液压支柱试验泵站变频调速系统设计.pdf

1 4 煤 矿 机 械 2 0 0 4年第 1 2期 文章编 号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 4 1 2 0 0 1 4 0 3 液 压 支柱 试验 泵站 变频调 速 系统设 计 程 广振’ ．王义明’ ．张卫 国 1 ． 平顶山工学院，河南 平顶山 4 6 7 0 0 0 ；2 ． 盘江煤电公司 物资供应分公 司，贯州 盘县 5 5 3 5 3 6 摘 要 介绍 了液压支柱和三用闽试验 泵站 的发展现状及 存在 问题 。泵类设 备 的工作 压力、 流 量 、 功 率与转速 的关 系， 泵站恒压变频调速节能原理 、 方案设 计， 变频器的选择 与外部接线及 变频 调 速 恒 压 控 制 的 效 果 。 关键词 变频 器；恒压调 节；节能 中图号 T D 3 5 5 ；T M 3 文献标识 码A 1 t 前 言 单 体液压支 柱是煤矿采煤工作面的重要支 护设 备 ， 其初 撑 力 大 。 支 撑 阻力 稳定 ， 工 作 可靠 ， 回柱方 便 ， 在煤矿生产 中用量 极大 。三用 阀是与外 注式单 体液 压支 柱配套 ， 实现 注液 、 稳定 支撑 阻力 、 安全 卸 压 的控制部件。单体 液压支 柱和三用阀的质量好坏 对煤矿安全生产 具有重 要意 义 ， 每次 在井下 工 作面 用完 ， 都必须升井解 体维 修 ， 然后加 压试 验 ， 合 格后 方可再次下井使用。 目前 阀柱试验 供液的泵站大都 采用三相电机恒速拖 动 ， 其液压系统如 图 1所示 。 g 。 ≤0 1 ， 2 ， ⋯ ， 1 7 2 6 4实例仿 真 设滚 筒直 径 D 。1 ． 3 5 m， 螺旋 叶 片外径 D 1 ． 2 m， 牵 引 速 度 。5 m ／ ra i n ， 叶 片厚 度 0 ． 0 2 5 m， 叶片头数 m2 ， 每条截线截齿数 2 ， 叶片与煤 块之 间摩 擦角 a r c t g 0 ． 31 6 ． 7 。 。 采用 MA T L A B语言编制免疫遗传算法 求解采煤 机螺 旋 滚 筒 装 煤 性 能参 数 程 序 ， 在 C P U 2 ． 0 2 G H z 、 R A M5 1 2 MB的 P C机上运行 ， 仿真优化求解 的结果如 表 1 所示 。 表 1 优 化结果 Ta b． 1 Op fi mi z a Uo n r e s u l t 目标 函数 F X2 9 ． 8 7 9 3 T n 3 ， I I l i n ， 也 即 Q。 的 最大 值 为 2 9 ． 8 7 9 3 T n 3 ， I I l i n 。 比原 设 计⋯ 的 Q 2 6 ． 5 6 T n 3 ／ m i n提 高 3 ． 3 1 9 3 m 3 ／ ra i n ， 其 提 高 率 为 1 2． 4 9 7 4％ 。 5结 语 本文通过采用免疫 遗传算法对 采煤机螺旋滚筒 装煤性 能参数进 行 了优 化求 解 ， 从仿 真计算 结果 来 看 ， 结论符合实际应用情况 ， 证明了该算法应用于工 程优化 的可行性。 参考文 献 [ 1 ] 王磊 ，潘进 ，焦李成 ．免疫 算 法 [ J ] ．电子学 报 ，2 0 O 0。2 8 7 7 4 7 8 ． [ 2 ] 王熙 法 ，张显俊 。曹先彬 ， 等 ． 一 种基 于免疫 原理 的遗传 算法 [ J ] ．小 型微型 计算机 系统 ．1 9 9 9 ， 2 o 2 1 1 71 2 0 ． [ 3 ] 王炎 ．孙一 康 ． 基 于免疫 遗 传算 法 的 冷连 轧 机轧 制 参数 优 化 方 法[ J ] ．信息 与控制 。 2 0 0 2 。 3 1 2 1 8 91 9 2 ． [ 4 ] 李智 。陈满意 ．免疫 遗 传算 法 在齿 轮 减速 器 可靠 性 优化 设 计 中 的应 用[ J ] ． 煤 矿机 械 ， 2 0 0 3 。 9 1 3 ． [ 5 ] 王传礼 ． 采煤机新型螺旋滚筒装煤性能最优参数的选择[ J ] ． 煤 矿机 械 。1 9 9 6。 5 1 21 4 ． 作者简 介 熊倩 1 9 8 4一 。 女 ． 湖 北 荆 门人 。 现 为 武 汉工 业 学 院 电气信息 工 程 系 自动 化 专 业 本 科 生 ． T e l O 2 75 0 4 5 1 1 6 3， E ． m a i l mo n o 8 4 s o h u ． c o rn． 收稿 日期 2 0 0 4 ． 0 8 ． 2 5 Op t i mi z a t i o n de s i g n o f pa r a me t e r s o f s h e a r e r s pi r a l c u t t i n g d r u m ba s e d o n i mmun e GA a l g o r i t h m X I ONG Q i a n． WA NG We n - f a n g 。Z HOU Y u ． F A N Y a n ． H UAN G S o n g - x i n g ． L I Z h l Wu h a n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y ．Wu h a n 4 3 0 0 2 3 ． C h i n a Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r -p ri n c i p l e -mo d e l a n d r e a l i z a t i o n p r o c e s s o f a re i mmu n e GA s u mma r i l y rev i e w e d． W h e n t h e a l g o - ri t h m i s a p p l i e d i n o p t i mi z a t i o n mo d e l o f p a r a me t e r s o f s h e a rer s p i r a l c u r i n g d r u m-t h e res u l t s h o w s t h a t t h e o p ti mi zat i o n d e s i g n i s p r a c t i c a l an d t h e a l g o r i thm g i v e s a n e w wa y f o r s o l v i n g s i mi l a r c o mp l i c a t e d c o a l ma c h i n e r y o p t i mi zat i o n p r o b - l e m s． Ke y wo r d s i mmu n e GA； s h e a r e r ； s p i r a l c u t ti n g d rum o p t i mi z a t i o n d e s i gn 维普资讯 2 0 0 4年第 1 2期 液压支柱试验 泵站变频调速 系统设计程 广振 ， 等 1 5 图 1 单 体 液 压 支 柱 试 验 泵 站 液 压 系 统 F ． 1 P r e s s a u t o ma t i c c o n t r o l u s i n g d a mp e r 1 ． 泵2 ． 二 位 三通 卸荷 法3 ．溢流 阀 暂停工作 时 ， 把二位三通卸荷阀扳到右位 ， 泵站 卸荷 ， 试验过程 中泵 站 同时 向单 体液压 支柱试验 台 和三用 阀试 验 台 2处供 液。由于用 液量是 变化 的， 当用 液量变小 时 ， 系统压力升高 ， 直 到阀 3调定 的压 力 ， 阀 3溢流 。虽然功能上完全满足使用要求 ， 但也 存在耗 能高的问题。为此 ， 对泵站拖动进行改造 ， 达 到节 能降耗的 目的。 2采用变频调速 的节能原理 泵类设备在运行时 ， 其流量 Q 、 压力 P 、 轴功率 Ⅳ与转速 n之 间存在如下关系 ； 旦 ； N Q on o ’ P o一 n o ’ Ⅳ o 一 n o 式 中 n 。 额定转 速 ； Q 。 n 。时的流量 ； P o n o时的压力 ； No n 。时的轴功率。 由此 可见 ， 风机水 泵类 的特点是 其负 载转矩 与 转速 的平 方成 正 比， 其轴功率与转速的立方成正 比。 因此 ， 与采用 电机定 速运 转 ， 挡板 、 阀 门调 节流 量以 维持 压力恒定 相 比， 在负荷小于额定负荷 时 ， 根据负 荷大小 调节电机 的转 速 ， 以维持压力恒定 ， 就可获得 节 电效果 。 3变 频 调 速 方 案设 计 目前变频调速控 制方式 主要有 ， V v v F控 制 、 s F 控制 、 V C控制 3种。即 ／ 厂 控制 ， 表示变压变频 ， 在 改变频 率的同时改变电压 ， 使 电动机磁通保持恒定 ， 在较宽 的调速范 围 内 ， 电动 机 的转 矩 、 效率 、 功率 因 数下降较小 ， 是一种 转 速开环 的变频 调速 系统 。S F 控制 即转差频率 控制 ， 是适 于直 流电动机 的速度 闭 环 变频调 速系统 ， 由于直流电机结构复杂 ， 这里不予 考虑 。V C控制 即矢量控制 ， 它适 于直流 电动机 和异 步 电动机 ， 控制精度高 ， 过载能力强 ， 调 速范围宽 ， 但 结构复杂 ， 价格高。 泵类机械 为减转矩负载 ， 即随着转 速降低 ， 负载 转矩大体与转速 的平方成 比例地减小。故变频器最 好选用减转矩负载的 厂模式 ， 该模 式 电压补偿 值 大 ， 使 电动 机输 入 电 流减 小 ， 与 恒转 矩 负 载 的 ／ 厂 模式相 比， 可 以提高 电动机 和变频 器 的效 率。 同时 方式控制简单、 成本低， 适合风机水泵这类控 制精度要求不高 的设 备 ， 达 到节能 降耗 的 目的。根 据上述分析 ， 选用 v V V F控 制的通用 型变频器。 通过对 国 内外各种 品牌 变频器 的综 合 比较 ， 选 择 了性 能价格 比较 高 的， 日本富 士 电机公 司型号 为 F R N V G 7 S一4的风 机 、 泵 类 负 载 变频 器。标 准 适 配 电机容量 4 5 k W， 三 相 电源 电压 3 8 0 4 8 0 V， 频 率 5 0 ／ 6 0 Hz 。 4变频器外部接线 图 变频器外 部接线 图如 图 2所 示。变 频器 的 R， S ， T端 与三相 电源连接 ， 相序 与 电机转 向无关 ， 一 般 通过改变 电机端 u ， v， w 的连 接顺 序来 改变 电机转 向。特别应 注意电源端 与 电机 端不 能接 反 ， 否则会 烧坏变频器 ； R o 、 T 0为控 制电源辅助输 入端子 ， 作 为 抗干扰滤波器电源和风扇 备用 电源 ； P 。 、 P端装 有直 流电抗线圈 ， 用 以提高系统 的功率因数 ； l l 、 1 2 、 1 3端 连接外接电位 器 ， 进 行 频率 设定 ， 其 输 入 阻抗 为 2 2 k I 2 ； A 1 、 M端 为模拟电流信号输 入端 ， 压力 变送 器把 检测到的空气静压信 号变换 为 42 0 m A的直流 电 流信号由此输 入 ， 与频率设 定信 号 比较。二 者的 差 值作为电机转速的控制信号 ； F WD、 R E V、 C M 端 为开 关量输 入 端 ， F WD为正 转 启 停 ， R E V为 反 转启 停 ， C M为公共端。 兰相 } 游 R L 1 一 一 S V f T ■ R 0 P l l T O I ’ 嚣 差 E l3 12 lRXVG 7S一4 ll 模拟 一 l 输入 一 M 转 广 一 l D 一 R l V C M 图 2变 频 器 外 部 接 线 图 Fi g ． 2 Tr a n s d u c e r o u t e r wt a n g d l a mt- a i n 5结语 1 采用 变频调 速泵站恒压控制 ， 取代原恒速 电 机驱动 ， 溢流 阀定压系统 ， 节 电幅度在 柏 ％以上 。 2 所选 变频器为典 型 的交 一直 一交 电压 型通 用变频器 ， 采用 控制 ， 技 术 成熟 ， 构 造 简单 ， 经 济可靠。 3 电机 启 动 特 性 改 善 。使 启 动 电 流 不 大 于 1 ． 5倍额 定 电流 ， 实现 电机软 启动 ， 减小 冲击 ， 延 长 电机使用 寿命 。 维普资讯 ． 1 6 ． 煤 矿 机 械 2 0 0 4年第 l 2期 文章 编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 4 1 2 0 0 1 6 0 3 弧面凸轮机械手虚拟设计建模及结构参数化设计 张锋 ．张晓 明 ．曹 巨江 陕西科技大学 ，陕西 咸阳 7 1 2 0 8 1 摘 要 根据弧 面凸轮机械手产 品 系列化开发 的要 求， 探 索了基 于 P r o ／ E平 台实现产 品虚拟 设计 的建模技 术和方法 。 并对该产品 的零部件造 型设计 、 虚拟装 配设计 以及结构参数化程序设计等 方 面 进 行 了探 讨 ， 为 产 品 的优 化 设 计 和 系列 化 的 设计 开发 奠 定 了基 础 。 关键词 弧 面凸轮机械手 ；虚拟设计 ；三 维建模 ；结构参数化 中 图 号 T H 3 9 1 文献 标 识 码 A 1 引言 随着计算机辅助设计和辅助制造技术 的飞速发 展 ， 其应用领域在 1 3 益 扩展 ， 已使工程设计业和制造 业发生了深刻的变 化 。 这 一 点在 产 品的结构设 计方 面表现的尤为显 著。三维 实体造 型技术 、 参 数化设 计技术 、 虚拟设计 与制造技术 等新概念 、 新方法 已渗 透到传统的结构设 计 中来 ， 并发 挥 出前所 未有 的作 用 ， 推动着工程设计技术 的发展。 弧面 凸轮机 械手作 为一种 高效 、 低 成本新型工 业机械手具有较 为广泛应用前景。其巨大的发展潜 力促使其形成产 业化 、 系列化 的生 产趋 势。在实 际 开发设计 和系列化选 型设 计 中 ， 由于不 同用 户根据 自身需求 对产品提 出 了不同指标 、 性 能等 多方面 的 设计要求 ， 从而 使设计 工作 重复量 大 、 设计周 期长 、 成本高 。因而利用先进 的 C A D技术参与设计 ， 并替 代传统 的手工设计方法势在必行 。 2基于 P ro ／ E平台弧 面 凸轮机械 手 的虚 拟产品设 计 2． 1 基 于产品零件 实体特征的三维建模 特征是设计或 制造零 部件 的基 本几何 体 ， 特征 造型设计 比传统 的几何造 型设计 如点 、 线 、 面和 体 素等 更能准确完整地表 达设计 产品零 部件的信息 。 是更高层次的产品零部件设计技术 。创建零件模 型 就是把要塑造 的几何形状添加到模型 中或将不需 要 的部分按一定几何形状 去掉 。其构造过程类似 于真 实制造环境下通过机加工一步步形成零件 的生产过 程 ， 因而零件的造型全过 程也 就是 它未来 制造 和使 用过程的概要表达 。具体设计方法如下 1 建立合理 的建模顺序 。建模时 ， 应该 对所要 建模 的零件进行一些 功 能和结 构分析 ， 在 认识 零件 的过程 中， 仔细思考、 规划零件 的特征种类及其生 成 顺 序 ， 对零件 的“ 认识 ” 程度 直接关 系到设 计 意 图的 选择 ， 是合理建立零件模型的关键。 2 建立零件“ 毛坯” 模 型 。利 用 P ro／ E的 草 图 4 保 护功 能齐全 ， 提高 了控制系统 调节质量 和 节 能运转 的可靠性 ， 变频器设有故障显示 ， 便于分析 和排除故 障。 参考 文献 [ 1 ] 李 昌熙 ． 矿 山机 械液 压传动 [ M] ． 北 京 煤 炭工业 出版社 ， 1 9 8 5 ． [ 2 ] 冯 垛生 ． 变频 器的 应用 与 维护 [ M] ． 广 州 华南 理 工 大学 出 版社 ， 2 o 0j ． [ 3 ] 蔡增 基 ． 流 体 力 学 泵 与 风 机 [ M] ． 北 京 中 国建 筑 工 业 出版 社 ， 作者简 介 程广 振 1 9 6 4一 ， 河北 叶县人 ， 高级 工程 师 ， 副教 授 ， 1 9 8 6年 毕业 于 焦作 矿业 学 院机 电 系 ， 主要 从事 设 备检 测 与控 制， 机 械没计 ， 数控 技术 工作 和教学 ． 现任 教于 平顶 山工 学院 ， 发表 论文 l 4 篇 ． Em a i l e g z h n e j ． e d u ． c n ． 收稿 日期 2 0 0 4 ． 0 8 ． 2 8 De s i g n a b o u t f r e qu e n c y c o nv e r s i o n t i mi ng s y s t e m o f h y dr a u l i c s uooor t t e s t p um P s t a n0n C HE N G Gu a n g z h e n ， WA N G Y i mi n g ． Z H AN G We i g I l 0 2 1 ． P i n g d i n g s h a n I n d u s t r y I n s t i t u t e ，P i n g d i n g s h a n 4 6 7 0 0 0 ，C h i n a ； 2． M a t e r i a l S u p p l y C o m p a n y o f P a n j i a n g E l e t r i c C o a l G r o u p L t d ． - C o ． - P a n x i a n 5 5 3 5 3 6 - C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e d e v e l o p m e n t s t a t e s a n d e x i s t i n g p r o b l e m o f h y d r a u l i c s u p p o r t a n d t h r e e u s e v a l u e t e s t ． i n g p u mp s t a t i o n ． T h e r e l a t i o n s a b o u t w o r k i n g p r e s s u re - fl u x a n d p o w e r o f e q u i p me n t a s p u mp w i t h rot a t e s p e e d． E c o n o my e n e r g y．p r i n c i p l e an d d e s i g n i n g b l u e p r i n t a b o u t t e s t p u mp s t a t i o n c o n s t ant p r e s s u r e f req u e n c y c o n v e r s i o n t i mi n g ． C h o i c e a n d wi re d i a g r a m o f t ran s d u c e r． Effe c t o f f req u e n c y c o n v e rsi o n t i mi n g i n c o n s t an t pr e s s u r e c o n t rol s y s t e m ． Ke y w o r d s t ran s d u c e r ；c o n s t a n t p r e s s u re a d j u s t ；e c o n o m y e n e r g y 维普资讯