程并不是獨立存在的，而是作為整體景觀的一部分出現(xiàn)在出現(xiàn)在大型廣場、公園、步行街、小區(qū)花園等場合。方案設(shè)計一定要依據(jù)建設(shè)方的整體要求，重點考慮當?shù)氐沫h(huán)境因素、氣候因素、使用場合和方式因素，進行整體的構(gòu)思，設(shè)計出整套可行科學的實施方案，城市整體效果服務(wù)。因此要把準備工作做精做細，主要有以下幾方面：
（1）方案主題結(jié)合當?shù)氐奈幕厣?。每個城市都有自己的人文背景和民俗特色，噴泉方案設(shè)計時一定要結(jié)合當?shù)孛袼滋攸c，挖掘當?shù)貧v史背景，緊扣當?shù)匚幕瘍?nèi)涵。結(jié)合音樂噴泉構(gòu)成元素，突出主題。首先，燈光配色方案要符合地方特色。如在內(nèi)蒙古地區(qū)要體現(xiàn)出草原文化，用主題色選擇綠色和藍色分別呼應(yīng)遼闊的草原和蔚藍的天空；在延安地區(qū)就要展示紅色文化，用紅色作為主題色。其次，在水型搭配方面突出文化主題。在新疆瑪納斯紅酒文化主題廣場的音樂噴泉設(shè)計時，為了體現(xiàn)紅酒主題，特別研制了紅酒杯噴頭，布成從內(nèi)到外5層紅酒塔，結(jié)合不用的燈光和角度照射，使其遠看像一個裝滿美酒的木酒桶，近看像一個裝滿紅酒的紅酒杯。為當?shù)刂黝}公園的一個標志性水體，獲得了極大的成功。再次，用音樂來呼應(yīng)主題。噴泉是一個結(jié)合了視覺藝術(shù)和聽覺藝術(shù)的綜合體，音樂也是有生命的，或低吟，或傾訴、或歡唱。當音樂與水融合在了一起，共同表現(xiàn)出一個共同的主題。更容易抓住觀眾的眼睛，引起思想上的共鳴。
（2）了解噴泉景觀周圍的環(huán)境特點，使噴泉景觀與周圍環(huán)境融為一體。噴泉坐落的不同位置，選擇水型、燈光搭配，音響配置都是不同的。在步行街、小區(qū)花園等場合，盡量選擇高度比較低，水落點可控的造型，例如水母、雪松、涌泉、蒲公英等等。有人水互動要求的工程必須要充分考慮水的壓力因素，防止由于水壓過高和意外情況造成人身傷害危險。那些建設(shè)在河流胡泊中的噴泉景觀，由于與觀眾的距離較遠時，盡量選擇一些粗壯、高大水型樣式，體現(xiàn)水的力量和氣勢。例如百米高噴、擎天巨柱等。了解當?shù)氐臍夂颦h(huán)境因素。中國復原遼闊，環(huán)境差距特別大。北方多風的地區(qū)多選擇一些抗風性比較好的水柱造型，并適當加粗出水口徑；而南方相對風較小的地區(qū)多選擇一些水膜，水幕電影方面的水型；針對水位穩(wěn)定性比較好的地方可以選擇雪松或者涌泉水型；水位變動大的地方選擇跌水或者波浪脈動水型。
（3）根據(jù)景觀工程的總體要求，制定切實可行的設(shè)計方案。不同類型的噴泉對應(yīng)不同的功能性。是把噴泉做成一個點綴環(huán)境的噴泉小品，還是作為一臺綜合性的音樂噴泉演出盛宴；是全天候使用還是在主要用于夜間；在噴泉設(shè)計初期一定要有明確的意見。每一位噴泉設(shè)計師在收到設(shè)計任務(wù)后，都會根據(jù)景觀的總體風格，結(jié)合考慮總體的投資額度，提出初步的方案，做出效果圖和演示動畫，模擬噴泉施工完成后的具體情況，給建設(shè)方提供直觀的具體的印象，然后再酌情調(diào)整，最終定稿。噴泉工程實踐中有種說法是“大投入大制作，小投入湊合做，不投入沒法做”，這就是說對于噴泉工程的方案確定，一定要看菜做飯，切實可行。
（4）充分了解自身噴泉設(shè)備的特點。有句話叫“沒有金剛鉆，別攬瓷器活”，對本公司在噴泉工程設(shè)計施工中的優(yōu)勢和不足一定要有充分和客觀的認識。在噴泉設(shè)備選擇，電氣管路設(shè)計安裝、水型選擇和搭配方面、控制系統(tǒng)確定方面一定要充分和本公司的專業(yè)人士充分論證，揚長避短。在遇到與建設(shè)方意見不一致的地方要做好解釋工作。不能拍腦門硬上，給后期工作埋下隱患。
2噴泉方案優(yōu)化設(shè)計中容易出現(xiàn)的問題
（1）效果圖和效果動畫夸張成分太多，脫離的實際。建設(shè)方在景觀工程建設(shè)前的準備階段，對噴泉效果期望值非常高，但是只停留在概念方面，并沒有太具體的形象。而銷售人員為了更好的取悅建設(shè)方，在效果圖和效果動畫的方案制作方面過分的夸張，脫離了水和光的變化的物理規(guī)律，造成工程建設(shè)完成后無法重現(xiàn)動畫效果，影響工程整體的進度，也影響了公司信譽。
（2）片面追求方案匯報效果而放棄表演效果。在噴泉實踐當中，我們經(jīng)常遇到的情況是投資預算上封頂不能動，為了噴泉方案做的漂亮，就片面的增加水型組合數(shù)量，增加噴頭數(shù)量，增加配套設(shè)備，表面工作做的特別漂亮。但是為了保證正常的利潤水平，在一些不突出的地方減低配置水平，增加利潤點。比如把通過計算最合理的噴頭口徑為Φ20，可是這樣做的話明顯超出預算，于是就把口徑縮小到Φ15，進一步能減少水泵的功率、電纜型號、控制設(shè)備規(guī)格。這樣盡管和諧了方案效果和預算投入問題，但是卻嚴重影響了噴泉的藝術(shù)表現(xiàn)力。
（3）噴泉水型布局不合理，數(shù)量雖多但效果不突出。這個問題在幾乎在每個噴泉工程中都有體現(xiàn)。我在噴泉效果編程經(jīng)常遇到一個困惱：表面用于表現(xiàn)藝術(shù)效果的設(shè)備很多，可是具體使用的時候又總不夠用。以河南南陽音樂噴泉為例，圓形噴泉中心三米的園內(nèi)集中了飛碟，海鷗，高射三種造型，飛碟和海鷗都是搖擺的造型，占的空間比較大，高射水型對噴高的要求比較高。這三種水型兩兩干擾，同時打開時形成一片水霧，什么都看不出來，更別提各自的藝術(shù)性了。在噴泉表演時，只能有各自獨立打開3種組合效果，如果在方案設(shè)計時把這三個水型的位置合理安排就可能出現(xiàn)3種獨立組合效果+3種兩兩組合效果+加全開效果共7種組合造型，極大的豐富了表演元素，提升藝術(shù)效果。
（4）主題特色不突出，缺乏與周圍環(huán)境的整體配合。在景觀總體規(guī)劃的指導下，根據(jù)安裝現(xiàn)場周圍環(huán)境進行詳細的規(guī)劃設(shè)計，結(jié)合周圍景觀的特點、氛圍、環(huán)境和人文因素的相互關(guān)系，確立要營造的氣氛，根據(jù)特點提煉景觀主題，進一步確定主要的水型表演元素，次要元素和背景元素?？梢詮乃透叨?、燈光亮度、顏色襯托等多種手段來突出主角，弱化配角，讓整個噴泉看起來更加立體。
