液压系统优化设计论文

液压系统优化设计论文（精选9篇）

液压系统优化设计论文 篇1

新的系统选用2台37kW电机分别驱动一台A10VSO100的恒压变量泵作为动力源，系统采用一用一备的工作方式。恒压变量泵变量压力设为16MPa，在未达到泵上调压阀设定压力之前，变量泵斜盘处于最大偏角，泵排量最大且排量恒定，在达到调压阀设定压力之后，控制油进入变量液压缸推动斜盘减小泵排量，实现流量在0～Qmax之间随意变化，从而保证系统在没有溢流损失的情况下正常工作，大大减轻系统发热，节省能源消耗。在泵出口接一个先导式溢流阀作为系统安全阀限定安全压力，为保证泵在调压阀设定压力稳定可靠工作，将系统安全阀调定压力17MPa。每台泵的供油侧各安装一个单向阀，以避免备用泵被系统压力“推动”。为保证比例阀工作的可靠性，每台泵的出口都设置了一台高压过滤器，用于对工作油液的过滤。为适当减小装机容量，结合现场工作频率进行蓄能器工作状态模拟，最终采用四台32L的蓄能器7作为辅助动力源，当低速运动时载荷需要的流量小于液压泵流量，液压泵多余的流量储入蓄能器，当载荷要求流量大于液压泵流量时，液体从蓄能器放出，以补液压泵流量。经计算，系统最低压力为14．2MPa，实际使用过程中监控系统最低压力为14．5MPa，完全满足使用要求。顶升机液压系统在泵站阀块上，由于系统工作压力低于系统压力，故设计了减压阀以调定顶升机系统工作压力，该系统方向控制回路采用三位四通电磁换向阀，以实现液压缸的运动方向控制，当液压缸停止运动时，依靠双液控单向阀锥面密封的反向密封性，能锁紧运动部件，防止自行下滑，在回油回路上设置双单向节流阀，双方向均可实现回油节流以实现速度的设定，为便于在故障状态下能单独检修顶升机液压系统，系统在进油回路上设置了高压球阀9，在回油回路上设置了单向阀14。该液压站采用了单独的油液循环、过滤、冷却系统设计，此外还设置有油压过载报警、滤芯堵塞报警、油位报警、油温报警等。

2机械手机体阀台的液压原理

对于每台机械手都单独配置一套机体阀台，机体阀台采用集成阀块设计，通过整合优化液压控制系统，将各相关液压元件采用集约布置方式，使全部液压元件集中安装在集成阀块上，元件间的连接通过阀块内部油道沟通，从而最大限度地减少外部连接，基本消除外泄漏。机体阀台的四个出入油口(P－压力油口，P2－补油油口，T－回油油口，L－泄漏油口)分别与液压泵站的对应油口相连接。压力油由P口进入机体阀台后，经高压球阀1及单向阀2．1后，一路经单向阀4给蓄能器6供油以作为系统紧急状态供油，一路经插装阀3给系统正常工作供油。为保证每个回路产生的瞬间高压不影响别的工作回路，在每个回路的进出口都设置了单向阀，对于夹钳工作回路因设置了减压阀16进行减压后供油，无需设置单向阀。对于小车行走系统，由比例阀12．1控制液压马达21的运动方向，液压马达设置了旋转编码器，对于马达行走采用闭环控制，以实现平稳起制动以及小车的精准定位。为避免制动时换向阀切换到中位，液压马达靠惯性继续旋转产生的液压冲击，设置了双向溢流阀11分别用来限制液压马达反转和正转时产生的最大冲击压力，以起到制动缓冲作用，考虑到液压马达制动过程中的泄漏，为避免马达在换向制动过程中产生吸油腔吸空现象，用单向阀9．1和9．2从补油管路P2向该回路补油，为实现单台机械手的故障检修，在补油管路P2上设置了高压球阀8，为实现检修时，可以将小车手动推动到任意检修位置，系统设置了高压球阀5．2。对于双垂直液压缸回路，由比例阀12．2控制液压缸22的运动方向，液压缸安装了位移传感器，对于液压缸位置采用闭环控制，实现液压缸行程的精准定位，液压缸驱动四连杆机构来完成夹钳系统的垂直方向运动;为防止液压缸停止运动时自行下滑，回路设置了双液控单向阀13．1，其为锥面密封结构，闭锁性能好，能够保证活塞较长时间停止在某位置处不动;为防止垂直液压缸22因夹钳系统及工件自重而自由下落，在有杆腔回路上设置了单向顺序阀14，使液压缸22下部始终保持一定的背压力，用来平衡执行机构重力负载对液压执行元件的作用力，使之不会因自重作用而自行下滑，实现液压系统动作的平稳、可靠控制;为防止夹钳夹持超过设计重量的车轮，在有杆腔设置了溢流阀15．1作为安全阀对于夹钳液压缸回路，工作压力经减压阀16调定工作压力后由比例阀17控制带位置监测的液压缸23的运动，来驱动连杆机构完成夹钳的夹持动作，回路设置了双液控单向阀13．2，来保证活塞较长时间停止固定位置，考虑到夹钳开启压力原小于关闭压力(液压缸向无杆腔方向运动夹钳关闭)，在液压缸无杆腔回路上设置了溢流阀15．3，调定无杆腔工作压力，当比例换向阀17右位工作时，压力油经液控单向阀13．2后，一路向有杆腔供油，一路经电磁球阀18向蓄能器19供油，当夹钳夹住车轮，有杆腔建立压力达到压力继电器20设定值后，比例换向阀17回中位，蓄能器19压力油与有杆腔始终连通，确保夹持动作有效，当比例换向阀17左位工作时，蓄能器19压力油经电磁球阀18与有杆腔回油共同经过比例换向阀17回回油口。紧急情况下，电磁换向阀7得电(与系统控制电源采用不同路电源)，将蓄能器6储存的压力油，一路经单向阀9．11供给夹钳液压缸23，使夹钳打开，同时有杆腔回油经电磁球阀18，单向阀9．9回回油T口;一路压力油经节流阀10，单向阀9．3使液压马达21带动小车向炉外方向运动，液压马达回油经比例换向阀12．1，单向阀9．5回回油T口。以确保设备能放下待取车轮，退出加热炉内部，保护设备安全。

3结论

液压系统优化设计论文 篇2

1 改造原因

(1) 矿井进回风巷道均为单巷, 为一对反斜井接主暗斜井串联进回风, 无并联巷道可以减小风阻R值, 造成通风阻力大。

(2) 矿井现有通风系统负压达到1700Pa, 等积孔0.904m2, 井巷摩擦风阻1.733N·S2/m8, 为大阻力矿井, 通风难易程度评价为难。

(3) 矿井井下有2个回采工作面, 3个掘进工作面, 10个硐室, 风量只能基本满足生产需求, 无富裕风量。

(4) 矿井副斜井回风巷兼作行人巷, 断面小 (6.02m2) 还安装有架空乘人装置和排水管路等, 造成风硐和副反斜井通风线路长度虽只占3.8%, 但通风阻力高达620.92Pa, 占全矿井通风阻力的32.2%。

(5) 主通风机为离心式, 电耗高, 且配备的电机功率不匹配, 不符合《规程》要求。

(6) 职工上下井全部行走在回风巷道内, 工作环境不好, 影响职工身心健康。

2 改造必要性及可行性

2.1 通风系统改造的必要性

矿井现有通风系统存在风量不足, 进、回风巷道为单进单回, 巷道断面偏小, 存在高阻力井巷, 且今后进入深部井田开采, 进、回风距离更长, 通风阻力更大, 必须对通风系统进行改造, 以满足开采深部井田的风量需求、保证矿井生产安全。

2.2 通风系统改造的可行性

(1) 目前矿井尚有可采储量370万吨, 服务年限17.6年。改造后的通风系统服务时间较长, 从长期生产的经济效益分析是可行的。

(2) 矿井供电、提升、排水等主要生产均能满足矿井年生产能力要求, 只对通风系统进行改造, 除立风井和更换风机需投资外, 补掘巷道主要沿煤巷掘进, 煤价款与工程款可持平, 改造工程费用较低, 从工程投资上是可行的。

(3) 新打立风井位于现有工广范围内, 不需另购地, 不增加道路、供电线路等设施, 不新增加压煤等, 从工业场地及对环境的影响分析是可行的。

(4) 改造工程量主要是井下巷道, 而井下各水平均已形成生产系统, 可分段施工, 新打立风井仅202m, 工程量不大, 且表土层仅几米厚, 无需特殊施工法, 施工方便、容易。

3 改造方案选择

通风阻力实测结果表明, 风硐和副反斜井长度为280.5m, 占矿井进回风线路7346.5m的3.82%, 而阻力高达621.14Pa, 占全矿井通风阻力的32.2%, 为解决高阻力巷道的问题, 更换大风机的方案不可行, 一是原高阻力巷道仍然存在, 增加风量后, 阻力更高;二是原风机房面积小, 风硐口小, 大风机无法安装, 因此必须打回风井筒、施工风硐。

3.1 方案1

新打回风斜井, 垂高202.4m, 倾角25°, 井筒斜长479m。巷道净宽3.6m, 净高3.4m, 断面10.84m2, 通风阻力为h= (479×12.45×0.008×49.682) ÷10.843=92Pa, 原内硐风阻R值为0.192N·S2/m8, 增加风量后阻力h=0.192×49.682=473Pa, 需补建一条风硐, 长度50m。回风斜井工程费用:479 (m) ×6500 (元/m) =311万元, 凿井措施费100万元, 风硐50m工程费用:25万元, 合计工程费用436万元。该方案需重新调整工业广场布局, 影响地面生产建设。

3.2 方案2

在井田深部新打回风立井, 井筒直径3.5m, 井深521m, 缩短通风距离1560m, 减少通风阻力721.5Pa, 需投入井筒工程费779万元, 还需征地、筑路、敷设供电线路、协调工农关系等, 且现征地手续多, 施工难度大, 投资大;施工立风井后, 需留设保安煤柱, 压覆可采储量近35万吨。

3.3 方案3

在工广内部新打回风立井, 选择在工广西侧空闲之地布置立风井、风道和风机房, 充分利用现有井下通风系统, 缩短前组煤400m, 减少原回风斜井和风硐通风阻力521Pa, 并且缩短第二段回风暗斜井、+36m井底车场共计缩短回风距离520m, 减少通风阻力150Pa;地面建设不影响现有工业广场布局, 不影响生产, 方便施工, 不购地;工程投资费用302.4万元。

方案比较:最后确定在工广内新打回风立井, 同时对井下部分巷道进行扩修, 以满足通风需要。

4 系统改造

4.1 补掘新行人进风暗斜井

在副暗斜井东侧40m处从+36m~-450m水平新掘辅助进风暗斜井, 沿十三层煤顶板掘进, 并安装架空乘人器升降人员, 全长1760m, 设计为矩形断面S=2.6×2.2=5.72m2。

4.2 改变回风路径, 缩短通风距离

将原前组煤回风经四层回风上山向北绕行西-300m~-195m水平上山、至二水平副暗斜井、副反斜井至地面通风线路改为前组煤必为经-300m水平后组11层石门至三水平回风暗斜井至地面, 可缩短回风距离400m。

4.3 扩大回风巷断面

将长度500m的二水平回风暗斜井断面由现在的5.72m2扩大至8m2, 减小通风阻力, 风速满足《规程》要求。

4.4 施工回风井

新打回风立井缩短第二段回风暗斜井、+36m井底车场共计缩短回风距离520m, 立井直径为3.5m, 风硐布置为2.5×2.5m2, 长度按35m, α=0.007, P=10m, S=6.25m2, Q=4 9.6 8 m3/s, 计算出风硐阻力为:, 加上其它局部通风阻力估算为100Pa, 较之改造前621.14Pa, 降低521Pa。

4.5 更换主通风机

淘汰原离心式风机, 选用FBCDZ-6-№18B型防爆对旋轴流式风机。

4.6 改造矿井行人系统

在新补掘的行人进风暗斜井内安装架空乘人装置。

矿井通风系统改造立风井工程于2008年8月至2009年9月5日施工完毕。井下工程自2008年10月开始经过近三年的时间先后完成了二、三水付井1760m施工、一水平副反斜井升级改造任务, 至2010年11月2日通风改造全部完成, 12月1日矿井委托山东公信安全科技有限公司进行了通风阻力测定。

5 改造后效果

改造前, 矿井通风方式为中央并列式, 一进一回, 主井进风, 付井回风, 主提风机两台为4-72-11-№20B型风机, 分别配备9 0 k W和9 5 k W电动机, 实际进风量为1980m3/min, 矿井总回风量2070m3/min, 有效风量率86%。矿井等级孔0.904m2。改造后, 矿井实现了两进一回, 主、付井进风, 回风井回风, 经山东公信安全科技有限公司实际测定矿井总进风量为2648.5m3/min (增加668.5m3/min) , 总回风量为2736.6m3/min (增加666.6m3/min) , 全系统计算阻力值为1139Pa, 全系统测定阻力值为1182.2Pa (降低负压517.8Pa) , 等积孔为1.61m2 (增加0706m2) , 矿井通风难易程度为中等。

风电场接入系统设计优化 篇3

【关键词】风能；链形；接入系统；

【中图分类号】TM761【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）02-0302-01

风能是一种无污染的可再生能源。随着各国对全球温室气体排放问题解决的紧迫性和传统化石能源供应的日趋紧张，风力发电作为一种清洁的可再生的发电方式，也是新能源发电技术中最成熟和最具规模的发电方式之一，已经越来越多受到世界各国的重视。在过去的几年间，风电发展规模不断超越其预期的发展速度，而且一直保持着世界增长最快能源的地位。截至2011年底全国风电装机容量已达到6200万千瓦，连续三年增长率超过100%。

一、风电场电气主接线的设计

风电场电气主接线的设计主要分以下几种：风力发电机组升压方式、风电场集电线路选择、风力发电机分组及连接方式、风电场无功补偿等。风力发电机组升压：现国内外风力发电机组出线电压多为690V/620 V，若直接汇总并接入风电场的总升压站，则电能损耗过大，且导体的截面过大，无法满足现场的安装要求，因此，须将电压升高至35kV或10kV才能接入总升压站。但从年运行费用上比较，在经济输送容量的范围内，35kV方案线损较小，且维护工作较少。因此，现国内外风力发电机组升压多采用35kV方案。国外也有实验将风机直接升压至110KV，不经过整个电厂的主变整合与电网相连接。但是这样的结果却是会导致风机的频繁脱网、并网，最终，会使电网不稳定，也使得风机的总发电量降低 ，风电上网困难。

二、风电场集电线路的选择

风电场接线集电线路结构共有5种常用方案，链形结构；单边环形结构；双边环形结构；复合环形结构；星形结构。链形是目前已建风电场中用的最多的一种连接方法，结构简单，成本不高，其基本思想是将一定数目的风力发电机（包括其附带升压变压器）连接在一条线路之上。此种连接方式的主要问题是每条链上的风机数目受到地理位置、线路长度、线路容量等参数的限制。环形设计比链形需要的线路规格更高、长度更长，因此成本较高，但因其能实现一定程度的冗余，可靠性较高。其中，单边环形结构是将链形中每串尾部的风力发电机通过线路接回汇流母线；双边环形结构是将链形中两相邻串的尾部风力发电机相连；复合环形结构是将单边和双边两种环形相结合并改进的一种结构。

风电场集电线路选择方面，一般采用架空线或电缆敷设两种。由于风电场年利用小时数较低，检修线路对发电量造成的损失较小，在考虑建设成本、施工难度、运行成本等诸多因素后，大多风电场集电线路均选用架空线路接线方案链形结构。但介于我国的相关规定及现状，现也有部分地区采用电缆敷设方案。风力发电机分组多为靠风机的排布位置、并结合现场施工的便捷性制定。大多数情况下，要尽量使风机均匀的分部到各个集电线路上，以免造成风场运转时由于各条支路电量不均而造成的冲击。合理的进行风机分组可以使风电场电缆或架空线等导体投资尽量节省，使主接线方案优化。

三、风电场无功补偿

在目前已经建成和在建的风电工程中，35kV母线无功补偿方式主要有，固定投切电容器组补偿方式及降压式动态无功补偿方式。目前国家相关技术规定都要求优先选用动态无功补偿装置方式。此种无功补偿装置主要是采集母线上的电压、电流，通过连续调节其自身无功功率来实现的，来补偿母线上的无功功率。比如一个容量为100风电场，升压站内主变容量为100MW，无功补偿的调节范围为（0—12000）kvar。

现设计的单个49.5MW风电场大多使用单机容量为1500kW的风力发电机组33台。升压站内新建63MVA主变压器一台、配套相关35kV高压配电装置、220kV/110 kV/66 kV配电装置、无功补偿装置；三回集电线路通过35kV架空线至升压站，线路总长约28km。电能输出采用220kV架空线路。电能由风电场升压站经红泥井变电站往九原中心变电所送出。介于风电场的容量较少，且配有一个主变的情况，宜选用单母线接线方。此方式有着接线简单清晰，设备少，操作简单和便于扩建的优点，适用于此电场的主接线设计方式。根据该风电场的现场情况及平均分组的原则，现将风机分为3组。每组为11台。风电场的风机分组及连接方式采用链形（放射形）。风机输出电压为690V，因此需要为风机提供箱式变压器以达到集电线路的额定电压，具体数据。

四、直埋电缆与架空电缆

风电场的风机至中心升压站之间的集电线路有直埋电缆和架空线路两种方案可供选择，下面将从经济和技术两个方面对这两种方案进行比较。架空线路由于采用架空导线，导线裸露在空气中，受周围环境影响较大，可靠性较低；架空线对地电容较小，发生单相接地故障时，电容电流较小，并且发生单相接地故障通常以瞬时故障为主，因此可以采用中性点不接地或采用消弧线圈接地方式，以减少机组无为跳闸的可能性；架空线相同截面导线载流量比电缆大得多，设计采用架空线则导线截面积可以选的较小。但是在一些地区如山脊风电场由于风速较大，采用架空线方案时对铁塔的要求较高，造价也增加较多，可靠性也相应下降。还有在一些地区涉及到横跨公路、铁路等，施工难度加大。

直埋电缆由于埋设在地下，不受周围环境影响，可靠性较高；电缆对地电容较大，发生单相接地故障时，电容电流较大，并且发生单线接地故障通常以永久故障为主，因此不可以采用中性点不接地方式，只能采用消弧线圈接地或电阻接地方式，无形中降低了可靠性；电缆相同截面导线载流量比架空线小得多，如采用电缆则导线截面积要大一些，且需选择三根电缆。

直埋方案远比架空线方案价格要高。因此，架空线方案经济上优越得多，技术上也可以达到要求，电缆方案需要较大投资。但在一些设计中则优先考虑电缆方案，如：沿海风场，海上风场及风力影响较大的地区。

五、结束语

针对风电场电气主接线进行设计和优化，通过对风机的分组和连接方式、风电场集电线路方案、目前风电场电气设计与传统发电厂设计的原理相同，但传统的设计方法不一定适合风电场运行需求。本文对风电场接入系统以下几个方面进行了优化：风电场短路电流计算及设备选取等的问题进行深入的计算与讨论，提出一套适用于风机分组连接、集电线路设计的可行方案。

参考文献

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液压系统优化设计论文 篇4

关键词：生产系统；矿井开采；生产系统；优化设计

郑州煤炭工业（集团）有限责任公司超化煤矿到2016年，采掘活动全部延深至深部水平，巷道支护投入加大，瓦斯治理、防治水工程量增加，所需投入人力和资金将超过郑州煤炭工业（集团）有限责任公司规定，受煤炭市场影响，矿井生产经营状况将出现下滑。矿井开采后期煤炭资源如何合理开采已成为矿井面临的主要问题，因此，超化煤矿需要调整矿井后期生产系统，使剩余煤炭资源安全、合理开采出来。

1矿井概况

超化井田位于河南省新密市煤田西南部，开采上限标高+60m，下限标高-900m。该区主要可采煤层为二叠系山西组二1煤，煤层平均厚度9.07m，属低灰、低硫贫廋煤。二1煤可采储量为1430.8万t，服务年限10a。矿井水文地质条件复杂，正常涌水量869m3/h，最大涌水量为1112m3/h。矿井为煤与瓦斯突出矿井，始突表高-208m，矿井瓦斯绝对涌出量18.60m3/min，相对瓦斯涌出量4.63m3/t。二1煤煤尘爆炸指数17.58%，为有煤尘爆炸危险性煤，自然发火等级为Ⅲ类，属不易自燃煤层。

2矿井现有生产系统

超化煤矿现有生产系统为：主立井担负提煤任务；副立井担负进风、人员物料升降等任务；西风井担负进风任务；东风井、31风井担负回风任务；-100m和-300m水平排水阵地均为一级排水系统，均能够满足矿井排水要求；供电系统利用地面35kV变电站和井底车场附近中央变电所向各使用地点供电；原煤在主副立井工业广场内进行筛分、储存和铁路运输。矿井利用现有系统进行开采，无需增加投资。到2015年底，其他区域基本采完只能开采深部31采区，矿井生产规模维持在150万t/a左右。

3现有系统存在问题

①深部二1煤内在灰分高，发热量低，不符合国家供给侧结构改革相关政策；②矿井为突出矿井，人员较多，生产成本居高不下，导致矿井2015-2021年矿井回收煤柱前，矿井生产经营较困难；③深部区域瓦斯含量大，水文地质条件复杂，如果仅开采深部资源，将导致瓦斯抽采、巷道掘进、煤炭回采等作业场所过度集中于一个采区，不利于安全管理。

4矿井生产系统优化设计的提出

根据矿井资源储量分布情况，超化井田的优势资源（约860万t）主要集中在主副立井保护煤柱内，煤层厚度3.25～15.10m，平均厚度8m。根据井下实际采样，该区域内煤层灰分较低，煤质相对较好。如果对矿井生产系统进行优化，使浅部优势资源与深部资源同时回采，将能够大幅度提高矿井原煤发热量，使两个区域的瓦斯抽采、巷道掘进、煤炭回采等作业活动交替进行。即矿井在深部区域和浅部区域分别布置一个工作面，其中一个正常回采，一个进行瓦斯抽采，避免出现入井人员全部集中于一个区域的现象，提高矿井安全保障程度［1］。本次生产系统优化要重点考虑以下问题：①优化设计要与矿井现状不矛盾，不影响矿井正常生产经营活动；②目前煤炭市场下，要最大程度压缩投资，认真进行投资分析，确保经济效益最优；③系统优化前后的生产衔接要顺畅；④地面生产系统位置变化后，环保、煤炭外运等问题要妥善解决。综上所述，超化煤矿生产系统优化设计将现有主、副立井报废，改造现有西风井（两条斜井井筒）为主副、斜井，担负矿井的提升任务及兼作进风井；井下调整矿井运输、通风、提升、供电等系统；原主、副立井工业场地建筑及设施随着开采进度，逐次搬迁至主、副斜井新工业场地。

4.1井下生产系统优化

改造后的主斜井斜长879m，铺设带宽1200mm的胶带输送机，并安装架空乘人装置，主要担负矿井的提煤、上下人员及进风任务；副斜井斜长890m，安装2JK-3.0×1.5/20型单绳缠绕式双滚筒提升机，主要担负矿井的提矸、运料、运设备等辅助提升任务并兼作进风井及安全出口。在-205m以浅新增集中轨道下山和集中皮带下山，担负22采区和深部31采区的运输、进风、运送人员等任务。排水系统利用-300m水平排水系统，泵房配备8台MD500-57×11型多级离心泵，4用3备1检修，水仓容积9060m3，能够满足《煤矿安全规程》要求。通风系统仍利用现有的东风井和31风井。供电系统利用在主副斜井工业广场新建的35kV变电站和井下中央变电所向各作业场所供电。

4.2地面生产系统优化

在主、副斜井工业广场，合理利用现有建筑物作为调度楼、行政楼、生产楼、区队值班楼、救护队值班楼和灯房浴室等行政辅助设施以及机修车间、供应仓库、物资超市等辅助生产厂房；新建主副斜井井口房、提升机房、35kV变电站、空压机房、筛分系统及储煤场，原煤仍采用铁路外运。

4.3矿井生产系统优化工期及投资

矿井生产系统优化矿建工程为扩砌主副斜井，掘进22采区皮带下山和轨道下山；土建工程为在主副斜井工业广场新建筛选楼、皮带走廊、储煤场及防风抑尘网等项目，生产系统优化调整工期2a，期间不影响矿井其他区域正常生产，项目总投资20126.48万元。根据国家煤炭产业政策将矿井生产能力由180万t/a下降到150万t/a，服务年限10a。

5矿井生产系统优化方案比较

5.1原生产系统的优缺点

5.1.1优点。①维持目前开拓开采，不再对矿井做生产系统优化，减少了基建投资；②维持目前开采方式，各生产系统不用变化。5.1.2缺点。①深部二1煤内在灰分高，发热量低，导致二1煤售价低；②矿井为突出矿井，人员较多，生产成本居高不下，导致矿井2015-2021年矿井回收煤柱前，矿井生产经营困难，年均亏损2.1亿元；③井下各类抽、掘、采等作业场所集中于一个采区，人员过度集中。

5.2优化后生产系统的优缺点

5.2.1优点。①提前浅部优势资源，使之与深部煤配采，降低煤的灰分，提高煤的发热量，煤的售价增高，效益好转；②生产系统优化后，矿井生产能力稳定，投资回收期5.33a，年均税后利润3277.09万元；③将抽、掘、采作业场所和下井人员在两区域间合理调配，利于安全管理。5.2.2缺点。①矿井生产系统优化要增加基建投资；②主副斜井工业场地现有占地面积小，地面各场所紧凑；③工业场地变化后要严格落实环境保护相关规定。综合考虑，原有生产系统维持开采方式不变，但矿井经营困难，且不符合国家供给侧结构改造政策要求，因此确定对矿井开采后期生产系统进行优化。

6矿井生产系统优化后盈亏分析

按照计算期第5年数据分析计算，盈亏平衡点为：生产能力利用率（BEP）=年固定总成本/（年销售收入-年可变成本-销售税金及附加）×100%=15570/（42300-16902-1091）×100%=64.05%。该项目达到生产能力的64.05%，即矿井生产能力达到117.65万t/a，企业就可保本，这说明超化煤矿生产系统优化项目风险较小。

7结语

技术人员对突出矿井开采后期的生产系统进行了合理优化，达到了改善矿井生产经营状况的目的，开采出了优质煤炭，符合国家目前煤炭产业政策。优化矿井后期生产系统时，要协调考虑设计方案对正常生产的影响、对矿区环境的影响，并对项目的经济效益分析要全面、可靠。

参考文献：

液压系统优化设计论文 篇5

基于设计结构矩阵的过程系统优化方法

明确了过程系统优化对现代企业管理以及设计结构矩阵对过程系统优化的重要性;对设计结构矩阵的`定义、特性和基于设计结构矩阵的过程系统建模步骤进行了详细介绍.研究结果表明DSM是一种有效的建模方法,能够为企业过程系统的结构改善、过程优化等提供有力支持.

作 者：王爱虎 杨曼丽 WANG Ai-hu YANG Man-li 作者单位：华南理工大学,工商管理学院/新型工业化发展研究所,广州,510640刊 名：工业工程 ISTIC PKU英文刊名：INDUSTRIAL ENGINEERING JOURNAL年，卷(期)：8(6)分类号：N945.15关键词：设计结构矩阵 过程系统 系统建模 过程优化

液压系统优化设计论文 篇6

变频技术不仅仅是异步电动机，结构坚固，易于维护，更重要的是由于采用变频技术的异步电动机的机械性可以达到了直流电动机调压调速的功能。这样子可以很好的解决国内供水的很多问题。从而人们可以按照序曲自行研发一个合适的而且比较方便环保的调速控水系统。恒压供水系统改变原有的调速方式，实现了无极控制恒压供水，依据用水量的变化自动控制调节系统运行的参数，保证了供水的安全可靠。随着电子技术的不断深入，恒压变频器的日益完善，功能越来越强，即可利用恒压变频的各种功能对其变频调速恒压供水系统提供更多的服务，从而保证恒压供水系统的更多功能，供水的更稳定，更好的为人类服务。

二、项目介绍

恒温恒压供水控制系统由可编程控制器、可视化触摸屏显示器、变频器、交流电动机、压差传感器、液位变送器、温度变送器、板式换热器、继电器、辅助加热器、以太网线及相应模块、等其它电控设备、以及5台循环水泵和一台小流量隔膜泵等构成。在整个系统中，可编程控制器与可视化显示器安装在中控室，远程可使用以太网络监控现场模块。在水箱入空和出口安装压差传感器，检测水压。在水箱底部安装液位变送器。在水箱里安装温度变送器。可编程控制器中的模拟量模块采集液位变送器、温度变送器送来的4-20mA信号电流。将测量信号与PLC设置的信号进行比较，经过PID模糊运算后，由PLC控制变频器输出的频率来调节交流电动机的转速，改变循环泵的流量，来保证供水水压恒定。箱体水温温度由板式换热器供给。温度控制阀来调节温度。辅助加热器用来保证温度的恒定。这样就构成了以设定压力温度为基准的恒压恒温闭环系统。触摸屏显示器用于显示供电电压、工作电流、变频器实际频率、供水压力及各循环泵的工作状态等；可以通过触摸屏以太网络在线修改供水压力和温度控制恒温供水系统的运行。

三、程序设计原理

3.1整套热水供给系统采用西门子CPU226PLC控制

软件使用西门子S7-200进行控制程序编辑。可视化面板使用西门子Smart1000显示屏，软件使用WinCCflexible。同一公司系列产品，兼容性好，协议一致利于通讯。STEP7是用于SIMATIC可编程控制器组态和编程的标准软件。它是SIMATIC工业软件的组成部分。为功能模板和通讯处理器赋值参数、强制和多处理器模式、全局数据通讯、使用通讯功能块的事件驱动数据传输、组态连接。WinCCflexible项目包括能让系统接受操作和监视的所有组态数据。在WinCCflexible中，组态数据根据主题类别进行编译。每个类别都在单独的编辑器中进行处理。编辑器的可用性取决于所用的WinCCflexible版本和要组态的HMI设备。WinCCflexible的工作环境只显示当前使用的HMI设备所支持的编辑器。也就是说，组态工作非常简单且易于进行。

3.2稳定运动状态的自动控制系统设计

系统为了解决水压波动，流量变化对供水系统的扰动。采集管网压力、温度、电流等信号。参考传统的PID调节器算法，即：U(T)=Kp[e(t)++T]

关于P值，I值，D值的设定可采用测试法

最短短时间内完成参数设定，避免造成不良影响。设定的依据：增益P值大，有利于减少供水管网的实际压力与恒压给定值的差值，但是P值过大，系统将产生振荡，稳定性变差。积分I值越小振荡作用越强烈，适当增大I值，使系统更加稳定，但是时间长又会发生难以迅速恢复的情况，系统的动态响应变差。微分D愈短，微分作用越弱。P,I,D经验值和参数设定依据，在测试过程中依照先比例后积分的原则对系统进行调节。在程序控制中使用比较指令函数运算等先关算法更精准的计算调整相关参数，实时精确的控制恒温恒压供水系统。

3.3变送器的安装、电气连接、调试和维护必须由通过培训、有资格的专业人员操作

如果在管系上需要进行焊接工作，不要将焊接设备的接地接在本测量设备上。安装者必须保证仪表根据接线图正确接线。如果电源不隔离，变送器必须接地。在打开和修理电气设备时请遵守当地所有相关规定。

四、工作流程介绍

该系统具有手动操作模式和自动工作模式两种运行方式

4.1手动操作模式

选择手动模式时，操作可视画界面。可实现单独设备的启动和停止，这种方式用于检修或控制系统出现故障时使用。

4.2自动运行模式

4.2.1系统补水

4.2.1.1地下储水池由一台7.5KW的深井潜水泵供水，当蓄水池水位达到最低下限（通过压力传感器测量水位）1米时，启动深井补水泵开始补水。（蓄水池深度2米）达到最高水位2米时，停止供水。

4.2.1.2由地下蓄水池为1号水箱供水（冷水）（5.5KW水泵2台，由变频器控制），1号水箱高度3米，2号水箱高度2米，1、2号水箱之间落差1.5米；1、2号水箱由管道相连实现自动补水，补水时当1号水箱水位达到1.5米时，自动开始为2号水箱补水，2号水箱加满后，再为1号水箱加水，直至1号水箱加满为止。（2.8米）

4.2.1.3当1号水箱水位达到最低保持水位（热水）1米时，启动1、2号之间的补水泵（1台2.2KW）开始由2号水箱为1号水箱补水（热水）；当2号水箱水位达到最低保持水位1米时，停止为1号水箱补水，关闭2号水箱为1号水箱补水的补水泵；同时开启冷水水箱上水电动阀门为1号水箱补水（冷水）.1号水箱水位达到2.8米时，关闭水箱进水电动阀门。

4.2.1.4当1号或2号水箱水温达到80℃以上时，启动水箱上水电动阀门，水位达到2.8米，温度达到70℃时，关闭水箱上水电动阀门。设置一个最高水位，起保护作用，达到这个高度时停止所有上水。

4.2.2系统循环

4.2.2.1对1、2号集热器采集热能，通过与1号水箱相连的管道将热能传导进入1号水箱当1号水箱水温与1号或2号集热器水温的温差超过10℃时，启动1、2号集热器循环水泵。温差低于5℃时关闭.；1号、2号集热器循环泵各自独立可单独启停。

4.2.2.2冬天当1号、2号集热器室外管道温度低于5℃时，启动集热器和1号水箱之间的循环泵，室外管道温度高于10℃时循环泵停止。当1号水箱水温与板式换热器的温差超过15℃时，启动板式换热器循环水泵；温差低于5℃是循环泵停止。当1、2号水箱水温的温差达到10℃时启动1、2号之间的循环水泵；达到温差5℃范围内停止循环泵。

五、总结

液压支架优化设计方案分析 篇7

液压支架在煤矿开采中是利用液体压力转变为支撑力来进行工作的液压动力装置, 其工作原理我们可以用图1进行解释。液压支架在实际的工作中不仅能够实现可靠的支承顶板, 而且还可以随着回采工作面的推进而向前慢慢移动, 这在一定意义上来说就得要求液压支架必须具备升降推移最为基本的实现功能, 这些功能的实现同时又需要由乳化液泵供给的高压液体做保障, 然后通过各种阀控制立柱和千斤顶实现。

2. 液压支架优化设计

上文所提到的这些是液压支架最为基本的结构构造和实现功能, 在提高综采工作面的产量和效率, 发挥综采设计的效能实现高产高效是有很大作用的。这些的实现源自于液压支架的设计, 但是随着综采面的不同液压支架掩护梁水平面方向的夹角和梁端摆幅就会存在设计方面的缺陷, 这个时候就需要进行对其优化设计。本文结合实际工作对液压支架的优化设计做一分析, 供实际生产需要做参考。

我们先设计出如图2所示的掩护梁水平夹角优化路线。先以掩护梁与水平面方向的夹角最小值为目标函数进行优化, 再以梁端摆幅为目标函数进行设计优化。

2.1 液压支架模型坐标化参数化设计。

在实际设计中为了满足设计重点的需要, 我们需要对模型作进一步地简化设计。在设计中我们可以忽略液压支架的掩护梁、底座、顶梁和连杆的形状和宽度等, 同时对简化液压支架模型进行仿真, 并运用机械原理处理那些不必要的坐标化设计点, 除此之外, 将优化的液压支架长度半径等表示的液压支架模型转变为以坐标表示的液压支架模型。

我们如果根据这个简化方法和原则可以设计出如图3所示的液压支架优化模型, 34个坐标化设计点可以浓缩为16个关键的坐标化设计点。其中将16个坐标化的设计点参数化为5个设计点的9个坐标了。

在优化设计中, 液压支架的模型还是会受到空间限制的, 液压支架部件之间在设计时包括在工作时不能出现明显的干涉。这就要求我们对所选的DV_3、DV_4、DV_6三个设计变量的取值范围进行必要的限制和控制, 所以根据这个要求我们做出如图4所示的设计变量限制范围。

同时, 我们还给出掩护梁水平夹角最大值对预设计变量的敏感度曲线, 如图5所示。

2.2 优化设计结果分析。

经过上面的实际优化设计我们可以得出, 掩护梁水平夹角在12.43°时, 其理想化的角度是9°~17°的范围内, 这个时候液压支架就得到了很好地运动和受力特质, 达到了我们想要的设计目的。

同时我们在设计之前找到了敏感度较大的参数化坐标用来作为设计变量, 最后使迭代次数显著减少了, 效果也不错。

经过这样的预设得到的优化结果对整个液压支架模型的其他性能基本没有任何的影响, 在一定程度上保证了液压支架模型具有很好的纵横向的动态稳定性。

参考文献

[1]张闯, 杨琳琳.掩护式液压支架的优化设计[J].煤矿支护, 2014 (2) :34-36.

[2]范储旭, 刘付营, 边彦胜, 陆金桂.ANSYS-PDS在液压支架前连杆可靠性分析中的应用[J].矿山机械, 2015 (4) :30.

设计和优化电火花控制系统 篇8

摘要:本文提出了一套基于Modbus协议的总线控制系统,分析了Modbus协议的特点,介绍了Modbus协议的内容及通信过程,给出了系统的软件实现方法。文中试图将现场总线理论应用于电火花加工机床,并最终通过使用Modbus协议实现各设备之间的互联。

关键词:Modbus 现场总线 电火花 RTU

中图分类号:G201文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)03-0074-01

国内的大多数电火花设备由于实时性等方面的要求,控制系统均是基于dos环境设计,这种系统能满足电加工的基本要求,但也大大影响了人机交互的改进以及远程通信等现代控制的要求。模块化结构可裁减性强,便于满足不同用户的需求,是系统深入发展的良好基础。专业化的信号采集设备及检测装置成为系统稳定和可靠运行的保障。应用网络技术,可做到信息处理综合化、智能化。与此同时,VB、VC以及各种组态软件的发展为人机界面及总线控制的发展的提供了良好的开发环境,使我们能够设计出更为合理及人性化的系统。

1控制系统结构

现场总线控制系统一般采用上位计算机结合下位智能仪表来实现控制功能。在本系统中,由于系统的检测装置简单易用,因此采用微控制器来读取信号并最终传输给上位机。一般来说,总线系统主要包括变送器,总线和检测站。在本套系统中,微控制器和检测装置成为智能仪表即变送器,它作为从机使用,但确是系统的核心部件,而上位机即检测站主要完成人机交互的任务以及一些优化、复杂计算和控制的功能。个性化的人机界面以及标准化的总线结构设计,可方便的扩展系统的控制功能。

整套系统结构图如图1所示,系统最主要包括一个服务器,一台pc机,三个微控制器及相关检测设备。

2 Modbus协议

Modbus协议是OSI模型第七层上的应用层报文传输协议,它在连接至不同类型总线或网络的设备之间提供客户机/服务器通信。互联网组中已经保留TCP/IP系统端口502用以访问Modbus,Modbus协议已经成为一种流行的工业控制传输标准。

2.1协议内容

Modbus协议定义了消息与格式和内容的公共格式,主要采用命令/应答方式,每一种命令报文都对应着一种应答报文,命令报文由主站发出,当从站收到后,就发出相应的应答报文进行相应。Modbus的信息帧包括站点、字节长度、功能码、操作地址、操作数据、CRC校验值等。

2.2通信过程

Modbus主从节点之间通信过程大致为:

从节点通过特定的端口与主节点建立连接,等待接收主节点发送的请求帧信号。

主节点根据实际需要达到的目的选择合适的功能,将其对应的功能代码保存在ADU的功能代码域,把必要的参数和子功能代码保存在数据域中,并将传输标志、协议标志、数据长度等存放在标志域中,从而组成一个完整的数据帧发送到从节点。

从节点对收到的请求帧经过错误检测后,根据协议的规定将其分解成基本功能单元,并按照功能代码的要求完成特定的操作,最后还要返回一个功能回应信号。如果请求帧或某一步操作出错,就返回一个错误报告。完备的出错应答是Modbus的一个特点,这有利于通信主节点判断通信的错误原因,从保证通信可靠进行,提高通信成功率。

3 软件实现

软件实现时包括:初始化关键字,包括波特率设置,数据位数,停止位数,奇偶校验模式等,总线上所有的master及slave的以上设置应完全一致,Modbus编程主要需处理好校验码的生成及数据包开始标志的检测。

3.1地址定义

通信程序必须处理好数据报开始的标志,因为每次主机发送数据时,所有的从机都会接收到信息,但只有地址相同的从机才会响应,因此地址的判别至关重要。在两个数据包之间Modbus协议将提供3.5帧的空闲时间,此时,总线上所有的从机要做好接收准备,一旦主机有数据包发出,从机立刻接受此数据。这当中的第1帧即为地址帧。从机记录该地址并判断是否执行该功能。通常,程序中会设置一个3.5帧计时器,当线路上有数据时计时器不计数,一旦线路空闲则计时器计数开始,直至该计时器停止计数,这时线路上开始有数据包发出,这第一帧数据即为地址帧。值得注意的是,3.5帧时间并非常数,应根据传输速率及帧校验方式而定。

3.2功能码定义

客户所请求的服务和服务器所提供的服务均通过功能码(Function Code)标识。Modbus 功能码分三种,即公共功能码、用户自定义功能码和保留功能码,公共功能码是已定义的功能码,保证其唯一性,包含现存已定义的公共指配功能码和未来使用的未指配保留功能码。用户定义功能码有两个定义范围,即65至72和十进制100至110,用户没有Modbus组织的任何批准就可以选择和实现一个功能码。保留功能码是一些公司对传统产品通常使用的功能码,并且对公共使用是无效的功能码。

3.3校验码的生成

根据传输模式的不同,系统需要产生不同的校验码(check sum),ASCII模式采用LRC校验(Longitudinal Redundancy Check)而RTU采用CRC校验(Cyclical Redundancy Check),实现这两种方法的函数均可以在相关资料中找到。

4总结

通过上述系统,希望能与先进控制设备实现对接,从而提高系统的改进速度,使机床整体性能得到提升。Modbus这项协议在电火花加工机床的广泛应用,并在加工中取得了很好的效果,提高了整体机床的自动化程度。

参考文献:

[1] 仲吉武.电火花精密整形与ELID精密磨削试验研究[D].天津大学,2006.

[2] 朱小襄.Modbus通信协议及编程[J].电子工程师,2005.

[3]宗福来.电火花线切割变厚度加工自适应控制技术的研究[D].哈尔滨工业大学,2006.

[4] 杨大勇.电火花成形加工数控系统的研究[J].电加工与模具,2003,(1).

[5] 鲍吉龙,叶平.工业监控系统的网络化发展[J].微计算机信息,2006,(6).

液压系统优化设计论文 篇9

关键词：大型机组;除灰渣系统;设计优化;节能降耗

进入新世纪，“节能”已经突破了传统的节约电能，逐渐演化为一种全新的“能”，主要涉及到电能、水能、土地资源，有时候还涉及到投资与运行检修等方面。本文主要从广义方面展开研究，希望能够不断优化设计，实现节能降耗的目标。

1常规除湿渣系统

1.1两种系统方案对比分析

刮板捞渣机一级直接上渣仓(一级方案)和捞渣机-碎渣机-刮板输送机-渣仓(二级方案)进行对比，通过若干项目的技术经济对比，同时经由许多电厂的研究之后发现，如果条件准许，最好选择前者。同时还属于《除灰技规》修编所提倡的方法。具体拿600MW来说，通过前者捞渣机出力大约为60t/h，每炉对比结果如下：投资降低数额达到100万元，每年电能消耗减少数量达到11.25万kWh。对比检修成本并未获得较为准确的数据，然而，通过电厂检修工作者的意见，后者的成本相对较高。

1.2减小捞渣机高度或者长度

现阶段，600MW机组一级方案捞渣机基本上是42～50m长，极大值是66m。其长度数值的提高，投资成本随之提高。第一，锅炉下联箱水平长度主要取决于炉型，这个指标保持固定；第二，长期的实践发现，完全能够使用单渣仓，通过该方式能够降低捞渣机头部在渣仓顶部的高度，同时，应将渣仓顶部开槽使得捞渣机斜升段部分放入的型式，通过这种方式来减小捞渣机高度。

1.3将捞渣机关断门取消，减小锅炉高度

伴随捞渣机质量的改善，许多取消关断门设备已经在实践中得到检验，捞渣机检修时间明显大于锅炉大修期，这样设置关断门的作用相对较小，因此，可以将其取消。

1.4后续水处理系统的设计优化

首先，不断将水处理系统简化。利用高效浓缩机等进行处理以后，笔者认为不应再次送至捞渣机，可以输送到统一的废水进行处理；第二，就那些换热系统来说，例如换热等设备，建议取消它们。

1.5将调速装置引入到主要设备之中

由于除渣系统的工况与煤质等条件存在一定关系，引入调速装置尽管成本相对较高，然而却可以充分确保除渣设备的顺利工作，能够在长期工作中发挥非常明显的节能效果。

1.6将搅拌用水泵取消

笔者认为可以通过两个方式来进行，一是直接将水压满足搅拌水水压条件的水（进水等）向搅拌机供应，其次，要是水压无法满足相关标准，可以设置管道泵于灰库运转层搅拌水支管上，其和搅拌机联锁运行。一则可以降低投资与占地，而且还可以节约能源，此外，非常便于调节水量，节约用水。

2风冷钢带机-渣仓方案

2.1建议使用的渣仓方案

风冷钢带机-后续机械输送系统-渣仓方案和风冷钢带机-后续气力输送系统-渣仓对比来说，前者的优势非常突出，而在大型机组里面，风冷钢带机-碎渣机-斗提机-渣仓方案的应用非常广泛。从投资、消耗能量、以及工作成本等方面进行分析，其优势突出，同时还属于《除灰技规》中建议使用的方案。

2.2干除渣方案的冷却风量的控制

按照许多电厂调试结果表明，到达炉膛的风量一定要低于锅炉总进风量的1%，要是大于该标准，那么将会在一定程度上影响到锅炉燃烧效率，鉴于此，锅炉渣量必须相对较小，否则它的冷渣效果将受到影响(现阶段，通常情况下，我国使用的大型机组每炉最大渣量往往都低于15t/h)。关于每一家设备供应商在实践中使用的其它后续降温方法，仍然需要大量的项目实践来加以验证。

2.3干渣仓的利用

对于那些使用干除渣的项目，要是省煤器灰、脱硫灰要求气力输送系统，在这种情况下，笔者认为应当将其送至干渣仓。因它们为属稀相输送，所以，它们送到干渣仓具有相对较短的距离，这样就非常方便进行输送，能够在降低输送气量，同时还能够节约能源和成本。

3除灰系统

第一，取消省煤器灰的气力输送系统；第二，尽量降低气力输送的距离；第三，科学改善仓泵与管道的配置；第四，适当降低同时运行的支管数量；第五，增设一套虚拟气灰比测量装置；第六，采用全厂集中空压机站；第七，科学设置仓泵低料位与电除尘器灰斗计数量；第八，关于热膨胀，应当科学设置固定支架的位置，利用这种方式尽量使固定支架上热膨胀力为0；第九，灰库和渣仓地面冲洗水，可排至排至沉煤池，要是实践中使用湿法脱硫，还能够通过泵把冲洗水传输到相应的脱硫浓缩池。经过浓缩处理之后和脱硫灰浆一起，经由真空皮带机进行过滤，然后排出。

4结语

综上所述，通过上文中的优化设计，并应用科学合理的节能方法，除灰渣系统能够降低投资成本，尤其是其能够降低占地面积，降低运行成本，最终使其运行效益有所提升。

参考文献: