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機械非標設(shè)計基本知識范文第1篇

【關(guān)鍵詞】高職教育 機械設(shè)計基礎(chǔ) 課程改革

0 引言

高等職業(yè)技術(shù)教育是為社會培養(yǎng)高等應(yīng)用性實用型技能綜合式人才，讓學生充分就業(yè)。而《機械設(shè)計基礎(chǔ)》是高職機械類專業(yè)一門很重要的主干基礎(chǔ)課，主要內(nèi)容包括機械傳動知識、常用機構(gòu)、軸系零件等，但它同時也是一門能直接用于生產(chǎn)的設(shè)計性課程，旨在培養(yǎng)學生綜合運用選修課程中所學知識和技能，解決機械工程實際問題的能力，為后繼專業(yè)課程教學和學生日后從事設(shè)計工作打下堅實基礎(chǔ)。因此，它的教學直接影響到學生后續(xù)課程的學習，對培養(yǎng)學生具有機械設(shè)計知識、設(shè)計技能和創(chuàng)新設(shè)計的能力尤為重要。因此，如何教好這門課，是當前高職院校機械類專業(yè)需要認真研究探討和解決的問題。

1 機械設(shè)計基礎(chǔ)教學中存在的問題

隨著教學改革的深入和課程體系的調(diào)整，《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程的知識不斷更新，需要學生掌握的東西越來越多，既要學生掌握必要的理論知識，又要能對知識點進行運用，由于該課程涉及知識點多、難度大，并具有一定的實踐性，高職學生自身基礎(chǔ)知識的薄弱使他們對各章節(jié)之間的教學聯(lián)系缺乏清晰的認識，學習效果差。如果只滿足于給學生講道理，這樣的教學過程完成后，學生僅僅簡單地記住了一些名詞術(shù)語或要點，對知識點的理解和運用仍然沒有質(zhì)的提高。傳統(tǒng)的教學經(jīng)常把理論與實踐相分離來進行教學，這樣的結(jié)果是學生到上設(shè)計課的時候已經(jīng)忘記了前面學習的理論知識，不能很好地突破該課程的重點、難點，學生大多只是為了一時完成任務(wù)，勉強交上一份設(shè)計，但對于機械設(shè)計的實踐運用能并沒得到真正的提高。為了更好地幫助學生解決就業(yè)，培養(yǎng)社會需要的技能型人才，對教學方法的改進迫在眉睫。

2 整合課程內(nèi)容，調(diào)整課程結(jié)構(gòu)

2.1 對于教材中過深的、不必要的理論知識，予以大膽刪除

高等職業(yè)教育培養(yǎng)目標強調(diào)的是人才的應(yīng)用性，其畢業(yè)生所從業(yè)的崗位，決定了他們沒有必掌握計算公式、定理、方法等的推導(dǎo)過程，而更應(yīng)注重于如何運用這些公式、方法等來解決實際設(shè)計問題。因此，對教材中一些過深的、不必要的理論推導(dǎo)、證明都應(yīng)予以刪除，以便學生集中精力掌握這些公式、定理、方法的實際應(yīng)用，解決實際設(shè)計問題。這樣更符合培養(yǎng)目標的要求。例如：平面四桿機構(gòu)的設(shè)計方法中的解析法；齒輪傳動中按輪齒齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度設(shè)計計算公式的推導(dǎo)過程；凸輪機構(gòu)常用的從動件運動規(guī)律的推導(dǎo)過程等等都應(yīng)刪除。而以機械傳動、機械零件的設(shè)計為重點，保證實用性。

2.2 落實課程設(shè)計所必要的基本知識和基本理論，側(cè)重基本設(shè)計方法和實踐性內(nèi)容

機械設(shè)計所需的基本知識和基本理論、緊密結(jié)合工程實際且多樣化的設(shè)計方法，是培養(yǎng)機械設(shè)計能力的根本保證，教學時應(yīng)以設(shè)計為線索，以解決實際問題為目標，構(gòu)建起設(shè)計基本知識和基本理論比較完備，設(shè)計方法實用、多樣的基本內(nèi)容體系。精講“帶傳動設(shè)計”“齒輪傳動設(shè)計”“軸的設(shè)計”等這些關(guān)乎減速器設(shè)計質(zhì)量的課程內(nèi)容，特別要增加實用性、實踐性內(nèi)容和習題，增加應(yīng)用性的設(shè)計方法、經(jīng)驗數(shù)據(jù)和公式的使用、查圖表等內(nèi)容。突出應(yīng)用性，將學生引向?qū)嶋H設(shè)計。

3 改革教學方法，提高教學效率

《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程主要研究常用機構(gòu)和通用零件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、基本的設(shè)計理論和計算方法，由于大多數(shù)學生缺乏實踐知識，他們在學習過程中普遍感到抽象、難學，尤其是機械原理這部分知識，認為機構(gòu)運動簡圖與實際機器相差甚遠，很難將兩者統(tǒng)一起來。因此有必要對教學方法進行改革。

3.1 注重理論聯(lián)系實際

在講解機構(gòu)時，列舉了實際機器和日常生活中的應(yīng)用實例，又特別介紹了與專業(yè)有關(guān)的金屬切削機床等應(yīng)用實例，因而增強了基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間的聯(lián)系。在講授“鉸鏈四桿機構(gòu)的演化”內(nèi)容時，我們就地取材，用雨傘作教具。采用學生熟悉的生活工具模擬學習內(nèi)容，不僅取材簡單，而且生動形象，容易與實際的機器相結(jié)合，克服結(jié)構(gòu)運動簡圖抽象的特點。還可以組織學生到生產(chǎn)現(xiàn)場或?qū)W院實訓基地進行現(xiàn)場教學時，事先布置一些思考題，讓學生帶著問題一邊參觀一邊討論，把課堂理論知識和實踐知識有機地結(jié)合起來。

3.2 適當運用現(xiàn)代教學手段

機械原理部分有一些機構(gòu)的原理比較抽象，無法用語言形象地表達清晰，很難在學生中形成深刻的印象。如四桿機構(gòu)的演化、死點位置的應(yīng)用和危害及機構(gòu)通過死點的方法，各種間歇運動機構(gòu)的原理等，是教學環(huán)節(jié)中不易掌握的難點，由于學生沒有太多的實際生產(chǎn)經(jīng)歷，很難通過想象加以理解。而CAI教學和傳統(tǒng)的教學相比，具有直觀、形象、信息量大等優(yōu)勢。運用計算機的動畫制作技術(shù)，將一些難以想象和無法用語言表達的機械運動過程和工作原理制成多媒體課件，在講授相關(guān)內(nèi)容時巧妙地將現(xiàn)有教具與多媒體課件結(jié)合使用，使那些難以想象的機械運動過程和工作原理演示出來，可以提高學生的學習興趣，拓展延伸了實驗教學空間，也提高教學效率，改善教學效果。

3.3 以實驗教學促技能

機械設(shè)計實驗是學生職業(yè)技能培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，因為它的實驗課題是以機械工程技術(shù)為背景的。因此，在豐富多彩的教學實驗教學過程中，我們可以從注重實驗室環(huán)境布置開始，自制一些文字、圖片和教學掛板，介紹減速器的分類、發(fā)展趨勢、加工過程及設(shè)計方法。還可以在課程設(shè)計期間全面開放實驗室，學生可在實驗室沒課的任意時間進入實驗室，針對自己選定的研究課題，進行探索性實驗。一方面極大激發(fā)了學生的學習熱情，培養(yǎng)了學生的實踐動手能力、設(shè)計能力及科研能力。

3.4 搞好課程設(shè)計，培養(yǎng)學生的綜合技能

機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計是機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學的最后一個環(huán)節(jié)，其目的是培養(yǎng)學生綜合運用基礎(chǔ)理論知識的能力、工程分析能力和運用資料等基本設(shè)計能力。要求學生從總體方案的布局到零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計一起完成，使設(shè)計更加系統(tǒng)和完整。為鼓勵學生創(chuàng)新，應(yīng)要求學生自己設(shè)計多套方案，進行比較選擇，充分發(fā)揮學生的想象力和創(chuàng)造性。在設(shè)計前應(yīng)先組織學生對該傳動裝置進行拆卸、安裝，使學生熟悉裝置的基本構(gòu)造，整體組成結(jié)構(gòu)及各部分結(jié)構(gòu)、功能和調(diào)整；各個零件之間的連接關(guān)系與特點 ，然后找出標準件與非標準件，明確傳動裝置布置形式與空間位置的關(guān)系，建起一個立體的概念，避免出現(xiàn)閉門造車和照抄照搬式的設(shè)計，與生產(chǎn)實際相脫節(jié)。對于學生中普遍存在的工藝知識和公差知識的不足，應(yīng)在設(shè)計中逐步給予講解和補充，使學生通過設(shè)計全面掌握和鞏固機械設(shè)計的相關(guān)知識。

4 結(jié)語

總之，《機械設(shè)計基礎(chǔ)》教學應(yīng)與生產(chǎn)實踐、技術(shù)推廣、社會服務(wù)緊密結(jié)合，更好地面向社會、面向市場，適應(yīng)企業(yè)需求和崗位需要，與生產(chǎn)實踐緊密結(jié)合。全面推進教學改革措施，才能取得良好的效果。必須刪掉陳舊或重復(fù)的教學內(nèi)容，增加新發(fā)展的內(nèi)容，拓寬學生的知識面；充分利用計算機的輔助教學作用，使計算機貫穿于整個教學環(huán)節(jié)，使教學方法上一個臺階，為學生學習專業(yè)課和走向工作崗位打下堅實的機械設(shè)計基礎(chǔ)。

【參考文獻】

[1]范林.機械設(shè)計基礎(chǔ)教學改革探討[J]. 天津職業(yè)院校聯(lián)合學報，2008（3）.

[2]黃立城. 對高職類《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學的幾點看法[J]. 職業(yè)，2011（17）.

[3]江凌云. 機電一體化專業(yè)機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學改革初探[J]. 大眾科技，2006（06）.

機械非標設(shè)計基本知識范文第2篇

關(guān)鍵詞：工程圖學；測繪；教學法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）45-0097-04

一、前言

工程圖學是一門研究繪制和閱讀機械圖樣的理論和方法的基礎(chǔ)課程，而工程圖樣是構(gòu)思、設(shè)計與制造過程中的信息載體，被稱為“工程界的語言”[1]，所以培養(yǎng)學生熟練準確的繪制和閱讀圖樣的能力是工程圖學課程的教學目標。

在目前的工程圖學課程教學中，受教學條件的限制，繼續(xù)沿用著傳統(tǒng)的課堂講授基本知識、課后完成作業(yè)的教學模式，是一種脫離實際、缺乏直觀性的教學過程，主要反映為當學生遇到具體零件時，不能運用已掌握的知識和能力來解決具體問題，在實際工作中困難重重。于是我們從2003年開始開設(shè)的為期一周的《工程圖學測繪》實踐課程，成為工程圖學課程的重要實踐環(huán)節(jié)，使學生對工程圖學所學內(nèi)容進行了一次全面的檢驗和強化。實踐證明，測繪課程是理論聯(lián)系實際的一個重要教學環(huán)節(jié)，是進一步培養(yǎng)學生獨立分析問題、解決問題的能力、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、創(chuàng)新思維不可缺少的訓練，也是本課程教學改革的重要環(huán)節(jié)。

根據(jù)已有的部件畫出其零件圖和裝配圖的過程稱為部件測繪。在生產(chǎn)實際中，在對現(xiàn)有機器或部件改進或維修時，常需要對該機器的零、部件進行測繪，所以測繪技能是工程技術(shù)人員必備的基本技能，工程圖學測繪課程對培養(yǎng)和提高學生的測繪技能起到舉足輕重的作用。該課程通過實踐教學方式，綜合運用工程圖學課程所學的知識進行實際動手操作，通過對零部件實物的測量，畫出其零件草圖和裝配草圖，以增加感性認識，提高直觀性教學效果，將理論與實踐相結(jié)合，鍛煉了學生綜合運用知識解決實際問題的能力，培養(yǎng)了學生的專業(yè)素質(zhì)。

二、改革選題方式，推行科學可行原則

測繪實踐的主要目的是為了讓學生加深對工程圖學課程知識的理解與應(yīng)用，讓學生能夠獨立確定視圖表達方案、合理標注零件尺寸和技術(shù)要求、規(guī)范查閱標準手冊、解決實際問題。但課程中的尺寸標注與制造工藝知識相結(jié)合，而大一學生這方面的知識是比較匱乏的，因此選題與分配也是教學難點之一。

高校各專業(yè)特點不同，學生的素質(zhì)也參差不齊，為了克服以往教學模式脫離實際的弊端，測繪部件的選擇要遵循難點分散、重點突出、零件種類全面的科學可行原則。經(jīng)過多年的教學體制改革，大學教育已經(jīng)進入大眾化教育階段，專業(yè)課程的學時減少，而原來測繪課程所用的二級減速器工作量較大，所以最終選用了工作量適中的“安全閥”、“齒輪油泵”和“機油泵”三種部件。這些部件具有常見的連接和裝配關(guān)系，零件類型全面，幾乎涵蓋了工程圖學課程的全部內(nèi)容[2]。例如機油泵，該部件中有標準件――螺栓連接、銷連接、鍵連接；有常用件――圓柱齒輪；有典型零件包括：軸套類零件――軸、軸套，箱體類零件――泵體，盤類零件――端蓋；有密封裝置――密封圈。零件之間的配合關(guān)系有間隙配合、過渡配合、過盈配合。

部件的分配要科學可行，做到因材施教。機電專業(yè)課時少，一般選用零件數(shù)量較少的安全閥，避免出現(xiàn)吃不消的現(xiàn)象；機制專業(yè)課時多，要求高，大部分學生選用難度適中的齒輪泵。而機油泵零件較多，相對前兩個部件其難度大，應(yīng)分配給基礎(chǔ)知識扎實且自學能力較強的學生來完成，激發(fā)其挑戰(zhàn)性，給學有余力的學生開辟探索的空間和研究的余地。

三、改變教學觀念，明確課程要求

由于測繪課程學生比較分散，在測繪過程中老師管理難度相對較大，如果老師在布置完任務(wù)后就放任自流，學生的學習效果肯定不理想，很難達到預(yù)期的教學目的，所以要求教師必須改變教學觀念，明確課程目的和要求。測繪開始前，指導(dǎo)教師應(yīng)認真全面的做好準備工作，為學生提供一份詳盡的測繪指導(dǎo)書。指導(dǎo)書要包括：測繪目的、測繪內(nèi)容、學時分配及順序等要求。指導(dǎo)書應(yīng)提供部件工作原理及示意圖，讓學生熟悉并了解部件。然后應(yīng)給出各環(huán)節(jié)的指示，包括測繪方法和步驟、拆卸方法和順序、尺寸的測量及查表等環(huán)節(jié)中應(yīng)注意的問題。

四、嚴格執(zhí)行合理的繪圖順序

測繪指導(dǎo)書應(yīng)明確要求學生繪制所有非標準件的零件草圖及裝配體的裝配草圖。在實際操作中切忌畫完一個零件草圖立即畫該零件的工作圖，這樣操作存在以下問題：（1）測繪工作常在零件拆卸現(xiàn)場進行，實際操作中畫完草圖立即畫該零件的工作圖很不方便。（2）在生產(chǎn)中是集中測繪完草圖才畫工作圖的，這樣同類工作集中，節(jié)省輔助時間。因此，要安排學生先繪制零件草圖和裝配草圖，再根據(jù)零件草圖和裝配草圖繪制裝配工作圖。進一步校核零件所有部分尺寸，防止出現(xiàn)干涉和碰撞等情況，最后根據(jù)零件草圖和裝配工作圖畫出零件工作圖。零件草圖的審核主要是糾正尺寸問題，還要給學生講解粗糙度、公差和技術(shù)要求方面的基本內(nèi)容，并對學生所標注的內(nèi)容進行輔導(dǎo)和校核。

五、打破常規(guī)，運用靈活多樣的教考模式

在傳統(tǒng)的測繪課程教學中，教師占用了較多的時間來講授全部測繪知識，忽略了調(diào)動學生主體的主觀能動性。經(jīng)過多年的不斷探索和改進，我們運用靈活多樣的教考模式，測繪課程取得了更好的教學效果。

1.采用“階段學時分配方式”。測繪課程計劃學時1周，時間緊，任務(wù)重。在以往的教學中，由于不具體劃分學時分配，學生開始的時候工作松懈，進程緩慢，后期為了按時完成任務(wù)而倉促地繪圖，這樣導(dǎo)致學生最終知其然而不知其所以然。為了改變這種現(xiàn)象，我們實行了“階段學時分配方式”，教師課堂上要講重點、抓難點，合理分配教學時間。同時，在各階段根據(jù)不同的內(nèi)容，運用講、練、討論與審核相結(jié)合的教學方式，既要發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，又要充分發(fā)揮學生的獨立學習和動手的積極性，使得教學學時分配更合理，教學方式更靈活，體現(xiàn)實踐教學課程的優(yōu)勢，達到預(yù)期的教學目的。具體學時分配與安排見表1：

2.互動教學，收益非淺。在以往教學中，教師的講解貫穿始終，使得學生一直處在被動學習的狀態(tài)，甚至有的學生根本不聽、不想、不練，使得教學效果大打折扣。經(jīng)過多年的教學實踐，我們改革設(shè)計出一套講、練、討論與審核相結(jié)合的新方式，取得了良好的教學效果。

在課程開始時，學生對部件及課程感到困難多，甚至無從下手，所以教師必須對任務(wù)、部件的工作原理進行詳細的講解，使學生順利進入到拆卸和繪圖工作中。但教師課內(nèi)輔導(dǎo)時間有限，所以按照學生分組討論校核后教師再審核的順序，小組內(nèi)每個同學根據(jù)測繪對象選擇表達方案，畫出零件草圖，說明表達方案和尺寸標注的理由，這樣學生會主動思考問題。繪圖過程中，由于學生缺乏生產(chǎn)、加工工藝知識，測繪的零件草圖中缺點和錯誤較多，教師必須及時指出，并對學生的表達方案給出結(jié)論性的意見，選擇出一種最佳的表達方案。這樣既促使學生主動解決問題，掌握了較完整和牢固地知識，又保證了教學質(zhì)量。

裝配草圖的繪制是本課程的難點，問題較多。在開始繪制裝配圖之前給學生需要溫習裝配圖的規(guī)定畫法，列舉裝配體圖樣供學生參考學習，使學生達到胸有成竹。裝配圖工作量大，學生一旦繪制不符合要求必須返工，為了避免這類情況發(fā)生，采用學生先用口述和示意的形式表達出視圖的選擇方案，分組討論選出最佳方案后，每組配代表進行全班講述，各小組之間進行不同意見的交換和切磋。教師對正確的要給予肯定，不足之處予以提出，使學生積極探討出更加合理的表達方案。縱然這樣繪制出的裝配草圖可能存在較多的缺點，但學生通過繪制以后獲得的知識是比較完整的、牢固的，而不像學生繪制一步教師指導(dǎo)一步那樣支離破碎和缺乏系統(tǒng)。在繪制裝配草圖時，一般要求學生只完成裝配草圖的主視圖，其他視圖口頭補充，既減少了學生工作量，又給學生留下獨立發(fā)揮的空間。實踐證明，這種教學方式取得了良好的教學效果。

3.必須擴充必要專業(yè)知識。由于學生還沒有學習制造和設(shè)計課程，所以對零件結(jié)構(gòu)的理解比較困難。以往教師認為這些已經(jīng)超出工程圖學課程范圍，只要學生能模仿教師畫出就可以了，不擴充專業(yè)知識，導(dǎo)致學生不會舉一反三，所以教師在這一環(huán)節(jié)中應(yīng)起主導(dǎo)作用。

為了讓學生準確完整地繪制出各種結(jié)構(gòu)，在測量零件之前，應(yīng)根據(jù)各類零件所處的位置，以及與它相匹配的零件之間的關(guān)系，了解各種零件的結(jié)構(gòu)、功用、加工過程，比如常見的工藝結(jié)構(gòu)有鑄造圓角、倒角、退刀槽、凸臺、凹坑等，引導(dǎo)學生在部件測繪中要從生產(chǎn)實際出發(fā)去考慮零件的結(jié)構(gòu)形狀。還有，零件上常會有制造缺陷，如砂眼、氣孔、加工痕跡以及長期使用所造成的磨損等，在繪圖時不能畫出，要對缺陷進行“補全”處理，使其恢復(fù)原形后再測量[3]。

要想合理、清晰地標注零件的尺寸，除了分析零件各部分結(jié)構(gòu)的作用以及與相鄰零件之間的關(guān)系，還需選擇合適的測量工具和運用恰當?shù)臏y量方法。為了正確選擇尺寸基準，教師適當給學生講解一些設(shè)計和加工工藝知識，使零件的形狀和尺寸符合設(shè)計使用和加工工藝要求。對于裝配體的尺寸，還要考慮其裝配關(guān)系，保證各相鄰零件之間的配合與尺寸關(guān)系。還要輔導(dǎo)學生標注合理的尺寸公差、表面粗糙度、零件的材料及熱處理方法等技術(shù)要求，指導(dǎo)學生查閱相關(guān)的機械設(shè)計標準。

4.創(chuàng)建分項考核體系。工程圖學測繪的考核以往主要依據(jù)圖面質(zhì)量評定成績，考核方式缺乏公平性、科學性。經(jīng)過教學實踐證明，考核應(yīng)從三方面進行。

一是繪圖質(zhì)量考核，包括圖樣繪制的正確性、合理性、清晰度等。教師要對學生的所有圖樣進行詳細的審閱，來確定學生的圖樣是否正確、完整、清晰，尺寸標注是否合理、齊全，技術(shù)要求注寫是否恰當?shù)取?/p>

二是考核學生的知識掌握程度，標準件的選用與手冊的查閱能力。答辯時教師要一對一的對學生進行詢問，主要從學生視圖表達方案的選擇過程，尺寸測量及標注方法，標準件、常用件、公差配合、表面粗糙度及其他技術(shù)要求的查表和計算等方面進行考查。

三是計算機繪圖能力的考核。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，用計算機繪制的圖樣準確清晰，優(yōu)于傳統(tǒng)的手工繪圖。在掌握工程圖學的基本理論之后，再熟練掌握計算機繪圖這一便利的繪圖手段，這是工程技術(shù)人員應(yīng)具備的素質(zhì)。主要考查學生是否能夠熟練利用AutoCAD繪圖軟件繪圖。軟件工具的使用方法是非常靈活的，繪制一個對象一般有多種途徑可以實現(xiàn)，學生只有通過多學多練才能達到熟能生巧、融會貫通[4]。

六、結(jié)語

徒手繪圖、尺規(guī)繪圖和計算機繪圖是機械類專業(yè)學生必須掌握的基本技能。經(jīng)過多年的教學實踐總結(jié)得出，集中一周的測繪課比課堂上分散測繪教學效果好。學生在短時間內(nèi)、高效率的完成任務(wù)，并引入計算機繪圖，使學生扎實的鞏固了基礎(chǔ)知識，進一步提高了繪圖能力。通過部件測繪的教學實踐，培養(yǎng)了學生綜合運用理論知識解決實際問題的能力。

參考文獻：

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[2]徐昌貴，王晶，劉斌，張磊.工程制圖測繪實踐周教學實踐與研究[J].教學研究，2005，28（4）：332-334.

[3]陳偉志.《機械制圖》不可忽視零部件測繪[J].科技教育創(chuàng)新，2010，（11）：265-266.

[4]陳敏，劉曉敘.AutoCAD2004機械設(shè)計繪圖應(yīng)用教程[D].成都：西南交通大學出版社，2005.

基金項目：校級教改項目：以“工程意識與工程素質(zhì)培養(yǎng)”為中心的制圖測繪改革與探索（JY1302055）；陜西省級人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實驗區(qū)“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械類人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實驗區(qū)”資助

機械非標設(shè)計基本知識范文第3篇

關(guān)鍵詞：銅材，鋼材，接地網(wǎng)，選用

 

一、概述

在發(fā)電廠的電氣系統(tǒng)設(shè)計中，接地的設(shè)計占有很重要的地位，它不僅關(guān)系到電廠設(shè)備和維護人員的安全，同時還直接影響發(fā)電廠繼電保護和通訊的可靠運行，對電網(wǎng)的安全運行也起著至關(guān)重要的作用。因此，掌握理解接地的基本知識，正確選擇和維護接地裝置，具有很重要的意義。博士論文，銅材。接地系統(tǒng)長期安全可靠運行的關(guān)鍵在于接地裝置材料的選擇和可靠的連接。

接地裝置材料主要是銅、鋼。我國到目前為止大部分發(fā)電廠、變電所傳統(tǒng)接地體均采用鋼材質(zhì)，為了提高鋼材料接地體材料的性能而采取增大接地導(dǎo)體截面和鍍鋅防腐蝕的方法，我國用鋼做接地材料的技術(shù)已比較成熟。而在國外，歐美等發(fā)達國家及一些其他國家，都采用銅材作為接地材料，也是有著相當長的應(yīng)用歷史和成熟經(jīng)驗。博士論文，銅材。

二、材料選用

接地材料用銅材還是用鋼材，在實際運行中，兩者各有利弊。兩種接地材料的選用，需要綜合考慮以下因素。

1. 物理性能

導(dǎo)電性能方面，鋼在20℃時的電阻率為138×10-6（Ω?mm）。熱穩(wěn)定性上，鋼的熔點為1510℃，短路時最高允許溫度為400℃。而銅在20℃時的電阻率是17.24×10-6（Ω?mm），導(dǎo)電率是鋼的8倍。博士論文，銅材。銅的熔點為1083℃，短路時最高允許溫度為450℃。由此可以看出，銅接地體導(dǎo)電性能和熱穩(wěn)定性能優(yōu)于鋼接地體。

腐蝕性方面，接地體的腐蝕主要有化學腐蝕和電化學腐蝕兩種形式，在多數(shù)情況下，這兩種腐蝕同時存在。接地體在地下的腐蝕速度受土壤的電阻率、含水量、含氧量、酸堿度、電解質(zhì)、雜散電流及土壤的壓實情況影響。銅的表面會產(chǎn)生附著性極強的氧化物(銅綠) ,對內(nèi)部的銅起了很好的保護作用,阻斷了腐蝕的形成。鋼材是逐層被腐蝕的,鍍鋅層有一定的抗腐蝕性,鋼材經(jīng)過熱鍍鋅后的抗腐蝕能力提高1倍左右,一般只能保證10年。而銅腐蝕不存在點蝕情況,屬表面均勻腐蝕,銅在土壤中的腐蝕速度約是鋼材的10% ～20%。銅接地網(wǎng)截面選擇時可不再考慮腐蝕的影響。銅不會被土壤腐蝕，但是它會腐蝕土壤中的其他金屬。國際標準IEEE Std 80-2008中對銅的腐蝕有過專門的描述。埋入土壤中的銅材會對其周圍建筑混泥土鋼筋、埋地金屬管線、電纜溝中的金屬支架及直埋電纜的鎧裝造成嚴重的陽極腐蝕。所以比起鋼接地，銅接地對全廠的陰極保護工藝要求更高。

2. 材料截面

在有效接地系統(tǒng)及低電阻接地系統(tǒng)中，發(fā)電廠、變電所電氣裝置中電氣設(shè)備接地線的截面，應(yīng)按接地短路電流進行熱穩(wěn)定校驗。博士論文，銅材。鋼接地線的短時溫度不應(yīng)超過400℃，銅接地線不應(yīng)超過450℃。

根據(jù)我國電力行業(yè)標準DL/T621-1997中的熱穩(wěn)定校驗條件，忽略腐蝕的影響，接地體進行熱穩(wěn)定校驗時，接地線的最小截面應(yīng)滿足下式：

式中：

Sg—接地線的最小截面，單位為mm2；

Ig—流過接地引下線的短路電流穩(wěn)定值，單位為A（根據(jù)系統(tǒng)5～10年發(fā)展規(guī)劃，按系統(tǒng)最大運行方式確定）；

te—短路電流的等效持續(xù)時間，單位為s；

C—接地引下線材料的熱穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)材料的種類、性能及最高允許溫度和短路前接地引下線的初始溫度確定。銅的熱穩(wěn)定系數(shù)為210，鋼的熱穩(wěn)定系數(shù)為70。

計算用故障電流原則上應(yīng)按變電所遠景最大運行方式、站內(nèi)發(fā)生接地故障時的故障電流。

短路等效持續(xù)時間:te≥tm+tf+to

式中：

te—短路電流的等效持續(xù)時間，單位為s；

tm—主保護動作時間，單位為s；

tf—斷路器失靈保護動作時間，單位為s；

to—開關(guān)固有動作時間，單位為s；

接地線的最小截，在不考慮腐蝕保護的情況下，銅材為25 mm2，鋼材為50 mm2

可見，在相同的短路電流和短路電流持續(xù)時間時，用銅接地體的截面顯著小于鋼接地體。

鋼接地材料，國內(nèi)按照工程大小和土壤電阻率情況，接地網(wǎng)水平接地極一般選擇40mm×4m， 75mm×10mm，75mm×5mm，60mm×8mm扁鋼，垂直接地體一般選擇Φ50mm鋼管或∠50×5mm角鋼。銅接地材料，一般選用的水平銅接地體為銅絞線，規(guī)格有25mm2、50mm2、75mm2、95mm2、120mm2、150mm2、240mm2等多種不同型號。垂直接地體為Φ50mm銅棒。

綜上所述，銅接地體的截面顯著小于鋼接地體。

3. 施工工藝

發(fā)電廠的接地網(wǎng)面積大，網(wǎng)格多，金屬導(dǎo)體間存在著大量的連接，必須保證可靠、牢固的連接才能確保接地網(wǎng)的運行可靠性。

用鋼作為接地施工材料，目前常規(guī)做法是水平接地體采用鍍鋅扁鋼，垂直接地體采用鋼管或角鋼。鋼接地體之間的連接均為傳統(tǒng)的電弧焊接方式，采用搭接焊。雖然這種焊接方法較為便宜，但高溫電弧會破壞接地體接頭部位的鍍鋅層，有可能導(dǎo)致點腐蝕的出現(xiàn)，嚴重影響接地體的壽命，并且電弧焊接連接不是真正的分子性連接，焊接點對于接地體的導(dǎo)電性能也有影響。對于鋼接地體能也作過放熱焊接接法的研究與嘗試，但由于鋼接地體太大，非標模具制造困難，造價高且焊粉用量大。再加上鋼接地體防腐性能差，焊接質(zhì)量的提高意義不大。博士論文，銅材。焊接點較多，費用太高。博士論文，銅材。

用銅作為接地施工材料，水平主網(wǎng)采用銅絞線，由于銅絞線柔性好，允許的彎度半徑小，所以拐彎方便，穿管容易。銅線的高機械強度，使其能夠成卷供貨，便于機械化施工。垂直接地體采用銅棒，易于深入地下。銅接地體搭接處主要有以下四種連接方式：銅銀焊連接、壓接線夾連接、螺栓連接、放熱焊接連接。

目前以放熱焊最為普遍效果也最佳。用放熱焊接，操作方便，加快施工進度，節(jié)省人工費用，簡化施工工藝，更重要的是保證了銅接地網(wǎng)的連接質(zhì)量。

放熱焊接工藝是由美國艾力高公司（ERICO）的查爾斯•卡特威爾博士1938年開發(fā)的，該工藝最早用于鐵路信號線焊接。艾力高公司為表彰卡特威爾博士（Dr. Charles Cadwell）的貢獻，將該工藝的商標命名為CADWELD。目前數(shù)以千萬計的CADWELD焊接在使用了五十多年后，性能依然良好。

放熱焊接是利用化學反應(yīng)（燃燒）時產(chǎn)生的超高熱來完成的焊接法。由于化學反應(yīng)速度非常快，產(chǎn)生的熱量極高，且可以集中有效的傳導(dǎo)至熔接部位使導(dǎo)體連接起來，更無需其它任何外加熱能。外形美觀一致；連接點為分子結(jié)合，沒有接觸面，更沒有機械壓力，因此，不會松弛和腐蝕；具有較大的散熱面積，通電流能力與導(dǎo)體相同；熔點與導(dǎo)體相同，能承受故障大電流沖擊，不至熔斷。

放熱焊接的作業(yè)程序：將導(dǎo)線和模具清理干凈，再將模具用噴燈加熱以去除水分，然后把導(dǎo)線放入模具內(nèi)；扣緊把手以固定模具，把鋼片放入模具內(nèi)；把焊接劑倒入模具內(nèi)，將引燃劑撒在焊接劑及模具邊上；蓋上蓋子并點火，待金屬凝固后，將模具打開，清除熔渣，便可進行下一個焊接。

4. 接地點布置

采用鍍鋅扁鋼設(shè)計的接地網(wǎng)，考慮到扁鋼會銹蝕，為保障可靠的接地，按《二十五項反措要求》：變壓器中性點應(yīng)采用雙接地引下線、重要設(shè)備及設(shè)備構(gòu)架宜采用雙接地引下線，且應(yīng)接入主接地網(wǎng)的不同網(wǎng)格。

采用銅接地網(wǎng)后，由于可以忽略接地引下線的腐蝕、增強了引下線的熱穩(wěn)定性，因此對于除變壓器中性點以外的接地引下線建議選用單接地引下線，不僅能夠滿足接地可靠性要求，還能夠降低投資。

5. 經(jīng)濟技術(shù)

由于銅材的造價高于鋼材,采用銅接地網(wǎng)設(shè)計后,提高了變電所的工程投資,在充分研究了銅的特性后,可加深設(shè)計深度,適當減少焊接點,控制投資。

五、結(jié)束語

銅接地體與熱鍍鋅鋼接地體相比，銅接地體在導(dǎo)電性能、熱穩(wěn)定性能、耐腐蝕性、接點焊接質(zhì)量和施工便利方面有顯著的優(yōu)越性，但造價高。初期投資有所增加,但從長遠利益考慮,采用銅接地網(wǎng)是優(yōu)先的選擇。綜合以上各方面的論述、分析來看，接地裝置選用銅接地體要優(yōu)于鋼接地體。