矿用乳化液配制和浓度检测技术的进展.pdf

第 3 O卷第 2期 2 0 0 9年 2月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma e h i n e Vo 1 ． 3 O No ． 2 F e b ．2 o o 9 矿 用乳化 液 配制 和 浓度检 测技 术 的进展 刘实现 。朱华 。王勇 ，朱丰沛 中国矿业大学 机 电学院 ， 江苏 徐州 2 2 1 l l 6 摘要 为了系统地 了解煤矿综采工作面液压 系统乳化液的配制和浓度检测技 术的发展概 况， 在 阐述矿用乳化液配制和浓度检测传统方法的基础上， 详细综述 了乳化液 自动配制和浓度在线 检测技术的研究进展， 提出了一种乳化液多参数在线检测系统， 并指出了其应用意义。 关键词 乳化液；浓度；配制；检测 中图分类号 T D 3 5 5 文献标志码 A文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 9 O 2 0 0 0 7一 o 4 Pr o g r e s s o f Pr e p a r a t i o n a n d Co n c e n t r a t i o n De t e c t i o n Te c h no l o g y o f M i n e Emu l s i o n LI U S h i x i a n，ZHU Hu a。W ANG Yo n g，ZHU Fe n gp e i M e c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g C o l l e g e ，C h i n a Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y U n i v e r s i t y I X u z h o u 2 2 1 1 1 6 。C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o h a v e a s y s t e ma t i c a l l y u n d e r s t a n d i n g o f t h e d e v e l o p me n t o f p r e p a r a t i o n a n d c o n c e n t r a - t i o n d e t e c t i o n t e c h n o l o g y o f e mu l s i o n a b o u t me c h a n i z e d mi n i n g f a c e - o n t h e b a s e o f rev i e w e d t h e t r a dit i o n al me t h o d o f p rep a r a t i o n an d c o n c e n t r a t i o n d e t e c t i o n o f e mu l s i o n，an d the n the r e s e a r c h d e v e l o p me n t o f a u t o ma t i c p rep a r a t i o n and O i l l i n e d e t e c t i o n o f e mu l s i o n i s i n t r o d u c e d i n d e t a i l ， p u t s f o r w a r d a mu l t i p a r a me t e r e muls i o nd e t e c t i o n s y s t e m I an d p o i n t e d o u t the s i g n i fic an c e o f the a p p l i c a t i o n． Ke y wo r d s e muls i o n ；c o n c e n t r a t i o n；p rep a r a t i o n；d e t ect i o n 0引言 综采工作面液压系统工作的可靠性直接关系到 煤矿的高产、 高效和安全生产 ， 作为液压系统工作介 质的乳化液， 在液压系统中起着血液的作用 ， 其浓度 的适当与否， 对支护等设备的使用寿命、 工作可靠性 和生产成本起着关键性作用。 煤矿安全规程 规定， 乳化液的配比浓度应严格控制在 3 ％ ～5 ％， 如果浓 度过低会降低其润滑性、 防锈性、 稳定性和抗硬水能 力， 使液压元件受到水的侵蚀而生锈， 影响液压系统 的工作寿命， 甚至导致液压支架失去支承能力而引起 重大的恶性事故。反之 ， 如果乳化液的浓度过高， 则 会降低消泡能力 ， 增大对橡胶密封材料的容胀性 ， 同 时使乳化油用量增加 ， 生产成本提高。因此 ， 必须严 格控制乳化液的浓度， 对于综采工作面乳化液的配比 2 智能接 口技术 智能接 口技术是研究如何使人们能够方便 自然 地与计算机交流。而交流的实现又依赖于知识表示 方法的研究。因此， 智能接口技术的研究既有巨大的 应用价值 ， 又有基础的理论意义。目前， 智能接 口技 术已经取得了显著成果， 文字识别、 语音识别、 语音合 成、 图像识别、 机器翻译以及 自然语言理解等技术已 经开始实用化。 5 人工智能的前景 人工智能的近期研究目标是研制可代替人类从 事脑力劳动的智能计算机， 要准确地预测人工智能的 未来是不可能的。但是， 从 目前的一些前瞻性研究可 以看出未来人工智能可能会向以下几个方面发展 模糊处理、 并行化、 神经网络和机器情感。 人工神经网络是未来人工智能应用的新领域， 而 人工智能领域的下一个突破可能在于赋予计算机情 感能力。情感能力对于计算机与人的 自然交往至关 重要 。 参考文献 [ 1 ] R o b C a l l a n ． 人工智能[ M] ． 黄厚宽， 田盛丰， 译． 北京 电子工业出 版社 ， 2 O O 4 ． [ 2 ] 蔡 自兴． 人工智能基础[ M] ． 北京 高等教育出版社 ， 2 O O 5 ． [ 3 ] 尚福华 ， 李军 ， 王梅 ， 等． 人工智能及其应用 [ M] ． 北京 石油工业出 版社 ， 2 0 0 5 ． [ 4 ] 李陶深． 人工智能 [ M] ． 重庆 重庆大学出版社 ， 2 0 0 2 ． [ 5 ] S t u a r t R u s s e l ， P e t e r N o i g ． 人工智能[ M] ． 姜哲， 金奕江， 译． 北京 人民出版社 ， 2 O O 6 ． [ 6 ] 余玉梅， 段鹏． 人工智能应用[ M ] ． 上海 上海交大出版社， 2 O 0 7 ． [ 7 ] 田金萍． 人工智能发展综述[ J ] ． 科技广场 ， 2 O O 7 ． 1 ． 作者简介 张妮 1 9 8 3一 ， 山东潍坊人 ， 在读硕士研 究生 ， 控制 理论与控制工程专业， 主要研究方向 智能故 障诊断 、 神经 网络研究 ， 电子信箱 1 1 7 z lm n g n i 1 6 3 ． c o n 1 ． 一 7 一 收稿 日期 ．, 2 0 0 81 0 2 9 竺 堡 检测技术的进展刘实现， 等 第3 0卷第2 期 和浓度检测技术的研究就显得十分重要。 1 配液和浓度检测的传统方法 1 配 液方法 传统的乳化液配制方法主要有 3种 ①人工混合 配液； ②机械配液； ③自动配液。 人工混合配液和机械配液由于其本身的缺点， 现 在已不采用这 2种方法。而 自动配液 由于具有劳动 强度低和清洁度高等优点， 逐渐成为综采面配液的首 选。目前采用的自动配液系统 ， 浮子阀取代了机械配 液中的截止阀， 已经在一定程度上推广应用。 目前， 国内外多数新生产的乳化液箱都装有 自动配液装置。 2 浓度检测方法 在乳化液浓度 检测方面 ， 目前我国大多数矿井 仍采用传统 的折光仪检验法和破乳法。这 2种检测 手段都需要人工取样与 目测读数 ， 而且都不能在线 检测乳化液浓度 的变化。因此， 乳化液 的实时检测 也就显得非常必要 。 2 自动配液和浓度在线检测方法 随着生产的发展 ， 人们逐渐认识到矿用乳化液 自动配液和浓度在线检测的重要性 ， 因此 ， 乳化液 自 动配液和浓度在线检测系统也随之出现。 I 自动配液系统 文献 [ 6 ] 提出了“ 红外透光技术乳 化液浓度 自 动监测系统” ， 图 2是该系统的示意图。 光 电转换 工 信号处理 键盘 l l 显示器l l打印机 图 2 红外透光技术乳化液浓度 自动监测 系统 当进行乳化液浓度 自动检测时 ， 单 片机系统 自 动启动取样泵 ， 将乳化液抽 到测量池 ， 进行 自动检 测 、 数据处理 ， 然后显示打印。 武汉工程职业技术学院和华 中科技大学王东等 提出的采用超声波传感器在线检测乳化液浓度 。当 超声波穿过乳化液时， 其衰减系数可近似表示为 2 n 文献[ 4 ] 提出的双缸定 比乳化液配制法。如图 式中 超声波频率； 1所示 。 超声波声速 ； 图 1 双 缸 定 比乳 化 液 配 制 方 法 系 统 结 构 1 ． 双作用液压缸2 ． 进液单 向阀3 ． 出液单 向阀4 ． 混合器 双作用液压缸 1 活塞和活塞杆的比例等于乳化 液配比浓度值 ， 当双作用液压缸往返运动时 ， 活塞排 出的水和活塞杆排 出的乳 化油在混合器 中充分混 合 ， 形成确定浓度的乳化液。 国外有关乳化液的 自动配制系统主要有德 国博 尔顿集团生产的博尔顿液压站。中性水经过滤器到 球阀进入 自动混液器 ， 乳化油经乳化液泵进入 自动 混液器 ， 在 自动混液器 中按 5 ％油和 9 5 ％水混合成 乳化液进入乳化液箱。可 以从检查 阀上取样 ， 以检 查乳化液是否达到正确的配比。 2 浓度在线检测系统 p 液体介质密度 ； r黏滞系数 ； 衰减系数 ； r 散射粒子半径 ； n 散射粒子数。 若在频率，和声速 不变 的情况下 ， 则 衰减 与 液滴的大小和数量成正 比。乳化液介质浓度是和液 滴 的数量成正比的 ， 一定 的介质其液滴 的大小一般 不会随浓度的改变而发生变化 。因此 ， 乳 化液介质 的浓度与穿过其 中的超声波 的衰减量成 比例关系 ， 可以通过衰减量的测量得到介质的浓度大小。 3 自动配液和浓度在线检测系统 随着科技的进步以及乳化液 自动配制和浓度在 线检测固有的紧密联系， 两者的研究逐步结合起来 ， 形成了一体化的乳化液 自动配制和在线检测系统。 文献 [ 8 ] 提出了基于 P L C控制技术的乳化液浓 度的 自动配比和在线检测系统 。图 3是该系统的原 理 图 。 一 8 一 芏 竺 ～ 第3 0 卷第2 期 矿用乳化液配制和浓度检测技术的进展刘实现， 等 V o 1 ． 3 0No ． 2 图 3系 统原 理 圈 1 ． 清水管路2 ． 自力式 流量控制阀3 ． 截止阀4 ． 乳化器5 ． 超 声波浓度传感器6 ． 乳化液泵箱7 ． 不锈钢液位传感器8 ． 单向 阀9 ． 变频调速齿轮泵l O ． 乳化油箱 工作时， 经清水管路 1进来的清水和经齿轮泵 9 进来的乳化油在乳化器 4处混合后进人乳化液箱 6 。 超声波浓度传感器 5对乳化液浓度进行采样 ， 把检测 到的值与事先给定的值相 比较， 如检测值不在给定范 围内， 通过调节齿轮泵 ， 以控制乳化油的供给量。 文献[ 1 0 ] 提出了采用微机控制技术 ， 把乳化液 浓度的检测与 自动配比相结合。图 4是该系统的工 作原理图。 工作原理 来 自乳化油箱 的乳化油和来 自自来 水管道的中性水混合 ， 混合后的乳化液流到乳化液 箱 ， 通过搅拌器进行充分混合。乳化液箱里装有超 声波浓度传感器 ， 用来检测配制好的乳化液浓度。 以上介绍的 2种乳化液 自动配 比和浓度在线检 测系统均引入了传感检测和计算机控制技术 ， 浓度 配制准确 、 结构简单 、 操作方便 ， 推动 了煤矿生产 自 动化的进程 ， 降低 了工人的劳动强度 ， 提高了生产效 率 。 清水 ，l／ 2 ／3 报警 输 出 控制 输出 控制 输入 乳化藏 圉 4系统工作原 理图 1 ． 截止 阎2 ． 减压阀3 ． 电磁阀4 ． 涡轮流量计5 ． 乳化液箱 6 ． 投入式传感器7 ． 搅拌器8 ． 体化超声波传感器9 ． 乳化油箱 3 乳化液多参数在线检测系统 综采工作面乳化液的温度、 压力以及液位等参 数的在线监测也是综采工作面乳化液研究的重要内 容。文献[ 1 1 ] 以 8 0 9 8单片机为核心， 对乳化液 的 温度 、 压力等参数的在线检测做了 比较深入的分析 和研究 ； 文献 [ 1 2 ] 以 A T 8 9 C 5 1单片机为核心 ， 采用 模糊控制原理 ， 实现 了对乳化液的液位和温度 的监 控。但到 目前为止国内尚没有一套完整的检测系统 可以同时实现对乳化液的浓度 、 温度、 压力和液位等 参数的在线检测 。 作者通过实地调研 山西部分煤矿后 ， 正在研制 一 套可以在线检测乳化液的浓度、 温度 、 压力和液位 等参数的智能化和数字化的检测系统， 系统原理如 图 5所示。 工作时， 温度传感器、 液位传感器、 浓度传感器 和压力传感器分 别检测各 参数 的实时变 化， 经 由 P L C模块进入 以太网从而传输到控制中心。工作人 员不必深入井下 ， 即可在地面控制 中心实时查看乳 化液各参数值的变化情况 ， 可以极大地降低工人的 劳动强度 ， 提高生产效率 。 图 5乳化 液参数检测 系统结构 1 ． 压力传感器2 ． 乳化液箱3 ． 液位传感器4 ． 超声波浓度传感器 5 ． 温度传感器 4结语 综采面乳化液 自动配液和浓度在线检测方法 ， 降低了工人的劳动强度 ， 提高了生产效率和经济效 益 ， 有力地推动了煤矿生产 自动化 的进程 。而乳化 液浓度 、 温度 、 压力和液位等的多参数在线检测系统 为操作者及时了解液压系统的工作状况， 以及对综 采工作面液压设备的检测和维护提供强有力手段 ， 作为数字化矿山建设的重要组成部分， 具有非常重 要的研发应用意义。 参考文献 [ 1 ] S ． C h s r b o n n i e r ，S ． G e n t i l ．A t r e n db a s e d a l a r m s y s t e m t o i m p r o v e p a t i e n t m o n i t o r i n g i n i n t e n s i v e c a r e u n i t s [ J ] ． C o n t r o l E n g i n e e r i n g P r a c t i c e 。 2 0 0 7 1 5 1 0 3 91 0 5 0 ． 一 9 一 第 3 0卷第 2期 2 0 0 9年 2月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e V0 I _ 3 O No ． 2 F e b ．2 0 9 振动切肖 Ij 技术 的研究与发展应用 木 周丽丽 ，张平宽 。王慧霖 。张宗彩 太原科技大学 ， 太原 0 3 0 0 2 4 摘要 振动切削技 术是一种非传统的加工方法， 与普通切 削相比振 动切 削具有许 多优 点。 综述 了振动切 削的概念及特点， 介绍了振动切削的发展 状况及应用范围， 并对振动切 削的未来发展 趋 势进行了展望。 关键词 振动切削；加工；机械加工 中图分类号 T G 5 0 6 ． 5 文献标志码 A文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 9 0 2 0 0 1 00 3 S t u d y o f Vi b r a t i o n Cut t i n g Te c h n o l o g y a nd De v e l o p m e n t Ap p l i c a t i o n ZHOU Li l i ，Z HANG P i n gk u a n， W ANG Hu i l i n，Z HANG Z o n gc a i T a i y u a n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， T a i y u a n 0 3 0 0 2 4 ，C h i n a Ab s t r a c t The v i b r a t i o n c u t t i ng t e c hn o l o g y i s a no n t r a d i t i o n a l p r o c e s s i ng me t ho d，c o mp a r e d wi t h t h e t r a di t i o n a l c u t t i n g，v i b r a t i o n c u t t i n g h a s ma n y a d v a n t a g e s，s u mma r i z e s t h e c o n c e p t a n d t h e f e a t u r e s o f t he v i b r a t i o n c u t t i n g，i n t r o d u c e d t he d e v e l o p me n t c o n d i t i o n a n d a pp l i c a fio n s c o p e o f the v i b r a t i o n c u t t i ng， a n d l o o k i n g f o r t h e d e v e l o p me n t t r e n d a n d f u t u r e pr o s p e c t o f v i b r a t i o n c u t t i n g a s we l 1 ． Ke y wo r d sv i b r a t i o n c u t t i n g；p r o c e s s ；ma c h i n i ng 0前言 随着科学技术和工业生产 的不断发展 ， 对各种 精密机械零件的加工精度和表面质量的要求越来越 高 ； 特别是随着机械制造业的 日益发展 ， 对一些有着 高效 、 高精 、 高难度加工需求 的加工 ， 再 利用传统切 削加工方法已很难满足 ， 有时甚至无法加工。而振 动切削技术就以其切削力小、 切削热降低、 工件表面 质量提高、 精度提高、 切屑处理容易、 刀具耐用度提 高、 加工稳定 、 生产效率高等优点 ， 可 以获得普通切 削无法 比拟的工艺效果 ， 特别是在难加工材料的加 山西省 自然科学基金资助项目 2 0 0 7 0 1 1 0 6 0 ； 太原科技大 学博士基金项 目 2 0 0 7 0 7 工和普通材料的难加工工序 的加工等领域 ， 解决 了 许多关键性的工艺问题 ， 并取得 了良好效果 。 1 振动切削技术的理论研究 1 ． 1振 动切 削技 术的概 述 振动切削是一种特种切削加工方法 ， 振动切削 是指在切削过程 中给刀具 工件 加上某种有规律 的、 可控的振动 ， 从而改变加工 切削 机理 的切 削 方法 ， 是一种脉冲切削方法。振动切 削的核心技术 是振动器、 电源和振动切削工艺。 1 ． 2振 动切 削的分类 1 按振动源分为强迫振动切削和自激振动切削 强迫振动切削是利用专 门的振动装置， 使刀具 工件 产生某种有规律的可控制的振动来进行切削 [ 2 ] 吴晓兰， 陆泉． 乳化液配制方式的发展[ J ] ． 煤矿机械， 1 9 9 9 ， 2 0 8 7 8 ． [ 3 ] 马 维绪 ，许 昭 褚．乳 化 液泵 站 [ M] ． 北 京 煤 炭 工 业 出版 社 ， l 9 8 7． [ 4] 张东进 ，赵继云．双缸定 比乳化液 自动配制 系统 [ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 6 ， 2 7 8 9 8 9 9 ． [ 5 ] 戴绍诚 ， 李世文．高产 高效综合机械化采煤技术与装 备 [ M] ． 北 京 煤炭工业 出版社 ，1 9 9 7 ． [ 6 ] 顾德英 ， 刘万军 ，朱华 ， 等．采用红外透光技术 的乳化液浓度 自 动检测系统[ M] ． 电测与仪表 ，1 9 9 8 2 4 3 4 4 ． [ 7 ] 王东 ，王兵 ， 李 昌禧 ．超声波技 术检测乳 化液浓 度的仿 真与实 验 [ J ] ． 武汉科技学 院学报 ， 2 0 0 4 0 6 3 3 3 7 ． [ 8 ] 宋理敏 ， 寇子 明，杨贵元．乳化 液浓度 的 自动配 比和在 线检测 [ J ] ． 机械管理开发 ， 2 0 0 6 1 1 l 31 4 ． [ 9 ] 姬翠翠 ，朱华 ， 江炜．矿用乳化 液浓 度 自动检测 与 配 比技术 比 较研究 [ J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 0 7 1 1 8 79 4 ． [ 1 O ] 张勇 ，闫相红 ， 朱 红梅．矿用乳化液矢量 自动配 比装置 [ J ] ． 计 算机测量与控制 ， 2 0 0 6， 1 4 4 4 6 4 4 6 6 ． [ 1 1 ] 涂群章 ， 龚烈航．液压系统 工作参数在线检测研究[ J ] ． 机床 与 液压 ，1 9 9 9 6 7 2 7 3 ． [ 1 2 ] 郭卫 ， 孙 站彬 ，樊小 晶．乳化液 泵 的液位 、 温度监控 系统 [ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 3 ， 2 4 2 8 1 8 3 ． 作者简介 刘 实现 1 9 8 4一 ， 江苏徐州 人， 中国矿业大学 机械制 造及其 自动化专业 0 6级硕士研究生。 一 1 O 一 收稿 日期 2 0 0 81 1 0 7