机械创新设计实验实验报告

       —气动加工中心的设计

                                      

一、实验目的

1、熟悉慧鱼模型的各个模块，了解机器人的基本结构。

2、能够运用计算机编程，合理控制机器人的运动。                            

3、通过实验提高动手能力和创新技能，对创造技法有一定的了解。

4、了解的气动加工中心结构原理、结构特点、结构与运动之间的关系。

5、了解气动加工中心气阀与活塞之间如何协调运动、定准点位进行加工。

二、实验仪器

1）Computig Starter模型一套；

2）慧鱼专用电源一套；

3）PC机一台；

4）LLWIN 软件一套；

5）智能接口板一块；

6）还根据不同的实验机器人，包括可充电电池和远红外遥控添加组等设备。

三、机器人的机械本体结构

   

气动加工中心的实物图如图所示，气动加工中心具有两自由度，通过三个气阀开关、一个气泵和一个弹簧来实现。小磁铁M1负责摆臂左摆，小磁铁M2负责摆臂右摆，小磁铁M3负责加工器械推出，弹簧将加工器械收回，开关E8发出指令开始一组动作。气动加工中心展示了一个完全的简单的具有两个自由度的机械手臂的运动。气动加工中心通过M1、M2控制左右旋转，然后由M3和弹簧控制加工器械的伸缩。气动加工中心在两个自由度方向同时进行旋转、伸缩运动。在控制程序中设置了小磁铁M1、M2、M3的开闭时间因此能控制气动加工中心进行两个位置的加工。两个点位加工完毕，摆臂复位。

接口板输入输出端口测试表

四、机器人实验控制程序

 

第二篇：创新实验报告

研究的意义：

    我国是水泥生产大国，而水泥粉磨技术又直接影响到水泥工业的振兴和发展。在水泥厂中每生产一吨水泥需要粉磨的各种物料就有3—4种之多，粉磨电耗占工厂总电耗的65％一70％，粉磨成本占水泥生产总成本的35％左右，而粉磨系统的维修量占全厂设备维修量的60％。显而易见水泥粉磨工艺的优劣对水泥生产效益影响极大。在我国，全行业节能措施的大力实施正方兴未艾。水泥工业是高耗能工业，其中粉磨作业是耗能最大的环节，占水泥生产总电耗的60％～70％，同时，粉磨又是一种效率极低的作业，在粉磨过程中95％以上的能量最终转化为热量而白白散失。

而且当水泥细度增加时由于细颗粒聚集现象造成水泥选粉效率下降，会导致粉磨效率急速下降。为降低水泥工业中能量的损失和提高粉磨效率，目前比较合理的措施是在粉磨作业中使用水泥助磨剂。在磨机中添加0．01％～0．05％的助磨剂，便能明显地提高水泥产量5％～30％。我国水泥产量巨大，水泥助磨剂的应用对我国节能减排具有重大的现实意义，一方面，水泥助磨剂的使用，可以提高水泥台时产量，降低粉磨电耗，另一方面，由于水泥助磨剂具有增强作用，可以降低水泥熟料用量，减少熟料生产的煤电消耗。目前我国水泥混合材掺量平均为25％，通过采用助磨剂使水泥中的熟料用量减少5％是完全能办到的，由此可以节约7千万t的天然资源，少排放约5千万t的C02、粉尘和其他有害气体。

国内外研究现状：

从20世纪30年代起，水泥助磨剂在水泥工业生产中就开始使用。目前，水泥助磨剂多是选用多元醇、胺或氨基醇类物质简单复配而得。但是，随着水泥助磨剂向高性能化方向发展，此类水泥助磨剂已经不能完全满足市场的多元化、高层次需求。而随着石油等化工原料的价格上涨，复配助磨剂的价格也不断上涨，因而催生了新一代高分子合成水泥助磨剂的研究。申请者试验发现聚羧酸减水剂及其合成主要原料对水泥粉磨都有一定的助磨作用，而且粉磨过程中加入聚羧酸减水剂后所制备的水泥净浆流动性明显优于相同粒度的空白试样，所以聚羧酸减水剂可以作为助磨剂用于工业生产中。

    目前混凝土减水剂的生产都是通过化工合成工艺生产获得，在混凝土拌制过程中掺入而起作用。国内外减水剂主要分为三大系列，一是木质素磺酸盐减水剂；二是磺化芳香族聚合物减水剂；三是聚羧酸类减水剂。木质素磺酸盐类减水剂缓凝现象比较严重，其原料是工业废液，木质素性能和有毒有害化学物质影响作用难以控制，而且其减水率仅在8％—13％左右，但由于其价格低廉，国内仍在使用。萘系减水剂具有生产工艺成熟、不引气、不缓凝、水泥适应性好等特点而成为目前使用最多的减水剂品种。但是坍落损失较大，难以满足实际工程的施工要求，一般需要通过复合实现保坍性，有许多复合产品质量不稳定，影响混凝土的凝结硬度和耐久性，而且该产品大多使用甲醛、浓硫酸制备而成，制备过程环境污染严重，且还受到原料萘资源的影响，国内萘资源无法满足化工工业需求。三聚氰胺系减水剂其减水增强作用略优于萘系减水剂，但是在使用量和价格上高于萘系，另外由于储存时间短、坍落度损失大、使混凝土发粘等原因，实际应用较少。氨基磺酸盐也是一种高效减水剂，合成工艺较萘系简单，减水效率高，坍落度损失小，但是对掺量和水泥都比较敏感，缓凝效果明显，目前主要与萘系复合使用。聚羧酸类减水剂由于减水率高(30％以上)、掺量少、保坍性能好、后期强度大、引气量和缓凝较为适中，适宜配制高流动性、自密实混凝土等。其合成原料不使用甲醛，对环境没有影响，以上优异性能使其成为全新的高性能减水剂，被认为是第三代高效混凝土减水剂的代表品种。其合成工艺主要分两步进行，第一步是酯化反应，在反应釜中在强酸催化作用下进行酸碱脱水酯化；第二步是将具有反应活性的大单体在引发剂作用下进行共聚合反应，获得产品。在此过程中需要将反应物加热到90℃左右，不停的搅拌，加入催化剂、阻聚剂、引发剂等多种助剂，既消耗大量能量，又对环境造成污染。

存在的问题：

    从以上分析可以看出，将聚羧酸减水剂合成原料按一定比例在水泥粉磨过程中加入，既能提高水泥粉磨效率，又能获得具有良好流动性的水泥，既避免了减水剂、助磨剂合成过程中的能耗与污染，又充分利用了水泥粉磨过程中的无用能耗。但目前未见关于此方面的研究报道。

我国对水泥助磨剂的研究与应用起步比较晚。20世纪50年代后期，我国一些水泥厂曾使用纸浆废液、煤和肥皂废液等作为水泥助磨剂，效果不甚明显。20世纪70年代初，不少水泥企业和科研部门对水泥助磨剂开展了广泛的研究和使用工作。上海同济大学材料科学与工程学院、原四川水泥研究所和华南工学院等科研单位以及各地的水泥企业，先后使用水泥助磨剂进行了试验室和工业性试验及生产应用。所采用的水泥助磨剂一般是化工厂的副产品或下脚料以及废液、废渣等，均取得较好的效果。但由于水泥助磨剂在当时来说价格相对较贵，生产企业分布较少，再加上我国当时的水泥细度普遍较粗，水泥企业对使用水泥助磨剂的兴趣不大、迫切性不强，一直难以推广使用。

在水泥生产过程中，用于粉磨的电力消耗很高， 有资料表明，水泥粉磨阶段能量的利用率极低，有95％～99％的能量损失，国内外还没有彻底解决这个问题的方法．因此助磨剂的应用已成为当今水泥工业生产中用来提高粉磨效率、改善水泥性能、节能降耗、降低成本的主要手段之一．近年来出现了能源危机，国家对节能技术更加蕈视．同时，助磨剂市场庞大、品种繁多，加之我国助磨剂发展走了好多弯路，存在许多问题，使得大多数水泥企业对其望而却步，形成抵触情绪，不利于助磨剂的推广和使用。市售助磨剂主要采用有机、无机材料复配而成，并不是严格意义上的有机合成的产品．其产品的主要缺点是稳定性差、成本较高．因此，对水泥助磨剂的深入研究和应用势在必行．

主要目标：

 （1）解决的科学问题是“水泥机械粉磨条件下助磨剂化学合成问题”，包括反应原料在粉磨介质上的吸附问题，在粉磨机械力诱导作用下的反应问题以及反应产物在粉磨介质上的吸附问题。

（2）本研究将为助磨剂合成探索出一种简单节能的方法；

（3）初步探明减水剂在粉磨过程中的反应过程，分析出添加物对水泥粉磨过程的影响规律；

（4）本研究过程中将发表中文核心以上期刊论文2篇以上；

主要内容：

（1）确定初步的实验方案，进行多次前期试验，确定原材料的种类、配比以及各参数的合理取值范围，进行筛选;

（2）在前期试验的基础上，采用正交设计方法进行试验，对聚合温度、聚合时间、单体品种以及用量、引发剂用量等进行单因素影响试验，确定最佳合成工艺，合成出聚羧酸高性能助磨剂。

（3）研究助磨剂合成机理，在水泥粉磨过程中加入合成助磨剂的药品，利用球磨机产生的热量来合成助磨剂，研究不同原料配比对合成出的助磨剂性质的影响。

（4) 在国内外对水泥助磨剂的研究基础之上，对助磨剂的掺量和其助磨效果进行研究。

（5）研究掺入助磨剂后，水泥产品中的颗粒特性，包括粉体细度，比表面积、颗粒级配，并研究助磨剂对水泥物理性能的影响规律。

采取的研究方法：

    通过化学合成的方法合成助磨剂：将丙烯酸和聚乙二醇按一定量在90℃下反应一定时间生成酯，搅拌，抽真空；取一定量的酯，水和丙烯酸加入到三口容量瓶在90℃下保温2--3h，将所得产物配成溶液，加适量NaOH将溶液调成中性或碱性

                           

    通过实验小磨将各种原料和助磨剂按一定掺量混合、粉磨得到水泥颗粒，通过筛分得到一定细度的水泥颗粒。用比表面积测定仪测水泥的比表面积，复压筛析仪测水泥细度，深入研究助磨剂对水泥性能的影响。

（二）研究方法和技术路线

1、采取的理论分析、计算、实验方法和步骤及其可行性：

实验方法和步骤：

    首先选用目前聚羧酸减水剂生产的常用原料，在快速研磨机中利用磨球研磨能量进行合成反应，利用化学分析方法测定化学反应程度，用水泥净浆流动度表征合成产物的减水性能。探索原料配比、研磨介质量以及研磨时间等对减水剂性能影响的规律；

接着在试验小磨中模拟水泥粉磨生产过程，采用粉磨所获得水泥的净浆流动性表征试验结果优劣。研究聚羧酸减水剂在水泥粉磨条件下的性能变化规律，研究减水剂原料配比、掺量、粉磨时间等条件对减水性能的影响规律；

研究减水剂原料单独及其混合物以及化学反应产物在水泥颗粒表面吸附和解吸附过程，研究根据以上试验数据分析机械力诱导的减水剂合成反应机理。

实验结果：

                      微波合成法正交试验表

实验结论：

通过实验，本文对聚水解马来酸、聚乙二醇和三乙醇胺为主要原料的聚羧酸助磨剂的合成工艺及掺量进行了一系列的探讨，得出了如下结论：

(1)加热套合成法：负压筛余、休止角和D90随着掺量的增加而逐渐减小；比表面积掺量小于0.1%时增加很快，达到0.5%时有所减小，超过0.5%后还是随着掺量的增加而增加。

(2)微波合成法:负压筛余和D90小于加热套合成法、快速研磨法、原位合成法等三组；休止角仅次于快速研磨法（C组）；比表面积仅次于原位合成法（D组）。

(3)快速研磨法：负压筛余较大；比表面积随掺量增加而增加；休止角和D90随随掺量增加而减小。

(4)原位合成法：负压筛余随掺量增加而减小，超过0.5%掺量后反而增加；比表面积随掺量增加而增加；休止角随掺量增加而减小；D90随掺量增加而减小，趋近2%掺量的反而有所增加。

（5）水泥助磨剂在水泥熟料的粉磨过程中起到了十分显著的效果，为水泥熟料的粉磨过程减少能耗，增加生产速率的长远发展提供了可能。四种合成工艺合成的助磨剂在对水泥熟料粉磨中所起的作用效果不尽相同，同种助磨剂的不同掺量对熟料粉末的作用效果也有所不同。本实验通过一系列的实验研究得出了如下结论：一组最佳配料比为：

微波合成法最佳合成工艺：合成时间，10min；反应温度，93℃；掺量，1%。

机械力化学作用在现实生产生活的实用性是很有可能的，为其他行业的机械力化学作用反应的应用提供了一定的可能，减少能耗同时减少废弃物的产生，为人与自然的和谐相处做了一点点贡献。