矿用立井箕斗定重装载系统研究

论文摘要

针对国内部分箕斗提升系统不能实现定重装载的问题,本课题采用液压式的称重方法和PLC控制技术,研制了一套矿用立井箕斗定重装载系统。文中对定重装载液压系统进行了动态性能研究,分析了管路参数对液压系统动态特性和称重精度的影响,阐述了PLC及模拟量输入模块的选型与I/O点数的分配,建立了PLC控制的硬件接线图及相应的软件控制流程,最后,对定重装载系统进行了实验研究,研究结果表明该系统能有效提高箕斗提升的自动化程度和生产安全性。本课题的主要研究内容如下:(1)以铜川矿务局王石凹煤矿为例,分析现场条件,根据实际工况,对定重装载系统进行了设计,得出了液压系统原理图、PLC的接线图、控制流程图和MCGS软件监测界面。基于PLC的控制系统采用“一用一备”冗余设计方法,具有可靠性高、操作简单等特点,基于MCGS组态软件的上位机具有工作状态监测、故障诊断和报表打印等功能。(2)对于定重装载液压系统,管路不仅作为传动和控制中连接个元件的桥梁,而且作为油液的容腔,对称重的精度有着重要影响,因此,分析管路动态特性对课题的研究至关重要。本课题建立了管路的集中参数数学模型和仿真模型,分析了管路的分段数对流量和压力特性的影响,得出1m长管路采用2段模型就可以达到良好仿真精度的结论。(3)管路与定重装载液压系统的关系是本课题的研究重点。为获取系统的动态特性,本课题建立了考虑管路影响的液压系统数学模型与仿真模型,并对带长管路液压系统的动态特性进行了仿真研究。通过对系统响应性能指标的分析,得出了管路的材料、长度和内径等参数对液压系统影响的规律,为以后设计类似的系统提供了理论依据。(4)本课题以王石凹煤矿所使用的定重装载系统为实验模型,进行了实验室实验研究和现场实验研究,实验内容包括液压系统的启动及运行、受冲击、实验室模拟装载过程和生产现场装载等,并从试验的角度得到了一些实测数据。通过分析,这些数据基本与理论分析结果相一致,表明该立井箕斗定重装载系统可应用于矿山生产现场。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题概述
• 1.2 本课题研究的背景及意义
• 1.3 本课题相关技术的发展状况
• 1.3.1 管路动态特性的研究状况
• 1.3.2 仿真技术的发展现状
• 1.4 本课题的研究内容
• 1.5 本章小结
• 2 定重装载系统的设计
• 2.1 定重装载系统的基本原理
• 2.2 定重装载液压系统的设计
• 2.3 定重装载控制系统的设计
• 2.3.1 PLC 的选型及I/O 点数分配
• 2.3.2 PLC 总体电路结构
• 2.3.3 PLC 控制软件设计
• 2.4 上位机监控功能的设计
• 2.4.1 井下与井上的通讯
• 2.4.2 井上监控界面设计
• 2.4.3 监控系统的功能
• 2.5 本章小结
• 3 液压管路的建模与仿真
• 3.1 概述
• 3.2 管路分布参数数学模型
• 3.2.1 Bessel 函数比的近似
• 3.2.2 双曲函数的无穷乘积级数展开
• 3.2.3 传递矩阵基本元素的近似
• 3.3 管路集中参数模型数学模型
• 3.3.1 钢管管路参数的确定
• 3.3.2 高压胶管管路参数的确定
• 3.4 集中参数仿真模型及仿真结果分析
• 3.4.1 管路仿真模型的建立
• 3.4.2 仿真结果及分析
• 3.5 本章小结
• 4 定重装载液压系统动态特性分析
• 4.1 不考虑管路影响时液压系统动态特性
• 4.1.1 建立数学模型
• 4.1.2 建立仿真模型
• 4.1.3 不考虑管路影响时系统动态特性分析
• 4.2 考虑管路影响时液压系统动态特性分析
• 4.2.1 建立数学模型
• 4.2.2 建立仿真模型
• 4.2.3 考虑管路影响时系统动态特性分析
• 4.3 管路长度对系统动态特性的影响
• 4.3.1 长度对系统流量特性影响的仿真
• 4.3.2 长度对系统压力特性影响的仿真
• 4.3.3 长度对系统动态特性影响的分析
• 4.4 管路内径对系统动态特性的影响
• 4.4.1 内径对系统流量特性影响的仿真
• 4.4.2 内径对系统压力特性影响的仿真
• 4.4.3 内径对系统动态特性影响的分析
• 4.5 本章小结
• 5 定重装载系统实验
• 5.1 实验目的
• 5.2 实验设备
• 5.3 实验内容
• 5.3.1 称重液压缸举升过程实验
• 5.3.2 称重液压缸冲击实验
• 5.3.3 称重过程实验
• 5.4 实验结果分析
• 5.5 本章小结
• 6 总结
• 6.1 结论
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录