排布形式

排布形式（共6篇）

排布形式 篇1

1 引言

立方氮化硼(cBN)具有仅次于金刚石的极高硬度,而且又不易与钢铁材料反应而消耗,因此cBN是黑色金属材料加工工具的理想原材料[1]。因此PcBN切削刀具及cBN砂轮在加工铸铁及钢质零件中有较多的应用。在常规的多层或者单层(树脂、烧结、电镀)cBN砂轮中,cBN磨料在工具基体上是随机分布的。加工时,cBN富集的地方由于浓度高,重复磨损严重,且由于容屑空间减小,工具易于堵塞,降低了磨削效率;而cBN稀少的地方,单颗cBN承受的工作负荷过大,易于破碎和脱落,也不能有效利用cBN,降低了磨削效率[2]。研究显示:cBN颗粒排布的位置是影响磨粒出刃率和磨损率一个重要的因素[3],因此近年来针对单层有序排布超硬磨料砂轮成为一个热点研究方向,与随机排布的单层超硬磨料砂轮相比,有序排布砂轮上的磨粒间距大,出刃高度增加,出现团聚的可能性小,磨料的浪费少,成本可以更低(图1),比如单层钎焊超硬磨料砂轮[4,5,6]。

目前单层钎焊砂轮的磨粒有序排布方式包括:复制技术、有序阵列法、孔板法、激光快速成型技术和点胶法等[7]。本论文利用模板法实现cBN磨粒的有序排布,并设定了四个磨粒有序排布参数[8]。然后通过组合不同的排布参数,制备出磨粒排布形式各异的单层钎焊cBN砂轮,并将其应用于磨削加工淬硬钢的实验。据此来研究磨粒排布形式对单层钎焊cBN砂轮磨削淬硬45钢的工件表面粗糙度的影响。

2 实验方案

在磨削实验中,磨削设备采用MDK820电动数控平面磨床,实验材料为淬硬45钢,工件大小尺寸为:长20mm×宽20mm×高10mm,实验所用砂轮为自制的单层钎焊有序排布cBN砂轮,主要尺寸大小为:外径180mm×孔径31.75mm×宽度20mm。设定的四个磨粒有序排布参数分别为横向间距ΔX、纵向间距ΔZ、 错位距离ΔZv以及排列线倾角α,图2为设定的磨粒排布参数示意图。共有16个排布形式各异的单层钎焊cBN砂轮,其磨粒有序排布形式及砂轮编号如表1所示。实验前砂轮经过严格的动、静平衡检测。

磨削实验如图3所示。本实验主要研究在磨削工艺参数不变的情况下,不同的磨粒有序排布形式和不同磨粒粒度大小对磨削工件表面粗糙度的影响。

本次实验采用的磨削用量如表2所示。每磨削1分钟后,用TR200型手持式表面粗糙度仪采用针描法测量其表面粗糙度。粗糙度参数为Ra,取样长度为0.8mm,评定长度为取样长度的5倍,对Ra测量4次以上取其平均值,对比各个粗糙度平均值,分析不同有序排布形式对被加工材料表面质量的影响。为了确保磨削用量不变,使测量结果不受磨削用量的影响,在加工到一定时间以后,直接退刀,使测量结果不受光磨时间的影响。

3 实验分析

磨削实验采用单因素法,研究磨粒有序排布形式对磨削温度的影响。实验过程中磨削工艺参数保持不变,主要考虑磨粒相同排布密度、不同排布密度、不同排列倾角和不同磨粒粒度的影响。

3.1 相同排布密度的影响

在磨粒排布密度相同的情况下,主要是改变排布参数横向间距ΔX和纵向间距ΔZ,使磨粒排布形式发生变化。此组实验使用的a组砂轮,编号为a1、a2、a3和a4,磨粒排布形式是横向间距ΔX逐渐减小,纵向间距ΔZ逐渐增大。相同密度下的磨粒排布方式对工件粗糙度影响如图4所示,实验表明:磨粒排布密度相同时,随着横向间距ΔX的减小,纵向间距ΔZ的增大,工件表面粗糙度呈现逐渐增大趋势。分析原因,主要是由于文中所测工件粗糙度为垂直于磨削纹路方向的粗糙度,主要由纵向间距ΔZ影响。所以当纵向间距ΔZ增大时,工件表面粗糙度也会相应增大。特别是ΔZ从1.0变化到1.5和从2.0变化到3.0时的工件表面粗糙度变化幅度比ΔZ从1.5变化到2.0时的大,原因可能是前者ΔZ的增加量为50%,而后者ΔZ的增加量仅约为33%。

3.2 不同排布密度的影响

不同排布密度是指砂轮磨削面单位面积磨粒数不同。本实验中主要是在确定纵向间距ΔZ的情况下,改变横向间距的ΔX的大小,从而实现改变磨粒排布密度的目的。使用b组砂轮做此实验,砂轮编号为b1、b2、b3和b4,磨粒排布形式为纵向间距ΔZ不变,横向间距ΔX的大小依次增大。不同密度下磨粒排布方式对工件表面粗糙度的影响如图5所示。从图中可以看出,工件表面粗糙度值在Ra6.5附近上下浮动,变化很小。据此可以判定:当纵向间距ΔZ固定不变时,无论横向间距ΔX如何变化,工件表面粗糙度值几乎不受影响。这个结论也正好印证了a组砂轮实验所得到的结论:工件表面粗糙度值主要由纵向间距ΔZ所影响。

3.3 不同排布倾角的影响

实验选用c组的四个砂轮,编号为c1、c2、c3和c4,磨粒排布倾角α依次为30°、50°、70°和90°,倾角逐渐增大,其余排布参数保持一致。不同排布倾角对工件表面粗糙度的影响如图6所示。从图中可以看出,随着排布倾角α的增大,工件表面粗糙度值先减小后增大,但是变化幅度较小,只是在Ra7.5上下浮动。所以可以知道,磨粒排布倾角对工件表面粗糙度影响不大。相比较来说,排布倾角α为50°时,工件表面粗糙度更好一些,可能是因为排布倾角α为50°时,更有利于磨屑的顺利排出。

3.4 不同磨粒粒度的影响

实验选用d组的四个砂轮,编号分别为d1、d2、d3和d4,磨粒粒度依次为30/40目、50/60目、60/70目和80/100目,磨粒粒径是从大到小变化的,其它各项排布参数都完全相同。不同磨粒粒度对工件表面粗糙度的影响如图6所示。从图中可以看出,30/40目粒度的砂轮磨削加工的工件表面粗糙度值最大,为Ra6.75;其次是50/60目粒度的砂轮,磨削加工的工件粗糙度值为Ra5.73;然后是60/70目粒度的砂轮,磨削加工的工件粗糙度值为Ra4.86。这三个粒度的砂轮随着磨粒粒度的增加,粒径的减小,磨削加工的工件粗糙度值也随之减小。分析原因,是因为磨粒粒度增大,粒径随之减小,则在磨削加工时,单颗磨粒在工件上留下的沟槽宽度就会随之减小,所以导致工件表面粗糙度也随之减小。从图中还可以看到80/100目粒度的砂轮磨削加工的工件粗糙度值为Ra5.14,反而比70/80目粒度的砂轮磨削所得的粗糙度大。分析原因,可能是由于80/100目粒度的磨粒粒径较小,大约为0.17mm,而设定的磨粒错位间距为0.2mm,相对较大,所以引起磨粒在工件表面留下的沟槽间距反而会比70/80目的更大,最终导致工件表面粗糙度值变大。

4 结语

本文设定了4个磨粒有序排布参数,并组合不同的排布参数,形成4种排布类型,16个排布形式各异的单层钎焊cBN砂轮。研究了在磨削工艺参数一定的情况下,不同的磨粒排布形式对工件表面粗糙度的影响,总结了工件表面质量变化的规律,结论如下:

(1)无论是在不同磨粒排布密度还是相同磨粒排布密度的情况下,随着磨粒纵向间距的增大,工件表面粗糙度也随之增大;而磨粒横向间距对工件表面粗糙度的影响很小。

(2)磨粒排布倾角对工件表面粗糙度的影响不大,当排布倾角为50°时,工件表面粗糙度相对较好。

(3)随着磨粒粒度号的增大,粒径的减小,工件表面粗糙度也呈现逐渐减小的趋势。但是要注意,当磨粒粒度小于磨粒错位间距设定值时,工件表面粗糙度可能会反而增大。所以在制作不同粒度的cBN砂轮时,要根据磨粒粒度大小,设置合理的磨粒错位间距,才能取得良好的磨削效果。

参考文献

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[7]周玉梅,张凤林.钎焊单层金刚石研究现状[J].焊接技术,2010(6):1-4.

[8]章文姣,段隆臣,叶宏煜,等.孕镶金刚石钻头中有序排布参数的设定[J].金刚石与磨料磨具工程,2010(10):21-25.

汽车总装工序排布方法及原则 篇2

汽车工艺工序编排

整车工艺工序流程为冲压→焊装→涂装→总装。总装生产线的组成及基本生产流程如图1所示, 具体生产环节如图2所示。

前期工序排布

在车型投产批量前期, 规划部门对工序进行规划排布, 新车型的工序初步排版主要是参考同类平台车型进行试制生产。在后期生产过程中, 出现如下问题:

(1) 人员装配物料量不均, 工时节拍不平衡, 导致员工抱怨大。

(2) 人员左右跑动装配, 装配过重件时无设备协助, 劳动强度大。

(3) 某些装配件被其他装配件覆盖, 过程检验人员无法确认。

工序编排原则

1. 装配先后顺序

在编排过程中按照先后顺序, 由内到外, 进行逐层覆盖性装配。在过程中, 对于工段内装配覆盖件, 必须要考虑过程检验员对覆盖件的检验方便程度, 确保每个件能检查到位。不会因为出现覆盖件查不到而放到后道工序, 进而带来质量隐患。在整个工序编排中, 要做到装配顺序合理, 不影响下道工序装配作业。

2. 同系统零件集中装配

同系统的零件在同一组 (生产线) 装配, 对整车物料分成几十个系统, 例如安全带系统、标牌系统等, 将系统零件安排在同一地点装配, 在装配过程中不容易引起错漏装发生。

在新车型试制培训过程中, 便于集中培训, 减少培训时间。在装配过程中便于质量要点控制, 在检查过程中, 方便检查系统的功能。

3. 同种零件集中紧固带复紧

对于一个点螺栓的紧固、复紧工作, 应放在同一工位进行, 以便发现错误立即反馈给工人, 避免总装错误。

4. 零部件分装模块化

整车装配应尽力使用模块化进行装车, 汽车可实现的模块有:仪表板模块、动力总成模块、后桥模块和四门分装模块。模块尽可能将可在主生产线外装配总成剥离出工序, 减少主生产线装配零件数量, 增加主线员工装配的空间, 降低主生产线作业工时和减少主线人员作业量。

5. 工位比例及工位工艺高度

(1) 合理分析装配零件数量, 均衡工位设置的比例。对整车各工段装配物料数量进行统计, 结果显示一次内饰件占到整车装配物料的40%左右。底盘装配物料达到20%左右, 二次内饰件装配物料达到30%左右, 检测线装配物料达到10%左右。通过以上统计分析, 一次内饰装配物料占整车装配物料近一半, 且内饰件的特点都是以小件及线束居多, 导致线边物料摆放过度拥挤, 一次内饰装配物导致装配人员装件数量增加, 装配工序距离缩短。生产过程中, 产生作业干涉, 加大作业人员的掉线几率。生产线线边摆放混乱, 严重影响现场工作环境。为使一次内饰装配物料与整体生产线达到一致, 平稳度过。必须将内饰部分零件合理有序分配到其他工段, 使各工段物料装配率达到或将近30%, 实现生产线整体的工序均衡。

(2) 零部件装配的高度和作业人员动作姿势的匹配。对生产线的物料装配高度, 以人员站姿装配为佳, 尽量避免人员装配过高、过低或侧身的动作。如不在人员控制范围内, 则需要用机器进行辅助装配。通过人员操作设备进行装配, 可以大大减轻员工劳动量。

(3) 工序总装产品设计, 并考虑后期车型的混线生产, 最大程度预留扩展工位。在规划部门对新车型装配路线进行规划时, 以企业的长远发展战略为根据, 在一条生产线上需要生产多种同类平台不同车型。在初期设计工位长度及宽度时, 必须按照工位的比例适当加长每个装配工位的长度, 以便在后续车型上线装配时, 不至于出现工位长度不足, 导致现场装配拥挤的现象。

6. 装配人机工程 (操作空间)

在整体工序中, 有10%的装配物料空间狭小, 作业人员操作时仰头、举手的动作时常发生, 产生此种情况的主要原因在于:人员装配位置和车身悬挂高度不吻合;前舱作业内容复杂且作业时拥挤。主要集中在汽车前舱部位、室内前挡板部位及底盘高工位。如丰田公司已经对底盘高架工位设置悬链旋转90°, 作业人员只需操作机械手将油箱平行装配紧固, 充分体现了人机工程的人性化理念。在国产车型生产中, 在高架工位作业的人员, 需要增加踏台, 来弥补人员与车身高度不匹配的不足。另外, 使用必要的设备来分担作业人员劳动量, 在使用设备的工位, 作业人员必须戴头盔和穿劳保鞋, 以防出现安全事故。对一些装配空间狭小、作业内容多的作业条件, 工序必须化整为零, 进行合理调配。调配后要达到作业人员在装配时手臂能够用力, 在操作过程中手臂靠近钣金处不宜刮手, 对操作人员肢体进行保护, 通过人机工程调配后的工序, 使工人作业困难度减轻, 减少复杂的装配动作。

7. 人员行走动作及装配方位安排

在编排工序时, 应避免作业人员动作与车流方向相反, 工作布置尽量在同一方向。在排工序时, 对于装配左右对称的物料, 切不可安排一人装配, 否则会出现人员反复左右跑动, 大量浪费装配工时及劳动量加大。

8. 零部件装配防错

人为作业的装配内容不能保证100%质量的控制。在编排总装工序时, 必须要考虑各工序之间的装配连接覆盖性, 每道工序作业内容安排必须要对上道工序的作业内容做一个互检的便利性, 确保人为的装配异常质量问题消除在上下工序之间, 防止质量问题流出。

9. 标准件力矩工具整合

统计新车型的各点螺栓的使用种类和紧固力矩, 结合生产现有车型的力矩大小、标准件类型和数量, 尽量减少新车型标准件的使用种类, 考虑工序内标准件力矩和对边尺寸的统一。在不影响产品性能的前提下, 将工艺力矩进行整合, 从而达到减少标准件种类, 减少使用工具种类的目的, 将装配达到最佳的简量化。

结语

斜单轴跟踪支架方阵排布间距计算 篇3

因此, 研究斜单轴跟踪支架的运动规律和阴影变化情况, 提出一种科学、合理地设置斜单轴跟踪支架方阵排布间距的方法, 对设计斜单轴跟踪系统时, 充分利用稀缺的土地资源具有重要意义。

1 斜单轴跟踪支架位置数学模型

图1所示为斜单轴跟踪支架的结构简图, 组串平面用矩形ABCD表示。组串长度为L, 组串转动半径为R, 组串宽度为2R.建立坐标系o-x1y1z1, 其中, oy1轴垂直于水平面向上, oz1轴平行于水平面指向正东方向, ox1轴垂直于y1oz1平面指向正南方向。组串平面ABCD转轴与水平面的夹角为α, 且转动轴南北向布置, 东西向转动。转动轴低端距地面的高度为H1, 高端距地面的高度为H2.

建立坐标系o-xyz, 它可以通过坐标系o-x1y1z1变换而来, 坐标系o-x1y1z1绕x1轴逆时针转动角度α, 即得到坐标系o-xyz, x1轴与x轴重合。根据布尔莎—沃尔夫转换模型, 上述变换关系用矩阵形式表示为:

根据斜单轴支架运动规律, 在坐标系o-xyz中, D点的轨迹表示为:

A, B, C三点的坐标与D点的关系式为:

通过式 (1) (2) (3) 可求得组串平面ABCD四个角点在坐标系o-x1y1z1中的坐标, 即得到斜单轴位置数学模型。

2 太阳角计算公式

2.1 真太阳时

式 (4) 中:LAT为真太阳时;CT为地方标准时;LC为经度修正 (4 min/º) , 如果地方子午圈在标准子午圈以东, 则LC为正, 反之为负。

以分为单位计算E, 采用下面近似式:

式 (5) 中:θ以弧度表示为2πdn/365, 以角度表示为360dn/365, dn为天数排列的序号, 01-01为0.

2.2 太阳赤纬角

式 (6) 中:n为从01-01算起的天数。

2.3 太阳高度角

式 (7) 中:φ为地理纬度;δ为太阳赤纬角;ω为太阳时角, 正午时, ω=0, 每隔1 h增加15°, 上午为正, 下午为负。

2.4 太阳方位角

表示太阳高度角, γ表示太阳方位角。

根据图2各尺寸几何关系, 遮挡物高度表示为:HGk=y1k+H1, 其中k=A, D;HGj=y1j+H2, 其中j=B, C.阴影长度Li=HGi×cot (h) , 阴影长度南北向分量表示为:LNSi=|Li×cos (γ) |, 阴影长度东西向分量表示为:LEWi=|Li×sin (γ) |, 其中, i=A, B, C, D.那么, A, B, C, D四点在地面的阴影A’, B’, C’, D’的坐标表达式为:

4 方阵排布间距计算

4.1 方阵排布间距计算程序流程

根据以上理论分析和数学模型编程, 程序流程图如图3所示。

4.2 方阵排布间距计算软件

基于Matlab GUI将程序封装, 编制斜单轴跟踪支架间距计算界面, 如图4所示。

4.3 计算示例

已知条件:

建设地为哈密地区, 纬度42.6°, 经度94.9°;如图4, L=10.1 m, R=1.8 m, H1=1.3 m, H2=3.9 m, α=15°, 方位角跟踪范围为-45°≤θ≤45°;方阵间距初始值设置:南北向间距10 m, 东西向间距10 m;假设建设地场地平整。

根据太阳角计算公式可知, 太阳高度角和方位角每天的变化曲线以真太阳时12:00时为对称轴对称, 且冬至日太阳高度角在一年中最低, 影子最长, 遮挡范围为一年中最大。因此, 可根据GB 50797—2012《光伏发电站设计规范》计算冬至日真太阳时15:00时斜单轴的遮挡范围, 进而确定斜单轴跟踪支架排布方阵的间距。计算结果如图5所示。

相邻组串互不遮挡的条件是它们的阴影互不重叠, 而图5中四个组串阴影有重叠部分, 因此不满足设计规范要求。修改南北向间距为18.5 m, 东西向间距为7 m, 重新计算, 得到图6所示结果, 阴影无重叠, 且排布紧凑, 有效地利用了土地面积。

因此, 通过以上建模和编程, 获得了合理地设置斜单轴跟踪支架方阵排布间距的计算方法。

5 结束语

通过本文的理论分析和软件编程, 可以方便、有效地完成斜单轴跟踪支架方阵合理排布间距的计算。总结如下: (1) 建立了斜单轴跟踪支架的数学模型和阴影数学模型, 为研究其他跟踪支架数学模型提供方法和思路; (2) 使用Matlab编程, 对斜单轴跟踪支架方阵在整个跟踪范围内组串平面的变化及阴影变化情况进行模拟仿真, 直观地观察到了阴影遮挡情况, 提高了斜单轴跟踪支架方阵排布间距设计的效率和可靠性; (3) 根据计算示例, 提出了一种学合理地设置斜单轴跟踪支架方阵排布间距的计算方法, 从而优化了方阵占地面积, 达到有效利用土地资源的目的。

参考文献

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排布形式 篇4

大家知道,原子核外电子排布时分为K、L、M、N等电子层,而各电子层又分为s、p、d、f等各类亚层,分别标记为1s、2s2p、3s3p3d、4s4p4d4f等,由于能级交错现象的存在,各轨道的能量并非随K、L、M、N的顺序越来越高,有时M层中的轨道(如3d轨道)比层中的轨道(如4s轨道)的能量反而更高,内层排布起来比较简单,但随着电子层数的增加,排布时越来越复杂,各种轨道的能量高低次序很容易搞错.

为了避免搞错各种轨道的能量高低次序,很多人采用死记硬背的方法,但时间长了很容易遗忘,人们尝试了很多方法以帮助记忆,但总的来说效果不能令人满意,其中较理想的是用画排列图的方法,该方法效果的确不错,但排列图画起来也比较费时.

笔者围绕这个问题,也尝试了多种方法,.但效果都不理想,通过探索,最后找到了一种既简单又实用的方法,现介绍如下:

为了描述方便,笔者用某一能级组内的电子排布来说明问题,由于第一、二能级组相对简单,现不予讨论,当能级组大于3时,情况就变得越来越复杂,我们假设有一n能级组,现在要把该能级组中的各亚层按能量从低到高的次序排列起来,我们可以先排出

的格式,然后再在当中填入其它亚层,填入的方法如下:

一、先在ns后np前填入(n-1) d,即在n p前填上的第一个亚层为电子层比n少一层,但亚层为比p能量大一档的亚层类别,即d亚层,两者结合起来即为(n-1)d.

二、再在ns后(n-1)d前填入(n-2)f,即在(n-1) d前填上的亚层为电子层比(n-1)层再少一层(即比n少两层),但亚层为比d能量再大一档的亚层类别,即f亚层,两者结合起来即为(n-2)f.

三、同样类推,再在n s后(n-2)f前填入(n-3)g,即在(n-2)f前填上的亚层为电子层比(n-2)层再少一层(即比n少三层),但亚层为比f能量再大一档的亚层类别,即g亚层,两者结合起来即为(n-3)g.

四、以后可按以上方法进行类推,这里不再赘述.

五、如果从np往前填入时,这种亚层不存在,如根据以上方法往前填时,产生了如3f或4g等不存在的亚层,则就不要再填下去了,因为f亚层在第四电子层才出现,而g亚层在第五电子层才出现.

通过以上的方法,我们可以得到某元素原子核外电子排布时各能级组的电子排布通式:

而一般情况下,只要通式

就足够了,下一步工作只要在对应的亚层左上角标上相应的电子数目就可以了.

举例说明:

(1)第5能级组的电子排布次序可按以下步骤推:(a)先写出5s 5p;(b)在5 s后5p前填入(n-1)d即(5-1)=4d成为5s 4d 5p;(c)在5 s后4d前填入(n-1-1)f即(5-1-1)=3f成为5s 3f 4d 5p,但我们知道M层是没有f亚层的,即3f不存在,所以,第5能级组的电子排布次序为5s 4d 5p

(2)第7能级组的电子排布次序可按以下步骤推:(a)先写出7s7p;(b)在7s后7p前填入(n-1)d即(7-1)=6d成为7s 6d 7p;(c)在7s后6d前填入(n-1-1)f即(7-1-1)=5f成为7s 5f6d 7p;(d)在7 s后5f前填入(n-1-1-1)f即(7-1-1-1)=4g成为7s 4 g 5f6d7p,但我们知道N层是没有g亚层的,即4g不存在,所以,第7能级组的电子排布次序为7s5f 6d 7p

按照以上的方法,很容易推出任何一个元素原子核外电子的电子排布式,现以105号元素为例:

排布形式 篇5

关键词：最佳倾角,方阵间距,PVSYST6软件,组件排布方式

光伏行业的迅猛发展和光伏技术的突飞猛进对光伏电站精细化设计提出了越来越高的要求。光伏系统工程设计的各个环节都应本着“高效利用资源,获得最好收益”的原则进行降本增效设计。

阵列间距对电站的输出功率和转换效率有较大的影响。如果光伏阵列间距过小,后排的太阳光将被前排遮挡。然而,在一定尺寸的场地下,为了获得最大的发电量,应尽可能地增加阵列的排数,增加系统容量。这必将缩短阵列的间距,增加阵列之间的相互阴影,降低发电量,且光伏组件排布方式也会对发电量有较大影响。因此,光伏方阵排布设计是一个多参数的优化问题。

本文通过对行业内应用广泛的PVSYST软件进行建模分析,对固定倾角式光伏阵列最佳倾角设计进行优化,同时对光伏组件排布方式对发电量的影响程度进行研究,为固定倾角式光伏阵列排布优化设计提供参考。

1 最佳倾角计算

以哈密地区为例来论述。

1.1 基本条件

地理位置:经度43.28°,纬度94.65°,海拔2 692 m;

设计容量:1 MW;

组件安装形式:竖装双排。

1.2 具体计算

以“光伏阵列倾斜面上接收的辐照量最大”为原则,使用PVSYST6软件初步设计,结果如图1所示。

以倾角40°为参数计算排布间距,计算结果如图2所示。

间距计算原则:冬至日,真太阳时,早9:00至下午3:00间前、后排不遮挡;当组件倾角为40°时,前一排阵列下边沿到后一排组件下边沿水平距离(节距)为11.5 m,则前、后排间距设置为8 m。

以8 m为间距,不同倾角条件下辐照量与发电量的对比如表1所示。图3所示为倾角与辐照量的关系。

当间距为8 m时,36°为最佳倾角,每兆瓦容量年发电量比倾角为40°时提高了0.251%.

倾角减小,可以减少支架用钢量。如果以间距8 m时36°为最佳倾角,与40°相比,每根后立柱(长度l m)可减小l×(1-tan36/tan40)≈0.135×l(m),组件规格300 Wp,以36块为一个阵列,共93个阵列,每个光伏阵列以6榀计算,减少的立柱长度为93×(6+1)×0.135×l(m)。如果后立柱长度为l.2 m,质量按3 kg/m计算,可节约钢材527.3 kg/MW。同时,倾角的减小还可以减弱风载荷作用,增强支架抗风性能。

2 组件排布方式研究

光伏电站组件常采用竖向排布方式。下面对竖向单排和竖向双排组件排布方式对发电量的影响进行对比研究。

使用PVSYST6建模,如图4和图5所示。

阴影遮挡分析结果如图6和图7所示。

发电量对比如表2所示。

竖装双排组件排布发电量比竖装单排组件排布发电量提升了约1.9%.

3 结论

针对固定式光伏阵列排布的重要因素,即倾角与组件排布方式,使用PVSYST6建模仿真,得到以下结论:①光伏阵列排布时,相同南北向间距、不同倾角条件下,组件接收的辐照量和光伏电站发电量不同,且最佳倾角只是带来组件平面接收的辐照量最大。考虑阵列间的遮挡损失后,光伏电站发电量最大对应的组件倾角比最佳倾角要小。通过分析处于不同纬度的兰州、西安、合肥等地,也得出同样的规律。②组件倾角减小,可使组件支架用钢量减小,同时,风荷载作用于组件表面的效果减弱,提高了组件支架的抗风性能。③在组件竖装情况下,双排组件排布方式比单排组件排布方式的发电量高。这与组件自身电池片的串并联方式有关。

参考文献

[1]董霞威,庞春,苏国梁.光伏并网电站光伏组件安装倾角的选择设计[J].中国电力,2010(12).

排布形式 篇6

1 计算井筒揭煤穿煤轮廓线方程

通过解析几何中平面与曲面相交的方程可求出不同煤层走向、煤层倾角、井筒倾斜角条件下井筒轮廓与煤层平面交线的方程[5,6]。主要分为以下4个步骤: (1) 根据施工已知基本条件建立以井筒工作面为XOY平面的坐标系, 求得在该坐标系下煤层面法向量及井筒轴向XOZ剖面的法向量; (2) 求出煤层面与井筒轴向XOZ剖面的相对位置关系, 即求出这两个平面之间的夹角; (3) 求出煤层面方程; (4) 写出井筒的参数方程, 求出穿煤轮廓线方程, 在CAD中以VBA可视化的方法自动绘制井筒穿煤轮廓线的椭圆区域图形。

1.1 建立空间直角坐标系、计算煤层面方程

煤层倾角为α, 0°≤α<180°;煤层走向同井筒掘进面的夹角为β, 0°≤β<90°或-90°<β<0°;井筒在XOZ平面方向上的倾斜角为ε, -90°<ε≤0°时井筒向Y轴正方向倾斜, 0°<ε<90°时井筒向Y轴的负方向倾斜;煤层与井筒轴向XOZ剖面的夹角为δ, 如图1 (a) 所示。

1.1.1 求取煤层面及井筒轴向XOZ剖面法向量

如图1 (a) 所示, 以井筒断面为XOY平面, 以断面中心为原点, 设水平向右方向为3点钟方向, 则以3点钟方向为X轴正方向, 12点钟方向为Y轴正方向, 垂直井筒断面沿井筒走向方向为Z轴正方向, 建立空间直角坐标系。

图1 (b) 中的煤层层面γ如图1 (a) 中平面AB-DW所示, 为便于观察理解, 图1 (a) 将井筒与煤层之间的位置关系图整体绕X轴逆时针旋转了90°, 其中AU⊥平面XOZ于O点, OD经过井筒的中心轴线, 平面XOZ为过井筒中心轴线的剖面, KD∥AB, KD是井筒轴向剖面XOZ与煤层ABDW的交线, OK⊥DK, OV⊥DO, l∥OV, 井筒的倾斜角即为∠ODU=-ε (倾斜角为负, 则井筒向Y轴正方向倾斜) , 过井筒轴线的XOZ剖面同煤层ABDW的夹角为∠AKO=δ, 井筒沿Y轴方向的径向轮廓线伪倾斜角为∠ADO=φ。平面DUW是与图1 (b) 中平面XOZ平行的平面, 在图1 (a) 中作OJ⊥DU, 由上文可知是平面DUW的法向量, 令D (0, 0, 1) , 则可求得J点坐标为 (0, (sin 2ε) /2, sin2ε) , 于是向量, 即井筒轴向剖面XOZ的法向量。

1.1.2 计算煤层面与井筒轴向XOZ剖面的夹角

文中讨论的是井筒揭煤, 所以在讨论范围内, 井筒与煤层必然相交, 两个相交平面, 它们之间的夹角δ等于其各自法向量的夹角或其补角[5,6], 即:

经计算及讨论得出:

1.1.3 计算煤层面方程

图1 (a) 中∠ADO=φ为井筒沿Y轴方向的径向轮廓线伪倾斜角。

令煤层面方程为Ax+By+Cz+D=0, 在此A、B、C、D为常数, 由上文煤层面法向量及平面方程求法知煤层面方程为sinβ·x-cotδ·y-cosβ·z+D=0, 于是A=sinβ, B=-cotδ, C=-cosβ。令井筒掘进面距煤层的最小法距为Lf, 井筒掘进面的最小法距点为F。

Lf的最小值即是井筒掘进面距煤层的最小法距, 利用极值的方法求解讨论得出F点坐标为:

于是煤层见煤面方程为:

煤层止煤面方程为:

1.2 写出井筒参数方程, 求出井筒穿煤轮廓线方程

所建立的坐标系以井筒断面为XOY平面, 所以井筒方程为x2+y2=R2, 参数方程为:

结合煤层见煤面方程 (2) 、止煤面方程 (3) , 求出井筒揭穿见煤面及止煤面轮廓线方程。井筒揭穿见煤面轮廓线方程如下:

井筒揭穿止煤面轮廓线方程如下:

式 (4) 、式 (5) 即为井筒曲面与煤层见煤面和止煤面的交线方程, 其交线如图2 (a) 、图2 (b) 中实线椭圆所示。

因井筒揭煤中井筒与所揭穿煤层的位置关系仅有2种, 即垂直相交 (即δ=90°) 和斜交, 所以井筒揭煤时揭煤轮廓线的类型也分为2种, 即井筒与煤层垂直相交和斜交2种情况下的揭煤轮廓线。井筒与煤层垂直相交时揭煤轮廓线为圆, 相当于一个圆在一个与其平行平面上的投影 (图2 (a) ) ;当井筒与煤层斜交时揭煤轮廓线为一椭圆, 相当于一个圆在一个与其非平行平面上的投影[7] (图2 (b) ) 。由此可知只有井筒与煤层垂直相交时, 揭煤穿煤轮廓线才是圆形, 而井筒与煤层斜交时穿煤轮廓线为一椭圆, 可在三维可视化图形中得以验证 (图3) 。

利用CAD中创建面域 (AddRegion) 、扫掠、拉伸 (Add Extrude Solid Alongpath) 等方法[8,9], 结合煤层面方程、井筒穿煤轮廓线方程等用VBA编程在CAD中自动绘制出三维煤层、井筒、穿煤轮廓区域等图形[10,11,12], 此时井筒穿煤轮廓会一目了然地展现出来。如图3所示, 当井筒与煤层斜交时井筒揭穿见煤面和止煤面的轮廓都是椭圆形。

2 井筒揭煤卸压抽排钻孔布孔方式的比较

《防治煤与斯突出规定》对井筒揭煤抽排卸压钻孔布置方式无明确规定, 在煤矿揭煤实践中主要采取矩形布孔和环形布孔2种方式, 目前井筒揭煤大多采取环形布孔方式。矩形布孔方式即井筒揭煤卸压抽排瓦斯过程中, 在揭煤井筒掘进面和煤层止煤面, 根据抽排钻孔的实际抽排卸压半径, 将钻孔布成与所建坐标系的XOZ平面平行的排和与所建坐标系的XOY平面平行的列, 相邻两钻孔的排间距和列间距都相等;在煤层止煤面这些钻孔呈排、列网格状, 当揭煤巷道长轴线与煤层正交时, 所布钻孔应呈矩形网格状, 否则, 呈平行四边形网格状, 如图4 (a) 所示。环形布孔方式是以井筒圆心在煤层的投影为中心 (如图2中点) , 将钻孔布置在以井筒中心为圆心的几个同心圆形巷道的穿煤轮廓线上, 钻孔孔底间距不大于钻孔卸压直径, 当井筒长轴线与煤层完全正交时, 所布钻孔在煤层止煤面上应呈同心圆状, 否则呈同心椭圆状, 如图2及图4 (b) 所示。

结合图2及图4分析对比井筒揭煤时环形布孔方式与矩形布孔方式优劣如下:

(1) 从图2及图4 (b) 中知环形布孔方式将钻孔布置成与井筒穿煤轮廓相似的曲线上, 钻孔较为均匀, 能完全覆盖应控煤体区域, 无额外钻孔, 勿需用去孔法则[13], 而图4 (a) 中采用矩形布孔方式时, 钻孔成矩形网格状, 布置均匀, 完全覆盖应控煤体, 但与井筒穿煤轮廓形状不一致, 且应控椭圆型煤体区域外有额外钻孔 (图4 (a) 中黑色小方格点) , 需采用去孔法排除不必要钻孔。

(2) 如1.2中所述, 揭煤时井筒与煤层交线为圆或椭圆, 当交线为圆时, 同一圆环上相邻钻孔偏转角度及位置增量相等, 钻孔位置计算简单 (图2 (a) ) , 为椭圆时相邻钻孔偏转角度和位置增量都不相同, 其计算复杂 (图2 (b) ) , 而采用矩形布孔方式时, 不论交线为圆还是椭圆, 钻孔始终呈排、列状, 相邻钻孔排、列间距相等, 相邻钻孔在x、y、z方向上的变化量也相等, 且计算简单 (图4 (a) ) , 钻孔的具体位置可在初始钻孔位置的基础上变化而来, 相邻位置分量x、y、z的变化量为e1cosβ、e2sinφ、 (xsinβ-ycotδ) /cosβ, 其中e1、e2分别为止煤面钻孔列、排间距, 其详细计算见参考文献[11]。

综上可知, 井筒揭煤时环形布孔和矩形布孔方式所布钻孔都能均匀覆盖应控煤体;环形布置的钻孔构成的环形状与井筒穿煤轮廓形状一致, 无额外钻孔, 不需用去孔法则, 而矩形布孔则相反;因井筒揭煤时穿煤轮廓大多为椭圆状, 故环形布孔时钻孔参数获取较为困难, 在实际生产中出现经验估值, 误差大, 而矩形布孔参数计算公式化, 准确度高, 计算简单;去孔法则简单易用, 在实际应用中不会带来困难。综上, 从布置钻孔的均匀性、形状及布孔流程、准确度、参数获取的难度结合去孔法则的使用等方面权衡利弊, 不难看出井筒揭煤时矩形布孔方式在实际应用中更简单、准确、实用, 为最优选择。

3 实践应用

某矿立井揭煤处煤厚3.0 m, 平均倾角150°, 煤层走向与石门作业面夹角为15°, 井筒倾斜角3°, 井筒内径3.0 m, 外径3.3 m, 揭煤前采用卸压钻孔预抽瓦斯, 井筒作业面距煤层最小法距为4.0 m, 钻孔卸压半径1.6 m, 钻孔控制煤层超出井筒轮廓外5.0m, 作业面钻孔边界距井筒内接正方形边的距离为0.4 m, 采用孔径80 mm的钻头打孔。参考已有立井揭煤抽排瓦斯钻孔布置的数学模型和可视化方法[12], 采用矩形布孔方式, 在Auto CAD Visual Basic编辑器中编辑并运行程序, 自动绘出三维井筒、钻孔、煤层图形, 同时自动将施工设计参数导入Excel (表1 (部分参数) ) 。

为了揭煤安全, 平行四边形应控区域共需打64个抽排钻孔 (图5) , 按去孔法则可去掉4个钻孔, 故只需施工60个钻孔即可安全控制应控煤体。表1所示为前两排钻孔设计参数, 其中用粗体表示的第1排第1个钻孔及第1排第8个钻孔为应去钻孔。图5中立井揭煤黑色煤层中灰色椭圆区域为需要控制的煤体范围, 可见钻孔能均匀覆盖煤层应控煤体区域。

4 结论

通过解析几何的方法建立井筒揭煤穿煤轮廓线的方程, 用Auto CAD中可视化方法创建了井筒揭煤穿煤轮廓的可视化图形, 证明了井筒与煤层在非正交条件下穿煤轮廓是一椭圆的事实。在此结论基础上分析讨论了井筒揭煤最优布孔方式的选择, 通过对比得出矩形布孔方式相对于环形布孔方式更实用的结论。该结论可指导井筒揭煤卸压抽排钻孔布置范围的计算和布孔方式的选择。

摘要：为对井筒揭煤卸压抽排钻孔布置参数进行优化, 确保钻孔位置的准确性, 提高布置钻孔的卸压抽排效果, 分析对井筒揭煤穿煤轮廓认识存在的问题, 用解析几何的方法建立不同的井筒与煤层位置关系条件下井筒揭煤穿煤轮廓线方程, 对井筒与煤层在非正交条件下穿煤轮廓的形状进行分析与证明;比较井筒揭煤中环形布孔方式与矩形布孔方式的优劣, 分析讨论井筒揭煤最优布孔方式;以应用实例检验矩形布孔方式在井筒揭煤中椭圆形穿煤轮廓条件下的使用。