采煤机滚筒装煤性能优化设计软件开发.pdf

声明声明下面论文由免费论文教育网 http//www.PaperE 用 户转载自互联网，版权归原作者所有，本文档仅供参考，严禁抄袭 免费免费论文论文教育教育网网 - 1 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 采煤机滚筒装煤性能优化设计软件开发 武欣* 作者简介武欣 ，（1987-），山西长治人，中国矿业大学在读硕士，研究方向为采掘机械与虚拟仪器开 发. E-mail wuxin393657601 （中国矿业大学机电工程学院，江苏 徐州 221116） 摘要 利用 VB 和 Matlab 软件的混合编程技术， 联合开发了采煤机滚筒装煤性能优化设计软 件。根据不同煤层厚度等条件改变参数输入，优化模拟滚筒的装煤性能，提高滚筒的设计效 率和可靠性。 实现了 VB 可视化界面和 Matlab 最优化工具箱以及其绘图能力的结合， 对采煤 机滚筒装煤性能的分析及优化设计有一定的借鉴指导意义。 关键词滚筒；装煤性能；VB；Matlab；混合编程 中图分类号TD421 Optimization Software of Coal Loading Perance of Shearer Drum Wu Xin School of Mechanical and Electrical Engineering, China University of Mining and Technology, JiangSu Xuzhou 221116 Abstract It took hybrid programming by VB and Matlab to design the optimization software of shearer drum coal loading perance. It can change the parameters of shearer drum,and simulate and optimization the coal loading perance. The Optimization software can enhance shearer drum’s designing efficiency and coal loading perance. It combined VB visual interface and Matlab graphics and optimization toolbox. There were reference guide for shearer drum designing and coal loading perance analyzing. Keywordsshearer drum; coal loading perance; VB; Matlab; hybrid programming 0 引言引言 滚筒是采煤机截割部的关键部件之一。 它主要承担采煤机的截煤和装煤任务， 消耗采煤 机的大部分装机功率， 其性能的好坏对采煤机的工作效率起着决定性作用。 在保证采煤机截 割性能的条件下，提高采煤机滚筒的装煤性能是当今采煤机研究工作的重点之一。 采煤机滚筒装煤性能优化数学模型是一个复杂的非线性数学模型，可以调用 Matlab 优 化工具箱的非线性优化函数 fmincon 求解。结合 Matlab 强大的图形处理功能可以方便的分 析各参数对滚筒装煤性能的影响。利用 Matlab 开发的采煤机滚筒装煤性能优化设计软件可 视化界面操作性不好，而且程序界面的开发亦比较困难。VB 是一款在用户图形界面可视化 开发方面具有很大优势的高级程序设计语言。它具有易学易用、效率高、可编译成独立文件 等优点，但 VB 在数值运算、图形处理，优化分析等方面存在很大的不足。VB 和 Matlab 混 合编程方法有多种，有的操作性不好，有的兼容性不好，有的不能编译调用的工具箱函数等 [1,2]。本文在对各种方法做了尝试之后，采用了一种基于动态链接库DLL的调用融合了 Matlab 与 VB 的编程技术。 实现了滚筒装煤性能优化设计软件的开发， 并且程序可以独立打 包发布。 1 Matlab 工具箱函数工具箱函数 DLL 动态链接库生成动态链接库生成 目前利用 VB 应用程序中集成 Matlab 实现混合编程一般存在四种方法，即利用 Matrix VB、调用 DLL 动态链接库、应用 Active 自动化技术和动态数据交换技术。本文采用 Matlab - 2 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 编译 M 文件生成 DLL 动态链接库文件，并由 VB 调用动态链接库 DLL 文件，实现了 VB 和 Matlab 的有效混合编程[3]。借助 Visual C与 Matlab 的接口，可以将 M 文件编译为动态 链接库DLL。 在 VB 程序中可以调用生成的 DLL 文件中封装的函数来实现滚筒装煤性能的 优化算法，便于脱离 Matlab 运行环境和程序独立发布。滚筒装煤性能优化软件设计的主要 步骤如下 （1）在 Matlab 中根据滚筒装煤性能的数学模型编写了优化求解程序M 文件，并调试 成功。 为了防止在 VC中编译过程中出现错误， M 文件必须以 function 开始， 如 function [X fval]drumDy，n，Kc，m，A。本文编译的 M 文件中包含了 Matlab 优化工具箱的 fmincon 非线性优化函数， 所以在 Matlab 程序设计时需要将目标函数、非线性约束函数以及主程序 的调用程序编写在同一 M 文件中，并且每个程序段都必须由 function 开始。 （2）在 Matlab 命令装口输入 comtool 命令或者通过“StartMatlabMatlab Builder for COM Matlab Builder for COM”，打开 Matlab Builder。建立一个新工程可在菜单中选择 “FileNew Project”，进入“New Project Setting”窗口如图 1 所示。设置的工程名应为 M 文件 编译后的文件名，Matlab Builder 会根据工程名自动生成 COM 组件的类，但用户可以根据 自己的程序编写习惯在改写类名称。在选定的类如图 2中通过按钮“Add Files”向工程中加 入 M 文件或 MEX 文件以供 Matlab 编译器选择编译。点击“Build COM Object”即可完成 M 文件的编译， 编译成功后文件在本机自动注册， 如果须将编译文件移植到其它计算机上使用， 则需要使用菜单中“ComponentPack Component”对编译文件进行打包。 图 1 工程参数设置窗口 图 2 编译文件添加窗口 Fig1 Project settings Fig2 Matlab Builder 2 滚筒装煤性能优化模型滚筒装煤性能优化模型 采煤机滚筒装煤性能优化模型是一个复杂的非线性数学模型， 它不仅螺旋叶片的结构参 数有关，还与滚筒的运动参数有关，而且参数之间还存在互相约束。滚筒设计过程中一般用 滚筒的装煤量、块煤率以及轴向抛煤力等判定滚筒的装煤性能好坏。滚筒的装煤率表达式[5] 如下式 - 3 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 22 cos 2 [ cos] 42cos αα λ αα π δ λ −− yg yg c yg nK QDDLm 式中Q 为滚筒的装煤率，m3/min；Dy为滚筒螺旋叶片的外径，mm；Dg为滚筒螺旋叶 片的内径， mm； ay为螺旋叶片外缘升角， ； ag为螺旋叶片内缘升角， ； n 为滚筒转速， r/min； m 为螺旋叶片头数；Kc为煤的填充系数；L 为螺旋叶片的导程，mm；λ 为煤与螺旋叶片的 摩擦角，；δ 为螺旋叶片厚度，mm。 滚筒的外径 Dy、滚筒转速 n、煤的填充系数 Kc以及煤与螺旋叶片的摩擦角 λ 可根据滚 筒结构及运动参数和煤层性质选取。故滚筒装煤性能优化设计变量取 X[x1，x2，x3，x4，x5][ Dg，L，ay，ag，δ] 装煤量的约束条件有减小滚筒装煤过程中煤炭的二次破碎、 使煤颗粒具有最大的轴向速 度和轴向抛煤力、螺旋叶片的结构强度、螺旋叶片结构参数等。由于约束条件复杂也不是本 文重点，故本文不作详细阐述[4-6]。 3 滚筒装煤性能优化设计软件滚筒装煤性能优化设计软件 在 Matlab 中编写滚中装煤性能的优化程序，并调试编译成动态链接库文 mydrum.dll。 为了方便参数输入， 利用VB编写了装煤性能优化软件的可视化界面。 下面是VB调用Matlab 进行混合编程的接口程序 Private Dy, n, Kc, m As Double // VB 中定义输入的参数为双精度型 Private X, fval As Variant //VB 中定义优化后滚筒参数和装煤率为变量型 Private thedrum As mydrum.drum //定义引用 Matlab 编译的工程库 Private Sub Command1_Click Set thedrum New mydrum.drum //创建一个新对象 Call thedrum.screw2, X, fval, Dy, n, Kc, m //调用滚筒性能优化程序 Image1.PictureLoadPictureApp.Path “\result.bmp“//优化结果在窗口图形显示 滚筒装煤性能优化软件界面及某一型号滚筒装煤性能优化结果如图 3 所示。 图 3 某一型号采煤机滚筒装煤性能优化结果 Fig3 Optimization results of the shearer drum - 4 - 中国中国科技论文在线科技论文在线 根据不同型号的采煤机滚筒输入已知参数后， 按优化按钮即可得到滚筒优化后的结构参 数和装煤效率的最大值。 为了分析各参数与采煤机滚筒装煤效率的关系， 软件还编写了相应 的滚筒装煤性能的分析程序。 在软件界面按相应的按钮即可得到滚筒装煤率与各参数的关系 曲线和曲面，便于定性分析滚筒的装煤性能。滚筒转速、螺旋叶片外缘升角与滚筒装煤效率 关系如图 3 所示。 4 结论结论 1 使用 VB 调用了 Matlab 编写的滚筒装煤性能优化程序，实现了 VB 和 Matlab 的混 合编程。采用调用动态链接库方法使开发的采煤机滚筒装煤性能优化软件可以脱离 Matlab 运行环境，便于打包发布和独立运行。 2 使用采煤机滚筒装煤性能优化设计软件可以方便的定性分析采煤机滚筒的装煤性 能。 采用序列二次规划法编写优化程序优化设计采煤机滚筒的装煤性能， 提高了设计采煤机 滚筒的设计效率和装煤性能。 3 滚筒装煤性能优化设计软件使用的数学模型融合了以往滚筒优化设计中被认为最 符合实际工况的数学模型，但优化目标函数单一，不能综合评价滚筒的装煤性能。下一步应 该在采煤机滚筒装煤性能的多目标优化和装煤性能优化设计优化结果正确性验证方面做相 关的工作。 [参考文献参考文献] References [1] 胡进， 姚纯， 苏敏. 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