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(2007 屆)
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)資料
學(xué) 院、系:
機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè):
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名:
彭 勇
班 級(jí):
03-4班
學(xué)號(hào) 0340510412
指導(dǎo)教師姓名:
羅 中 平
職稱 教 授
最終評(píng)定成績(jī):
二○○七年六月
目 錄
第一部分 過程管理資料
一、畢業(yè)設(shè)計(jì)課題任務(wù)書 1
二、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 3
三、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)展情況記錄 9
四、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)中期報(bào)告 11
五、畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)閱表 12
六、畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱表 13
七、畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及最終成績(jī)?cè)u(píng)定表 14
第二部分 設(shè)計(jì)說明書
八、設(shè)計(jì)說明書
- 3 -
2007 屆
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)資料
第一部分 過程管理資料
2007屆畢業(yè)設(shè)計(jì)課題任務(wù)書
院(系):機(jī)械學(xué)院 專業(yè):機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師
羅中平
學(xué)生姓名
彭 勇
課題名稱
中型四柱式液壓機(jī)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
內(nèi)
容
及
任
務(wù)
一、設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)
用途:適用于可塑性材料的壓制工藝,如粉末制品成型、塑料制品成型、冷熱擠壓金屬成型、薄板拉伸以及沖壓、彎曲、翻邊、校正等工藝的四柱式萬能液壓機(jī)。
性能特點(diǎn):本液壓機(jī)具有調(diào)整、手動(dòng)及半自動(dòng)三種工作方式,可實(shí)現(xiàn)定壓和定程兩種工藝方式。定壓成型時(shí),在壓制后有保壓延時(shí)及自動(dòng)回程動(dòng)作。工作臺(tái)中間裝有頂出裝置,除頂出制品外,還可作為液壓墊用于薄板拉伸制件的壓邊成型工藝,其工作壓力與行程可根據(jù)工藝需要在規(guī)定范圍內(nèi)調(diào)整;可用繼電器控制或PLC控制的電氣控制系統(tǒng)。
主要技術(shù)參數(shù):公稱力(最大壓力)2000KN,回程力400 KN,頂出力350KN,液體最大工作壓力25 Mpa,拉伸滑塊行程700mm, 頂出活塞最大行程250mm, 滑塊距工作臺(tái)最大距離1100mm。
二、 畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙
1. 2000KN四柱式萬能液壓機(jī)主機(jī)總圖;
2. 液壓動(dòng)力系統(tǒng)原理圖;
3. 液壓動(dòng)力系統(tǒng)(液壓站)裝配圖;
4. 其它零部件圖。
三、設(shè)計(jì)說明書
1. 液壓機(jī)及液壓系統(tǒng)(與電氣控制系統(tǒng))工作原理及工藝參數(shù)的分析與確定;
2. 液壓動(dòng)力系統(tǒng)配置、元器件選型與布置設(shè)計(jì);
3. 部分液壓元器件結(jié)構(gòu)參數(shù)確定;
4. 設(shè)計(jì)說明書中英文摘要
四 、外文翻譯
翻譯約三千文字的專業(yè)英語資料
擬
達(dá)
到
的
要
求
或
技
術(shù)
指
標(biāo)
1.了解液壓機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。
2.掌握液壓機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)的一般過程。
a.液壓機(jī)及液壓系統(tǒng)與其電氣控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)(工藝分析、原理圖設(shè)計(jì)、總體布局)。
b.技術(shù)設(shè)計(jì)(各組成部分的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、零件強(qiáng)度與剛度校核、繪制設(shè)計(jì)圖樣和編寫技術(shù)文件。)
c.審核鑒定。
3.了解常用的CAD設(shè)計(jì)軟件,并能熟練運(yùn)用一種CAD軟件進(jìn)行液壓機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)。
4.具備較強(qiáng)的自學(xué)能力、掌握獨(dú)立獲取、消化和應(yīng)用新知識(shí)的能力和方法,具有一定的分析解決實(shí)際問題的能力,具有初步的科研、開發(fā)能力。
進(jìn)
度
安
排
起止日期
工作內(nèi)容
1、2006年12.8-2007年1.12
查資料、寫開題報(bào)告
2、2007年1.13-2.20
畢業(yè)實(shí)習(xí)、翻譯英語資料
3、2007年2.21-4.2
總體方案設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、元器件結(jié)構(gòu)參數(shù)確定、其他參數(shù)確定及設(shè)計(jì)
4、2007年4.3-5.8
2000KN液壓機(jī)裝配圖及液壓原理圖、系統(tǒng)配置圖、液壓站總圖與其他零部件圖繪制
5、2007年5.9-5.31
撰寫設(shè)計(jì)說明書、論文
6、2007年6.1-6.10
準(zhǔn)備答辯
主
要
參
考
資
料
1.GB9166-88.四柱液壓機(jī)精度.北京:國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局,1988~05~05發(fā)布
2.JB3915-85.液壓機(jī)安全技術(shù)條件.北京:中華人民共和國(guó)機(jī)械工業(yè)部,1985~02~08發(fā)布
3.許福玲、陳堯明主編。液壓與氣壓傳動(dòng)(第二版),北京:機(jī)械工業(yè)出版社 2004.7
4.何存興主編。液壓與氣壓傳動(dòng),武漢:華中科技大學(xué)出版社 2000.8
5.李愛華等主編。工程制圖基礎(chǔ) 北京:高等教育出版社,2003.8
6.鐘毅芳等主編。機(jī)械設(shè)計(jì),武漢:華中科技大學(xué)出版社 2001.2
7.朱理主編。機(jī)械原理,北京:高等教育出版社,2004.4
8.王伯平主編?;Q性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ),北京:機(jī)械工業(yè)出版社 2000.2
9.趙程、楊建民主編。機(jī)械工程材料,北京:機(jī)械工業(yè)出版社 2003.1
10.秦曾煌主編。電工學(xué),北京:高等教育出版社,2003.2
11.李建興主編.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社 2004.7
12.李發(fā)海、王巖編著。電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)(第二版)。北京:清華大學(xué)出版社.1994
13.陳遠(yuǎn)齡、黎亞元、傅國(guó)強(qiáng)主編。機(jī)床電氣的自動(dòng)控制 重慶大學(xué)出版社
14.成大先主編。機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 單行本 機(jī)械傳動(dòng)。北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004
15.成大先主編。機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 單行本 常用設(shè)計(jì)資料。北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004
16.成大先主編。機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 單行本 聯(lián)接與緊固。北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004
17.PLC在改造成型壓力機(jī)上的應(yīng)用。電腦開發(fā)與應(yīng)用??2002年第05期
教研室
意見
簽名:
年 月 日
院(系)主管領(lǐng)導(dǎo)意見
簽名:
年 月 日
湖 南 工 業(yè) 大 學(xué)
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告
(2007屆)
學(xué) 院、系:
機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè):
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名:
彭 勇
班 級(jí):
4班
學(xué)號(hào) 0340510412
指導(dǎo)教師姓名:
羅中平
職稱 教 授
2007年 1 月 10 日
- 3 -
題目:中型四柱式萬能液壓機(jī)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.課題任務(wù)情況,查閱文獻(xiàn)資料,撰寫1500~2000字左右的文獻(xiàn)綜述。
(1)液壓傳動(dòng)技術(shù)的研究發(fā)展動(dòng)向及應(yīng)用情況
① 液壓傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展與研究動(dòng)向
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,目前液壓技術(shù)正向著高壓、高速、大功率、高效、低噪音、經(jīng)久耐用、高度集成化的方向發(fā)展。由于計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的成熟,一些新型液壓元件和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都運(yùn)用了計(jì)算機(jī)CAD、CAT、CDC、計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制、計(jì)算機(jī)仿真與優(yōu)化等計(jì)算機(jī)輔助技術(shù),很大程度上提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量。雖然液壓傳動(dòng)技術(shù)方便簡(jiǎn)潔,但是液壓傳動(dòng)中存在著一些亟待解決的問題,如:液壓系統(tǒng)工作時(shí)的穩(wěn)定性、工作介質(zhì)的泄漏、液壓沖擊對(duì)設(shè)備可靠性的影響等等,這些問題都是液壓傳動(dòng)技術(shù)需要研究和解決的。任何技術(shù)的改革和創(chuàng)新,都必須以穩(wěn)定、可靠的工作為前提,這樣才具有它的實(shí)際意義。
② 液壓傳動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用
液壓傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)擁有較為完善的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。雖然液壓傳動(dòng)還存在一些缺陷,但總體上優(yōu)點(diǎn)還是蓋過了缺點(diǎn)。正因?yàn)橐簤簜鲃?dòng)具有很多機(jī)械傳動(dòng)所不具備的優(yōu)點(diǎn),液壓傳動(dòng)技術(shù)在機(jī)械工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,如:礦山機(jī)械、工程機(jī)械、冶金機(jī)械、建筑機(jī)械、起重機(jī)械等。液壓技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了從手動(dòng)到半自動(dòng)化、自動(dòng)化的逐步發(fā)展,從而也推動(dòng)了機(jī)械工業(yè)的向前發(fā)展。在整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)工程中,液壓傳動(dòng)技術(shù)扮演了舉足輕重的角色。
(2)液壓傳動(dòng)的特點(diǎn)
① 液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)
液壓傳動(dòng)技術(shù)與傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)相比,液壓傳動(dòng)操作方便簡(jiǎn)單,調(diào)速范圍廣,很容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng),具有自動(dòng)過載保護(hù)功能。液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作,采用電液聯(lián)合控制后,可以實(shí)現(xiàn)更高程度的自動(dòng)控制以及遠(yuǎn)程遙控。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)可以靈活布置各個(gè)元件,由于工作介質(zhì)為礦物油,良好的潤(rùn)滑條件延長(zhǎng)了元件的使用壽命。
② 液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)
由于液壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)是流體礦物油,因而沿程、局部阻力損失和泄漏較大,泄漏的礦物油將直接對(duì)環(huán)境造成污染,有時(shí)候還容易引發(fā)各種安全事故。液壓油受溫度的影響很大,因而不能在很高或很低的溫度條件下工作。因?yàn)橐簤河痛嬖谝欢ǖ膲嚎s性,所以液壓傳動(dòng)的傳動(dòng)比不恒定,不能保證很高的傳動(dòng)精度。密封狀況的好壞對(duì)液壓傳動(dòng)影響很大,因而液壓元件必須具有較高的制造精度。液壓傳動(dòng)的故障排除不如機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)那樣容易,因此對(duì)維護(hù)人員有較高的技術(shù)水平要求。
(3)四柱液壓機(jī)的基本情況概述
目前四柱液壓機(jī)在我國(guó)主要用于實(shí)現(xiàn)塑性材料的壓力加工工藝如:冷擠、校直、彎曲、沖裁、拉伸等。此外液壓機(jī)還用于粉末冶金、翻邊、壓裝等成型工藝。液壓機(jī)按工作介質(zhì)的不同可分為油壓機(jī)和水壓機(jī),前者的壓力傳導(dǎo)是通過油液來實(shí)現(xiàn),而后者則靠乳化液實(shí)現(xiàn),因工況要求的不同來選擇不同類型的液壓機(jī)。
四柱液壓機(jī)由電氣控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、主機(jī)三部分組成,通過液壓油管和電氣裝置的構(gòu)成統(tǒng)一整體。其中電氣控制系統(tǒng)由電控箱、操作箱、電氣管道等構(gòu)成;液壓控制系統(tǒng)由動(dòng)力機(jī)構(gòu)、液壓管道、限位裝置、液壓元件等構(gòu)成;主機(jī)則由機(jī)身、主缸、頂出缸等構(gòu)成。一般情況下液壓機(jī)完成一次工作循環(huán)包括如下主要?jiǎng)幼鳎褐鞲谆钊瑝K快速下行→主缸活塞滑塊慢速下行并逐漸加壓→主缸保壓→主缸卸壓→主缸活塞滑塊快速回程→頂出缸活塞頂出→頂出缸活塞回程。在拉伸薄板時(shí),胚料還需要頂出缸壓緊,這樣的工況就要求頂出缸保持一定的壓緊力并隨著主缸一起下行。如果沒有達(dá)到所需的加工精度,可以通過調(diào)節(jié)鎖緊螺母和調(diào)節(jié)螺母來調(diào)整液壓機(jī)的加工精度。
(4)四柱液壓機(jī)的工作原理及過程
① 主缸
◆ 快速下行——按下啟動(dòng)按鈕,相應(yīng)的電磁閥得電吸合,主缸活塞滑塊在自重作用下快速下行。此時(shí)僅靠液壓泵供油是不能滿足快速下行的要求的,必須靠位于主缸頂部的輔助油箱供油來補(bǔ)充上腔形成的局部真空。
◆ 慢速加壓——當(dāng)主缸活塞滑塊下行到一定位置并壓下行程開關(guān)時(shí),相應(yīng)的電磁閥得電,輔助油箱供油結(jié)束,轉(zhuǎn)為液壓油泵為主的供油形式,完成快速下行向工進(jìn)的轉(zhuǎn)換。主缸活塞滑塊不斷下行最終會(huì)抵住工件,阻力急劇增大,主缸上腔的壓力提高。
◆ 主缸保壓——當(dāng)主缸上腔的油壓達(dá)到設(shè)定壓力值后,壓力繼電器發(fā)出信號(hào),相應(yīng)的電磁閥得電,閥芯回到中位密封上下油腔,靠單向閥完成保壓功能。
◆ 主缸卸壓——保壓一段時(shí)間后,保壓過程結(jié)束,時(shí)間繼電器發(fā)出信號(hào),使相應(yīng)的電磁閥得電,主缸活塞處于回程狀態(tài)。由于上腔的壓力很高,為了防止液壓沖擊,應(yīng)將上腔先卸壓再讓主缸活塞回程。采用帶卸荷小閥芯的液控單向閥將高壓油泄回油箱,使主缸上腔的高壓油的壓力降到較低值,實(shí)現(xiàn)主缸活塞的安全快速回程。
② 頂出缸
◆ 活塞頂出——主缸活塞滑塊回程完畢后,按下頂出按鈕,相應(yīng)的電磁閥得電,這時(shí)頂出缸下腔進(jìn)油,活塞上升將工件頂出。
◆ 活塞回程——工件頂出后,按下回程按鈕,使控制回程的電磁閥得電,上腔進(jìn)油,活塞下降,回程完成。
◆ 浮動(dòng)壓邊——在進(jìn)行薄板拉伸時(shí),要求頂出缸有一定的壓力將胚料壓住并隨主缸活塞滑塊一起下行。浮動(dòng)壓邊可滿足薄板拉伸時(shí)的壓緊要求。
(5)四柱液壓機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍
① 四柱式液壓機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
★ 該液壓系統(tǒng)采用的液壓泵具有高壓、大流量、恒功率、變量等特點(diǎn),滿足工藝要求并節(jié)省能耗;
★ 該液壓系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確控制并完成零件的壓力加工,加工質(zhì)量可以通過調(diào)節(jié)設(shè)備來保證;
★ 主缸活塞滑塊的快速下行靠自重作用來完成,通過輔助油箱補(bǔ)充油液來填充局部真空。這樣的快速運(yùn)動(dòng)回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)用的液壓元件少;
★ 液壓機(jī)運(yùn)用單向閥完成主缸的保壓功能,采用帶有卸荷小閥芯的液控單向閥構(gòu)成泄壓回路,完成主缸的卸壓;
★ 液壓機(jī)的主缸與頂出缸運(yùn)動(dòng)互鎖。即主缸運(yùn)動(dòng)時(shí)頂出缸是不能夠運(yùn)動(dòng)的,反過來也一樣。這樣可以提高液壓機(jī)工作中的安全性和穩(wěn)定性;
★ 液壓機(jī)的液壓和電氣控制采用按鈕集中控制,可實(shí)現(xiàn)調(diào)整、手動(dòng)、半自動(dòng)等操作工藝,簡(jiǎn)單明了。
② 四柱式液壓機(jī)系統(tǒng)存在的不足
▲ 液壓機(jī)屬于高壓工作設(shè)備,進(jìn)行零件的壓力加工時(shí),隨著壓力的不斷升高泄漏也會(huì)不斷增大,這樣不利于保證零件的加工精度,同時(shí)對(duì)環(huán)境也造成污染;
▲ 液壓機(jī)壓力加工完成后,卸壓時(shí)存在很大的液壓沖擊,對(duì)設(shè)備損害很大;
▲ 按下液壓機(jī)啟動(dòng)按鈕后,執(zhí)行部件并不能夠立刻動(dòng)作,還需有一段“反映時(shí)間”,動(dòng)作靈敏性不及電氣控制;
▲ 液壓機(jī)出現(xiàn)故障不容易及時(shí)找到并排除,給維護(hù)帶來很大的技術(shù)難題和不便;
▲ 液壓機(jī)工作時(shí)會(huì)形成液壓沖擊、氣蝕等現(xiàn)象,形成了噪音,不利于營(yíng)造好的工作環(huán)境。
③ 四柱液壓機(jī)的應(yīng)用
液壓機(jī)主要用于可塑性材料的壓制,如:沖壓、拉伸、彎曲、翻邊、熱擠壓、校正、壓裝成型、粉末制品壓制成型、磨料制品壓制成型以及塑料制品的壓制成型等壓力加工工藝。
參考文獻(xiàn)
[1] GB9166-88.四柱液壓機(jī)精度.北京:國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局
[2] JB3915-85.液壓機(jī)安全技術(shù)條件.北京:中華人民共和國(guó)機(jī)械工業(yè)部
[3] 許福玲、陳堯明主編.液壓與氣壓傳動(dòng)(第二版).北京:機(jī)械工業(yè)出版社
[4] 章宏甲、黃誼、王積偉主編. 液壓與氣壓傳動(dòng).機(jī)械工業(yè)出版社
2.選題依據(jù)、主要研究?jī)?nèi)容、研究思路及方案。
(1)選題依據(jù)
① 主要技術(shù)要求參數(shù):公稱力(最大壓力)2000KN,回程力400 KN,頂出力350KN,液體最大工作壓力25 Mpa,拉伸滑塊行程700mm, 頂出活塞最大行程250mm, 滑塊距工作臺(tái)最大距離1100mm。
② 主要用途:用于可塑性材料的壓制工藝,如粉末制品成型、塑料制品成型、冷熱擠壓金屬成型、薄板拉伸、沖壓、彎曲、翻邊、校正等工藝。
(2)主要研究的內(nèi)容和所要實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)目標(biāo)
① 選擇合理的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案(工藝方案設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)、液壓站總體布局設(shè)計(jì)、總體布局設(shè)計(jì))滿足液壓系統(tǒng)的使用性能和安全要求;
② 技術(shù)設(shè)計(jì)(各組成部分及液壓系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、零件強(qiáng)度與剛度校核、繪制設(shè)計(jì)圖樣和編寫技術(shù)文件);
③ 選擇合理的材料、液壓元件和制造加工工藝;
④ 整個(gè)液壓機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要滿足拆裝方便,便于運(yùn)輸?shù)囊螅?
⑤ 通過液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)對(duì)主機(jī)進(jìn)行動(dòng)作循環(huán)控制,使液壓機(jī)能夠準(zhǔn)確如下動(dòng)作:主缸活塞滑塊快速下行、主缸活塞滑塊慢速加壓、主缸保壓、主缸卸壓、主缸活塞滑塊回程、頂出缸活塞頂出、頂出缸活塞退回;
⑥ 設(shè)備設(shè)計(jì)達(dá)到布局合理,結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定可靠、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、污染小、噪音低、自動(dòng)化程度高等要求;
⑦ 能夠完成沖壓、冷擠、校直、彎曲、粉末冶金壓制成型、薄板拉伸、壓裝成型等加工工藝要求。
(3)設(shè)計(jì)的基本思路、方案
分析、理解設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求→查閱相關(guān)資料→初步擬訂設(shè)計(jì)方案→設(shè)計(jì)方案對(duì)比并確定最佳方案→參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算→零件設(shè)計(jì)→裝配圖草圖→零件草圖→繪制零件圖→繪制裝配圖→編寫設(shè)計(jì)說明書
結(jié)語:
四柱液壓機(jī)解決了塑性材料的產(chǎn)品成型問題。高的工作壓力是該設(shè)備工作時(shí)的特點(diǎn),泄漏的液壓油將污染環(huán)境,液壓沖擊現(xiàn)象將影響設(shè)備安全穩(wěn)定的工作。這些不足之處將是液壓機(jī)今后值得進(jìn)一步研究和改進(jìn)的問題。
3.工作進(jìn)度及具體安排。
2006年12.8~2007年1.12 完成開題報(bào)告,上交指導(dǎo)老師。
2007年1.13~2.20 查閱資料,翻譯英語資料。
2007年2.21~4.2 衡陽起重運(yùn)輸機(jī)械有限公司實(shí)習(xí);
四柱液壓機(jī)總體方案設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)、液壓元件參數(shù)確定及選取,其他參數(shù)確定及設(shè)計(jì)。
2007年4.3~5.8 四柱液壓機(jī)裝配圖、液壓系統(tǒng)原理圖、電氣系統(tǒng)控制圖以及其他零部件圖繪制。
2007年5.9~5.31 撰寫設(shè)計(jì)說明書、論文并打印,完成初步裝訂工作。
2007年6.1~6.10 修改完善,準(zhǔn)備答辯。
4.指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師:
年 月 日
- 9 -
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)展情況記錄
畢業(yè)設(shè)計(jì)題目: 中型四柱式液壓機(jī)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
班級(jí): 03-4__學(xué)號(hào):_0340510412_ 學(xué)生:_ 彭 勇__指導(dǎo)教師: 羅中平
時(shí) 間
任務(wù)完成情況
指導(dǎo)教師意見
第七學(xué)期
第 14 周
至
第 18 周
指導(dǎo)教師簽名:
年 月 日
第七學(xué)期
第 19 周
至
第 20 周
指導(dǎo)教師簽名:
年 月 日
第八學(xué)期
第 5 周
至
第 9 周
指導(dǎo)教師簽名:
年 月 日
第八學(xué)期
第 10 周
至
第 12 周
指導(dǎo)教師簽名:
年 月 日
第八學(xué)期
第 13 周
至
第 14 周
指導(dǎo)教師簽名:
年 月 日
第八學(xué)期
第 15 周
至
第 周
指導(dǎo)教師簽名:
年 月 日
- 10 -
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)中期報(bào)告
填表日期:2007年 5 月8日
院(系)
機(jī)械工程學(xué)院
班 級(jí)
機(jī)設(shè)03-4
學(xué)生姓名
彭 勇
課題名稱: 中型四柱式液壓機(jī)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
課題主要任務(wù):
① 主機(jī)工作原理分析、總體方案設(shè)計(jì)、零部件設(shè)計(jì);
② 液壓系統(tǒng)工作原理分析和總體方案設(shè)計(jì);
③ 液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算、液壓元件型號(hào)的選擇、液壓站布局設(shè)計(jì),重要液壓元件的具體設(shè)計(jì);
④ 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
1、簡(jiǎn)述開題以來所做的具體工作和取得的進(jìn)展或成果
① 查閱相關(guān)的資料;
② 外文資料翻譯;
③ 實(shí)習(xí)報(bào)告、實(shí)習(xí)日記;
④ 液壓機(jī)總體方案設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì);
⑤ 零部件設(shè)計(jì);
⑥ 完成一部分零部件圖的繪制;
2、下一步的主要研究任務(wù),具體設(shè)想與安排
① 完善液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)的控制方案設(shè)計(jì);
② 設(shè)計(jì)說明書的撰寫;
③ 零、部件設(shè)計(jì)圖紙的繪制。
3、存在的具體問題
① 電氣控制系統(tǒng)中控制電路的設(shè)計(jì);
② 主機(jī)總體裝配圖。
4、指導(dǎo)教師對(duì)該生前期研究工作的評(píng)價(jià)
指導(dǎo)教師簽名:
日 期:
- 12 -
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)
- 14 -
畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)閱表
院(系):機(jī)械工程學(xué)院
學(xué)生姓名
彭 勇
學(xué) 號(hào)
0340510412
班 級(jí)
03-4
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師
姓 名
羅中平
課題名稱
中型四柱式液壓機(jī)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
評(píng)語:
是否同意參加答辯:
是□ 否□
指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)
分值:
指導(dǎo)教師簽字: 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱表
院、系: 機(jī)械工程學(xué)院
學(xué)生姓名
彭 勇
學(xué) 號(hào)
0340510412
班 級(jí)
03-4
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
課題名稱
中型四柱式液壓機(jī)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
評(píng)語:
針對(duì)課題內(nèi)容給設(shè)計(jì)者(作者)提出3個(gè)問題,作為答辯時(shí)參考。
1.
2.
3.
評(píng) 分:
是否同意參加答辯
是□ 否□
評(píng)閱人簽名: 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及最終成績(jī)?cè)u(píng)定表
院、系(公章):機(jī)械工程學(xué)院
學(xué)生姓名
彭 勇
學(xué)號(hào)
0340510412
班級(jí)
03-4
答辯
日期
課題名稱
中型四柱式液壓機(jī)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
指導(dǎo)
教師
羅中平
成 績(jī) 評(píng) 定
分值
評(píng) 定
教師
1
教師
2
教師
3
教師
4
教師
5
小計(jì)
課題介紹
思路清晰,語言表達(dá)準(zhǔn)確,概念清楚,論點(diǎn)正確,實(shí)驗(yàn)方法科學(xué),分析歸納合理,結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn),設(shè)計(jì)(論文)有應(yīng)用價(jià)值。
30
答辯
表現(xiàn)
思維敏捷,回答問題有理論根據(jù),基本概念清楚,主要問題回答準(zhǔn)確大、深入,知識(shí)面寬。
70
合 計(jì)
100
答 辯 評(píng) 分
分值:78
答辯小組長(zhǎng)簽名:
答辯成績(jī)a:
78×30%=23.40
指導(dǎo)教師評(píng)分
分值:82
指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)b:
82×50%=41.00
評(píng)閱教師評(píng)分
分值:84
評(píng)閱教師評(píng)定成績(jī)c:
84×20%=16.80
最終評(píng)定成績(jī):
分?jǐn)?shù): 81 等級(jí):良
答辯委員會(huì)主任簽名:
年 月 日
2007屆
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)資料
第二部分 設(shè)計(jì)說明書
附錄2
體積模量對(duì)液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)的影響
Sadhana Vol.31, Part 5, October2006, pp. 543–556.(C)Printed in India
Yildiz Technical University Mechanical Engineering Department,,34349 Besiktas,Istanbul,Turkey
e-mail:aakkaya@yildiz.edu.tr
MS received 9 September 2005;revised 20 February 2006
摘要. 這篇研究報(bào)告,我們主要通過PID(比例積分微分)控制方式檢測(cè)液壓控制系統(tǒng)對(duì)角速度控制的Matlab仿真。有一個(gè)地方很值得關(guān)注,包括對(duì)體積模量控制分析系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明,體積模量通過變參數(shù)可以獲得更實(shí)用的模型。此外,PID控制器的不足之處在于對(duì)變體積模量角速度的控制,而模糊控制能夠?qū)崿F(xiàn)較好的控制。
關(guān)鍵詞 液壓傳動(dòng);體積模量;PID(比例積分微分);模糊控制
1.引言
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是種輸出可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的理想動(dòng)力傳遞方式,這樣在工程中得到了廣泛的應(yīng)用,特別是在制造領(lǐng)域,自動(dòng)化和重型車輛。它能夠提供快速的響應(yīng),在變負(fù)載情況下能保持精確的傳動(dòng)速度,可以改善能量的利用效率和變功率傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)為液壓系統(tǒng)。一般來講,它包括由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的變量泵,定量或變量馬達(dá),所有要求控制的都在一個(gè)簡(jiǎn)單的控制柜中。通過調(diào)節(jié)泵或者馬達(dá)的排量,實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。
制造廠商和研究人員不斷的改進(jìn)性能和降低液壓傳動(dòng)系統(tǒng)成本。尤其是近十年,體積模量在液壓傳動(dòng)和控制系統(tǒng)的研究中引起了人們的關(guān)注。一些這方面的研究專題在學(xué)術(shù)期刊中可以找到。Lennevi和Palmberg、Lee和Wu運(yùn)用各種轉(zhuǎn)速控制算法求液壓系統(tǒng)的液壓力得到了很好的發(fā)展和應(yīng)用。所有這些設(shè)計(jì)用的體積模量都是固定值,適用的壓力范圍廣。但是,實(shí)際上體積模量是液壓系統(tǒng)中必須考慮的因素。因溫度變化和大氣壓,體積模量可在運(yùn)行過程中求出液壓系統(tǒng)的液壓力。一點(diǎn)空隙足以大副減少體積模量。此外,系統(tǒng)壓力起著重要的作用在體積模量值上。非線性影響了體積模量的不穩(wěn)定,例如:壓力振動(dòng)導(dǎo)致的壓力波會(huì)對(duì)液壓系統(tǒng)的運(yùn)行不利,還有可能會(huì)因磨損而導(dǎo)致部件的使用壽命縮短,干擾控制系統(tǒng),降低了效率和增加了噪音。盡管有這些不良的影響,但在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中很少有關(guān)于體積模量的研究。1994年Yu等人開發(fā)了一個(gè)參數(shù)辯識(shí)的方法,通過長(zhǎng)的管子來測(cè)量壓力波在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中對(duì)液壓油體積模量的影響。Marning (1997)發(fā)現(xiàn)了液壓油體積模量與液壓系統(tǒng)壓力之間的線性關(guān)系。但是,迄今為止,在液壓傳動(dòng)控制的設(shè)計(jì)過程中,還沒有文獻(xiàn)將體積模量考慮進(jìn)液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型中。事實(shí)上,典型的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)變體模量比普通的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)有更復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程。因此,伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、 動(dòng)態(tài)狀況對(duì)體積模變得更為重要,因?yàn)殚]環(huán)系統(tǒng)本身不會(huì)引起穩(wěn)定性問題。體積模量無法直接確定,這樣須要估計(jì)。基于這一估計(jì), 在液壓控制系統(tǒng)中可能要采用修正的方法。體積模量復(fù)雜的動(dòng)態(tài)相互作用和控制方式是用仿真建模和分析軟件來監(jiān)測(cè)的。做一個(gè)真正的模型系統(tǒng)是非常復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的,模擬仿真測(cè)試是非常有利的。伺服液壓傳控制系統(tǒng)是解決這個(gè)問題的好辦法。靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模的仿真試驗(yàn)不需要昂貴的模型。仿真還能縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期。
這項(xiàng)研究的重點(diǎn)是一個(gè)典型的液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)。非線性系統(tǒng)模型是通過MATLAB的仿真軟件來研究的。該系統(tǒng)模型是由泵、閥、液壓馬達(dá)、液壓管等組件組合而成。另外,變體積模量將描述出影響系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的現(xiàn)象與控制算法。為此,兩個(gè)不同的液壓軟管仿真模型被分別接入系統(tǒng)模型中。另外,利用模型來設(shè)計(jì)控制的過程。液壓馬達(dá)角速度的控制是通過PID(比例積分微分)和 模糊控制器來完成的。在第一個(gè)模型中,液壓系統(tǒng)的體積模量和角速度假設(shè)為一個(gè)定值,并由典型的PID(比例積分微分)和模糊控制器來控制。第二個(gè)模型,體積模量被定義為可變參數(shù),這個(gè)參數(shù)取決于大氣壓和系統(tǒng)的壓力。在應(yīng)用同一PID控制參數(shù)的情況下,這種新模式適用于液壓系統(tǒng)的速度控制。接下來,模糊控制器應(yīng)用于這一新模式中,可以判斷體積模量的非線性關(guān)系。兩種控制辦法的仿真結(jié)果被用來對(duì)比分析體積模量在液壓系統(tǒng)中的不同情況。
2.?dāng)?shù)學(xué)模型
液壓系統(tǒng)的物理模型如圖1所示。變量泵由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),提供液壓能給傳動(dòng)系統(tǒng)來產(chǎn)生固定的體積模量效應(yīng),變量馬達(dá)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。為了不讓系統(tǒng)產(chǎn)生過高的壓力,使用減壓閥來解決。
圖1. 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)
從客觀的角度來看這個(gè)研究,系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型應(yīng)該越簡(jiǎn)單越好。與此同時(shí),它必須包括重要的實(shí)際特征。了解單獨(dú)組件的目的是為了更好的了解系統(tǒng)模型。利用物理基礎(chǔ)知識(shí),目前可以得到平衡和連續(xù)性方程。模型反映出了每個(gè)組件動(dòng)態(tài)狀態(tài)時(shí)的情況。通過了解每個(gè)組件,將所有組件聯(lián)系起來可以了解整個(gè)系統(tǒng),從而得到整個(gè)系統(tǒng)模型。本文中,利用各組件來開發(fā)液壓系統(tǒng)模型是早期所用到的方法。
2.1 變量泵
假設(shè)原動(dòng)機(jī)(異步電動(dòng)機(jī))的角速度是個(gè)常數(shù)。因此,聯(lián)結(jié)泵的軸的角速度也是個(gè)恒定的值。泵的流量可以通過變量泵的斜盤角度和位移得到如下關(guān)系:
Qp = αkpηvp, (1)
式中,Qp表示泵的流量(m3/s),α表示斜盤的傾斜角度(?),kp表示泵的系數(shù),ηvp表示泵的容積效率,假設(shè)這個(gè)參數(shù)與泵自轉(zhuǎn)角度沒有關(guān)系。
2.2 減壓閥
為了簡(jiǎn)化,減壓閥不考慮動(dòng)態(tài)因素的影響,這樣,可以得到減壓閥在開啟和關(guān)閉時(shí)的兩個(gè)流量方程。
Qv = kv(P ? Pv), 如果P 大于Pv, (2)
Qv = 0, 如果 P 小于等于 Pv, (3)
式中,kv表示閥的靜態(tài)特性,P表示系統(tǒng)的壓力(帕),Pv表示開啟壓力(帕)。
2.3 液壓管
作為傳統(tǒng)模型,高壓管用于連接泵和馬達(dá),在這里體積模量是個(gè)固定值。變體積模量在接下來的章節(jié)中討論。
流體的可壓縮性關(guān)系如下式(4)所示。等式(5)提出了在給定流量時(shí)壓力值的求法。假設(shè)液壓管對(duì)系統(tǒng)的壓降忽略不計(jì)。
Qc = (V /β)(dP/dt), (4)
(dP/dt) = (β/V )Qc, (5)
式中,Qc表示經(jīng)過壓縮后的流量(m3/s), V表示流體經(jīng)過壓縮后的體積(m3),β表示流體的固定體積模量,在液壓系統(tǒng)和動(dòng)能傳動(dòng)中它是一個(gè)重要的參數(shù),因而它將影響動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的狀況。非氣液壓油的體積模量取決于溫度和壓力,礦物油根據(jù)添加劑數(shù)量不同,體積模量為1200~2000Mpa。但是,系統(tǒng)壓力和融合空氣,將影響體積模量的值。如果采用液壓膠管而非鋼管,體積模量在這里就回大大降低。由于這些參數(shù)影響體積模量,液壓傳動(dòng)系統(tǒng)模型必須具有更準(zhǔn)確的動(dòng)力系統(tǒng)。
流體和空氣的混合體在液壓管中的變體積模量可以如下所示:
(6)
式中,下標(biāo)α、f和h分別指空氣、流體和液壓管。假設(shè)初始總體積為=+,還有 >>。這樣體積模量會(huì)比任何, , 和 Vt/Va都要小。積模量中流體的來自于生產(chǎn)廠家體的數(shù)據(jù)。(Cp/Cv)P = 1.4P主要用于絕熱狀態(tài)下空氣的體積模量。(6)式還可以改寫如下:
(7)
式中:s表示融入空氣的總體積(s = Va/Vt )。
2.4 液壓馬達(dá)和負(fù)載
液壓馬達(dá)的流量(m3/s)可以用公式表示如下:
Qm = kmω/ηvm, (8)
式中:km表示液壓馬達(dá)的系數(shù),ω表示液壓馬達(dá)的角速度,ηvm表示液壓馬達(dá)的容積效率。假設(shè)液壓馬達(dá)的效率不受轉(zhuǎn)動(dòng)軸的影響。液壓馬達(dá)的扭矩可有公式表示如下:
Mm = kmt_Pηmm, (9)
式中:kmt表示液壓馬達(dá)的扭矩系數(shù),P表示液壓馬達(dá)的壓降,ηmm表示液壓馬達(dá)的機(jī)械效率。液壓馬達(dá)所產(chǎn)生的扭矩等于瞬間馬達(dá)負(fù)載的總和,可由公式表示如下:
Mm = MI +MB +Mo, (10)
式中,MI、MB和Mo表示瞬間形成的負(fù)載慣性,摩擦力伴隨機(jī)械運(yùn)行而生,這樣可以描述為:
Mm = Im(dω/dt) + Bω +Mo, (11)
式中,Im表示液壓馬達(dá)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,B表示馬達(dá)和軸的摩擦系數(shù),ω表示馬達(dá)軸的角速度。等式(11)用于確定液壓馬達(dá)軸的角速度。從新定義角速度公式如下:
dω/dt = (Mm ? Bω ?Mo)/Im. (12)
2.5 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)
通過基本數(shù)學(xué)模型,結(jié)合液壓系統(tǒng)中各組件和發(fā)生的現(xiàn)象,從而方便獲得總體液壓傳動(dòng)系統(tǒng)模型。由此,液壓系統(tǒng)是根據(jù)模型仿照而成的系統(tǒng)。在開發(fā)動(dòng)態(tài)模型系統(tǒng)時(shí),假設(shè)傳動(dòng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性不取決于液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向,傳動(dòng)處于平衡狀態(tài)。不考慮模型中液壓泵和馬達(dá)的泄露量。通過數(shù)學(xué)模型可以得到液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的兩個(gè)等式如下:
流量方程:
Qp = Qm + Qc + Qv, (13)
瞬時(shí):
Mm = MI +MB +Mo. (14)
聯(lián)合等式(5)和(12),可以得到如下公式:
dP/dt = (β/V )(Qp ? Qm ? Qv), (15)
dω/dt = (Mm ? Bω ?Mo)/Im. (16)
Matlab仿真一個(gè)常用的模擬仿真方式,它主要用于求解非線性方程。仿真模型是基于圖2中所示的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。系統(tǒng)模型中的組件可以很容易在規(guī)定要求內(nèi)變換。據(jù)此,改變液壓組件中的液壓管,通過等式(7)可以得到第二種模型。
3.控制應(yīng)用
許多相關(guān)的刊物記載出版了液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中馬達(dá)與相連負(fù)載的速度控制方法。為了完成這個(gè)目標(biāo),設(shè)計(jì)中采用了不同的閉環(huán)控制。但是,1996年Lee和Wu通過調(diào)節(jié)泵的位移來調(diào)節(jié)負(fù)載的速度,這種測(cè)試方法是最有用的。此外,1996年Re等人解決了用改變泵的排量來控制負(fù)載的速度,改變泵和馬達(dá)的流量是最高效的,在任何時(shí)候應(yīng)該盡可能首選這種控制方法。為此,正在研究液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的這一問題,輸出角速度通過液壓馬達(dá)提供的流量來控制,通過調(diào)節(jié)變量泵斜盤的角度來調(diào)節(jié)流量。為了研究的方便,在應(yīng)用中不考慮斜盤的動(dòng)力學(xué)影響。此外,斜盤控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)速度通常比其它系統(tǒng)要快,因此忽略動(dòng)力學(xué)影響是有理由的。液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)中液壓馬達(dá)的角速度通過精確控制得到,因而事先必須設(shè)計(jì)好控制器。在工業(yè)中,經(jīng)典的控制方法有PI、PID,它們被用于液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的速度控制。關(guān)鍵是要確定控制參數(shù),因?yàn)镻ID控制方法具有線性的特性。特別是在控制器中應(yīng)該把體積模量當(dāng)作一個(gè)非線性的。由于有可變范圍,這樣控制器的性能要非常的穩(wěn)定。以理論知識(shí)為基礎(chǔ)的控制越來越多,特別是在模糊控制領(lǐng)域。不像經(jīng)典控制方法,模糊控制結(jié)合非線性來設(shè)計(jì)控制思路。因此,這種控制方法的應(yīng)用可以用于判斷對(duì)減少體積模量影響的控制能力。
3.1 PID控制
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)角速度控制的算法在公式(17)、(18)中已經(jīng)給出。用Ziegler-Nichols法校正控制參數(shù),例如比例增益(Kp),響應(yīng)時(shí)間常數(shù)(τd ),積分時(shí)間常數(shù)(τi)。通過參考角速度來確定最優(yōu)的控制參數(shù)。圖3表示液壓傳動(dòng)系統(tǒng)
仿真模型。
uv(t) = Kp·e(t) + Kp·τd·de(t)/dt +Kp/τi·dt, (17)
e(t) = ωr ? ω. (18)
4、結(jié)論
利用系統(tǒng)模型和仿真技術(shù)分析了體積模量非線性對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的影響。通過這個(gè)研究表明,如果忽略了液壓傳動(dòng)系統(tǒng)體積模量的動(dòng)態(tài)影響,對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)和安全運(yùn)行將帶來很大的錯(cuò)誤。因此,應(yīng)該把體積模量作為變參數(shù)考慮,這樣可以得到實(shí)際的整體模型和確定更精確的PID控制器參數(shù)。迄今為止,還沒有分析液壓系統(tǒng)模型體積模量的同時(shí)描述模型的設(shè)計(jì)特點(diǎn)的文獻(xiàn)。于是,對(duì)于當(dāng)時(shí)最早的設(shè)計(jì),PID控制器應(yīng)用于液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)可能是有用的。這樣可以清楚的看到模糊控制器消除變體積模量的不良影響。這樣有利于控制設(shè)計(jì)開發(fā)更好的控制器。今后的研究發(fā)展的方向,將包括模型斜盤的動(dòng)力學(xué)問題、閥的動(dòng)力學(xué)問題、液壓馬達(dá)和泵的流動(dòng)復(fù)雜和轉(zhuǎn)矩問題。這樣,一個(gè)合適的控制方法將被應(yīng)用于調(diào)速和變負(fù)載的情況。
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