过程装备 第四章作业

第四章工业机器人设计思考题与习题1.工业机器人的定义是什么？操作机的定义是什么？答：我国国家标准GT/T12643—1997《工业机器人词汇》将工业机器人定义为“是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度操作机,能搬运物料、工件或夹持工具，用以完成各种作业”；将操作机定义为“具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置”.2.工业机器人由哪几部分组成？并比较它与数控机床组成的区别.答：工业机器人由操作机、驱动单元和控制装置组成。

数控机床一般由机床本体、伺服系统和数控装置组成。

二者组成的区别主要在于机械本体,机器人操作机通常由末端执行器、手腕、手臂和机座组成，而数控机床机械本体通常包含主运动部件、进给运动部件、支承部件、冷却润滑、排屑等部分。

3.工业机器人的基本功能和基本工作原理是什么？它与机床主要有何相同和不同之处？答：工业机器人基本功能是提供作业所需的运动和动力,其基本工作原理是通过操作机上各运动构件的运动，自动地实现手部作业的动作功能及技术要求.在基本功能及基本工作原理上，工业机器人与机床有如下相同之处：二者的末端执行器都有位姿变化要求；二者都是通过坐标运动来实现末端执行器的位姿变化要求。

二者的主要不同之处有:机床是以直角坐标形式运动为主，而机器人是以关节形式运动为主；机床对刚度、精度要求很高，其灵活性相对较低；而机器人对灵活性要求很高，其刚度、精度相对较低4.工业机器人的结构类型有哪几类？各种类型的特点如何？答:工业机器人的结构类型有如下四类:关节型机器人，其特点是关节一般为回转运动副，灵活性好,工作空间范围大(同样占地面积329情况下），但刚度和精度较低；球坐标型机器人，其特点是按球坐标形式动作（运动）,灵活性好,工作空间范围大，但刚度、精度较差;圆柱坐标型机器人，其特点是按圆柱坐标形式动作,灵活性较好，工作空间范围较大，刚度、精度较好;直角坐标型机器人，其特点是按直角坐标形式动作，刚度和精度高,但灵活性差，工作空间范围小。

习题参考答案第一章1-1. 略。

1-2. 杆BC 为二力杆，N BC =8.64kN ，BC 杆受压。

梁AB 在铰链A 处所受约束反力：N A X =-6.11kN ，N A Y =2.89Kn 。

1-3. 1.575kN （压力）。

1-4. N A X =G/2，N A Y =G ；N BX =G/2，N B Y =0；N C X =G/2，N C Y =G 。

1-5. 11.25kN 。

1-6. 杆EF 和CG 均为二力杆，N EF =0.943kN ，N CG =-0.167kN ；A 处约束反力：N A Y =0.667kN ，N A Y =0.5kN 。

1-7. γGbl 2=。

1-8. 51.76N 。

1-9. 22kN 。

1-10. 固定铰链给予轮子一个大小为P 方向向上的约束反力，与轮边缘作用的向下的力P 形成一个力偶，这样才能与轮子所受的力偶相平衡。

1-11. (1)塔底约束反力：N A x =17.4kN ，N A y =243.5kN ，M =202.2kN ·m ；(2)N A x =6.39kN ，N A y =23.5kN ；N B x =6.39kN ，N B y =0。

第二章2-1. 两边200mm 段中的应力为100MPa ，应变为0.0005，伸长量为0.1mm ；中段应力为60MPa ，应变为0.0003，伸长量为0.06mm ；总伸长为0.26mm 。

2-2. 略。

2-3. 细段应力127.4 MPa ，粗段应力38.2 MPa ，总伸长量为0.733mm 。

2-4. AB 杆中的应力110.3 MPa ，BC 杆中的应力31.8 MPa ，均小于许用应力，故支架是安全的。

2-5.（1）x=1.08m ；（2）杆1中的应力44 MPa ，杆2中的应力33 MPa 。

2-6. 活塞杆直径d ≥62mm ，可取d =62mm ，螺栓个数n ≥14.8，取n=16（偶数）。

过程装备控制习题答案过程装备控制习题答案过程装备控制是工程领域中至关重要的一部分，它涉及到工业生产中的各个环节，如物料输送、温度控制、压力调节等。

在学习过程装备控制的过程中，习题是一种非常有效的学习方法。

本文将为大家提供一些过程装备控制习题的答案，帮助大家更好地理解和应用相关概念。

1. 什么是过程装备控制？过程装备控制是指通过控制系统对工业生产中的各个环节进行监测和调节，以实现生产过程的稳定和优化。

它包括了传感器、执行器、控制器等设备的应用，以及相关的控制算法和策略的设计与实施。

2. 过程装备控制的目的是什么？过程装备控制的目的是确保生产过程中的各个环节能够按照既定的要求进行运行，以实现生产效率的提高和产品质量的稳定。

通过对生产过程的监测和调节，可以避免生产中的不良品产生，提高产品的一致性和可靠性。

3. 什么是PID控制器？PID控制器是一种常用的过程装备控制算法，它通过对误差、偏差和积分项的计算和调整，来实现对过程变量的控制。

PID控制器的全称是比例-积分-微分控制器，它可以根据系统的实际情况进行参数的调整，以实现对过程变量的精确控制。

4. 如何调整PID控制器的参数？PID控制器的参数调整是过程装备控制中的重要一环。

一般来说，可以通过试控法、经验法和优化算法等方法来进行参数的调整。

试控法是指通过多次试验和调整来逐步找到最佳的参数组合；经验法是指根据经验和专业知识来进行参数的初步设定；优化算法是指通过数学模型和计算方法来寻找最优的参数组合。

5. 什么是反馈控制？反馈控制是一种常用的过程装备控制策略，它通过对系统输出的反馈信号进行监测和调整，来实现对系统输入的控制。

反馈控制可以根据系统的实际情况来调整控制器的输出，以实现对系统的稳定和优化。

6. 什么是前馈控制？前馈控制是一种常用的过程装备控制策略，它通过对系统输入的预测和调整，来实现对系统输出的控制。

前馈控制可以根据系统的预期要求来调整控制器的输出，以实现对系统的精确控制。

目录第一章压力容器导言 (1)第二章压力容器应力分析 (5)第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响 (13)第四章压力容器设计 (16)第五章储存设备 (23)第六章换热设备 (24)第七章塔设备 (26)第八章反应设备 (26)【概念题参考答案】 (27)第一章压力容器导言【教学基本内容和要求】1．了解压力容器基本组成和主要零部件；2．了解介质的毒性和易燃性，掌握压力容器几种不同分类方法；3．了解压力容器的质量保证体系的内容，了解常用压力容器标准和规范。

一．【思考题】1．介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？2．压力容器主要由哪几部分组成？分别起什么作用？3．《容规》在确定压力容器类别时，为什么不仅要根据压力高低，还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类？4．《容规》与GB150的适用范围是否相同？为什么？5．GB150、JB4732和JB/T4735三个标准有何不同？它们的适用范围是什么？6．过程设备的基本要求有哪些？要求的因素有哪些？7．在我们做压力容器爆破实验时发现，容器首先破坏的地方一般在离封头与筒体连接处一段距离的地方，而并非处于理论上应力集中的连接处的地方，请问原因何在？二．【判断题】1．压力容器主要是由筒体、封头、开孔与接管、支座以及安全附件组成。

（）2．易燃介质是指与空气混合的爆炸下限小于10％或爆炸上限和下限之差小于等于20％的气体。

（）3．高压容器（代号H）和超高压容器（代号U）是典型的第一类压力容器。

（）4．压力容器中，封头与筒体之间一定要有密封装置。

（）5．压力容器在设计时只要满足企业要求就行了，不需要满足GB150。

（）6．盛装毒性程度为高度危害介质的容器制造时，容器上的A、B类焊接接头应进行100%射线或超声检测。

（）7．压力容器分为三类：第一类压力容器，第二类压力容器，第三类压力容器，其中低压的具有极度毒性的压力容器属于第一类压力容器。

过程装备控制习题答案过程装备控制习题答案过程装备控制是工程领域中的重要课题，涉及到工业生产中的自动化控制、监测和优化。

在学习过程装备控制的过程中，习题练习是必不可少的一部分。

本文将为大家提供一些过程装备控制习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。

1. 什么是过程装备控制？过程装备控制是指在工业生产过程中，通过自动化控制系统对装备进行监测、控制和优化，以实现生产过程的高效、安全和稳定。

它涉及到传感器、执行器、控制器等装备的使用，通过数据采集、信号处理和控制算法的运算，实现对装备运行状态的监测和控制。

2. 过程装备控制的主要目标是什么？过程装备控制的主要目标是提高生产过程的效率、安全性和稳定性。

通过对装备运行状态的监测和控制，可以及时发现问题并采取相应的措施，避免生产事故的发生。

同时，通过优化控制算法和参数，可以提高生产过程的效率，减少能源和原材料的消耗。

3. 过程装备控制中常用的传感器有哪些？过程装备控制中常用的传感器包括温度传感器、压力传感器、流量传感器、液位传感器等。

这些传感器可以将装备运行状态转化为电信号，供控制系统进行处理和分析。

4. 过程装备控制中常用的控制器有哪些？过程装备控制中常用的控制器包括PID控制器、模糊控制器和自适应控制器等。

PID控制器是最常用的一种控制器，它通过比较实际值和设定值的差异，调整控制信号，使得装备的输出值趋近于设定值。

模糊控制器和自适应控制器则更加复杂，可以根据装备运行状态的变化，自动调整控制算法和参数。

5. 过程装备控制中常用的优化算法有哪些？过程装备控制中常用的优化算法包括遗传算法、模拟退火算法和粒子群算法等。

这些算法可以通过对控制参数的搜索和优化，找到使得装备运行状态最优的控制策略。

6. 过程装备控制中的常见问题有哪些？过程装备控制中常见的问题包括装备故障、控制信号失效和控制参数漂移等。

这些问题可能导致装备运行不稳定或者无法达到设定值，需要及时进行故障诊断和修复。

思考与练习题参考答案第4章执行器（1）执行器在过程控制中起什么作用？常用的电动执行器与气动执行器有何特点？答：执行器是过程控制系统中一个重要的组成部分，它的作用是接受来自控制器输出的控制信号，并转换成直线位移或角位移来改变调节阀的流通面积，以改变被控参数的流量，控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制，使生产过程满足预定的要求。

电动执行器能源取用方便，动作灵敏，信号传输速度快，适合于远距离的信号传送，便于和电子计算机配合使用。

但电动执行器一般来说不适用于防火防爆的场合，而且结构复杂，价格贵。

气动执行器是以压缩空气作为动力能源的执行器，具有结构简单、动作可靠、性能稳定、输出力大、成本较低、安装维修方便和防火防爆等优点，在过程控制中获得最广泛的应用。

但气动执行器有滞后大、不适于远传的缺点，为了克服此缺点，可采用电/气转换器或阀门定位器，使传送信号为电信号，现场操作为气动，这是电/气结合的一种形式，也是今后发展的方向。

（2）执行器由哪几部分组成？各部分的作用是什么？答：执行器由执行机构和调节机构（又称为调节阀）两个部分组成执行机构是执行器的推动装置，它根据控制信号的大小，产生相应的推力，推动调节机构动作。

调节机构是执行器的调节部分，在执行机构推力的作用下，调节机构产生一定的位移或转角，直接调节流体的流量。

（3）简述电动执行器的构成原理，伺服电机的转向和位置与输入信号有什么关系？答：电动执行机构由伺服放大器和执行机构两部分组成。

伺服放大器是由前置磁放大器、触发器，可控硅主回路及电源等部分组成。

执行机构又包括两相伺服电动机、减速器和位置发送器。

伺服放大器综合输入信号和反馈信号，并将该结果信号加以放大，使之有足够大的功率来控制伺服电动机的转动。

根据综合后结果信号的极性，放大器应输出相应极性的信号，以控制电动机的正、反运转前置级磁放大器是一个增益很高的放大器，来自控制器的输入信号和位置反馈信号在磁放大器中进行比较，当两者不相等时，放大器把偏差信号进行放大，根据输入信号与反馈相减后偏差的正负，放大器输出电压，控制两个晶体管触发电路中一个工作，一个截止。

第二章 习题1.试应用无力矩理论的基本方程，求解圆柱壳中的应力（壳体承受气体内压p ，壳体中面半径为R ，壳体厚度为t ）。

若壳体材料由Q245R （MPa MPa s b 245,400==σσ）改为Q345R （MPa MPa s b 345,510==σσ）时，圆柱壳中的应力如何变化？为什么？ 解：○1求用无力矩理论解圆柱壳中的应力 tpRpr tpRk 2sin 2===φδσσφθ ○2壳体材料由20R 改为16MnR ，圆柱壳中的应力不变化。

因为无力矩理论是力学上的静定问题，其基本方程是平衡方程，而且仅通过求解平衡方程就能得到应力解，不受材料性能常数的影响，所以圆柱壳中的应力分布和大小不受材料变化的影响。

2.对一标准椭圆形封头（如图所示）进行应力测试。

该封头中面处的长轴D=1000mm ，厚度t=10mm ，测得E 点（x=0）处的周向应力为50MPa 。

此时，压力表A 指示数为1MPa ，压力表B 的指示数为2MPa ，试问哪一个压力表已失灵，为什么？解：○1根据标准椭圆形封头的应力计算式计算E 的内压力：标准椭圆形封头的长轴与短轴半径之比为2，即a/b=2，a=D/2=500mm 。

在x=0处的应力式为：MPa abt p btpa 15002501022222=⨯⨯⨯===θθσσ ○2从上面计算结果可见，容器内压力与压力表A 的一致，压力表B 已失灵。

4. 有一锥形底的圆筒形密闭容器，如图所示，试用无力矩理论求出锥形底壳中的最大薄膜应力σθ与σφ的值及相应位置。

已知圆筒形容器中面半径R ，厚度t ；锥形底的半锥角α，厚度t ，内装有密度为ρ的液体，液面高度为H ，液面上承受气体压力p c 。

解：圆锥壳体：R1=∞，R2=r/cos α（α半锥顶角），pz=-[p c +ρg(H+x)]，φ=π/2-α,()()()()()()ααρααραρρσασπρπρπφφcos 23cos 231cos 232222222222t xtg R g tg x xRtg R x g H p R rt gRr r R x g H p R t r g Rr r R x g H p R F c c c -⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-++=++++==++++=1. ()[]()()()[]{}()αρααρρασσσααρσρααασαραρασααρσσσθφθθθθθθφcos 2210cos 2210cos 1cos max2221t g tg p Htg R g g p H tg R H p 。

过程装备与控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握过程装备的基本原理和结构组成，理解各类过程装备的工作机制。

2. 使学生了解控制系统的基本概念，掌握常见控制算法及其在过程装备中的应用。

3. 帮助学生掌握过程装备与控制系统的设计方法，培养其运用专业知识解决实际问题的能力。

技能目标：1. 培养学生运用CAD软件进行过程装备结构设计和控制系统原理图绘制的能力。

2. 提高学生运用仿真软件对过程装备与控制系统进行调试和优化的技能。

3. 培养学生团队合作能力和沟通表达能力，使其能在项目设计中有效协作。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程装备与控制领域的学习兴趣，激发其探索精神和创新意识。

2. 增强学生的环保意识，使其在设计过程中充分考虑节能、环保等因素。

3. 培养学生严谨、负责的工作态度，使其遵循工程伦理，注重工程质量。

本课程针对高年级学生，结合课程性质、学生特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果，以便后续的教学设计和评估。

在教学过程中，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和解决问题的能力，为未来从事相关工作打下坚实基础。

二、教学内容本章节教学内容主要包括以下三个方面：1. 过程装备基本原理与结构组成- 教材章节：第二章- 内容列举：流体机械、气压传动、温度控制装备等原理及结构组成；各类传感器、执行器的原理与应用。

2. 控制系统原理与应用- 教材章节：第三章- 内容列举：PID控制算法、模糊控制、神经网络控制等；控制系统原理图绘制与仿真。

3. 过程装备与控制系统设计方法- 教材章节：第四章- 内容列举：设计流程、设计原则、控制系统设计方法；典型过程装备与控制系统案例解析。

教学大纲安排如下：第一周：过程装备基本原理与结构组成学习。

第二周：控制系统原理与应用学习。

第三周：过程装备与控制系统设计方法学习。

第四周：案例分析与实践操作。

教学内容确保科学性和系统性，结合课程目标，注重理论与实践相结合，使学生能够系统掌握过程装备与控制相关知识，为后续课程设计和实践打下坚实基础。