CN111646134A - 溜槽落料装置、外形设计低功耗计算方法和主动调节板翻转控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种溜槽落料装置，由上至下依次包括溜槽下头罩、上物料承接管道、下物料承接管道和出料槽；本发明还公开了上述溜槽落料装置的外形设计低功耗计算方法以及主动调节板翻转控制方法。本发明通过形状结构的优化弱化物料下落对承接结构的冲击和破坏，延长承接结构的使用寿命，减少物料下落产生的粉尘，物料下落后破碎程度低。外形设计低功耗计算方法以更快速度和更低成本完成计算并得到能够达到预定技术效果。主动调节板翻转控制方法能够保证物料对主动调节板的冲击力最小，保护设备，减少撞击产生的粉尘并降低物料破碎率，同时控制了空气污染情况，保护现场工人的健康安全，实现绿色生产。

Description

溜槽落料装置、外形设计低功耗计算方法和主动调节板翻转 控制方法

技术领域

本发明涉及工业生产中物料运输技术领域，尤其是物料从高处落到低处的输送带上的技术。

背景技术

矿石、化工以及冶金等工业中，需要对物料进行远距离的运输。在运输过程中，由于不同的生产需求以及场地的限制等原因，经常需要将物料从高处落料到低处的输送带上，以此达到满足生产运输的要求。

在落料的过程中，往往伴随着物料的撞击以及扬尘的产生，使得物料颗粒破碎严重并造成环境污染，这对生产操作人员的健康会产生不利的影响。此外，物料在下落撞击的过程中，可能会对溜槽管道以及下端承接运输皮带产生不可恢复的损毁。在绿色生产环境下，不仅生产环境不利于操作人员生存，而且造成的破坏会加大生产成本，长期以往也会产生重大的安全隐患。

通过国内专利文献检索发现有一些相关专利文献报道，主要有以下一些：

公开号为CN102564114A的专利公开了一种“回转窑下料溜槽装置”，其利用提供的一个紧急排料口，在紧急排料口外围安装有紧急冷却水管路，克服现有技术存在的当冷却机故障不能正常工作时，回转窑筒体里面的残留物料继续往冷却机输送，造成冷却机更大的破坏等不足。残留物料通过紧急排料口排出，而不再向冷却机输送。这样在处理冷却机故障时，对冷却机进行有效的保护，省工省时，提高生产效率，保障操作工人安全。

公开号为CN105713624A的专利公开了一种“一种干熄焦底部排焦溜槽系统”，利用倒Y型的溜槽管道，撞击消能板上端和叉溜管道内壁可转动连接，两个叉溜管道上端相接处还设置有切换翻板，切换翻板和位于外部的切换把手相连构成切换机构，此外，除尘管道上具有一段水平段，水平段下侧位置连通设置有沉箱，沉箱上设置有箱门。这种干熄焦底部排焦溜槽系统结构简单，使用寿命长，能够更好地避免扬尘。

上述这些专利文献均是针对某一特定物料的运输，并且溜槽落料装置的外形轮廓也没有进行优化设计，而且不能实现皮带偏载(物料重心与皮带中心不重合导致)时对物料的自动调节，容易造成冲击大、扬尘大以及物料破碎等缺陷。

物料运输中的落料过程涉及落料装置的结构及设计优化，以及落料装置在运行过程中的控制优化等，这些均是值得研究改进并进行保护的技术发展方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种溜槽落料装置，通过形状结构的优化弱化物料下落对承接结构的冲击和破坏，延长承接结构的使用寿命，减少物料下落产生的粉尘，物料下落后破碎程度低。

为实现上述目的，本发明的溜槽落料装置安装在上皮带输送装置和下皮带输送装置之间，上皮带输送装置和下皮带输送装置的输送方向均为由左向右；

上皮带输送装置和下皮带输送装置均包括上料端滚筒、下料端滚筒和绕设于上料端滚筒和下料端滚筒之间的输送带；

由上至下依次包括溜槽下头罩、上物料承接管道、下物料承接管道和出料槽；

上皮带输送装置的下料端滚筒设于溜槽下头罩顶部左侧并向上凸出溜槽下头罩，溜槽下头罩的右侧板为弧顶朝右的弧形；

溜槽下头罩的右侧板的弧顶以上的部分为左侧高于右侧的结构，该部分溜槽下头罩的右侧板为溜槽下头罩的物料承接部；

溜槽下头罩的右侧板的弧顶以下的部分为右侧高于左侧的结构，该部分溜槽下头罩的右侧板为物料转向部分并用于使物料的运动方向由向右变为向左；

溜槽下头罩的下端向下连接上物料承接管道，上物料承接管道的右侧壁内设有主动调节板，主动调节板的上端铰接在上物料承接管道的顶端并与溜槽下头罩的物料转向部分相连；

上物料承接管道的右侧壁外连接有上电动推杆，上电动推杆的伸出杆向左穿过上物料承接管道的右侧壁并与主动调节板的中下部相铰接；主动调节板由右上向左下倾斜设置；

上物料承接管道的下端向下连接下物料承接管道，下物料承接管道由左上向右下方向倾斜设置，下物料承接管道的左侧壁为弧顶朝向左下方的弧形；

下物料承接管道向下连接出料槽，出料槽由左上至右下倾斜设置，出料槽的左侧板为弧形，下物料承接管道的左侧壁为被动调节板，出料槽的下端开口为其出料口，出料槽的出料口位于下皮带输送装置的输送带的上方并与下皮带输送装置的输送带相邻。

溜槽落料装置还包括有溜槽上头罩，溜槽上头罩罩在溜槽下头罩上。

被动调节板包括开口朝左的滑动槽，滑动槽的左侧开口处设有左围护板，左围护板与滑动槽的槽壁滑动配合，左围护板与滑动槽围成空腔，空腔中部设有弹簧，弹簧左端与左围护板固定连接且右端与滑动槽的槽底固定连接；弹簧处于最大伸张长度时左围护板位于滑动槽的左侧开口以右，弹簧处于最大压缩长度时左围护板位于滑动槽左右方向的中部；左围护板与上物料承接管道相连接。

弹簧两侧的滑动槽内填充有阻尼颗粒。

还包括有落料角度调节机构，落料角度调节机构包括分别转动连接在出料槽的下端开口处的前门板和后门板，前门板和后门板组成调节门；出料槽外表面上与前门板和后门板一一对应设有前电动推杆和后电动推杆，前电动推杆的伸出杆滑动穿过出料槽前侧壁并连接前门板，后电动推杆的伸出杆滑动穿过出料槽后侧壁并连接后门板。

溜槽下头罩、上物料承接管道、下物料承接管道和出料槽的侧壁均包括钢板，钢板内表面均设有Fe-Al/WC复合涂层，钢板外表面均具有镀锌层，镀锌层外均涂有油漆层。

溜槽下头罩的右侧板、主动调节板、被动调节板和出料槽的左侧板上分别设有用于测量物料冲击力的压力传感器，出料槽的下端开口处设有用于测量物料的出料速度的速度传感器以及用于测量空气中粉尘浓度的PM传感器；

溜槽下头罩、上物料承接管道、下物料承接管道和出料槽的高度分别为h1，h2，h3和h4，溜槽下头罩的右侧板用于承接物料，使用r1代表溜槽下头罩的右侧板的弧度；下物料承接管道的左侧壁用于承接物料，使用r2代表下物料承接管道的左侧壁的弧度；出料槽的左侧板用于承接物料，使用r3代表溜出料槽的左侧板的弧度；

使用w1代表上物料承接管道顶端左右方向的宽度，使用w2代表下物料承接管道上下方向中间位置处左右方向的宽度，使用w3代表出料槽出料口的宽度；

各传感器均与一电控装置相连接；

h1，h2，h3、h4、r1、r2、r3、w1、w2和w3的值由电控装置根据公式一计算得出：

find:h＝[h₁,h₂,h₃,h₄],r＝[r₁,r₂,r₃],

w＝[w₁,w₂,w₃]

min:f(h,r,w)

s.t.:v_min≤v(h,r,w)≤v_max

p(h,r,w)≤p_max

g_min≤g(h,r,w)≤g_max

h_min≤h≤h_max，r_min≤r≤r_max

w_min≤w≤w_max

；

公式一中，f(h,r,w)是物料的最小冲击力，电控装置通过各压力传感器获得；v(h,r,w)是落料速度约束，电控装置通过速度传感器获得物料的落料速度，v(h,r,w)的取值范围由设计人员确定；p(h,r,w)是大气颗粒物约束，电控装置通过PM传感器获得出料槽出口处的PM值，p(h,r,w)的取值由设计人员确定；g(h,r,w)是溜槽下头罩、上物料承接管道、下物料承接管道和出料槽之间依次相连的连接约束，具体取值范围由设计人员确定。

本发明还公开了上述溜槽落料装置的外形设计低功耗计算方法，公式一中的设计变量是h1、h2、h3、h4、r1、r2、r3、w1、w2和w3，公式一中的f(h,r,w)、v(h,r,w)、p(h,r,w)和g(h,r,w)为约束条件，对于约束条件与设计变量之间的隐式关系，电控装置通过SVR模型进行拟合以降低优化过程中直接调用仿真结果的计算成本；

SVR模型构建流程是：

第一是步骤是采样；

采用基于平移传播的拉丁超立方采样采取(n+1)(n+2)/2个样本点，得到样本集，n为设计变量维度；

第二步骤是生成测试点；

基于样本集，构建初始SVR模型，在设计域中，划分每个样本点的Voronoi局部采样空间，并在每个Voronoi局部采样空间中均匀生成1000000个测试点；

第三步骤是确定局部采样区域；

先利用初始的(n+1)(n+2)/2个样本点构建二阶Kriging模型；再利用Kriging模型计算每个Voronoi块中1000000个测试点的预测误差，将预测误差之和最大的Voronoi块确定为局部采样区域；

第四步骤是序列采样；

在局部采样区域中，进行采样即序列样本点添加，候选样本点为该块中的1000000个测试点；以公式二作为具体采样准则；

公式二：

公式二中d_min(x_i)表示x_i与已有样本点的最小距离；g(x_i)是x_i的SVR预测值，该值越接近0，说明离SVR约束边界越近；e(x_i)表示x_i处的Kriging预测误差；

每添加一个序列样本点后即进行第五步骤；

第五步骤是终止准则判断，终止条件为连续两个样本点处的预测值满足要求，具体是：

其中，

和g(x_k)分别为第k个样本点处的SVR预测值和真实值；当终止条件满足时，结束SVR模型构建流程；

当终止条件不满足时，更新样本集并重新执行第二步骤。

本发明还公开了上述溜槽落料装置的主动调节板翻转控制方法，电控装置连接所述上电动推杆；

电控装置初始启动时，通过上电动推杆将主动调节板的翻转角度调节至默认角度；每启动一次主动调节板翻转控制方法，电控装置将主动调节板的翻转角度调节至当次主动调节板翻转控制方法所计算出的最优翻转角度；

将默认角度和主动调节板翻转控制方法所计算出的最优翻转角度统一称为最优角度，前次最优角度下对应的主动调节板受到的物料冲击力为最小冲击力Fmin；

电控装置通过主动调节板上的压力传感器持续检测主动调节板所承受的实时物料冲击力Fss，Fss与Fmin的差值的绝对值为⊿F，当(⊿F/Fmin)≥0.05时，启动主动调节板翻转调节作业；

主动调节板翻转调节作业是：

电控装置按照公式三计算出主动调节板的最优翻转角度，通过控制上电动推杆的伸缩将主动调节板调节至最优翻转角度；

公式三：

find:α

min:F(α)

s.t.:v_1min≤v₁(α)≤v_1max

α_min≤α≤α_max

；

公式三以主动调节板的翻转角度α为设计变量，以冲击力F(α)最小为目标函数，以物料在溜槽出口处的运动速度v₁为约束条件，v₁由电控装置通过速度传感器获取；g₁(α)指大气颗粒物浓度指标PM2.5，g₂(α)指大气颗粒物浓度指标PM10，g₁(α)和g₂(α)均由所述PM传感器检测得到，对公式三的求解过程是：

第一是将翻转角度α在设计区间[α_min,α_max]离散成100个点，

第二是测量在100个离散点中任一个点所对应的翻转角度α下，测量物料在出料槽的下端开口处的运动速度即落料速度和大气颗粒物浓度，物料的落料速度和大气颗粒物浓度如果满足公式三中的约束条件，则当前设计变量α即为可行设计变量，否则为无效设计变量；

第三是通过主动调节板上的压力传感器测量每一个可行设计变量α所对应的主动调节板所承受的物料冲击力，选取物料冲击力最小的设计变量α作为主动调节板的最优翻转角度。

本发明具有如下的优点：

溜槽下头罩的右侧板为弧顶朝右的弧形，溜槽下头罩的物料承接部为左高右低的弧形，物料由上皮带输送装置向右向下冲击在溜槽下头罩的右侧板上时，与溜槽下头罩的物料承接部的角度很小，从而降低了物料对溜槽下头罩的右侧板的冲击力。

物料沿弧形的溜槽下头罩的右侧板向下运动时，在通过物料转向部分时运动方向自然改为由右向左。物料在通过溜槽下头罩的右侧板时全程受力且各处受力均较小，从而既实现降低物料冲击力大小、降低物料破碎率、降低冲击产生的粉尘量，延长溜槽落料装置的使用寿命，又保证物料在此处畅通无阻，避免引起物料堵塞。

本发明中，溜槽落料装置的整体形状由以往倾斜的直线形状改为S形，保证物料在下落过程中以较小的角度接触溜槽结构，有效降低物料与管道之间的冲击力，减少物料破碎，抑制扬尘产生，延长落料管道的使用寿命。

被动调节板内设弹簧等结构，在物料撞击到滑动槽的右侧壁上时，弹簧和阻尼颗粒被压缩，从而通过滑动槽向左的位移以及弹簧与阻尼颗粒的变形来吸收物料冲击力，弱化物料下落对承接结构的冲击和破坏，延长承接结构的使用寿命。冲击力降低也降低了物料破碎率，减小粉尘。

通过控制前电动推杆和后电动推杆的伸出杆的伸出量，可以控制物料通过前门板和后门板后落在下皮带输送装置的输送带上的前后位置，从而方便将落料位置控制在输送带的中部，避免落料位置偏离输送带中部造成运行不稳定的现象。

油漆层是最外层的防氧化措施，镀锌层起到进一步的防氧化作用。钢板具有较高的强度和韧性，有Fe-Al/WC复合涂层能够提高溜槽管道表面的耐磨性和耐腐蚀性。

在通过公式一对溜槽落料装置的外形轮廓进行优化和确定的过程中，目标函数为物料对溜槽各段承接物料处最小冲击力，主要是通过在溜槽各段承接物料处安装压力传感器获得的数据，多次测量取平均值。设计变量是h1、h2、h3、h4、r1、r2、r3、w1、w2和w3。约束条件为f(h,r,w)、v(h,r,w)、p(h,r,w)和g(h,r,w)。在计算时，各约束均取多组数据的平均值，保证其误差在允许范围内。获得上述数据后，利用公式一得到最优的溜槽落料装置的外形参数，使溜槽落料装置的外形在具体的使用场景下符合设计要求，满足各约束条件，从而将物料冲击力、落料速度、出料处PM值以及连接牢固程度控制在预定状态，既弱化物料下落对承接结构的冲击和破坏，延长承接结构的使用寿命，又使物料下落后破碎程度低，减少物料下落产生的粉尘，同时由于保证了足够的落料速度而不会引起物料堵塞。

本发明的外形设计低功耗计算方法通过SVR模型进行拟合以降低优化过程中直接调用仿真结果的计算成本，能够显著提高计算效率，降低电控装置运行功率，以更快速度和更低成本完成计算并得到能够达到预定技术效果(较小的物料冲击力，合适的落料速度，较低的环境污染以及足够的连接强度)的溜槽落料装置的外形轮廓参数。

主动调节板翻转控制方法能够保证物料对主动调节板的冲击力最小，保护设备，减少撞击产生的粉尘并降低物料破碎率，同时控制了空气污染情况，保护现场工人的健康安全，实现绿色生产。

当(⊿F/Fmin)≥0.05时，启动主动调节板翻转调节作业，既能及时调整主动调节板的翻转角度，又避免不停地调整主动调节板的翻转角度带来的能量浪费以及结构磨损。

附图说明

图1是溜槽落料装置侧壁的结构示意图；

图2是溜槽落料装置的结构示意图

图3是SVR模型构建流程图；

图4是主动调节板翻转角度调整前后的对比示意图；

图5是被动调节板水平截面图；

图6是调节门调整前后的对比示意图；

图4中箭头所示方向为物料的运动方向。

具体实施方式

如图1至图6所示，本发明的溜槽落料装置安装在上皮带输送装置和下皮带输送装置之间，上皮带输送装置和下皮带输送装置的输送方向均为由左向右；

上皮带输送装置和下皮带输送装置均包括上料端滚筒、下料端滚筒1和绕设于上料端滚筒和下料端滚筒1之间的输送带2；皮带输送装置为常规技术，图未详示上皮带输送装置和下皮带输送装置的结构如上料端滚筒。

本发明的溜槽落料装置由上至下依次包括溜槽下头罩3、上物料承接管道4、下物料承接管道5和出料槽6；

上皮带输送装置的下料端滚筒1设于溜槽下头罩3顶部左侧并向上凸出溜槽下头罩3，溜槽下头罩3的右侧板为弧顶朝右的弧形；

溜槽下头罩3的右侧板的弧顶3A(此处弧顶即图2中溜槽下头罩3的右侧板上下方向的中间位置)以上的部分为左侧高于右侧的结构，该部分溜槽下头罩3的右侧板为溜槽下头罩3的物料承接部3B；

溜槽下头罩3的右侧板的弧顶以下的部分为右侧高于左侧的结构，该部分溜槽下头罩3的右侧板为物料转向部分3C并用于使物料的运动方向由向右变为向左；

溜槽下头罩3的下端向下连接上物料承接管道4，上物料承接管道4的右侧壁内设有主动调节板7，主动调节板7的上端铰接在上物料承接管道4的顶端并与溜槽下头罩3的物料转向部分3C相连；

上物料承接管道4的右侧壁外连接有上电动推杆(具体是右侧壁外固定有支座，上电动推杆安装在支座上，图未示支座、上电动推杆以及上物料承接管道4的右侧壁)，上电动推杆的伸出杆向左穿过上物料承接管道4的右侧壁并与主动调节板7的中下部(具体是由上至下三分之二处)相铰接(通过上电动推杆的伸缩实现主动调节板7翻转角度的调节)；主动调节板7由右上向左下倾斜设置；

上物料承接管道4的下端向下连接下物料承接管道5，下物料承接管道5由左上向右下方向倾斜设置，下物料承接管道5的左侧壁为弧顶(即下物料承接管道5的左侧壁上下方向的中间位置)朝向左下方的弧形；

下物料承接管道5向下连接出料槽6，出料槽6由左上至右下倾斜设置，出料槽6的左侧板为弧形，下物料承接管道5的左侧壁为被动调节板8，出料槽6的左侧板的弧度大于被动调节板8的弧度；出料槽6的下端开口为出料口，出料槽6的出料口位于下皮带输送装置的输送带2的上方并与下皮带输送装置的输送带2相邻。

溜槽落料装置还包括有溜槽上头罩，溜槽上头罩罩在溜槽下头罩3上。溜槽上头罩为罩在溜槽下头罩3上的壳体，起到将进料位置围护在内、尽可能封闭溜槽下头罩3上端敞口的作用，图未示。

被动调节板8包括开口朝左的滑动槽9，滑动槽9的左侧开口处设有左围护板10，左围护板10与滑动槽9的槽壁滑动配合，左围护板10与滑动槽9围成空腔11，空腔11中部设有弹簧12，弹簧12左端与左围护板10固定连接且右端与滑动槽9的槽底9A固定连接；弹簧12处于最大伸张长度时左围护板10位于滑动槽9的左侧开口以右，弹簧12处于最大压缩长度时左围护板10位于滑动槽9左右方向的中部；左围护板10与上物料承接管道4相连接。弹簧12两侧的滑动槽9内填充有阻尼颗粒13。

还包括有落料角度调节机构，落料角度调节机构包括分别转动连接在出料槽6的下端开口处的前门板14和后门板15，前门板14和后门板15组成调节门；出料槽6外表面上与前门板14和后门板15一一对应设有前电动推杆和后电动推杆，前电动推杆的伸出杆滑动穿过出料槽6前侧壁并连接前门板14，后电动推杆的伸出杆滑动穿过出料槽6后侧壁并连接后门板15。电动推杆是常规装置，图未示前电动推杆和后电动推杆。

如图1所示，溜槽下头罩3、上物料承接管道4、下物料承接管道5和出料槽6的侧壁均包括钢板16，钢板16内表面均设有Fe-Al/WC复合涂层17，钢板16外表面均具有镀锌层18，镀锌层18外均涂有油漆层19。

油漆层19是最外层的防氧化措施，镀锌层18起到进一步的防氧化作用。钢板16具有较高的强度和韧性，有Fe-Al/WC复合涂层17能够提高溜槽管道表面的耐磨性和耐腐蚀性。

溜槽下头罩3的右侧板、主动调节板7、被动调节板8和出料槽6的左侧板上分别设有用于测量物料冲击力的压力传感器，出料槽6的下端开口处设有用于测量物料的出料速度的速度传感器以及用于测量空气中粉尘浓度的PM传感器；压力传感器、速度传感器和PM传感器均为常规装置，图未示。

溜槽下头罩3、上物料承接管道4、下物料承接管道5和出料槽6的高度分别为h1，h2，h3和h4，溜槽下头罩3的右侧板用于承接物料，使用r1代表溜槽下头罩3的右侧板的弧度；下物料承接管道5的左侧壁(即被动调节板8)用于承接物料，使用r2代表下物料承接管道5的左侧壁的弧度；出料槽6的左侧板用于承接物料，使用r3代表溜出料槽6的左侧板的弧度；

使用w1代表上物料承接管道4顶端左右方向的宽度，使用w2代表下物料承接管道5上下方向中间位置处左右方向的宽度，使用w3代表出料槽6出料口的宽度；

各传感器(包括压力传感器、速度传感器和PM传感器)均与一电控装置相连接；电控装置可以采用工控机或PLC或单片机，图未示。电控装置连接前电动推杆和后电动推杆。

h1，h2，h3、h4、r1、r2、r3、w1、w2和w3的值由电控装置根据公式一计算得出，在得出上述各参数值后根据得出的数据调整溜槽落料装置的具体轮廓及尺寸。公式一是：

find:h＝[h₁,h₂,h₃,h₄],r＝[r₁,r₂,r₃],

w＝[w₁,w₂,w₃]

min:f(h,r,w)

s.t.:v_min≤v(h,r,w)≤v_max

p(h,r,w)≤p_max

g_min≤g(h,r,w)≤g_max

h_min≤h≤h_max，r_min≤r≤r_max

w_min≤w≤w_max

；

公式一中，f(h,r,w)是物料的最小冲击力，电控装置通过各压力传感器获得；v(h,r,w)是落料速度约束，电控装置通过速度传感器获得物料的落料速度，v(h,r,w)的取值范围(即v_min-v_max)由设计人员确定(该值不能太大，以防物料破碎，也不能太小，以防堵料，具体的取值范围根据实际的工作场景确定)；p(h,r,w)是大气颗粒物(PM)约束，电控装置通过PM传感器获得出料槽6出口处的PM值，p(h,r,w)的取值由设计人员确定；该值越大，工作现场的粉尘越大。g(h,r,w)是溜槽下头罩3、上物料承接管道4、下物料承接管道5和出料槽6之间依次相连的连接约束，具体取值范围(即g_min-g_max)由设计人员确定。该值越大，溜槽落料装置各段之间的连接越紧固和安全；该值必须满足连接可靠性在百分之九十以上，保证溜槽落料装置各段之间的连接的安全性和紧固性。

在通过公式一对溜槽落料装置的外形轮廓进行优化和确定的过程中，目标函数为物料对溜槽各段承接物料处最小冲击力，主要是通过在溜槽各段承接物料处安装压力传感器获得的数据，多次测量取平均值。设计变量是h1、h2、h3、h4、r1、r2、r3、w1、w2和w3。约束条件为f(h,r,w)、v(h,r,w)、p(h,r,w)和g(h,r,w)。在计算时，各约束均取多组数据的平均值，保证其误差在允许范围内。获得上述数据后，利用公式一得到最优的溜槽落料装置的外形参数，使溜槽落料装置的外形在具体的使用场景下符合设计要求，满足各约束条件，从而将物料冲击力、落料速度、出料处PM值以及连接牢固程度控制在预定状态，既弱化物料下落对承接结构的冲击和破坏，延长承接结构的使用寿命，又使物料下落后破碎程度低，减少物料下落产生的粉尘，同时由于保证了足够的落料速度而不会引起物料堵塞。

本发明还公开了上述溜槽落料装置的外形设计低功耗计算方法，针对溜槽落料装置整体外形轮廓的设计优化模型，公式一中的设计变量是h1、h2、h3、h4、r1、r2、r3、w1、w2和w3，公式一中的f(h,r,w)、v(h,r,w)、p(h,r,w)和g(h,r,w)为约束条件，对于约束条件与设计变量之间的隐式关系，电控装置通过SVR模型进行拟合以降低优化过程中直接调用仿真结果的计算成本；

SVR模型构建流程是：

第一是步骤是采样；

采用基于平移传播的拉丁超立方采样采取(n+1)(n+2)/2个样本点，得到样本集，n为设计变量维度；

第二步骤是生成测试点；

基于样本集，构建初始SVR模型，在设计域中，划分每个样本点的Voronoi局部采样空间(即图3中的“区间”)，并在每个Voronoi局部采样空间中均匀生成1000000个测试点；

第三步骤是确定局部采样区域；

先利用初始的(n+1)(n+2)/2个样本点构建二阶Kriging模型；再利用Kriging模型计算每个Voronoi块中1000000个测试点的预测误差，将预测误差之和最大的Voronoi块确定为局部采样区域；

第四步骤是序列采样；

在局部采样区域中，进行采样即序列样本点添加，候选样本点为该块中的1000000个测试点；以公式二作为具体采样准则；

公式二：

公式二中d_min(x_i)表示x_i与已有样本点的最小距离；g(x_i)是x_i的SVR预测值，该值越接近0，说明离SVR约束边界越近；e(x_i)表示x_i处的Kriging预测误差；

每添加一个序列样本点后即进行第五步骤；

第五步骤是终止准则判断，终止条件为连续两个样本点处的预测值满足要求，具体是：

其中，

和g(x_k)分别为第k个样本点处的SVR预测值和真实值；当终止条件满足时，结束SVR模型构建流程；

当终止条件不满足时，更新样本集并重新执行第二步骤。

本发明的外形设计低功耗计算方法通过SVR模型进行拟合以降低优化过程中直接调用仿真结果的计算成本，能够显著提高计算效率，降低电控装置运行功率，以更快速度和更低成本完成计算并得到能够达到预定技术效果(较小的物料冲击力，合适的落料速度，较低的环境污染以及足够的连接强度)的溜槽落料装置的外形轮廓参数。

本发明还公开了上述溜槽落料装置的主动调节板翻转控制方法，电控装置连接所述上电动推杆；

电控装置初始启动时，通过上电动推杆将主动调节板7的翻转角度调节至默认角度；每启动一次主动调节板翻转控制方法，电控装置将主动调节板7的翻转角度调节至当次主动调节板翻转控制方法所计算出的最优翻转角度；

将默认角度和主动调节板翻转控制方法所计算出的最优翻转角度统一称为最优角度，前次最优角度下对应的主动调节板7受到的物料冲击力为最小冲击力Fmin；

电控装置通过主动调节板7上的压力传感器持续检测主动调节板7所承受的实时物料冲击力Fss，Fss与Fmin的差值的绝对值为⊿F，当(⊿F/Fmin)≥0.05时，启动主动调节板7翻转调节作业；

主动调节板7翻转调节作业是：

电控装置按照公式三计算出主动调节板7的最优翻转角度，通过控制上电动推杆的伸缩将主动调节板7调节至最优翻转角度；

公式三：

find:α

min:F(α)

s.t.:v_1min≤v₁(α)≤v_1max

g₁(α)≤g₁ ^t

g₂(α)≤g^t ₂

α_min≤α≤α_max

公式三以主动调节板7的翻转角度α为设计变量，以冲击力F(α)最小为目标函数，以物料在溜槽出口处的运动速度v₁为约束条件，v₁由电控装置通过速度传感器获取；g₁(α)指大气颗粒物浓度指标PM2.5，g₂(α)指大气颗粒物浓度指标PM10，g₁(α)和g₂(α)均由所述PM传感器检测得到，对公式三的求解过程是：

第一是将翻转角度α在设计区间[α_min,α_max]离散成100个点，

第二是测量在100个离散点中任一个点所对应的翻转角度α下，测量物料在出料槽6的下端开口处的运动速度即落料速度和大气颗粒物浓度，物料的落料速度和大气颗粒物浓度如果满足公式三中的约束条件，则当前设计变量α即为可行设计变量，否则为无效设计变量；

第三是通过主动调节板7上的压力传感器测量每一个可行设计变量α所对应的主动调节板7所承受的物料冲击力，选取物料冲击力最小的设计变量α作为主动调节板7的最优翻转角度。图4中箭头所示方向为物料的运动方向。由图4可以看到，优化调整之后，物料冲击方向与主动调节板7之间的夹角α得到减小，降低了物料对主动调节板7的冲击力。

工作时，上皮带输送装置由左至右将物料送入溜槽下头罩3，在物料原有速度和重力加速度的作用下，物料撞击在溜槽下头罩3的右侧板上。溜槽下头罩3的右侧板为弧顶朝右的弧形，溜槽下头罩3的物料承接部3B为左高右低的弧形，物料由上皮带输送装置向右向下冲击在溜槽下头罩3的右侧板上时，与溜槽下头罩3的物料承接部3B的角度很小，从而降低了物料对溜槽下头罩3的右侧板的冲击力。物料沿弧形的溜槽下头罩3的右侧板向下运动时，在通过物料转向部分3C时运动方向自然改为由右向左。物料在通过溜槽下头罩3的右侧板时全程受力且各处受力均较小，从而既实现降低物料冲击力大小、降低物料破碎率、降低冲击产生的粉尘量，延长溜槽落料装置的使用寿命，又保证物料在此处畅通无阻，避免引起物料堵塞。

物料接着沿主动调节板7下落并撞击在被动调节板8上。主动调节板7的翻转角度按主动调节板翻转控制方法来控制。主动调节板翻转控制方法能够保证物料对主动调节板7的冲击力最小，保护设备，减少撞击产生的粉尘并降低物料破碎率，同时控制了空气污染情况，保护现场工人的健康安全，实现绿色生产。当(⊿F/Fmin)≥0.05时，启动主动调节板7翻转调节作业，既能及时调整主动调节板7的翻转角度，又避免不停地调整主动调节板7的翻转角度带来的能量浪费以及结构磨损。

被动调节板8内设弹簧12等结构，在物料撞击到滑动槽9的右侧壁即槽底9A上时，弹簧12和阻尼颗粒13被压缩，从而通过滑动槽9向左的位移以及弹簧12与阻尼颗粒13的变形来吸收物料冲击力，弱化物料下落对承接结构的冲击和破坏，延长承接结构的使用寿命。冲击力降低也降低了物料破碎率，减小粉尘。

物料沿被动调节板8向下落入出料槽6，经落料角度调节机构后落在下皮带输送装置的输送带2上，继续向下游送料。通过控制前电动推杆和后电动推杆的伸出杆的伸出量，可以控制物料通过前门板14和后门板15后落在下皮带输送装置的输送带2上的前后位置，从而方便将落料位置控制在输送带2的中部，避免落料位置偏离输送带2中部造成运行不稳定的现象。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.溜槽落料装置，安装在上皮带输送装置和下皮带输送装置之间，上皮带输送装置和下皮带输送装置的输送方向均为由左向右；

上皮带输送装置和下皮带输送装置均包括上料端滚筒、下料端滚筒和绕设于上料端滚筒和下料端滚筒之间的输送带；

其特征在于：

由上至下依次包括溜槽下头罩、上物料承接管道、下物料承接管道和出料槽；

上皮带输送装置的下料端滚筒设于溜槽下头罩顶部左侧并向上凸出溜槽下头罩，溜槽下头罩的右侧板为弧顶朝右的弧形；

溜槽下头罩的右侧板的弧顶以上的部分为左侧高于右侧的结构，该部分溜槽下头罩的右侧板为溜槽下头罩的物料承接部；

溜槽下头罩的右侧板的弧顶以下的部分为右侧高于左侧的结构，该部分溜槽下头罩的右侧板为物料转向部分并用于使物料的运动方向由向右变为向左；

溜槽下头罩的下端向下连接上物料承接管道，上物料承接管道的右侧壁内设有主动调节板，主动调节板的上端铰接在上物料承接管道的顶端并与溜槽下头罩的物料转向部分相连；

上物料承接管道的右侧壁外连接有上电动推杆，上电动推杆的伸出杆向左穿过上物料承接管道的右侧壁并与主动调节板的中下部相铰接；主动调节板由右上向左下倾斜设置；

上物料承接管道的下端向下连接下物料承接管道，下物料承接管道由左上向右下方向倾斜设置，下物料承接管道的左侧壁为弧顶朝向左下方的弧形；

下物料承接管道向下连接出料槽，出料槽由左上至右下倾斜设置，出料槽的左侧板为弧形，下物料承接管道的左侧壁为被动调节板，出料槽的下端开口为其出料口，出料槽的出料口位于下皮带输送装置的输送带的上方并与下皮带输送装置的输送带相邻。

2.根据权利要求1所述的溜槽落料装置，其特征在于：溜槽落料装置还包括有溜槽上头罩，溜槽上头罩罩在溜槽下头罩上。

3.根据权利要求1所述的溜槽落料装置，其特征在于：被动调节板包括开口朝左的滑动槽，滑动槽的左侧开口处设有左围护板，左围护板与滑动槽的槽壁滑动配合，左围护板与滑动槽围成空腔，空腔中部设有弹簧，弹簧左端与左围护板固定连接且右端与滑动槽的槽底固定连接；弹簧处于最大伸张长度时左围护板位于滑动槽的左侧开口以右，弹簧处于最大压缩长度时左围护板位于滑动槽左右方向的中部；左围护板与上物料承接管道相连接。

4.根据权利要求3所述的溜槽落料装置，其特征在于：弹簧两侧的滑动槽内填充有阻尼颗粒。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的溜槽落料装置，其特征在于：

还包括有落料角度调节机构，落料角度调节机构包括分别转动连接在出料槽的下端开口处的前门板和后门板，前门板和后门板组成调节门；出料槽外表面上与前门板和后门板一一对应设有前电动推杆和后电动推杆，前电动推杆的伸出杆滑动穿过出料槽前侧壁并连接前门板，后电动推杆的伸出杆滑动穿过出料槽后侧壁并连接后门板。

6.根据权利要求5所述的溜槽落料装置，其特征在于：溜槽下头罩、上物料承接管道、下物料承接管道和出料槽的侧壁均包括钢板，钢板内表面均设有Fe-Al/WC复合涂层，钢板外表面均具有镀锌层，镀锌层外均涂有油漆层。

7.根据权利要求1－4中任一项所述的溜槽落料装置，其特征在于：溜槽下头罩的右侧板、主动调节板、被动调节板和出料槽的左侧板上分别设有用于测量物料冲击力的压力传感器，出料槽的下端开口处设有用于测量物料的出料速度的速度传感器以及用于测量空气中粉尘浓度的PM传感器；

溜槽下头罩、上物料承接管道、下物料承接管道和出料槽的高度分别为h1，h2，h3和h4，溜槽下头罩的右侧板用于承接物料，使用r1代表溜槽下头罩的右侧板的弧度；下物料承接管道的左侧壁用于承接物料，使用r2代表下物料承接管道的左侧壁的弧度；出料槽的左侧板用于承接物料，使用r3代表溜出料槽的左侧板的弧度；

使用w1代表上物料承接管道顶端左右方向的宽度，使用w2代表下物料承接管道上下方向中间位置处左右方向的宽度，使用w3代表出料槽出料口的宽度；

各传感器均与一电控装置相连接；

h1，h2，h3、h4、r1、r2、r3、w1、w2和w3的值由电控装置根据公式一计算得出：

find:h＝[h₁,h₂,h₃,h₄],r＝[r₁,r₂,r₃],

w＝[w₁,w₂,w₃]

min:f(h,r,w)

s.t.:v_min≤v(h,r,w)≤v_max

p(h,r,w)≤p_max

g_min≤g(h,r,w)≤g_max

h_min≤h≤h_max，r_min≤r≤r_max

w_min≤w≤w_max

；

公式一中，f(h,r,w)是物料的最小冲击力，电控装置通过各压力传感器获得；v(h,r,w)是落料速度约束，电控装置通过速度传感器获得物料的落料速度，v(h,r,w)的取值范围由设计人员确定；p(h,r,w)是大气颗粒物约束，电控装置通过PM传感器获得出料槽出口处的PM值，p(h,r,w)的取值由设计人员确定；g(h,r,w)是溜槽下头罩、上物料承接管道、下物料承接管道和出料槽之间依次相连的连接约束，具体取值范围由设计人员确定。

8.权利要求7中所述溜槽落料装置的外形设计低功耗计算方法，其特征在于公式一中的设计变量是h1、h2、h3、h4、r1、r2、r3、w1、w2和w3，公式一中的f(h,r,w)、v(h,r,w)、p(h,r,w)和g(h,r,w)为约束条件，对于约束条件与设计变量之间的隐式关系，电控装置通过SVR模型进行拟合以降低优化过程中直接调用仿真结果的计算成本；

SVR模型构建流程是：

第一是步骤是采样；

采用基于平移传播的拉丁超立方采样采取(n+1)(n+2)/2个样本点，得到样本集，n为设计变量维度；

第二步骤是生成测试点；

基于样本集，构建初始SVR模型，在设计域中，划分每个样本点的Voronoi局部采样空间，并在每个Voronoi局部采样空间中均匀生成1000000个测试点；

第三步骤是确定局部采样区域；

先利用初始的(n+1)(n+2)/2个样本点构建二阶Kriging模型；再利用Kriging模型计算每个Voronoi块中1000000个测试点的预测误差，将预测误差之和最大的Voronoi块确定为局部采样区域；

第四步骤是序列采样；

在局部采样区域中，进行采样即序列样本点添加，候选样本点为该块中的1000000个测试点；以公式二作为具体采样准则；

公式二：

公式二中d_min(x_i)表示x_i与已有样本点的最小距离；g(x_i)是x_i的SVR预测值，该值越接近0，说明离SVR约束边界越近；e(x_i)表示x_i处的Kriging预测误差；

每添加一个序列样本点后即进行第五步骤；

第五步骤是终止准则判断，终止条件为连续两个样本点处的预测值满足要求，具体是：

其中，

和g(x_k)分别为第k个样本点处的SVR预测值和真实值；当终止条件满足时，结束SVR模型构建流程；

当终止条件不满足时，更新样本集并重新执行第二步骤。

9.权利要求7中所述溜槽落料装置的主动调节板翻转控制方法，其特征在于：电控装置连接所述上电动推杆；

电控装置初始启动时，通过上电动推杆将主动调节板的翻转角度调节至默认角度；每启动一次主动调节板翻转控制方法，电控装置将主动调节板的翻转角度调节至当次主动调节板翻转控制方法所计算出的最优翻转角度；

将默认角度和主动调节板翻转控制方法所计算出的最优翻转角度统一称为最优角度，前次最优角度下对应的主动调节板受到的物料冲击力为最小冲击力Fmin；

电控装置通过主动调节板上的压力传感器持续检测主动调节板所承受的实时物料冲击力Fss，Fss与Fmin的差值的绝对值为⊿F，当(⊿F/Fmin)≥0.05时，启动主动调节板翻转调节作业；

主动调节板翻转调节作业是：

电控装置按照公式三计算出主动调节板的最优翻转角度，通过控制上电动推杆的伸缩将主动调节板调节至最优翻转角度；

公式三：

find:α

min:F(α)

s.t.:v_1min≤v₁(α)≤v_1max

α_min≤α≤α_max

；

公式三以主动调节板的翻转角度α为设计变量，以冲击力F(α)最小为目标函数，以物料在溜槽出口处的运动速度v₁为约束条件，v₁由电控装置通过速度传感器获取；g₁(α)指大气颗粒物浓度指标PM2.5，g₂(α)指大气颗粒物浓度指标PM10，g₁(α)和g₂(α)均由所述PM传感器检测得到，对公式三的求解过程是：

第一是将翻转角度α在设计区间[α_min,α_max]离散成100个点，

第二是测量在100个离散点中任一个点所对应的翻转角度α下，测量物料在出料槽的下端开口处的运动速度即落料速度和大气颗粒物浓度，物料的落料速度和大气颗粒物浓度如果满足公式三中的约束条件，则当前设计变量α即为可行设计变量，否则为无效设计变量；

第三是通过主动调节板上的压力传感器测量每一个可行设计变量α所对应的主动调节板所承受的物料冲击力，选取物料冲击力最小的设计变量α作为主动调节板的最优翻转角度。

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