机械制造自动化技术发展方向的研究及在飞机空调系统的应用毕业论文.docx

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机械制造自动化技术发展方向的研究及在飞机空调系统的应用毕业论文

　　机械制造自动化技术发展方向的研究及在飞机空调系统的应用毕业论文

目录

　　　一、前言..............................................4

二、机械设计制造及其自动化的发展方向..................5

三、如何发展机械制造自动化技术........................7　

　　　　四、机械自动化系统的优点与效益........................8

　　　　五、空调概述说明和操作................................10　

　　　　六、飞机空调原理概述..................................15

七、飞机空调主要部件介绍..............................18　　　　

八、结论..............................................21

1、前言

1.机械自动化的产生和定义

早在1971年日本的《机械设计》杂志副刊上刊登了机电一体化这一名词，后来随着机电一体化的发展而被广泛的应用。

美国机械工程师协会于1984年为现代机械下了如下定义：

“由计算机信息网络协调与控制的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和（或）机电部件相互联系的系统”。

它与前面提及的机电一体化是一致的，因此可以说现代机械就是指机电一体化系统。

20世纪90年代国际机器与机构理论联合会，给出了这样的定义，机电一体化是精密机械工程、电子控制和系统思想在产品设计和制造过程中的协同结合。

因此又可以说机电一体化就是在机械设计制造及其自动化基础上的发展。

2.机械自动化的科学技术

机械设计制造及其自动化是机械技术和电子技术为主体，多门技术学科相互渗透、相互结合的产物，是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科，机械自动化使机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电器化”迈入了以“机械自动化”为特征的发展阶段。

它的发展至今已经成为一门有着自身体系的新型学科，随着生产和科学技术的发展，还将不断被赋予新的内容。

但其最基本的特征可概括为：

机械自动化的设计制造是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感检测技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织结构目标，在多功能、高质量、高可靠性，低能耗的意义上实现特定功能价值并使整个系统最优化的系统工程技术。

需要强调的是，机械自动化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合性技术，而不是机械技术，以及其他新技术的简单组合、拼凑，这就是现代机械与机械电气化在概念上的根本区别。

现代机械设计制造出的产品，不仅是人和手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的延伸，具有智能化的特征是现代机械自动化和传统的机械在功能上的本质区别。

二、机械设计制造及其自动化的发展方向

我国从20世纪80年代初才开始这方面的工作研究和应用，研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作，并取得了一定的成果。

但与日本等先进国家相比，仍有相当差距。

任何一门科学都是由基础理论、技术和工程系统组成的完善体系。

机械自动化在技术和工程系统方面已有很大的发展，但基础理论方面尚在发展中，还很不完备，所以今后的发展方向是：

1、机电一体化

机电一体化就是机械自动化的发展和延伸，传统的机械产品只有向机电一体化方向发展，才是机械工业发展的唯一出路。

2、智能化

智能化是21世纪机械自动化技术发展的一个重要发展方向。

这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心里学、生理学和混饨动力学等新思想、新方法、模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得更高的控制目标。

诚然，使机械自动化产品具有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。

3、模块化

模块化是一项重要而又艰巨的工程。

由于机械自动化产品种类和生产厂家繁多。

研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机械自动化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。

如研制集减速、智能减速、电动机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元以及各种能完成典型操作的机械装置。

这样，可利用标准单元迅速开发出新的产品，同时也可扩大生产规模。

显然，从电气产品的标准化、系例化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机械自动化单元的企业还是对生产机械自动化产品的企业，模块化将给机械自动化企业带美好的前程。

4、网络化

20世纪90年代，计算机技术的突出成就是网络技术。

网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育以及人们日常生活带来了巨大的变革。

各种网络将全球经济、生产连成一体，企业间的竞争也趋于全球化。

机械自动化的新产品一旦研制出来，只要其功能独道，质量可靠，很快会畅销全球。

由于网络化的普及，基于网络的各种远程控制和监测技术方兴未艾、而远程控制的终端设备本身就是机械自动化产品。

现场总线和局域网技术使家用电器网络化已成大势。

利用家庭网络将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统，使人们在家里充分享受各种高技术带来的便利和快乐。

因此，机械自动化产品无疑朝着网络化方向发展。

5、微型化

微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机械自动化向微观领域发展的趋势。

国外将其称为微电子机械系统，或微机械自动化系统，泛指几何尺寸不超过1cm3的机械自动化产品，并向微米、纳米级发展。

微机械自动化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息、等方面具有不可比拟的优势。

微机械自动化发展的瓶颈在于微机械技术，微机械自动化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。

6、绿色化

工业的发达给人们生活带来了巨大的变化。

一方面，物质丰富，生活舒适：

另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染，于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。

绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势，绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害及少，资源利用率最高。

设计绿色的机械自动化产品，具有远大的发展前途。

机械自动化产品的绿色化主要是指使用时不污染环境，报废后能回收利用。

7、人格化

未来的机械自动化更加注重产品与人的关系，机械自动化的人格化有两层含义.。

一层是机械自动化产品的最终使用对象是人，如何赋予机械自动化的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化，另一层是模仿生物机理、研制各种机械自动化产品，实事上，许多机械自动化产品都是受动物的启发研制出来的。

三、如何发展机械制造自动化技术

　　　首先先介绍机械自动化技术的应用与发展是机械制造业技术改造、技术进步的主要手段和技术发展的主要方向。

就如何发展机械制造自动化技术从四方面进行阐述。

机械自动化，主要指在机械制造业中应用自动化技术，实现加工对象的连续自动生产，实现优化有效的自动生产过程，加快生产投入物的加工变换和流动速度。

机械自动化技术的应用与发展，是机械制造业技术改造、技术进步的主要手段和技术发展的主要方向。

机械自动化的技术水准，不仅影响整个机械制造业的发展，而且对国民经济各部门的技术进步有很大的直接影响。

如何发展我国的机械自动化技术，应实事求是，一切从我国的具体国情出发，做好各项基础工作，走中国的机械自动化技术发展之路。

１．结合生产实际，注重实用发展机械自动化技术。

２．发展投资少、见效快的低成本自动化技术。

发展低成本自动化技术，潜力大，前景广，投资省，见效快，提高自动化程度，可以收到事半功倍的经济效果，适合我国现阶段的发展需要和国情。

３．结合中国国情，发展现代机械自动化技术。

实现机械自动化是一个由低级到高级、由简单到复杂、由不完善到完善的发展过程。

当机械的操作采用自动控制器后，生产方式才从机械化逐步过渡到机械控制（传统）自动化、数字控制自动化、计算机控制自动化。

只有建立了自动化工厂后，生产过程才能全盘自动化，才能使生产率全　面提高，达到自动化的高级理想阶段。

中国实现机械自动化技术应是一个长期的过程，不可能一蹴而就。

当前，中国机械制造业同世界先进水准也存在阶段性差距。

在我国这种国情下，普遍发展应用计算机集成制造系统的“全盘自动化”或“高度自动化”，并不具备必要的基础技术、经验和投资能力。

因此，要不要普遍发展全盘自动化或高度自动化ＣＩＭＳ技术，一定要慎重行事。

要努力做到从我国机械制造业的实际情况出发，发展创新，形成有国情特征的发展自动化技术理论和学说，进行围绕计算机技术的柔性自动化技术的开发研究，以适用为前提，急需什么就解决什么，取得实践经验再推广应用。

４．抓好基础，注重配套发展机械自动化技术。

发展应用机械自动化技术，要扎扎实实地抓好自动化技术应用项目的基础工作和从实际出发的推广应用工作，既要发展主机，也要配套发展自动化元件及控制系统。

总之，我国机械制造业发展应用自动化技术，不但要起点高，瞄准世界先进水准，而且必须包括各种灵活的低成本、见效快的自动化技术，坚持提高与普及相结合的方针，我国的机械自动化技术发应应用才能健康地走上高速度、高质量和高效益之路。

四、机械自动化系统的优点与效益

随着机械自动化技术的快速发展，机械自动化产品有逐步取代传统机电产品的趋势，与传统机电产品相比，机械自动化产品具有高的功能水平和附加值，它将给开发生产者和用户带来社会、经济效益。

1、生产能力和工作质量提高

机械自动化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，通过自动化控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响，从而实现最佳操作，保证最佳的工作质量和较高的产品合格率。

同时，由于机械自动化产品实现了工作自动化，所以生产力大大提高。

例如:

数控机床对工件的加工稳定性大大提高,生产效率比普通机床提高5～6倍。

柔性制造系统的生产设备利用率可提高1.5～3.5倍，机床数量可减少约50%，节省操作人员约50%，缩短生产周期40%，使加工成本降低50%左右。

此外，由于机械自动化工作方式具有可通过调整软件来适应需求的良好柔性，特别适合于多品种、小批量产品的生产、是缩短产品开发周期、加速更新换代的重要途径。

2、使用安全性和可靠性提高

机械自动化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。

在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，能自动采取保护措施，避免和减少人身与设备事故，显著提高设备的使用安全性，机械自动化产品由于采用电子元器件，减少了机械产品中的可动构件和磨损部件，从而使其具有较高的灵敏度和可靠性。

故障率降低，寿命得到了延长。

3、调整和维修方便，使用性能改善

机械自动化产品在安装调试时，可通过改变控制程序来实现工作方式的改变，以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。

这些控制程序可通过多种手段输入到机械自动化产品的控制系统中，而不需要改变产品中的任何部件和零件。

对于具有存储功能的机械自动化主品，可以事先存入若干套不同的执行程序，然后根据不同的工作对象，给定一个代码信号输入

即可按指定的预定程序进行自动工作。

机械自动化产品的自动化检验和自动

监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施，使工作恢复正常。

由于机械自动化产品普遍采用程序控制和数字显示，操作按钮和手柄数量显著减少，使得操作大大简化，并且方便、简单。

机械自动化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥，系统可重复实现全部动作。

高级的机械自动化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序，实现自动化最优化操作。

4、具有复合功能，适用面广

机械自动化产品跳出机电产品单技术、单功能限制，具有复合技术和复合功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。

机械自动化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能，能应用于不同的场合和不同领域，满足用户需求，应变能力较强。

5、改善劳动条件，有利于自动化生产

机械自动化产品自动化程度高，是知识密集型和技术密集型产品，是将人们从繁重的体力劳动中解放出来的重要途径，可以加速工厂自动化、办公自动化、农业自动化、交通自动化甚至是家庭自动化，从而可促进我国四个现代化的实现。

6、节约能源，减少耗材

节约一次和二次能源是国家的战略目标，也是用户十分关心的问题，机械自动化产品通过采用低能耗驱动机构，最佳的调节控制，以提高设备的能源利用率，可达到明显的节能效果。

同时，由于多种学科的交叉融合，机械自动化系统的许多功能一方面从机械系统转移到微电子、计算机系统，另一方面从硬件系统转移到软件系统，从而使得机械自动化产品系统朝着轻小型方向发展，减少了材料消耗。

所以，无论是生产部门还是使用单位，机械自动化技术和产品的应用，都会带来显著的社会和经济效益。

正因为如此，世界各国，首先是日本、美国、欧洲各国都在大力发展和推动机械自动化技术。

5、空调概述说明和操作

　　　1.概述

在增压的机舱内空调系统保持空气适当的压力,温度和新鲜度。

在正常情况,引气系统从下列组件供气到空调系统:

-主发动机压气机,

-APU压气机,

-高压地面空气供给组件。

热压缩空气冷却,调节并提供到机舱,然后经过放气活门排出舱外。

也可以经过低压地面接头提供调节空气到分配系统。

2.系统概述

在增压的机身内空调系统给出令人满意的压力值,温度和新鲜空气。

A.分系统

空调系统含有下列分系统:

-分配系统

-增压控制系统,

-空气冷却,

-温度调节器。

（1）分配系统

分配系统传递调节空气到增压的机身。

（2）增压控制系统

增压控制系统控制机身内的压力。

它全自动地操作并拥有人工备份。

控制压

力改变比率以达到对于乘客和机组人员安全和舒适的令人满意的压力值。

（3）空气冷却系统

空气冷却系统降低从引气系统来的热引气的温度。

它也减少热引气中的水

量。

如果在两个空调组件内有故障,提供应急冲压空气。

缩略语说明:

APU辅助动力装置

ENG引擎

X-bleed交输引气

（4）温度控制系统（参考21-60-00）

温度控制系统控制提供到驾驶舱和客舱的空气温度。

在驾驶舱和客舱内可单

独地调节温度。

B.供气量和流量分离

对于正常操作和最重要的故障情况,提供给驾驶舱和客舱的总气流显示在表格1

内。

所有的情况是额定值。

（1）新鲜空气总量（表1）

f*Qvs*Pc

-Q=2.87*Tc

-Q=大量流量kg/s

-f=选择流量因数（0.8/1.0/1.2）

-PC=客舱压力mbar

-TC=客舱温度297K

-Qvs=在海平面正常的流量0.928cbm/s

-2.87=恒定的因素

用上面的公式所得的额定值:

地面kg/s巡航kg/s

正常流量（100%）1.1020.817

最小流量80%标准。

80%标准。

最大流量120%标准。

120%标准。

一个组件关断60%标准。

60%标准。

这些额定流量能够有加5%或者减2%的变化。

新鲜空气从APU的总需求:

热天+38℃（100.4°F）1.00kg/s

冷天-23℃（-9.4°F）1.28kg/s

常温天-5℃（+23°F）到+30℃（86°F）0.82kg/s

4.接口

空调系统有接口与:

-中央故障显示系统（CFDS）（参见31-30-00）,

-系统数据集获器（SDAC）（参见31-55-00）,

-显示管理计算机（DMC）（参见31-63-00）

-飞行警告计算机（FWC）（参见31-53-00）

-电源系统（参见24-00-00）,

-客舱-内部通信数据系统（CIDS）（参见23-73-00）,

-发动机接合面组件（EIU）（参见73-25-00）,

-引气监控计算机（BMC）（参见36-11-00）,

-烟雾探测控制装置（SDCU）（参见26-17-00）,

-起落架控制和接口组件（LGCIU）（参见32-31-00）,

-电子控制盒（ECB）（参见49-61-00）,

-大气数据计算机（ADC）（参见34-12-00）

-机翼防冰系统（WAI）（参见30-11-00）

-吊架防冰系统（NAI）（参见30-21-00）

-数据管理组件（DMU）（参见31-36-00）.

6、飞机空调原理概述

　　冷却系统是从气源总管得到高温空气，控制流量，并进行制冷。

FCSOV决定气源空气能否进入冷却组件，并控制流过的空气流量；温度控制系统主要有两种可选方式，一是自动方式：

当温度选择器位于自动方式时，温度调节器感受座舱温度和分配总管温度，反复调节混气活门位置，控制冷热空气的混合比例，使座舱温度和选择器选定温度相一致，并起保护作用。

二是人工方式：

当温度选择器位于人工方式时，选择器直接对混气活门定位。

活门位置和座舱（或管道）温度可由P5板上的指示器得到；分配系统是将合适温度、合适流量的空调气体分配到驾驶舱和客舱；而再循环系统则是将循环之后、要排出前溢流活门的空调气体，收集、过滤后注入空调分配总管，再次分配到座舱循环，可以节省引气。

  货舱加温系统是在座舱循环之后的空调气体，通过地板缝隙，环绕货舱侧壁流动，可以给货舱加温；设备冷却系统主要是为电子/电气设备舱、电子飞行仪表系统、P6板等提供冷却空气。

热通道较简单，就是发动机引来气体中的一部分，经过调节活门直接到达输送到混合腔的通路。

冷却系统概述

 图2 B737空调系统—冷却系统原理图 

      空调系统的热空气主要是来自发动机5级引气，当5级引气不足时，9级引气也可提供热空气。

而热空气通过FCSOV分四路分别至两个TCV、掺混空气系统和主热交换器。

主TCV主要用来控制组件出口温度，而备用TCV其

主要作用是防止涡轮出口结冰，同时也作为主TCV故障时的备用控制。

经过主热交换器，热交换器是将周围环境中的大气从空调舱前端引入，通过热量交换，将高温引气中的绝大部分热量从空调舱的后端带走，散发到大气中，使流过气体的温度降低。

冷却后的气体到达ACM的压气机端，压气机对气体做功，使其温度和压力小幅升高。

从压气机出来的气体到达第二级热交换器，热量交换后，气体温度再次降低，降温后的气体通过水分离管道第一次进入再加热器（通过再加热器热端），然后进入冷凝器。

冷凝器属格栅式结构，有两个通道，一个冷空气通道和一个热空气通道，这两个通道以十字交叉的形式盘旋在一起，使冷热空气得到充分的热量交换，将热空气中的水蒸气由不饱和状态变成饱和甚至过饱和状态。

湿空气离开冷凝器的热空气通道，进入高压水分离器。

高压水分离器主要由静止的旋流器、带有许多小孔的内壳体和外壳体组成。

含有水珠的气流通过旋流器，气流在内壳体内旋转，由于水珠的动能大，水珠甩向带有小孔的内壳体壁面并收集起来，排向热交换器的外表面，由冷却空气带走。

干燥的空气离开水分离器到达涡轮冷却器的涡轮端，气体驱动涡轮旋转，同时在涡轮的收缩通道中增速减压，将热能转化为机械能，由热空气变成冷空气。

从涡轮端出来的冷空气进入冷凝器的冷空气通道，通过热量交换后到达最终目的地混合室。

冷热空气在混合室充分混合后，便可输送到驾驶舱、座舱。

七、飞机空调主要部件介绍

在此，对冷却系统部分重要部件进行简要介绍。

      图1 空调系统的子系统

4.1 流量控制关断活门（FCSOV）

图3 FCSOV原理图

FCSOV原理简述：

•   当电磁阀C的关闭线圈通电时，作动器上腔通大气，活门关闭；

•   当电磁阀C的打开线圈通电时，活门上游的压力经压力调节器调节后，进入作动器上腔，活门打开。

•   若电磁阀B也通电，则作动器上腔通过自动流量伺服控制器放气，放气量决定了控制器上腔的压力，也决定了活门的开度，此开度对应的流量为55ppm；

•   若电磁阀B断电，则作动器上腔通过APU和高流量伺服控制器放气，此时的放气量也决定一个活门开度，此开度对应的流量为80ppm。

•   如果电磁阀B断电时，线圈A通电，则活门上游的高压被引到APU和高流量伺服控制器的顶端，APU和高流量伺服控制器的放气量减少，活门开度增大，此开度对应的流量为100ppm。

•   随着流量的增加，文氏管踩压口的静压减小，下游压力口的总压增大，从而使腔B的压力减小，腔C的压力增大，进而使伺服控制活门打开，并将腔A的压力降低，减小活门开度。

反之，则增加活门开度。

4.2 空气循环机（ACM）

                                            图4 空气循环机（ACM）

ACM原理简述：

•   热空气流过涡轮机时，绝热膨胀，将热能、压力能转化为机械能，带动涡轮转动，自身温度大幅下降。

涡轮驱动压气机转动，通过增压作功把能量再交给空气，空气在经过次级热交换器时，把热量交给冲压空气。

8、结论

因为现代机械自动化在设计和制造上具有多功能、高质量、高可靠性，低能耗的意义所以机械的设计、制造、都是围绕着机械自动化来进行的。

机械自动化技术所面临的共性关健技术是传感检测技术、信息处理技术、伺服驱动技术、自动化控制技术、接口技术、精密机械技术及系统总体技术等。

所以说，机械自动化系统就是机电一体化系统。

机电一体化的发展就是机械自动化的发展，所以广大设计人员应清醒的认识到机械设计制造只有向机械自动化设计制造方向发展，才是机械工业发展的唯一出路。

所以设计人员不能只热衷于技术引进，不能仅仅安心于作为新技术的传播者，而应该作为新技术产业化的创造者。

为机电一体化技术发展开辟广阔的天地。