调高液压系统

调高液压系统（通用9篇）

调高液压系统 篇1

摘要：通过某薄煤层采煤机调高系统主要元件油缸的结构设计选型, 简要地阐述进行采煤机调高系统主要元件油缸的优化设计探讨。

关键词：采煤机,油缸,设计

1 油缸的作用

当煤层厚度随时发生变化时, 采煤机的两个滚筒的工作高度应相应改变, 由此需要能实现煤层厚度变化的结构功能, 即采煤机滚筒调高装置, 无论是自动调高还是手动调高大都采用阀控主要元件油缸的机构装置。摇臂和调高油缸直接影响滚筒装煤, 该机构参数匹配是否合理, 不仅影响能源的利用效率, 而且还会影响到系统的动静态的品质。如何合理的设计调高装置, 油缸的设计最为关键。

2 采煤机调高系统主要元件油缸机构设计思路

对于新产品的设计理念是在整体结构设计、技术性能、生产能力指标等方面有创新性突破, 设计先进的结构优化加工工艺过程, 用最佳的工艺方案加工出合格的产品, 提高产品使用寿命, 缩短了产品的研制周期。

2.1 尽量使液压缸的活塞杆在受拉状态下承受最大负载, 或在受力状态下具有良好的稳定性。

2.2 因为油缸各部分的结构需根据推荐的结构形式和设计标准进行设计, 尽可能做到结构简单、紧凑, 加工、装配和维修方便。

2.3 在保证能满足运动行程和负载力的条件下, 应尽可能缩小液压缸的轮廓尺寸。

3 液压缸的主要几何参数的确定

3.1 液压缸结构尺寸的初步确定:

根据实际结构安装位置要求, 油缸最短 (铰耳之间) 长度小于677mm, 最长 (铰耳之间) 长度大于878mm。

油缸行程为878-677=201mm

油缸结构长677-201=476mm

3.2 根据相近产品用油缸初选方案I:

油缸外径￠250、内径￠210、活塞杆径￠125。初选方案II:另一种油缸初选油缸外径￠190、内径￠160、活塞杆径￠105。

4 方案I油缸的拉力计算

已知采煤机设计条件:采煤机牵引力为628KN, 摇臂电机功率为350KW, 摇臂电机转速1480r/min滚筒输出转速58.08r/min, 摇臂长度2280mm, 摇臂重量6989kg, 滚筒直径1100mm截深700mm滚筒重量875kg。350

如图1:油缸与主机连接的铰接点到摇臂铰接点斜长L=

当采煤机牵引力确定, 在有倾角的条件下,

缸内截面S园=π/4x212=346.36cm2

S环面积=π/4 (21+12.5) (21-12.5) =223.64 cm2

⑶活塞杆稳定性验算:液压缸推力P小于稳定极限Ph液压缸就处于稳定工作状态, 否则改变设计方案。

k=d/4=125/4=31.25

N为末端系数n=1见P230

极极限力:拉金公式Pk=10f0A/ (1+a/n (L/k) 2) =

式中f0材料强度实验值490见P230页 (液压手册)

A活塞杆的截面积面=πx12.52/4=122.72cm2

a实验常数见1/5000P230页 (液压手册)

n为末端系数n=1

5 方案II油缸的拉力计算

选油缸外径￠190、内径￠160、活塞杆径￠105。与上述计算步骤相同, 经计算许用推力P

6 安装进口平衡阀代替老液压锁使工作机构保持在固定位置更加可靠

图2为平衡阀的原理图。V1、V2接来油, C1、C2接调高油缸。当V1 (V2) 口进油时, 高压油打开左 (右) 侧的单向阀, 经C1 (C2) 口接入油缸一侧油腔, 高压油同时经控制油口将右 (左) 侧的比例阀打开, 油缸另一侧油腔内的油经C2、V2 (C1、V1) 回油, 实现截割部的高度调节。当截割部调到需要的工作高度而停止向油缸供压力油时, 平衡阀将“锁”住油缸两腔内的液压油, 使截割部保持在需要的工作高度而不会自动降低;平衡阀内的比例阀调定压力为35MPa, 当截割阻力加大, 使油缸内的压力超过该调定值时, 比例阀开启, 油缸内的油液回油池, 从而保护油缸和与油缸相连接的油管。

7 结论

提高采煤机的可靠性和寿命, 加强降低负荷效果, 改善和提高油缸调节高的作用。采煤机调高系统主要元件油缸机构设计是直接影响工作机构的质量, 是液压传动的主要执行元件, 在工况外载荷不确定的工况下, 尽可能做到结构简单, 紧凑, 加工装配和维修方便, 经过多次反复修改才能得到满意的效果。

参考文献

[1]刘春生.滚筒式采煤机理论设计基础[M].北京:中国矿业大学出版社.[1]刘春生.滚筒式采煤机理论设计基础[M].北京:中国矿业大学出版社.

[3]王益群, 高殿荣.液压工程师技术手册[M].北京:化学工业出版社.[3]王益群, 高殿荣.液压工程师技术手册[M].北京:化学工业出版社.

调高液压系统 篇2

在做一项工作的时候，我们是不是经常也会这样想?

但真的做到这样就可以了吗?

实际上，我们完全可以做得更好。只要我们将自己的工作标准定得高一点，往往就会做得更好。

张水华是我国著名的电影导演。他在拍摄由鲁迅的小说改编的电影《伤逝》时，正是物资严重缺乏时期，厂里限制每个摄制组的耗片比为1∶3，但因为张水华是德高望重的老前辈，所以唯独对他例外，耗片比可以达到1∶6。

一天，张水华像一个做错事的孩子一样，跑到北影厂的领导那里说：“胶片多少钱一本?上次有几个镜头没拍好，我想用我的工资再买几本胶片。”

原来，《伤逝》拍完之后，有几个镜头尽管拍了多次，但张水华还是觉得不满意，还想重拍。

其实，他已经是电影界的泰斗，就算不重拍那几个镜头，也没有人会提出质疑。但对自己要求非常高的他，却不肯放过任何细节，而这样做的目的不是为名也不是为利，只为拍出心中完美无瑕的影片。

但也正是这样的高标准，才造就了他电影界泰斗的名声和地位，

再看看有些导演，拍摄的影片中，“穿帮”的镜头经常可见，明明是古装片，可空中却可以看到飞机掠过的身影。这些导演的影片中之所以会出现这么低级的错误，一个重要的原因，就是没有调高自己的标准。

我们都曾经有过这样的困惑：同样的事业岗位，同样的智商能力，同样的起点背景，不同的人却会做出不同的成绩。甚至有天壤之别，原因何在?

就在你为自己定的标准有多高。标准越高，对自己要求也就越严，遇到任何可能出现的困境，总能全力以赴做得更完美。

记得，我的单位市场部曾经有这样一个员工：其他业务员几乎平均每天打二三十个电话，可他总是要求自己比别人打得更多，开始是四五十个，后来他不断给自己定更高的标准，甚至到了上百个。结果，他出的单最多，那么他得到更多的回报也是理所当然的了。

这时，有的员工就问了：“我觉得他的表述能力还没有我强呢?怎么我就出不了单?”

其实原因很简单，你没有调高自己的标准，只有调高自己的标准，才能锻炼你的大脑，把你的最大智慧给挖掘出来。

把自己最大的智慧潜能挖掘出来，你才能取得最大的成功，所以记住：

调高液压系统 篇3

MG150/368型采煤机是一种多电机驱动、电机横向布置、交流变频调速无链双驱动电牵引采煤机,在实际生产过程中,采煤机液压系统发生故障的概率比电气控制系统、机械传动部分高。只有熟悉采煤机液压系统的工作原理,掌握正确的分析方法,才能及时快速地处理故障,保障安全生产顺利进行。

1采煤机调高系统的组成

图1为MG150/368-WD型采煤机液压调高系统示意图。MG150/368-WD型采煤机的液压调整系统由电动机、齿轮泵、调高油缸及其液压控制阀、吸油过滤器、高压溢流阀(安全阀)、低压溢流阀、调高换向阀组、制动电磁阀、压力表、油箱、管路等部件组成。各部分的主要参数及功能如下:

(1) 调高泵电机是动力源,是将电能转变为机械能的元件。

(2) 调高齿轮泵理论排量8.1 mL/r,额定工作压力18 MPa,它为液压系统提高动力,将机械能转变为液压能,以推动调高油缸动作,其性能的好坏直接影响系统工作的可靠性。

(3) 自封式吸油滤油器用以避免油箱内污物进入液压泵,以保持油液清洁,提高液压泵等元件的工作寿命和可靠性。该滤油器通流量为63 L/min,过滤精度为80 μm,带堵塞指示器(真空表),当真空表指针处于非正常区域时,应及时清洗滤芯。滤芯损坏时应及时更换,以防止高压齿轮泵吸空,保持系统中油液的清洁。

(4) 高压溢流阀安装在油泵的出油口上,用于限定系统压力,同时对液压系统起到安全保护作用,调定压力为18 MPa～20 MPa。低压溢流阀安装在回油油路上,该阀的调定压力为2 MPa,负责提供背压。该压力油源用于调高换向阀组电液控制的控制油源和左右牵引部液压制动器的控制油源。

(5) 调高换向阀组是摇臂调高的控制元件,它由手控、液控2种控制方式的M型三位四通换向阀与三位四通隔爆电磁换向阀组成,通过控制阀芯在阀壳中的相对位置实现对摇臂的控制。

(6) 调高油缸是调高系统的执行元件,两只调高油缸设置在左、右牵引部的煤壁侧,油缸的活塞杆与摇臂、油缸的缸体与牵引部箱体分别用销轴铰接,通过活塞杆的伸缩以实现左、右滚筒的调高。液压锁安装在油缸的后座上,用于密封油缸两腔的油液,可将滚筒锁定在需要的位置。另外,油缸上还设有安全阀,以防止截割机构、油缸受外力过大造成机械损伤事故。

2采煤机调高液压系统的常见故障分析

采煤机调高液压系统发生的故障一般分为两类: 一类是液压系统故障,导致全部执行机构失灵或动作异常; 另一类是个别机构动作失灵或发生故障。以下将对几种常见故障进行分析。

2.1 摇臂不能升降

摇臂不能升降的故障原因可能为:①油箱油位太低;②过滤器堵塞严重,真空度大,齿轮泵吸油不足;③电机与齿轮泵间的花键联接套磨损严重;④齿轮泵磨损严重或损坏,内泄大;⑤液压管路破损或管路接头漏油严重;⑥高压安全阀阀芯内有杂物,阀芯不能复位,压力油直接回油箱,系统无法建立压力;⑦低压安全阀内有杂物,系统无背压;⑧调高油缸油口被杂物堵塞,压力油无法进入油缸或另一腔被堵无法正常回油;⑨换向阀阀芯磨损严重或断裂,系统无压力;⑩液压锁损坏,压力油无法进入油缸或不能正常回油;○11 调高油缸窜缸,系统压力不足;○12 活塞杆受力变形,不能正常收缩;○13 齿轮泵反转,系统无压力。

2.2 摇臂升起后缓慢下降

摇臂升起后缓慢下降的故障原因可能为:①液压锁内部泄漏;②液压锁的压紧螺套处密封损坏;③液压锁与油缸结合面处O型圈密封损坏;④液压锁紧固螺栓松动;⑤调高油缸内部窜油。

2.3 调高油缸动作慢或存在抖动现象

调高油缸动作慢或存在抖动现象的故障原因可能为:①齿轮泵、换向阀、调高油缸、液压锁等元件内部泄漏;②调高油缸活塞杆与缸套处存在外部泄漏;③换向阀组内弹簧疲软或电磁阀吸力不足,导致阀芯不能返回零位;④高压溢流阀阀芯憋卡,导致系统压力不足,油缸动作缓慢;⑤低压溢流阀调定压力低;⑥液压系统有空气进入;⑦液压锁内有杂物影响工作。

2.4 摇臂自动升或自动降

启动采煤机后,摇臂自动升或自动降的原因可能为:①三位四通换向阀阀芯卡死或电磁阀的阀芯卡死;②电气控制部分失灵。

2.5 调高泵工作噪声大、温升快

调高泵工作噪声大、温升快的原因可能为:①吸油过滤器堵塞;②空气进入系统;③调高泵的联接法兰松动;④调高泵内部泄漏;⑤高压溢流阀调定压力过高。

3结论

采煤机液压系统发生故障时,必须及时处理,常见的故障诊断方法有简易故障诊断法、系统分析法及图表法。简易故障诊断法是指故障发生后,凭维修人员的经验,通过“问、看、闻、听、摸”等方式进行直观的判断,在现场具有很强的适用性;当简易判断不能确定故障原因及部位时,应采用系统分析法,这就要求维修人员能够熟练掌握液压原理图及液压元件的原理、结构、性能、作用,然后根据故障现象进行具体问题具体分析,找出故障原因及部位,从而快速处理故障;另外就是通过故障诊断专家设计的逻辑流程图进行查询。总之,故障是多种多样的,但同一故障现象也可能由不同的原因导致,只有将理论知识与实践经验紧密结合,方可快速处理故障。

摘要：介绍了MG150/368-WD型双滚筒采煤机液压调高系统的结构及各液压件的作用,分析了几种常见故障的原因,最后总结了故障诊断的方法。

关键词：采煤机,液压系统,调高,故障分析

参考文献

[1]许福玲,陈尧明.液压与气压传动[M].北京:机械工业出版社,2005.

[2]王启广.采掘设备使用维护与故障诊断[M].徐州:中国矿业大学出版社,2006.

调高液压系统 篇4

据公布，广州市属和各区(不含番禺、花都)职工年平均工资33839元，月平均为2820元;番禺区职工年平均工资23226元，月平均为1936元;花都区职工年平均工资26640元，月平均为2220元;增城市职工年平均工资21336元，月平均为1778元;从化市职工年平均工资4元，月平均为1667元。

有关通知要求，广州各区及县级市劳动保障局、各社会保险经办机构和各参保单位，凡依据20本市职工平均工资等计算的事项，均按该标准执行。

专家分析，这一数字直接决定了7月至6月的新社保年度内，广州的社会保险及福利待遇“计算基数”，意味着相关单位和个人要按新的数字缴纳养老、医疗等各种社会保险费。比如，养老保险方面，其缴费基数以上年度申报个人所得税的工资、薪金税项的月平均额为基数，低于上年度市职工月平均工资60%的，按60%缴纳;高于300%以上部分不计征。

而在社会保障待遇方面，这意味着退休养老保险参保人的养老金将“加薪”。从1994年起，广州市就已建立养老金的“正常调整机制”，在正常情况下，每年的养老金都将按社平工资增长率的一定比例进行调整，随职工平均工资水涨船高。

调高液压系统 篇5

采煤机是综采的主要设备之一,其工作环境比较恶劣,当采煤机出现故障时,会造成巨大的经济损失。随着电牵引调速技术的不断成熟,液压牵引采煤机[1]正逐渐被电牵引采煤机取代。但是,摇臂升降控制目前仍是通过调高液压系统来实现的。传统的设计方法拉长了产品的设计周期,增加了开发成本。本文应用动力学分析软件ADAMS对采煤机液压系统进行建模,并在此基础上模拟实际工况对液压调高系统进行仿真研究。

1 调高机构虚拟样机建模

虚拟样机技术[2]是对机械系统的运动学和动力学进行仿真计算。本文利用UG建立了采煤机滚筒调高系统的简化模型,并以Parasolid文件格式导入到ADAMS环境中。所建立的虚拟样机模型如图1所示。该模型由摇臂、滚筒、牵引箱、调高油缸[3]、调高活塞杆组成。

给模型添加约束和力以满足各种运动关系。约束包括调高油缸和调高活塞杆间的移动副、摇臂与牵引部间的旋转副、摇臂与活塞杆的旋转副、调高油缸与大地的旋转副以及牵引部与大地的固定副。考虑到滚筒自重的影响,滚筒升起比降落时的载荷要大,因此选定活塞杆伸出时为升,缩进时为降。定义Maker点,调试模型使滚筒摆角范围为40o～-19o。滚筒调高过程角度随时间变化曲线如图2所示,滚筒调低过程角度随时间变化曲线如图3所示。

给调高活塞杆施加驱动,活塞杆的速度函数为:step(time,0,0,50,300)+step(time,50,0,100,-300)+step(time,100,0,123,-138)+step(time,123,0,146,138)。

2 调高液压系统虚拟样机建模

2.1 液压系统的设计

图4为左、右滚筒调高液压系统图。油缸要实现伸、缩和锁紧3个动作[4],系统由油泵、油缸、液控换向阀、手动换向阀、安全阀、液控单向阀和过滤器组成。高压溢流阀的调定压力为16 MPa。油液由泵经过滤器吸出后,一路进入三位四通手动换向阀,一路进入电磁换向阀,液压油通过电磁换向阀推动手动换向阀工作,调高压力油通过液控单向阀供油,实现摇臂调高。调高油泵采用单柱塞泵[5],虽然其流量脉动比较大,但由于采煤机调高油缸的运动对平稳性要求比较低,也可满足使用要求。

2.2 油缸的设计

影响滚筒调高的力主要是沿采煤机牵引方向的推进阻力和截割阻力以及滚筒和摇臂的自重。通过仿真得出滚筒升降时油缸的推力P1为304 780 N,拉力P2为208 740 N。

油缸活塞直径D的计算公式为:

undefined。 (1)

其中:p1为工作压力,参考目前调高系统,取p1=9.8 MPa;η机为油缸的机械效率,取η机=0.90。已知P1=304 780 N,p1=9.8 MPa,η机=0.90,代入式(1)求得D=209.8 mm,按标准选取D=210 mm。

活塞杆直径d的计算公式为:

undefined。 (2)

已知P2=208 740 N,p1=9.8 MPa,η机=0.90, 代入式(2)求得d=104.9 mm,按标准选取d=105 mm。

求出上述参数后,即可根据油缸的工作条件和安装位置,确定油缸的其他结构尺寸。

油缸的最大流量Q最大(L/min)为:

undefined。 (3)

其中:F为油缸的活塞面积,m2;v1为活塞杆伸出速度,m/s;η容为油缸的容积效率,取η容=0.92。

根据滚筒升降高度和油缸的结构确定油缸的行程s=300 mm,滚筒上升的时间t升=50 s,则活塞杆伸出速度为undefined。油缸的活塞面积undefined。所以由式(3)可计算出油缸所需最大流量为Q最大=2.25×10-4 m3/s。已知泵的流量Q泵=2.83×10-4 m3/s,KQ最大=2.7×10-4 m3/s。其中,取系数K=1.2。Q泵≥K·Q最大,所以满足要求。

3 仿真结果分析

在ADAMS环境中仿真,得到采煤机液压调高系统关键点的受力情况。图5为摇臂与活塞杆铰接点受力随时间变化曲线,图6为主机架铰接点受力随时间变化曲线。

由图5、图6可以得出以下结论:摇臂和滚筒受到的由截割阻力、牵引阻力及其自身重力作用下产生的绕着主机架铰接点旋转的转矩与摇臂与调高活塞杆铰接点处产生的转矩平衡。

4 结论

本文运用三维软件UG建立了采煤机液压调高系统的简化模型,在ADAMS/View环境下,建立了工作机构的虚拟样机并进行了动力学仿真,得出液压力曲线,仿真结果和实际相吻合,表明建立的虚拟样机是合理的。

参考文献

[1]杨洪.采煤机调高油缸的液压锁技改应用[J].煤矿机械,2002(6):10-14.

[2]廉自生,刘楷安.采煤机摇臂虚拟样机及其动力学分析[J].煤炭学报,2005(12):50-54.

[3]李昌熙.采煤机[M].北京:煤炭工业出版社,1988.

[4]王德春.采煤机液压系统的改进设计[J].煤炭技术,2006(4):15-19.

调高液压系统 篇6

调高装置中活塞杆推动摇臂升降, 其他元件和油液都在封闭的空间内工作, 致使工人对其工作原理认识不足, 调高液压系统出现的故障难以排查。本文采用VB程序语言开发了调高装置液压系统CAI课件, 解决了采煤机调高装置液压系统培训的难题。

1 采煤机调高装置液压系统工作原理

调高装置液压系统工作原理如图1所示。齿轮泵3 (调高泵) 排出的压力油分成两路, 一路为高压油, 由先导溢流阀13调定系统最高压力为20 MPa;一路经减压阀8降为2 MPa的低压油。低压油又分成两路, 一路经精过滤器进入两个电磁换向阀16, 此阀的出油口连在手液动换向阀的控制油口上, 从而控制手液动换向阀动作;另一路经刹车电磁阀进入制动油缸, 控制制动器的动作。通过高压油和低压油的协同作用, 最终完成对摇臂升降的控制。利用手液动换向阀和电磁换向阀的Y型中位机能以及液压锁的背压功能可以将摇臂锁定在任意位置。

2 调高装置液压系统CAI课件开发

2.1 界面设计

利用图像框控件添加油泵、溢流阀、减压阀、电磁换向阀和手液动换向阀等液压元件。采用shape控件绘制调高油缸、蓄能器和单向阀等液压元件。

利用Line控件绘制液压油路时, 黑色实线即为液压管道。根据采煤机实际工况添加5个命令按钮, “caption”属性分别为油泵卸载、左摇臂上升、左摇臂下降、右摇臂上升和右摇臂下降, 以此来控制左、右两摇臂的升降。VB开发的采煤机调高装置液压系统动画界面如图2所示。

2.2 调高装置液压元件和油液动作的实现

管道油液流动采用Line函数, 动画仿真时红色和蓝色实线分别表示主油路高压油和主油路低压油, 绿色和青色虚线分别表示控制油路高压油和控制油路低压油, 实线和虚线的变化表示油液的运动。以控制油路中左电磁换向阀出油口处油液流向为例, 它由Line58控件绘制 (line58两端的横纵坐标分别为 (5640, 3000) 和 (5640, 2640) ) , 其代码如下:

单向阀工作时, 单向阀 (shape控件, 其名称为Checkvalve) 位置变化通过程序改变其坐标值即可。以串接在油泵和减压阀之间的单向阀为例, 其阀动作代码为:

调高油缸工作时, 油缸左右腔 (shape控件) 面积的改变通过改变其大小实现, 活塞杆 (shape控件) 的移动也是通过改变其坐标值实现。以左摇臂上升为例, 其代码如下 (名称为Loilcylinder、Roilcylinder的shape控件分别描述左摇臂调高油缸的左腔和右腔, 名称为Pistonrod_1和Pistonrod_2的shape控件联合描述调高油缸活塞杆) :

以左摇臂上升为例, 其手液动换向阀的工作代码如下:

2.3 调高装置动画效果

本动画较为详细地描述了调高装置液压系统的工作过程, 如主回路高压油能及时打开单向阀, 当手液动换向阀从中位切换到左位 (或右位) 时高压油能快速到达油缸推动活塞杆动作等。

3 结论

动画动态表达了采煤机调高装置中各液压元件和油液的工作过程, 运用在企业可帮助相关工程人员快速理解调高装置液压系统的工作原理, 对采煤机调高装置的检测与维修也有一定的指导作用。

参考文献

[1]温济全, 沈健, 朱文谦.液压基本回路CA I的开发[J].液压气动与密封, 2002 (6) :41-42.

[2]周曲珠, 芮延年, 赵俊涛.组合机床动力滑台液压系统F lash动画的设计与制作[J].苏州大学学报 (工科版) , 2008 (8) :68-70.

[3]周正国.浅谈VB中的动画编程[J].太原师范学院学报 (自然科学版) , 2005 (2) :44-46.

[4]赵振江.用VB 6.0制作《液压传动》多媒体课件[J].液压气动与密封, 2005 (3) :39-41.

调高液压系统 篇7

数控激光切割机在工作过程中会遇到钢板高低不平的情况,为了防止割枪(也称割炬)与钢板产生碰撞损坏割枪,以及保持割枪与钢板的距离稳定不变,以得到较好的切割质量,需要使用自动调高器来控制割枪高度[1]。激光调高器通过测量割枪内层的金属部分与钢板间形成的微电容来判断割枪的高度,实时与高度设定值进行比较,从而控制割枪高度保持恒定。由于实际的等效电容仅为p F级别,普通的电容测量电路的分辨率无法满足实际要求。另外,调高器系统需要快速采集当前电容值并实时进行处理,所以这种电容测量需要很高的实时性。而目前较为成熟的一些应用于电容触摸屏的微电容测量芯片处理速度需要几十甚至几百毫秒,无法满足实时性的要求。因此,需要设计一种微电容测量电路,要求该电路具备分辨率和灵敏度高、温度漂移低、电路处理速度快以及电路简单、易于集成等特点。

本电路采用将电容量直接转化为方波频率数字量的方法,使用两个相同的多谐振荡器电路产生方波,然后对两个方波进行差频操作,得到的方波进行倍频后得到最后的输出频率。

1 方波发生环节

方波发生环节的核心为多谐振荡器电路,本电路使用的核心器件为555定时器。555定时器的优点是成本低、性能可靠、在组成多谐振荡器时所需外接电阻和电容数量少[2]。

555定时器内部包括由三个相同阻值的电阻组成的分压器、两个电压比较器、一个基本RS触发器、一个放电管和一个缓冲器[3]。分压器对电源电压Vcc进行分压,得到的两个电压2 Vcc/3和Vcc/3分别作为两个比较器的比较电压。比较器将THRES和TRIG脚输入电压分别与两个比较电压比较,得到的输出电压控制RS触发器的状态,通过缓冲器输出,同时控制放电管的导通和截止。

本电路中555定时器工作在多谐振荡器模式(如图1所示),THRES和TRIG脚短接,其输入电压值即为电容C两端的电压值。电源接通后,电源通过RA和RB给电容C充电,使电容C两端电压值上升,当电压值达到2 Vcc/3后,RS触发器复位,输出变为低电平,同时放电管导通。此时电容C开始通过RB、DISCH脚、内部放电管、GND脚的路径放电,两端电压值下降。当电压值达到Vcc/3后,RS触发器置位,输出变为高电平,同时放电管截止。此时电容C重新开始充电,如此循环往复,输出端就可以得到一个周期性方波。

由于电容C充电时的路径为RA、RB和C,因此电容C两端电压从Vcc/3上升到2 Vcc/3所需时间为:

而电容C放电时的路径为RB和C,因此电容C两端电压从2Vcc/3下降到Vcc/3所需时间为:

从而输出的方波周期为:

由此,可得频率为:

2 差频环节

用单个555芯片构成的多谐振荡器虽然能够产生方波,但当被测电容较小时,电路的分辨率不高。并且外界温度变化时,外围电路的温度漂移会导致输出频率随温度发生变化。因此需要对电路进行改进。

针对以上问题,采用差频的方法对电路进行改进。即使用两个相同的多谐振荡器电路产生相近的频率,其中一个多谐振荡器的对固定参考电容进行测量,另一个多谐振荡器对被测电容进行测量。再对两个频率做差。由于两个多谐振荡器电路所处的环境相同,因此两个电路由温度变化导致的输出频率变化也完全相同,这时对两个输出频率做差即可消除输出结果中的干扰。另外,由于差频环节不改变被测电容引起的输出频率变化量,而减小了输出频率的绝对值,相当于提高了测量电路的灵敏度。

为了最大程度上保证两个多谐振荡器电路环境相同,改用556芯片代替555。556芯片实际上就是两个555定时器集成在了同一个芯片上。而固定参考电容的具体值可由被测电容的实际值确定,即选择接近被测电容的电容值,但应使被测电容产生的频率值略大于参考电容产生的频率值,在差频环节中相当于用被测电容产生的频率减去参考电容产生的频率作为最终输出。实际操作中可设置多个参考电容,并通过旋钮或拨码开关选择档位。

差频环节由CD4013芯片实现[4]。CD4013包含两个相互独立的D触发器。D触发器具有数据输入(1D)、时钟输入(1CP)和原码输出端(1Q)[5]。在时钟输入信号达到上升沿时,触发器将数据输入信号的逻辑电平传送到原码输出端(1Q)。

在本电路中,被测电容产生的方波从数据输入端1D输入,参考电容产生的方波从时钟输入端1CP输入,原码输出端1Q输出的波形频率即为1D输入的波形频率减去1CP输入的波形频率。

下面分析实现差频环节的原理。记数据输入端方波为VD,其频率、周期为fD、TD,时钟输入端方波为VCP,其频率、周期为fCP、TCP,输出端方波为VQ,其频率、周期为fQ、TQ。由电路设定可知TCP>TD,定义两个周期之差为ΔT,即:

首先考虑在理想情况下的分析(如图2所示),假设VD和VCP占空比均为50%,TD为ΔT的整数倍,设倍数为整数n,即

并设在t0时刻VD和VCP同时达到上升沿,此时VQ应输出低电平,在t0+TCP时刻,VCP再次达到上升沿,但VD上升沿要先于VCP出现,因此此时VD为高电平,VQ输出变为高电平。

在时刻,由可知VD恰好比VCP超前半个周期。若n为偶数,则此时VCP达到上升沿,同时VD达到下降沿。因此在时刻,VCP达到上升沿,VD为低电平,VQ输出变为低电平。若n为奇数,则在时刻VCP达到下降沿,VD达到上升沿,在时刻,VCP达到上升沿,VD已经变为低电平,因此VQ输出变为低电平。

在t0+n TCP时刻,VD比VCP超前一个周期,再一次同时达到上升沿,因此在t0+(n+1)TCP时刻,VQ输出再次变为高电平。由此可知,VQ的周期为:

即:

因此有:

(上图n为偶数,下图n为奇数)

一般地,若VD和VCP占空比不为50%,则时刻的分析不同,即VQ由高电平变为低电平的时刻会产生变化,但对VQ的周期没有影响。另外,若VD和VCP没有同为上升沿的时刻,可取VQ上升沿之前的第一个VCP上升沿时刻为t0时刻,则对VQ的分析与上文类似。

在非理想情况下,TD不为ΔT的整数倍。仍然假设在t0时刻VD和VCP同时达到上升沿,取一个足够长的时间段T,则在t0时刻到t0+T时刻的这段时间内,VCP出现了T/TCP个上升沿,VD出现了T/TD个上升沿,因此VD比VCP超前了T/TD-T/TCP个周期。与上文的分析类似,可知VQ出现了T/TD-T/TCP个上升沿。只要T足够大,使得不大于TQ的误差相对于T来说可以忽略,则可近似认为VQ的频率为:

3 倍频环节

为了进一步提高测量电路的分辨率,在差频环节之后使用倍频环节。倍频环节放大输出频率值的同时,也放大了被测电容值变化引起的输出频率变化量,从而达到提高分辨率的效果。

倍频环节采用锁相环CD4046、计数器CD4040来实现。

CD4046是一种CMOS微小功率锁相环芯片。基本的锁相环系统由三部分组成:相位比较器、低通滤波器(LPF)和压控振荡器(VCO),三部分连接在一起组成一个闭环频率反馈系统[6]。芯片的输入信号和压控振荡器输出的反馈信号输入相位比较器,相位比较器对这两个信号的相位和频率进行比较,产生一个正比于这两个信号的相位和频率差的误差电压。这个误差电压经过低通滤波器滤波之后输入到压控振荡器的控制输入端,并控制压控振荡器的输出频率变化。由于是负反馈系统,控制输入端的输入信号的变化方向可以减少压控整荡器输出频率和芯片输入信号频率之间的频率差。当两个频率足够接近之后,锁相环的闭环性质迫使压控振荡器的输出频率与芯片输入信号锁定,即两个频率完全相同。

在本电路中,为了实现倍频的功能,将压控振荡器的输出信号经过分频器进行分频后再作为反馈信号输入相位比较器,这样在锁相环锁定之后,芯片输入信号将与分频后的信号频率相等,此时压控振荡器的输出即为分频前的信号,相当于由芯片输入信号倍频得到的信号[7]。

本电路中的分频部分由计数器CD4040实现,CD4040是一种CMOS 12级纹波进位二进制计数器。计数器CD4040的基本功能是对输入信号的脉冲数进行计数,同时用以12位二进制数的形式将结果输出[8]。而如果只取其中一位输出,就可以得到与输入方波频率相关的方波。例如取最低位输出,得到的将是频率与输入方波完全相同的方波,而取第二位时,由于最低位每计数两次进位一次,因此频率为其一半。依此类推,第n位输出的方波频率为输入方波的1/2n-1,即实现了2n-1分频。

4 结束语

在556芯片组成的两个多谐振荡器电路中,记被测电容和参考电容分别为C和C1,计数器CD4040的分频倍数设置为n倍,则电路最终输出的频率值f与被测电容C的关系为:

完整的电路原理如图3所示。

在实测电路中,设置RA和RB分别为10 kΩ和30 kΩ,倍频环节倍数为64倍,对数控切割机的割枪与钢板间的电容进行测量。当割枪高度为0.2 mm时输出波形如图4所示,割枪高度从0.1mm移动到10 mm过程中输出频率值曲线如图5所示。枪头高度每增加0.1 mm,输出频率值增加至少40 Hz,因此可以成功地对高度进行分辨。

本电路中所有芯片的延迟时间均不足1μs,因此电路响应速度较快,可达微秒级。

经过理论分析和实际电路验证,本电路能够成功测量微电容的电容值,在数控切割机电容调高器系统中的高度分辨率小于0.1 mm,符合设计要求。

参考文献

[1]邹爱成,王群英,张云.基于微电容检测技术的数控切割机自动调高系统研究[J].机床与液压,2014,42(18):80-82.

[2]文华兵,陈常婷,刘频.基于NE555方波脉冲发生器的设计及应用[J].现代电子技术,2014,38(11):138-139.

[3]Texas Instruments.XX555 Precision Timers[EB/OL].http://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/ne555.pdf,2014-09-15.

[4]程坤,黄庆安,秦明,等.一种简单实用的差频方法原理研究及应用[J].电子器件,2006,29(2):473-475.

[5]Texas Instruments.CD4013B Types[EB/OL].http://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/cd4013b.pdf,2015-03-11.

[6]Texas Instruments.CD4046B Types[EB/OL].http://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/cd4046b.pdf,2003-06-27.

[7]曾素琼.锁相环CD4046的应用设计及研究[J].电子质量,2012,33(1):72-75.

IDC调高今年世界PC出货量 篇8

美国市场调研公司IDC日前报道, 由于笔记本电脑今年出货量预计将比去年大幅上扬35%, 而将2008年PC出货量增长率从原先预测的12.8%调高到15.2%。2008年的PC出货量将从2007年的2.69亿台提升至3.10亿台。同年出货值也因笔记本电脑价格较高而将比去年增长9.6%, 达2860亿美元。预计2009～2010年都将保持两位数增长, 2012年将放慢到个位数增长, 届时将达4.72亿台。

调高液压系统 篇9

煤矿是中国的重要资源。近年来, 国家大力发展太阳能、核能等清洁能源, 但煤炭的地位仍然不可替代, 煤炭总需求量不断提升。在这样的背景下, 必须尽快提高采煤机的工作效率, 实现工作自动化。而滚筒调高自动化控制, 是采煤机自动化中的关键部分。在实践中, 对采煤机滚筒高度的调控仍以人工为主, 由于采煤机在运行中发出的噪音很大, 且在工作状态下会产生大量粉尘, 导致采煤工作面能见度降低, 人工调控采煤机滚筒高度的准确性便会受限, 且影响到了采煤机工作效率, 甚至引起严重的安全事故。为解决这一问题, 各个生产厂家开始研发各种自动控制仪器, 而其中最为突出的, 便是记忆程控滚筒调高控制采煤机。

1 采煤机滚筒调高系统发展现状

采煤机滚筒调高系统直接影响采煤机的运行效率。一直以来, 中国采煤机滚筒高度控制都以人工为主, 直到近年来, 逐渐引进了自动控制技术, 将人工调控改变为自动调控。目前, 世界范围内的采煤机滚筒自动调控系统主要采用以下几种技术:a) 直接调控技术。具体包括人工和天然γ射线技术、红外线探测技术、雷达探测技术、多传感器数据融合技术。人工γ射线是由英国研究人员提出的, 并将这项技术应用到了采煤机上, 但这项技术的应用对接触装置的效果要求比较高, 而当时的接触传感器完全不能满足其要求, 因此, 这项技术并没有得到推广。为满足新的要求, 英国研究人员对天然γ射线进行了深入研究, 希望利用这项技术弥补以往技术的不足。但受探测器技术的制约, 这种技术应用于实际采煤过程中, 并不能准确探测到煤层厚度, 因此只能在极少数煤矿中应用。红外线探测技术主要通过探测采煤机周边煤层温度的变化实现滚筒自动调高, 但煤层温度的变化受到各种外界因素影响, 因此仅依靠温度变化来确定煤层和岩石的切割点具有很大的不确定性。雷达探测技术是一种比较先进的探测技术, 但会受煤层底部环境影响, 因此也不具有很大的实用性。目前, 很多国家开始研发多传感器数据融合技术, 这项技术是迄今为止最先进的采煤机滚筒调高技术, 它的信号检测技术主要包括摇臂振动信号、截割信号等, 检测的准确性相对较高, 具有较强的实用性;b) 间接调高技术。在直接调高技术不能解决现有问题的情况下, 部分研究人员开始研究间接调高技术, 在研究中避开对识别煤层和岩层信息的需要, 利用计算机技术和位置传感器实现记忆程控, 计算机会自动记录采煤机运行中的各项数据并进行分析, 然后实现自动调高。这种技术即采煤机记忆程控滚筒调高技术, 它可让采煤机真正实现智能化操作, 避免人工调控的各项弊端, 增加调控精确性, 提升采煤机工作效率[1]。

2 采煤机记忆程控的原理

采煤机的记忆程控滚筒自动调高控制技术, 是采煤机实现自动化的关键技术。在这项技术中, 记忆程控技术起着重要作用。记忆程控需要工作人员先人工切割煤层, 切割时需考虑采煤工作面及采煤机的位置, 选取比较准确的位置切割一刀, 滚筒调高自动控制系统会记录切割位置、切割方式、速度及牵引方向, 然后对这些数据进行处理, 便可实现记忆程控。若在采煤过程中出现特殊情况, 如煤层情况改变, 工作人员还可手动改变滚筒高程。相对于传统人工调控方式, 这种记忆程控调高的方式具有较强的灵活性, 且更加精准。记忆的数据可以更改, 更改后不受原来记录数据影响, 使得记忆程控采煤机的工作效率更高。当然, 人工更改数据也具有一定的缺陷, 可能会影响到机器的运行效果。为解决这一问题, 部分研究人员开始改进记忆程控系统的自动修正技术, 且取得了显著成效。到目前为止, 控制系统已可快速识别滚筒高度、摇臂位置、牵引方向, 并将这些数据记录下来, 但遇到地形复杂的煤层, 系统仍难以完全实现自动控制, 难以判断出煤层的分布、岩层结构等。在采煤过程中, 底板发生改变后, 系统也不能独立完成调节工作。要解决这些问题, 还需加大研发力度, 引进先进技术设备如感应装置、计算机仿真设备等。采煤机控制系统在工作中, 需记录的信息主要包括牵引方向、运行速度、位置等, 此外, 还要记录采煤机的换向、角度及行走距离。通过记录的数据, 可分析采煤机运行过程中滚筒的高度调控过程、输送机的运行过程、滚筒位置更改情况、滚筒作业角度变换情况等[2]。

3 采煤机记忆程控滚筒调高控制策略

3.1 记忆程控滚筒调高控制系统遵循的原则

采煤机记忆程控滚筒调高控制系统要实现对滚筒高度的自动调控, 需遵循以下原则:a) 保证采煤机运行速度, 保证滚筒高度调控的精度, 尽量让调控的误差保持在合理范围内;b) 较大的数据储存容量。控制系统要实现全程控制, 必然要有较大的内存, 同时还需消耗较多能耗, 因此, 设计控制系统必须尽可能保证储存容量的最大化, 要选择性能比较高的处理器;c) 系统的稳定性。控制系统需采集采煤机的运行数据, 在采集数据的过程中, 如果系统不够稳定, 测定的数据必然会受到影响, 且影响到滚筒高度调控的准确度。

3.2 数据的获取

当前各个煤矿采煤机大多通过油缸活塞杆的调控来改变摇臂位置, 并达到调节滚筒高度的目的。在间接调高技术中, 可检测摇臂的摆角, 以此来调控滚筒的高度。在检测中, 怎样有效获取摆角的数据是研究人员研究的重点问题。具体来说, 需要工作人员人工操控, 选取合适的位置完成第一次切割, 计算机系统会记录切割信息, 并分析相关数据。在采煤过程中, 采煤机会匀速推进, 每到一个位置, 割完煤层后, 会向前推进并自动调整摇臂的摆角, 使滚筒高度得到调节, 然后继续割煤, 在这个过程中, 控制系统会自动记录采煤机运行中的各项数据, 并在此基础上发出运行的指令。一般来说, 系统在采集采煤机的运行信息时, 主要依靠传感器, 每隔10 cm, 传感器会自动采集相关信息并传输到控制系统, 系统中的数据会不断更新, 采煤机控制系统会根据最新数据调控采煤机滚筒高度。在获取数据时, 如果以时间作为区分, 如每隔30 s采集1次数据, 可能会由于煤层切割没有完成、牵引速度变化等因素导致采集数据不准确的现象发生。因此, 在采集数据时, 以距离为区分点, 这样可保证在固定间距采集到相关数据, 便于控制系统对数据的分析, 随着采煤机推进, 系统收集到的数据也会不断更新, 控制系统对所有数据进行分析, 可很快得出采煤机的运行规律, 且反映煤层的变化情况。

3.3 数据储存

在获取相关数据后, 必须记忆储存这些数据, 然后才能处理这些数据并实现滚筒高度的自动调控。目前, 数据储存方法主要有以下几种:单向储存、双向储存, 完全记忆再现、不完全记忆再现。在数据采集过程中, 使用的是传感器, 因此, 在数据储存时, 需根据采集数据的区分方法完成数据储存, 即依照不同距离将采集到的数据储存起来, 且以数组形式将这些数据分成不同的组, 然后存入系统数据库中。由于采煤机在工作状态下处于不断的运动之中, 采集的数据也会有所变化, 随着采煤机推进, 储存的数据越来越多, 在数据不断更新的过程中, 必须要保证原有数据不被替换。在储存时可采用密集采集数据、稀疏储存数据的方法, 减少无效数据的记录, 提高储存空间的利用率及系统的计算能力和数据处理能力。在采煤机推进时, 系统会自动记录滚筒高度, 并根据记忆将滚筒高度调控在范围内, 尽量减少调控的误差[3]。

3.4 滚筒高度的预测控制

记忆程控滚筒调高控制系统, 不是简单地记忆以往的滚筒高度, 是根据记忆高度调控滚筒高度, 需有较强的高度预测和控制能力。在采煤过程中, 顶板和底板的高度、表面都会有较大差异, 会随着地势、地形、煤层结构的变化而变化, 滚筒要与煤层直接接触, 因此, 控制系统必须要有较好的感应能力, 要有较强的预测能力, 可自动感应煤层高度、表面凹凸度等, 然后根据这些因素预测滚筒高度并实现自动调控。只有这样才能真正实现滚筒高度的自动调控, 促进采煤技术发展。举例来说, 将煤矿按照距离分为1, 2, 3, 4, 5, 6……n, n+1, n+2……层, 当采煤机在n层运行时, 控制系统必须要对n+1层煤层的情况进行预测, 并根据预测情况预测滚筒高度, 预测时, 需用到的数据包括:n层采煤机运行中的摇臂摆角、数据库中n+1层采煤机的摇臂摆角、数据库中n+2层采煤机的摇臂摆角, 然后根据这些数据预测运行中n+1层采煤机的摇臂摆角。若在采煤过程中发现煤层变化情况较大或出现断层情况时, 需要人工介入, 否则可能会因滚筒高度错误导致采煤机在运行过程中出现故障。人工介入主要依靠采煤司机进行远程引导, 强制修正调控系统中的滚筒高度相关数据, 完成特殊区域的采煤工作。当采煤机经过这一特殊区域后, 需重新调控滚筒高度或强制恢复这一区域前的记忆参数。

4 结语

煤矿资源仍是中国的重要资源, 随着经济发展, 中国对煤矿资源的需求量越来越高。要提高煤矿产量, 必须改进采煤技术, 实现滚筒高度自动调控, 目前比较先进的自动调控技术, 即记忆程控滚筒调高控制技术。这一技术的应用重点在于数据的获取、储存、处理及滚筒高度的预测控制。只有把握好这些重点, 才能真正实现采煤机滚筒高度的记忆程控。

参考文献

[1]刘春生, 陈金国.基于单示范刀采煤机记忆截割的数学模型[J].煤炭科学技术, 2011 (3) :71-73.

[2]王冬梅.采煤机记忆截割技术的设计与应用[J].科学之友, 2012 (12) :7-8.