CN102680393B - 一种带式输送机的模拟摩擦系数的测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带式输送机的模拟摩擦系数的测量方法及系统，所述方法包括：在线实时测量带式输送机的运行电功率、运行带速和流量分布情况，并通过自动编程提取方式离线获取采样高差电子表格，结合前期通过带式输送机地形分布情况获得的高度差值，结合其他带式输送机设计参数、流量分布数据数组和前倾托辊对应区流量分布数据数组，计算带式输送机的模拟摩擦系数值。本发明通过利用实时运行数据精确计算出不同的运行环境（如温度、湿度等）下的模拟摩擦系数，从而可以有效掌握带式输送机的实际最大输送能力，合理使用设备，提高设备的使用寿命。据大量数据统计表明，采用本发明后，仅带式输送机有实验依据的能力优化可节约成本10%。

Description

一种带式输送机的模拟摩擦系数的测量方法及系统

技术领域

本发明涉及测量方法与系统，尤其涉及一种带式输送机的模拟摩擦系数的测量方法及系统。

背景技术：

在带式输送机设计计算中，模拟摩擦系数直接影响着胶带张力和电机功率等计算结果。对于投入使用的带式输送机，通过测定运行阻力系数，可以计算出实际最大输送能力，以便合理使用设备，提高设备的使用寿命。在带式输送机的阻力计算中，模拟摩擦系数直接影响主要阻力计算，在实际设计计算时，总是选用偏于保守的模拟摩擦阻力系数，现阶段并没有实现由实际运行数据进行对f系数的精确研究。

由已投入生产运营的带式输送机系统进行持续测量，比较其同设计初期选择的模拟摩擦系数差别，以及研究在不同的运行环境（如温度、湿度等）下的模拟摩擦系数对于带式输送机技术的研究有重要作用。

现阶段对于f系数的研究和应用的困难在于在理论研究的基础上不能有大量的实际运行数据作为理论研究的支撑，因而不能实现对带式输送机的工艺设计的校核，无法掌握带式输送机的实际最大输送能力，无法合理设置带式输送机设备，从而降低了带式输送机的使用寿命，提高了带式输送机的实际最大输送能力的优化成本，为此需要一种能够适合实际工业控制系统的f系数测量方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种带式输送机的模拟摩擦系数的测量方法及系统，它可以适应工业的实际需要，精确测得在不同的运行环境（如温度、湿度等）下的模拟摩擦系数，从而可以有效的实现对于带式输送机的工艺设计的校核，掌握带式输送机的实际最大输送能力，合理设置带式输送机设备。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：在线实时测量实际运行的带式输送机的运行电功率、运行带速和瞬时流量分布情况，累计形成流量分布数据数组和前倾托辊对应区流量分布数据数组，并结合前期通过带式输送机地形分布情况自动编程提取的高度差值表格，实时计算带式输送机的模拟摩擦系数值。

前述的带式输送机的模拟摩擦系数的测量方法中，测量过程中结合带式输送机运行阻力计算公式（DIN22101-2002）获得通过采样离散点实时计算模拟摩擦系数的精确算法，该精确算法具体如下：

$f=\frac{{\mathrm{\η}}_1^{\′}\frac{P_M}{v}-\frac{C_{\mathrm{\ϵ}}{u}_{0}g\sin \mathrm{\ϵ}{l}_{\mathrm{\ϵ}}\cos \mathrm{\δ}}{12n^{\′}}{A}_{q_G^{\′}}-\frac{g}{12n}{A}_{q_{G}h}-k_1^{\′}}{\frac{\mathrm{Cgl}\cos \mathrm{\δ}}{12n}{A}_{q_G}+k_2^{\′}}$

$A_{q_G^{\′}}=\underset{k=1}{\overset{n^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}[q_G\left(x_{k-2}\right)+4q_G\left(x_{k-1}\right)+q_G\left(x_k\right)]$

$A_{q_{G}h}=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[q_G\left(x_{k-2}\right)h\left(x_{k-2}\right)+4_{q_G}\left(x_{k-1}\right)h\left(x_{k-1}\right)+q_G\left(x_k\right)h\left(x_k\right)]$

$A_{q_G}=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[q_G\left(x_{k-2}\right)+4q_G\left(x_{k-1}\right)+q_G\left(x_k\right)]$

式中：

C——输送机长度系数，对于具体输送带系统为定值；

f——区段上的模拟摩擦系数；

l——区段输送机长度，m，对于具体输送带系统为定值；

g——重力加速度，m/s²；

q_G——区段上单位输送物料的质量，kg/m；

δ——输送机区段的平均倾角；

C_ε——槽形系数，对于具体输送带系统为定值；

u₀——托辊和输送带间的摩擦系数，对于具体输送带系统为定值；

l_ε——装有前倾托辊的输送机区段长度，l_ε，对于具体输送带系统为定值；

ε——托辊前倾角度，对于具体输送带系统为定值；

v——带速，m/s；

P_M——电机功率，KW；

η′₁——由传动效率η，电压降系数η′和多机驱动不平衡系数η″乘积获得系数；

n′——前倾托辊区离散采样点数；

n——带式输送机全长设置采样点数；

k₁'，k'₂——对于具体的带式输送机为计算常数；

h(x)——区段上高差值，m。

前述的带式输送机的模拟摩擦系数的测量方法中，所述的实时计算模拟摩擦系数的精确算法，是基于将带式输送机运行阻力分解为主要阻力、提升阻力、附加阻力和特种阻力的阻力计算方法，并结合其功率、速度同阻力关系推导实现，形成的可以用于数字化计算的离散形式。

前述的带式输送机的模拟摩擦系数的测量方法中，所述的流量分布情况为通过测量固定时间内的皮带秤的流量累计值，将这一系列流量累计值依次存入链表队列，实现了以带式输送机起点为第一个数组元素的流量分布采样数组，该数组可以用于实现模拟摩擦系数计算中的每一微元内的流量值。

前述的带式输送机的模拟摩擦系数的测量方法中，所述的高度差值通过对于带式输送机设计文件中的地形或其他包括高度信息的设计文件进行操作获取，具体的获取方式为：对带式输送机的立面布置图进行X轴向等分同时自动生成其单位时隙对应的Y轴的提升高度数据文件，该提升高度数据文件保存于可被主体计算设备访问的电子表格文件中，将其导入公用的数据库或表格文件，在进行模拟摩擦系数计算时，将该组数据通过ODBC接口自动导入计算过程，无需人工计算高度差值。

前述的带式输送机的模拟摩擦系数的测量方法中，模拟摩擦系数的精确算法中积分的数值分析采用被积函数的有限个抽样值的离散或加权平均值代替定积分的值。

前述的带式输送机的模拟摩擦系数的测量方法中，模拟摩擦系数的精确算法中积分的数值分析采用复合Simpson算法实现，具体的，对流量和提升高度的乘积以及流量本身进行复合Simpson积分，实现计算基础数据的准备。

实现前述方法的一种带式输送机的模拟摩擦系数的测量系统，包括：用于流量分布队列形成和模拟摩擦系数计算的主体计算设备、用于实时测量现场运行带式输送机的运行电功率、运行带速、瞬时流量及对瞬时流量在基准时隙内进行积分处理的现场采样用智能系统、用于自动生成的用于保存采样间隔高差信息的采样高差电子表格的高差数据提取计算机，所述的现场采样用智能系统包括：由可编程逻辑控制器构成的现场智能采样设备和现场检测设备，现场智能采样设备分别与主体计算设备和现场检测设备连接，高差数据提取计算机和主体计算设备连接。

前述的带式输送机的模拟摩擦系数的测量系统中，所述的现场检测设备包括：速度测量装置、电功率测量装置和瞬时流量测量装置；速度测量装置、电功率测量装置和瞬时流量测量装置分别与现场智能采样设备连接。

前述的带式输送机的模拟摩擦系数的测量系统中，所述的速度测量装置通过HSI高速数字口与现场智能采样设备连接；电功率测量装置通过变频器总线与现场智能采样设备连接；瞬时流量测量装置通过数字量口吨脉冲信号与现场智能采样设备进行通信。

前述的带式输送机的模拟摩擦系数的测量系统中，所述的速度测量装置采用旋转编码器，电功率测量装置采用变频驱动装置，瞬时流量测量装置采用电子皮带秤。

前述的带式输送机的模拟摩擦系数的测量系统中，所述的现场智能采样设备采用运行WINCC控制系统的工业控制计算机。

前述的带式输送机的模拟摩擦系数的测量系统中，所述的用于自动生成的用于保存采样间隔高差信息的采样高差电子表格的高差数据提取计算机（3）采用运行Visual LISP和AutoCAD的工业控制计算机。

与现有技术相比，本发明通过自动编程提取方式离线获取指定计算精度的采样高差电子表格，通过在线实时测量带式输送机的运行电功率、运行带速和流量分布情况，并结合前期通过带式输送机地形分布情况获得的高度差值及其他带式输送机设计参数、流量分布数据数组和前倾托辊对应区流量分布数据数组，在以上采样点基础上精确计算出不同的运行环境（如温度、湿度等）下的模拟摩擦系数，从而可以实现对于带式输送机的工艺设计的校核，掌握带式输送机的实际最大输送能力，合理设置带式输送机设备，提高带式输送机的使用寿命。据大量数据统计表明，采用本发明后，仅带式输送机有实验依据的能力优化可节约成本10%。

附图说明：

图1是本发明中的系统的工作流程示意图；

图2是本发明系统的数据流向及处理方法流程图；

图3是高度差值的获取方法流程图；

图4是主体计算设备的计算方法流程图。

附图标记：1-主体计算设备，2-现场采样用智能系统，3-高差数据提取计算机，4-现场智能采样设备，5-现场检测设备，6-速度测量装置，7-电功率测量装置，8-瞬时流量测量装置。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

本发明的实施例：一种带式输送机的模拟摩擦系数的测量系统，如图1所示，包括：用于流量分布队列形成和模拟摩擦系数计算的主体计算设备1、用于实时测量现场运行带式输送机的运行电功率、运行带速、瞬时流量及对瞬时流量在基准时隙内进行积分处理的现场采样用智能系统2、用于自动生成的用于保存采样间隔高差信息的采样高差电子表格的高差数据提取计算机3，所述的现场采样用智能系统2包括：由可编程逻辑控制器构成的用于累计采样间隔内流量值并且存储，转发速度、功率和流量瞬时值的现场智能采样设备4和用于实时测量现场运行带式输送机的运行电功率、运行带速、瞬时流量的现场检测设备5，现场智能采样设备4分别与主体计算设备1和现场检测设备5连接，高差数据提取计算机3和主体计算设备1连接。所述的现场检测设备5包括：用于测量运行中带式输送机速度的速度测量装置6、用于测量驱动电功率的电功率测量装置7和用于测量瞬时流量的瞬时流量测量装置8；速度测量装置6、电功率测量装置7和瞬时流量测量装置8分别与现场智能采样设备4连接，具体的，所述的速度测量装置6通过HSI高速数字口与现场智能采样设备4连接；电功率测量装置7通过变频器总线与现场智能采样设备4连接；瞬时流量测量装置8通过数字量口吨脉冲信号与现场智能采样设备4进行通信。所述的速度测量装置6采用旋转编码器，电功率测量装置7采用变频驱动装置，瞬时流量测量装置8采用电子皮带秤。所述的现场智能采样设备4采用运行WINCC控制系统的工业控制计算机。所述的用于自动生成的用于保存采样间隔高差信息的采样高差电子表格的高差数据提取计算机3采用运行Visual LISP和AutoCAD的工业控制计算机。

本发明的一种实施例的工作原理：

现场采样用智能系统2在线实时测量带式输送机的运行电功率、运行带速和流量分布情况，高差数据提取计算机3通过自动编程提取方式依据带式输送机地形分布情况自动编程提取高度差值表格，主体计算设备1结合前述的运行电功率、运行带速、流量分布情况、高度差值及其他带式输送机设计参数、由现场采样用智能系统2处理得到流量分布数据数组和前倾托辊对应区流量分布数据数组，计算带式输送机的模拟摩擦系数值。具体的，现场采样用智能系统2包括现场智能采样设备4和现场检测设备5，现场检测设备5包括速度测量装置6、电功率测量装置7和瞬时流量测量装置8；现场检测设备5中的电功率测量装置7实时测量带式输送机的运行电功率并通过变频器总线将数据传输至现场智能采样设备4、速度测量装置6实时测量带式输送机的运行带速并通过HSI高速数字口将数据传输至现场智能采样设备4、瞬时流量测量装置8测量带式输送机的瞬时流量值并将数据转换成数字量口袋内脉冲信号传输至现场智能采样设备4，现场智能采样设备4累计采样间隔内流量值，得到全程流量分布数据数组和前倾托辊对应区流量分布数据数组，现场智能采样设备4将上述的两个数组及带式输送机的运行电功率和运行带速发送到主体计算设备1；高差数据提取计算机3对带式输送机的立面布置图进行X轴向等分同时自动生成其单位时隙对应的Y轴的提升高度数据文件，该提升高度数据文件保存于可被主体计算设备访问的电子表格文件中。主体计算设备1在计算带式输送机的模拟摩擦系数时，通过ODBC接口自动提取提升高度数据文件，并结合带式输送机的运行电功率、运行带速、全程流量分布数据数组、前倾托辊对应区流量分布数据数组及其他设计参数计算出带式输送机的模拟摩擦系数。

依据带式输送机设计相关技术研究资料及规范（DIN22101-2002），对于>80m的带式输送机，计算带式输送机的模拟摩擦系数值的具体数据处理过程如下：

$f=\frac{{\mathrm{\η}}_1^{\′}\frac{P_M}{v}-\frac{C_{\mathrm{\ϵ}}{u}_{0}g\sin \mathrm{\ϵ}{l}_{\mathrm{\ϵ}}\cos \mathrm{\δ}}{12n^{\′}}{A}_{q_G^{\′}}-\frac{g}{12n}{A}_{q_{G}h}-k_1^{\′}}{\frac{\mathrm{Cgl}\cos \mathrm{\δ}}{12n}{A}_{q_G}+k_2^{\′}}$

$A_{q_G^{\′}}=\underset{k=1}{\overset{n^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}[q_G\left(x_{k-2}\right)+4q_G\left(x_{k-1}\right)+q_G\left(x_k\right)]$    （公式1）

$A_{q_{G}h}=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[q_G\left(x_{k-2}\right)h\left(x_{k-2}\right)+4_{q_G}\left(x_{k-1}\right)h\left(x_{k-1}\right)+q_G\left(x_k\right)h\left(x_k\right)]$

$A_{q_G}=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[q_G\left(x_{k-2}\right)+4q_G\left(x_{k-1}\right)+q_G\left(x_k\right)]$

F_u＝CF_H+F_S1+F_S2+F_St   （公式2）

F_H＝lfg[q_RO+q_RU+(2q_B+q_G）cosδ]    （公式3）

$F_{S1}=F_{\mathrm{\ϵ}}+G_{g1}=C_{\mathrm{\ϵ}}{u}_0{L}_{\mathrm{\ϵ}}(q_B+q_G)g{\cos }_{\mathrm{\δ}}\sin \mathrm{\ϵ}+\frac{u_2{I}^2\mathrm{v\ρgl}}{v^2{b}_1^2};$    （公式4）

F_S2＝n₃F_r+F_a＝n₃Apu₃+Bk₂   （公式5）

F_st＝q_GgH    （公式6）

$P_A=\frac{F_{u}v}{1000}$    （公式7）

P_A＝P_Mηη'η''(电动工况）；P_A＝P_Mη'η''(发电工况）    （公式8）

式中

C——输送机长度系数，对于具体输送带系统为定值；

f——区段上的模拟摩擦系数；

l——区段输送机长度，m，对于具体输送带系统为定值；

g——重力加速度，m/s²；

q_RO——承载区段上单位长度托辊旋转部分质量，kg/m，对于具体输送带系统为定值；

q_RU——回程区段上单位长度托辊旋转部分质量，kg/m，对于具体输送带系统为定值；

q_B——区段上单位传输带质量，kg/m，对于具体输送带系统为定值；

q_G——区段上单位输送物料的质量，kg/m；

δ——输送机区段的平均倾角；

C_ε——槽形系数。对于具体输送带系统为定值；

u₀——托辊和输送带间的摩擦系数，对于具体输送带系统为定值；

l_ε——装有前倾托辊的输送机区段长度，l_ε，对于具体输送带系统为定值；

ε——托辊前倾角度，对于具体输送带系统为定值；

u₂——物料和导料栏板间的摩擦系数，对于具体输送带系统为定值；

I_v——输送能力，m³/s，对于具体输送带系统为定值；

ρ——被输送物料堆积密度，kg/m³，对于具体物料为定值；

v——带速，m/s；

b₁——导料槽两栏板间宽度，m，对于具体输送带系统为定值；

B——带宽，m，对于具体输送带系统为定值；

n₃——清扫器个数，对于具体输送带系统为定值；

A——单个清扫器与输送带接触面积，m²，对于具体输送带系统为定值；

p——清扫器与输送带间压力，N/m²，对于具体输送带系统为定值；

u₃——清扫器与输送带间摩擦系数，对于具体输送带系统为定值；

k₂——刮板系数，N/m，对于具体输送带系统为定值；

H——区段内高差，m；

P_M——电机功率，KW；

η——传动效率，对于具体输送带系统为定值；

η'——电压降系数，对于具体输送带系统为定值；

η''——多机驱动功率不平衡系数，对于具体输送带系统为定值；

η′₁——由传动效率η，电压降系数η′和多机驱动不平衡系数η″乘积获得系数；

n′——前倾托辊区离散采样点数；

n——带式输送机全长设置采样点数；

k₁'，k'₂——对于具体的带式输送机为计算常数；

h(x)——区段上高差值，m。

所述的其他带式输送机设计参数为公式1～8中除了上述的运行电功率、运行带速、和流量分布情况的其他参数。

由公式（4）有：

对于电动工况：由于C_εu₀q_Bgsinε(L_εcosδ)中L_εcosδ项系数为常数，L_εcosδ可视为装有前倾托辊的输送机长度在水平轴投影长度，对于具体皮带机为定值且已知，同理由于q_B为定值，2q_B(lcosδ)项的lcosδ为皮带机水平距离，对于具体皮带机为定值且已知，在以上分析基础上得到其表达式为：

$f=\frac{{\mathrm{\η}}_1^{\′}\frac{P_M}{v}-C_{\mathrm{\ϵ}}{u}_{0}g\sin \mathrm{\ϵ}\left(L_{\mathrm{\ϵ}}\cos \mathrm{\δ}\right)q_G-\mathrm{gh}{q}_G-k_1^{\′}}{\mathrm{Cg}\left(l\cos \mathrm{\δ}\right)q_G+k_2^{\′}}$

η′₁＝ηη′η″  （公式9）

$k_1^{\′}=C_{\mathrm{\ϵ}}{u}_0{q}_B\sin \mathrm{\ϵ}\left(L_{\mathrm{\ϵ}}\cos \mathrm{\δ}\right)+\frac{u_2{I}_v^2\mathrm{\ρgl}}{v^2{b}_1^2}+n_3\mathrm{Ap}{u}_3$

k'₂＝Cg[lq_RO+lq_RU+2q_B(lcosδ)]

q_G、h和cosδ都可以视为是带式输送机距离起点距离在X轴向或Y轴向投影的函数，可以按照对于距离起始点距离的一元定积分考虑如下：

$f=\frac{{\mathrm{\η}}_1^{\′}\frac{P_m}{v}-C_{\mathrm{\ϵ}}{u}_{0}g\sin \mathrm{\ϵ}{\∫}_0^{l_{\mathrm{\ϵ}}\cos \mathrm{\δ}}{q}_G\left(l_{\mathrm{\ϵ}}\cos \mathrm{\δ}\right)d\left(L_{\mathrm{\ϵ}}\cos \mathrm{\δ}\right)-{\∫}_0^{l\sin \mathrm{\δ}}g{q}_G\left(l\sin \mathrm{\δ}\right)d\left(l\sin \mathrm{\δ}\right)-k_1^{\′}}{\mathrm{Cg}{\∫}_0^{l\cos \mathrm{\δ}}{q}_G\left(l\cos \mathrm{\δ}\right)d\left(l\cos \mathrm{\δ}\right)+k_2^{\′}}$

（公式10）

对于发电工况，同样推演可以得到其积分形式表达式，同电动工况有相同的形式，仅将其η'₁定义为η′₁＝η′η″。

在以上数据处理基础上进行具体运算,首先将使用Simpson复合积分法计算 ${\∫}_0^{l_{\text{\ϵ}}\cos \mathrm{\δ}}{q}_G\left(L_{\mathrm{\ϵ}}\cos \mathrm{\δ}\right)d\left(L_{\mathrm{\ϵ}}\cos \mathrm{\δ}\right),{\∫}_0^{l\cos \mathrm{\δ}}{q}_G\left(L\cos \mathrm{\δ}\right)d\left(L\cos \mathrm{\δ}\right)$ 和 ${\∫}_0^{l\sin \mathrm{\δ}}g{q}_G\left(L\sin \mathrm{\δ}\right)d\left(L\sin \mathrm{\δ}\right),$ 在本系统中，对于Lcosδ微元积分运算的离散化是通过将带式输送机X轴向投影进行等分来实现的，因此可以知道每个微元内的Lcosδ为定值。而对于Lsinδ微元的积分，将其离散化为采样点内的提升高度和该端提升高度内的流量可以进行复合积分运算。具体而言有如下推演：

具体计算方式为:

$\begin{array}{c}{\∫}_0^{l_{\mathrm{\ϵ}}\cos \mathrm{\δ}}{q}_G\left(L_{\mathrm{\ϵ}}\cos \mathrm{\δ}\right)d\left(L_{\mathrm{\ϵ}}\cos \mathrm{\δ}\right)=\underset{k=1}{\overset{n^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{x_{k-1}}^{x_k}{q}_G\left(L_{\mathrm{\ϵ}}\cos \mathrm{\δ}\right)d\left(L_{\mathrm{\ϵ}}\cos \mathrm{\δ}\right)\\ =\frac{l_{\mathrm{\ϵ}}\×\cos \mathrm{\δ}}{12\×n^{\′}}\underset{k=1}{\overset{n^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}[q_G\left(x_{k-2}\right)+4_{q_G}\left(x_{k-1}\right)+q_G\left(x_k\right)]+R_n\left(f\right)\end{array}$    （公式11）

$\begin{array}{c}{\∫}_0^{l\cos \mathrm{\δ}}{q}_G\left(L\cos \mathrm{\δ}\right)d\left(L\cos \mathrm{\δ}\right)=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{x_{k-1}}^{x_k}{q}_G\left(L\cos \mathrm{\δ}\right)d\left(L\cos \mathrm{\δ}\right)\\ =\frac{l\×\cos \mathrm{\δ}}{12\×n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[q_G\left(x_{k-2}\right)+4_{q_G}\left(x_{k-1}\right)+q_G\left(x_k\right)]+R_n\left(f\right)\end{array}$   （公式12）

$\begin{array}{c}{\∫}_0^{l\cos \mathrm{\δ}}{\mathrm{gq}}_G\left(L\sin \mathrm{\δ}\right)d\left(L\sin \mathrm{\δ}\right)=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{x_{k-1}}^{x_k}g{q}_G\left(L\sin \mathrm{\δ}\right)d\left(L\sin \mathrm{\δ}\right)\\ =\frac{g}{12\×n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[q_G\left(x_{k-2}\right)\×h\left(x_{k-2}\right)+4q_G\left(x_{k-1}\right)\×h\left(x_{k-1}\right)+q_G\left(x_k\right)\×h\left(x_k\right)]+R_n\left(f\right)\end{array}$   （公式13）

其中：

lεcosδ为装有前倾托辊的输送机长度在X轴向投影，在数值计算中n'的取值仅覆盖前倾托辊区域。为 $\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{x_{k-1}}^{x_k}{q}_G\left(L_{\mathrm{\ϵ}}\cos \mathrm{\δ}\right)d\left(L_{\mathrm{\ϵ}}\cos \mathrm{\δ}\right)$ 的一个区域的子集；

lcosδ为输送机长度在X轴向投影；

h(x_k)为由提升高度采样值构成的一维数组；

q_G(x_k)为取得的流量分布链表队列中的元素值；

R_n(f)为该运算方式的误差值, $R_n\left(f\right)=-\frac{1}{2880}(b-a)h^4\frac{1}{n}\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{f}^{\left(4\right)}\left({\mathrm{\η}}_k\right),$ 在本计算中当n取值足够大时完全可以忽略。

由此可得，在每次循环计算中，f将最终由如下公式确定（以电动工况为例）：

$f=\frac{{\mathrm{\η}}_1^{\′}\frac{P_M}{v}-\frac{C_{\mathrm{\ϵ}}{u}_{0}g\sin \mathrm{\ϵ}{l}_{\mathrm{\ϵ}}\cos \mathrm{\δ}}{12n^{\′}}{A}_{q_G^{\′}}-\frac{g}{12n}{A}_{q_{G}h}-k_1^{\′}}{\frac{\mathrm{Cgl}\cos \mathrm{\δ}}{12n}{A}_{q_G}+k_2^{\′}}$

$A_{q_G^{\′}}=\underset{k=1}{\overset{n^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}[q_G\left(x_{k-2}\right)+4q_G\left(x_{k-1}\right)+q_G\left(x_k\right)]$   （公式14）

$A_{q_{G}h}=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[q_G\left(x_{k-2}\right)h\left(x_{k-2}\right)+4_{q_G}\left(x_{k-1}\right)h\left(x_{k-1}\right)+q_G\left(x_k\right)h\left(x_k\right)]$

$A_{q_G}=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[q_G\left(x_{k-2}\right)+4q_G\left(x_{k-1}\right)+q_G\left(x_k\right)]$

本发明依据以上公式开展。在具体实现中，本发明可以设定计算的采样时隙以调节其计算精度和计算负荷。在具体计算中首先设置计算的分段数，由此计算采样时隙，可表示如下：

T_int＝l/(v×n)

T_int——基准时隙;

n——设定的计算间隔或称微元数。

其中对于带式输送机速度，不失一般性，可以在一定阶段内使用带式输送机稳定运行阶段的短期平均速度或采样点瞬时速度的定值代表速度v。带式输送机运行的速度v、功率P_M由现场检测设备5获取，其中速度的获取一般是通过旋转编码器测量或者通过电机运行带速折算，功率的测量一般是通过直接、间接测取或通过变频驱动装置等智能设备通过通讯方式读取。

通过电子皮带秤测量的瞬时流量可以在现场采样用现场智能采样设备4折算为基准时隙内的累计流量，大多数情况下采用定时（即T_int时间）计算电子皮带秤发送的吨脉冲或0.1吨脉冲即可。仅需保证实施计算的主体计算设备的运算周期小于该基准时隙即可保证计算的准确性。

同时需要提供的另一个重要的计算用运行参数是其单位时隙对应运行X轴等距离的提升高度采样值即公式13中的lsinδ，该数据的获取通过对于带式输送机系统设计中的立面布置图使用Visual lisp语言来获取，具体实现思路见图3。对于一条具体的带式输送机仅需在计算之初进行一次提取。

现场采样用智能系统2在系统中承担现场数据采集和流量数据初步处理的作用，在本系统中由现场可编程逻辑控制器实现，其中流量数据的初步处理是在其控制算法中采用定时计算流量吨脉冲来实现，其定时时间是按照采样时隙来确定的。

在本方案中，承担模拟摩擦系数计算的计算机由一台上位监控计算机兼做，这样可以非常便捷的获取由现场智能采样设备4取得的实时运行参数。同时在本方案选用的WINCC系统中集成了ANSI-C脚本，以此为基础编程实现运算过程。

实现中首先读取提升高度参数至一维数组，数组元素数量由微元数（n）确定，读取表格内Y轴数据到该数组。

如图2所示，主体计算设备1每250ms循环一次，在此循环过程中，读取瞬时的电功率值、运行带速值作为计算用功率和运行带速、对于计算中需要的每分段内的高度差可以在循环运行前由Excel表格导入至一维数组，由现场智能采样设备4获取的基准时隙流量值在带式输送机长度上进行处理可以获取对应于带式输送机不同X轴位置的流量分布图,该图在计算中保存于一个链表队列中,在一段时间后(带式输送机任一点运行一周时间)开始每基准时隙内进行一次入队列和出队列运算,所形成的队列长度等于提升高度数组的数组元素数量,为了减少运算负荷,不采用数组实现队列以避免每次运算中的n个数据的读写。链表模式仅需要改变其指针即可。具体实现过程如图4所示。计算用流量数据则由链表队列读出，这是一个典型的遍历查询链表队列的算法。在以上操作基础上，主要计算程序实现公式14所示的计算内容。这是在250ms循环内的主要执行内容，另外一项重要的内容是不断查询流量更新标志位情况，如该标志位为1，则对于流量链表队列进行入队列操作，同时，如果队列内元素数量已经超过设定的分组数n，则同时修改尾部Next指针实现尾部一元素出队列。

由此可知每250ms刷新一次模拟摩擦系数值，但由于决定流量分段的采样时隙大于250ms，模拟摩擦系数的计算时间精度事实上取决于采样时隙。

Claims (6)

1. 一种带式输送机的模拟摩擦系数的测量方法，其特征在于：在线实时测量实际运行的带式输送机的运行电功率、运行带速和瞬时流量分布情况，累计形成流量分布数据数组和前倾托辊对应区流量分布数据数组，并结合前期通过带式输送机地形分布情况自动编程提取的高度差值表格，实时计算带式输送机的模拟摩擦系数值；其中，对于>80m的带式输送机，测量过程中结合带式输送机运行阻力计算公式获得通过采样离散点实时计算模拟摩擦系数的精确算法，该精确算法具体如下：

                                                

   

式中 ： 

——输送机长度系数，对于具体输送带系统为定值；

——区段上的模拟摩擦系数；

    

——区段输送机长度，

，对于具体输送带系统为定值；

    ——重力加速度，

；

——区段上单位输送物料的质量， ；

——输送机区段的平均倾角；

——槽形系数，对于具体输送带系统为定值； 

——托辊和输送带间的摩擦系数，对于具体输送带系统为定值；

——装有前倾托辊的输送机区段长度，

，对于具体输送带系统为定值； 

——托辊前倾角度，对于具体输送带系统为定值；

——带速，；

——电机功率，

；

——由传动效率

，电压降系数

和多机驱动不平衡系数

乘积获得系数；

——前倾托辊区离散采样点数；

——带式输送机全长设置采样点数；

，

——对于具体的带式输送机为计算常数；

——区段上高差值，

。

2. 根据权利要求1所述的带式输送机的模拟摩擦系数的测量方法，其特征在于，所述的实时计算模拟摩擦系数的精确算法，是基于将带式输送机运行阻力分解为主要阻力、提升阻力、附加阻力和特种阻力的阻力计算方法，并结合其功率、速度同阻力关系推导实现，形成的可以用于数字化计算的离散形式。

3. 根据权利要求1所述的带式输送机的模拟摩擦系数的测量方法，其特征在于，所述的流量分布情况为通过测量固定时间内的皮带秤的流量累计值，将这一系列流量累计值依次存入链表队列，实现了以带式输送机起点为第一个数组元素的流量分布采样数组，该数组可以用于实现模拟摩擦系数计算中的每一微元内的流量值。

4. 根据权利要求1所述的带式输送机的模拟摩擦系数的测量方法，其特征在于，所述的高度差值通过对于带式输送机设计文件中的地形或其他包括高度信息的设计文件进行操作获取，具体的获取方式为：对带式输送机的立面布置图进行X轴向等分同时自动生成其单位时隙对应的Y轴的提升高度数据文件，该提升高度数据文件保存于可被主体计算设备访问的电子表格文件中，将其导入公用的数据库或表格文件，在进行模拟摩擦系数计算时，将该组数据通过ODBC接口自动导入计算过程，无需人工计算高度差值。

5. 根据权利要求1所述的带式输送机的模拟摩擦系数的测量方法，其特征在于，模拟摩擦系数的精确算法中积分的数值分析采用被积函数的有限个抽样值的离散或加权平均值代替定积分的值。

6. 根据权利要求1或5所述的带式输送机的模拟摩擦系数的测量方法，其特征在于，模拟摩擦系数的精确算法中积分的数值分析采用复合Simpson算法实现。

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