CN113955512A - 一种用作斗轮式取料机取料流量预估和恒流量控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用作斗轮式取料机取料流量预估和恒流量控制的方法，激光扫描仪实时扫描斗轮悬臂回转方向上料堆的轮廓并生成轮廓曲线；然后根据斗轮机机械参数实时计算斗轮斗齿刮料的圆弧曲线；再将料堆的轮廓曲线和斗轮斗齿刮料的圆弧曲线在转换到同一个直角坐标系中，计算两条曲线的重合面积；融合预设的取料流量、料种的密度以及悬臂回转角度等参数，计算出悬臂的回转角速度，对当前回转角速度进行调节。本发明能够对回转速度进行提前调整，调节更高效稳定，不存在滞后性。同时还可以通过横截面积的大小，判断斗轮悬臂回转是否到达料堆边界，避免空转。

Description

一种用作斗轮式取料机取料流量预估和恒流量控制的方法

技术领域：

本发明涉及一种用作斗轮式取料机取料流量预估和恒流量控制的方法，属于冶金和电力行业原料堆取料机自动控制领域。

背景技术：

当前我国冶金、电力行业需要存储和运输大量矿石、煤等物料，在原料场中，斗轮式取料机是将矿石、煤等重要原料堆取到皮带机上运送到下游烧结系统的重要设备。通常情况下，由操作工在现场司机室进行斗轮取料的手动操作，但料场中充满料渣等粉尘原料，工作环境差，严重影响工人身体健康，同时人工取料受人为因素，流量不稳定，并存在流量超限导致的运行不稳定、影响机械使用寿命。因此，斗轮式取料机无人化控制系统，进行恒流量取料的功能是十分必要的。

现有的斗轮式取料机恒流量控制方法还存在几个问题：

1、在取料过程中，存在由于塌料和堆料不均导致取料横截面不规则，则匀速的回转取料会导致流量不稳定；

2、通过斗轮电流和皮带秤瞬时流量进行反馈调节，存在调节的滞后性，往往已经发生了流量超限导致了故障，转速的调节还没有生效。

发明内容：

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种用作斗轮式取料机取料流量预估和恒流量控制的方法。本发明根据激光扫描仪实时检测斗轮待取料路径上料堆的轮廓，结合斗轮取料机的机械参数实时计算斗轮斗齿刮料的轮廓，再通过预设流量、回转角度以及料种密度计算出悬臂回转的角速度并对其进行调节，从而实现了对取料流量的控制，保证了斗轮式取料机的恒流量作业过程,解决了利用皮带秤流量和斗轮电流进行流量调节滞后性的弊端。

本发明所采用的技术方案有：

一种用作斗轮式取料机取料流量预估和恒流量控制的方法，包括以下步骤：

S1.使用激光扫描仪实时获取斗轮悬臂回转路径上料堆的轮廓曲线；

S2.根据斗轮取料机机械参数和运动姿态参数，计算斗轮的斗齿在回转角度θ时，斗轮斗齿旋转刮料的曲线；

S3.进行数据重建，将料堆轮廓曲线与斗轮斗齿旋转刮料曲线对应的斗轮刮料曲线建立在同一个直角坐标系中，计算料堆轮廓曲线与斗轮刮料曲线的重合面积，即斗轮将刮取料堆的横截面积；

S4.根据预设的取料流量与料种的密度，结合S3中计算的斗轮将刮取料的横截面积，计算斗轮悬臂回转角速度：

其中，V为斗轮悬臂在回转角度θ时的角速度，B为预设的取料流量，A为S3中计算的斗轮将刮取料堆的横截面积，L为斗轮圆心到斗轮悬臂回转轴心的距离，ρ为料种的密度；

S5.将S4计算的斗轮悬臂回转角速度发送给控制PLC，通过调节斗轮取料机的变频器频率参数，从而调节斗轮悬臂的回转速度，达到恒流量取料的效果。

进一步地，S1中利用激光扫描仪获取斗轮悬臂回转路径上料堆的轮廓曲线的过程为：

根据激光扫描仪的激光束距离信息和角度信息，通过极坐标转化，将料堆的轮廓信息建立到以激光扫描仪激光发射源点为原点的直角坐标系中；

根据激光扫描仪的安装位置，计算激光扫描仪和斗轮悬臂回转角度的偏差，从而计算当前扫描的料堆轮廓对应的斗轮悬臂回转角度。

进一步地，S2中计算斗轮的斗齿在回转角度θ时，计算斗轮斗齿旋转刮料曲线的过程为：

根据斗轮圆心与激光扫描仪源点在水平和竖直方向上的距离偏差，将斗轮斗齿旋转划过的圆弧建立在所述直角坐标系中。

进一步地，S2中斗轮取料机的机械参数包括：斗轮的半径、激光扫描仪源点与斗轮圆心水平距离和竖直距离、斗轮圆心距离俯仰轴心的轴向长度、斗轮圆心相对俯仰轴心的竖直距离、俯仰轴心相对于地平面的高度；

斗轮取料机的运动姿态参数包括：悬臂的俯仰角度、悬臂的回转角度。

本发明具有如下有益效果：

本发明通过计算由激光扫描仪扫描重建取料路径上的料堆轮廓与斗轮斗齿旋转划过的圆重合部分面积，再通过预设的取料流量、料种密度、机械参数等计算斗轮悬臂具体回转角度下的回转角速度，达到恒流量控制。该种恒流量控制方法能够对回转速度进行提前调整，调节更高效稳定，不存在滞后性。同时还可以通过横截面积的大小，判断斗轮悬臂回转是否到达料堆边界，避免空转。

附图说明：

图1为本发明流程图。

图2为料堆轮廓和斗轮斗齿旋转划过的圆的数据示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1和图2，本发明一种用作斗轮式取料机取料流量预估和恒流量控制的方法，包括如下步骤：

1)在斗轮悬臂两侧(斗轮后侧)安装检修平台，在检修平台上树立支架，将型号为LMS511的激光扫描仪水平安装在支架上，激光扫描仪的扫描方向为水平朝下，扫描轨迹在地面的投影与悬臂投影平行；

2)将斗轮悬臂俯仰角度处于水平位置，进行参数测量，分别测量左侧和右侧激光扫描仪扫描源点到斗轮圆心处沿悬臂轴向的水平距离和垂直距离h；

3)将激光扫描仪和斗轮机上的机载工控机相连，用于激光扫描仪数据采集；

4)在实际取料过程中，使用激光扫描仪扫描斗轮回转路径上料堆的轮廓曲线，记录激光扫描仪角度数据和对应的距离数据；

5)根据步骤4)中记录的激光扫描仪角度数据和对应的距离数据，通过极坐标的转化，将扫描的料堆轮廓还原成以激光源点为坐标原点的直角坐标系中；

6)通过步骤2)中测量的水平距离和垂直距离h，在以激光源点为坐标原点的直角坐标系中，计算出斗轮斗齿轮廓的圆弧坐标；

7)利用步骤5)和步骤6)中计算的两条曲线的坐标，计算出两条曲线重合部分的面积，若重合部分面积为零，则表示斗轮在回转路径上取不到料；

8)步骤7)中计算出的重合面积即为斗轮在回转路径上即将取料的横截面积；

9)根据预设的取料流量、料种的密度，结合步骤7)中计算的取料横截面积，计算斗轮悬臂回转角速度；

其中，V为斗轮悬臂在回转角度θ时的角速度(°/h)，B为预设的取料流量(t/h)，A为7中计算的取料横截面积(㎡)，L为斗轮圆心到悬臂回转轴心的距离(m)，ρ为料种的密度(t/m³)；

10)将步骤9)中计算的回转角速度发送给控制PLC，通过调节变频器频率参数，从而调节回转速度，达到恒流量取料的效果；

11)使用斗轮悬臂回转路径两侧的料位检测面积，通过判断持续一段时间的料位是否达到取料的标准，判断取料是否到边界，自动控制悬臂回转。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用作斗轮式取料机取料流量预估和恒流量控制的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.使用激光扫描仪实时获取斗轮悬臂回转路径上料堆的轮廓曲线；

S2.根据斗轮取料机机械参数和运动姿态参数，计算斗轮的斗齿在回转角度θ时，斗轮斗齿旋转刮料的曲线；

S3.进行数据重建，将料堆轮廓曲线与斗轮斗齿旋转刮料曲线对应的斗轮刮料曲线建立在同一个直角坐标系中，计算料堆轮廓曲线与斗轮刮料曲线的重合面积，即斗轮将刮取料堆的横截面积；

S4.根据预设的取料流量与料种的密度，结合S3中计算的斗轮将刮取料的横截面积，计算斗轮悬臂回转角速度：

其中，V为斗轮悬臂在回转角度θ时的角速度，B为预设的取料流量，A为S3中计算的斗轮将刮取料堆的横截面积，L为斗轮圆心到斗轮悬臂回转轴心的距离，ρ为料种的密度；

S5.将S4计算的斗轮悬臂回转角速度发送给控制PLC，通过调节斗轮取料机的变频器频率参数，从而调节斗轮悬臂的回转速度，达到恒流量取料的效果。

2.如权利要求1所述的用作斗轮式取料机取料流量预估和恒流量控制的方法，其特征在于：S1中利用激光扫描仪获取斗轮悬臂回转路径上料堆的轮廓曲线的过程为：

根据激光扫描仪的激光束距离信息和角度信息，通过极坐标转化，将料堆的轮廓信息建立到以激光扫描仪激光发射源点为原点的直角坐标系中；

根据激光扫描仪的安装位置，计算激光扫描仪和斗轮悬臂回转角度的偏差，从而计算当前扫描的料堆轮廓对应的斗轮悬臂回转角度。

3.如权利要求2所述的用作斗轮式取料机取料流量预估和恒流量控制的方法，其特征在于：S2中计算斗轮的斗齿在回转角度θ时，计算斗轮斗齿旋转刮料曲线的过程为：

根据斗轮圆心与激光扫描仪源点在水平和竖直方向上的距离偏差，将斗轮斗齿旋转划过的圆弧建立在所述直角坐标系中。

4.如权利要求1所述的用作斗轮式取料机取料流量预估和恒流量控制的方法，其特征在于：S2中斗轮取料机的机械参数包括：斗轮的半径、激光扫描仪源点与斗轮圆心水平距离和竖直距离、斗轮圆心距离俯仰轴心的轴向长度、斗轮圆心相对俯仰轴心的竖直距离、俯仰轴心相对于地平面的高度；

斗轮取料机的运动姿态参数包括：悬臂的俯仰角度、悬臂的回转角度。

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