箱体质量平衡原理在面源污染评价中的应用

箱体质量平衡原理在面源污染评价中的应用（精选4篇）

篇1：箱体质量平衡原理在面源污染评价中的应用

箱体质量平衡原理在面源污染评价中的应用

摘要：以冶金工业钢渣处理及钢渣堆场面源为例,采用城市颗粒物污染防治研究领域的箱体单元质量平衡原理作为确定无组织排放源强的指导方法,取得了较好的`分析结果.同时将科学研究的思路引入环境影响评价之中,为提高与改善评价结论做出探索与尝试.作 者：王文美    赵磊    康磊    张圆    王炜    张余    WANG Wen-mei    ZHAO Lei    KANG Lei    ZHANG Yuan    WANG Wei    ZHANG Yu  作者单位：王文美,赵磊,康磊,张圆,张余,WANG Wen-mei,ZHAO Lei,KANG Lei,ZHANG Yuan,ZHANG Yu(天津市环境保护科学研究院,天津,300191)

王炜,WANG Wei(南开大学环境科学与工程学院,天津,300071)

期 刊：环境科学导刊   Journal：ENVIRONMENTAL SCIENCE SURVEY 年，卷(期)：, 29(2) 分类号：X82 关键词：钢渣    面源污染    箱体单元质量平衡原理    环境影响评价   

篇2：箱体质量平衡原理在面源污染评价中的应用

一、理论推导

例:将Ag溶质质量分数为a%的某溶液与Bg溶质质量分数为b%的同种溶液相混合, 计算混合后溶液的溶质质量分数。设混合后溶液中溶质质量分数为x%。根据溶液中溶质质量分数的计算公式可得:

形得:Ag·x%+Bg·x%=Ag·a%+Bg·b%

如果我们把 (a%-x%) 看作动力臂, Ag看作动力, 则 (x%-b%) 看作阻力臂, Bg看作阻力的话。见下图:

根据杠杆平衡原理:动力×动力臂=阻力×阻力臂可直接得出:Ag· (a%-x%) =Bg· (x%-b%) 即可求出x的值。

杠杆图中的数据位置说明:杠杆的两端为混合前两溶液 (或物质) 的质量及其对应的溶质质量分数。杠杆的平衡支点为混合后溶液的溶质质量分数。若混合前其中一种物质是水, 则把水的“溶质质量分数”看作O, 若混合前其中一种物质是纯溶质, 则把它的“溶质质量分数”看作100%。这样利用杠杆平衡原理, 即可解决与溶质质量分数有关的各种计算。

二、实例说明

1. 有关溶液混合的溶质质量分数的计算, 用溶质质

量分数为10%的KNO3溶液和溶质质量分数为50%的KNO3溶液相混合, 配制20%的KNO3溶液100g, 需各取多少克?解:设需50%的KNO3溶液的质量为x。则10%的KNO3溶液的质量为 (100g-x)

由杠杆平衡原理可得:

解得:x=25g

则100g-x=100g-25g=75g答:略。

2. 有关溶液稀释的溶质质量分数的计算, 例2把50g

溶质质量分数为30%的H2SO4稀释成溶质质量分数为10%的H2SO4溶液, 需加水多少克?解:设需加水的质量为x, (把水的溶质质量分数看作0来计算)

由杠杆平衡原理得:

解得:x=100g答:略。

3. 有关溶液浓缩的溶质质量分数的计算, 例3把50g

溶质质量分数为20%的H2SO4溶液恒温蒸发浓缩后, 其溶质质量分数变为70%, 则需蒸发掉多少克水?分析:溶液浓缩相当于浓缩后的溶液加水稀释成浓缩前的溶液。同样可以用杠杆平衡原理来解决。解:设需蒸发掉水的质量为x。

由杠杆平衡原理得:

解得:x=250÷7g≈35.7g答:略。

4. 有关溶液配制的溶质质量分数的计算, 例4某同

学用15%的NaNO3溶液与NaNO3固体配制1000g32%的Na NO3溶液。问: (1) 应取15%的NaNO3溶液多少克? (2) 该同学取NaNO3固体多少克?解:设该同学取NaNO3固体的质量为x (把NaNO3固体的溶质质量分数看作为100%) 。则取15%的NaNO3溶液的质量为 (1000g-x) 。

由杠杆平衡原理得:x· (100%-32%) = (1000g-x) × (32%-15%)

解得:x=200g则1000g-x=800g答:略。

篇3：箱体质量平衡原理在面源污染评价中的应用

关键词:杠杆平衡原理 混合 稀释 配制 溶质质量分数的计算

溶液中溶质质量分数的计算是中考的一个重点,也是难点,尤其是溶液的稀释、浓缩、混合及配制等的有关计算。下面我将借用杠杆平衡原理以不变应万变,使之化难为易,供同仁参考。

一、理论推导

例:将Ag溶质质量分数为a%的某溶液与Bg溶质质量分数为b%的同种溶液相混合,计算混合后溶液的溶质质量分数。设混合后溶液中溶质质量分数为x%。根据溶液中溶质质量分数的计算公式可得:

形得:Ag·x%+Bg·x%=Ag·a%+Bg·b%

即Ag·(a%-x%)=Bg·(x%-b%)

如果我们把(a%-x%)看作动力臂,Ag看作动力,则(x%-b%)看作阻力臂,Bg看作阻力的话。见下图:

根据杠杆平衡原理:动力×动力臂=阻力×阻力臂可直接得出:Ag·(a%-x%)=Bg·(x%-b%)即可求出x的值。

杠杆图中的数据位置说明:杠杆的两端为混合前两溶液(或物质)的质量及其对应的溶质质量分数。杠杆的平衡支点为混合后溶液的溶质质量分数。若混合前其中一种物质是水,则把水的“溶质质量分数”看作O,若混合前其中一种物质是纯溶质,则把它的“溶质质量分数”看作100%。这样利用杠杆平衡原理,即可解决与溶质质量分数有关的各种计算。

二、实例说明

1.有关溶液混合的溶质质量分数的计算,用溶质质量分数为10%的KNO3溶液和溶质质量分数为50%的KNO3溶液相混合,配制20%的KNO3溶液100g,需各取多少克?解:设需50%的KNO3溶液的质量为x。则10%的KNO3溶液的质量为(100g-x)

由杠杆平衡原理可得:

x·(50%-20%)=(100g-x)·(20%-10%)

解得:x=25g

则100g-x=100g-25g=75g答:略。

2.有关溶液稀释的溶质质量分数的计算,例2把50g溶质质量分数为30%的H2SO4稀释成溶质质量分数为10%的H2SO4溶液,需加水多少克?解:设需加水的质量为x,(把水的溶质质量分数看作0来计算)

由杠杆平衡原理得:

50g×(30%-10%)=x·(10%-0)

解得:x=100g答:略。

3.有关溶液浓缩的溶质质量分数的计算,例3把50g溶质质量分数为20%的H2SO4溶液恒温蒸发浓缩后,其溶质质量分数变为70%,则需蒸发掉多少克水?分析:溶液浓缩相当于浓缩后的溶液加水稀释成浓缩前的溶液。同样可以用杠杆平衡原理来解决。解:设需蒸发掉水的质量为x。

由杠杆平衡原理得:

(50g-x)×(70%-20%)=x·(20%-0)

解得:x=250÷7g≈35.7g答:略。

4.有关溶液配制的溶质质量分数的计算,例4某同学用15%的NaNO3溶液与NaNO3固体配制1000g32%的NaNO3溶液。问:①应取15%的NaNO3溶液多少克?②该同学取NaNO3固体多少克?解:设该同学取NaNO3固体的质量为x(把NaNO3固体的溶质质量分数看作为100%)。则取15%的NaNO3溶液的质量为(1000g-x)。

由杠杆平衡原理得:x·(100%-32%)=(1000g-x)×(32%-15%)

解得:x=200g则1000g-x=800g答:略。

篇4：箱体质量平衡原理在面源污染评价中的应用

仿人形机器人的机械臂系统具有个强耦合和非线性, 机械系统首尾相接的链式结构及驱动器串联配置的特点决定了机械臂机械系统的耦合性, 因而成为仿人形机器人机械臂系统设计中特有的问题。由于机械臂系统的强耦合和非线性的影响, 使机器人的动力性能变坏, 动力学分析更为复杂, 不利于机器人的动力学实时控制, 故若能部分抵消非线性和耦合的影响, 能提高仿人形机器人机械臂的实时控制的精确度。本文利用关节驱动电机自身的质量进行平衡设计, 来抵消部分机器人机械臂动力系统耦合项的影响, 从而减小驱动电机的负载, 并在仿人形机器人机械臂的实时控制设计中取得良好的效果。

一、基本原理

两连杆机械臂模型如图1所示, θ1、θ2分别为连杆1、2的转动角度, M1、M2是关节1、2的驱动转矩, m2为2杆质量, m0为末端负载, L2为2杆长度, c为2杆质心, L2c为2杆质心到其支点的距离。其动力学方程如式 (1) 、 (2) 所示[1]:

如上所述, 机器人动力系统是一种非线性强耦合系统。因为在非高速运动情况下, 向心项和哥氏项的影响较小, 可以简化计算, 故在上式中省略了向心项和哥氏项。式中A11ε1, A22ε2是自惯量项, 它表示角加速度ε1、ε2引起的作用在自身关节上的惯性力矩, A1、A2是重力项的影响, 它与臂杆的质量, 质心离转动中心的距离以及位置角有关, A12ε2、A21ε1为耦合惯量项, 它表示由臂杆1或2的转动造成的对2或1关节的惯性力矩。耦合项的影响, 使系统的动力性能变坏, 使动力学分析更为复杂, 因此, 应尽量减小耦合项的影响, 对于耦合项系数如式 (3) 所示:

其中f (m1, m2, J1, J2) 项是由连杆自身质量和转动惯量引起的, 从机械设计的角度看, 要减小它们的影响, 只有减小连杆自身质量和转动惯量及负载质量, 但其质量和转动惯量不能没有。在耦合项系数里有一项为 (m2L2c+m0L2) , 因此, 在减小质量的同时, 如设法改变2杆质心的位置, 使L2c=- (m0/m2) L2, 即 (m2L2c+m0L2) 为0, 即可部分抵消非线性和耦合项的影响。从图1中可以看出, L2c为负值, 即2杆质心落到支点的另一侧, 即C′的位置[2,3]。

二、质量平衡原理在仿人形机器人中的应用

在仿人形机器人双臂的设计中, 根据上述原理, 利用关节驱动电机自身的质量进行平衡, 对机械臂进行了优化设计。

对于1、3、5、7四个绕水平轴转动的自由度, 由于负载在其转动轴线上, 负载转矩较小, 无需进行质量平衡, 对于2、4、6三个绕垂直轴转动的自由度, 承受负载转矩较大, 用电机质量进行平衡设计。机器人末端负载设计参数为m0=0.5kg。机械臂的设计参数如表1所示。

根据质量平衡原理, 代入机械臂具体设计参数以及2、4、6三个关节驱动电机的重量, 可计算出2、4、6三个自由度的驱动电机应分别安装在支点相对一侧的51mm、55mm、64mm处。这里需特别说明的是, 在第一次机器人机械臂的设计过程中, 如果各驱动电机都安装在转动轴负载的一侧, 这样设计使电机负载转矩增大, 也不利于减小耦合项的影响。采用质量平衡原理进行改进设计后, 将2、4、6三个关节的驱动电机安装在支点另一侧伸出的燕尾槽内, 通过齿轮减速带动机械臂转动, 具体的实验结果表明, 改进后的机器人机械臂设计明显减轻了驱动电机的负载, 也在一定程度上减小了耦合惯量的影响。实验是在其它自由度不动, 只转动4、6两个自由度的情况下进行的。小臂和中臂的初速度都为零, 以最大加速度到达最大的允许速度, 然后作匀速转动。利用测力矩装置测出电机的转矩。为便于比较, 将臂杆在特殊位置上以特定参数运动时测出的所需驱动转矩如表2所示。

ε1、ε2为4、6关节的角加速度, θ1、θ2为匀速转动时的最大角速度。表中的M1、M2分别表示4、6关节所需总的驱动转矩, M1重、M2重分别表示重力项的大小, M1藕、M2藕分别表示耦合项的大小, 表中括弧内的数据为没有进行质量平衡前的测量值。由表中数据可见, 由于采用了质量平衡技术, 关节转矩中, 重力项和耦合项的影响都大为减小, 约为质量平衡前的1/3, 关节所需总的驱动转矩也相应减小。由此可见, 质量平衡原理的合理利用, 可以有效地减小负载转矩和耦合项的影响, 对改善操作机的工作性能具有十分重要的意义。

三、总结

通过对质量平衡原理的应用, 实现了对YJP-1型双臂冗余度机器人机械臂的优化设计, 并通过关节驱动电机自身重量保持平衡, 避免了附加平衡质量块导致的整个机械臂系统质量增加的不良影响, 具体的试验表明, 对机器人机械臂的改造, 在一方面能减少了机器人关节驱动电机负载, 另外也有效减轻了机械臂系统耦合惯量项的影响, 使机器人机械臂动力性能以及操作性能在很大程度上得到了改善, 对机器人的改进实际上也是质量平衡原理的有效应用。

参考文献

[1]倪受东, 黄筱调, 袁祖强.质量平衡原理在机械臂设计中的应用.南京工业大学学报 (自然科学版) , 2003, 25 (03) :66-68

[2]周军, 焦建民, 周凤岐.故障容错机械臂运动学可靠性设计.宇航学报, 2004, 25 (02) :187-193