[发明专利]一种基于区间分析确定梭车结构参数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及梭车结构优化设计方法领域，特别涉及一种基于区间分析确定梭车结构参数的方法。

背景技术

梭式矿车简称为梭车，梭车是矿山掘进过程中一种具有运输、转载、卸载物料的大型矿车。梭车主要由前后车体组成的车箱、电机以及刮板运输机组成的动力传动装置、转向架以及牵引杆组成的转向装置等组成，刮板运输机安装在箱体底板上，驱动装置安装在车箱下部。梭车运输和卸载物料主要是通过安装在车箱底部的刮板运输机完成的。其主要工作流程是通过装岩机把矿石装入梭车的装载端，然后通过电机驱动安装有刮板的链条运行从而带动矿石向车箱尾部运行，当全车装满矿岩后，关闭电机。通过机车把梭车牵引到需要卸载的位置，然后开启刮板运输机，通过刮板运行把矿石从梭车的卸载端卸入矸石仓或者溜井中，完成矿石的卸载。

刮板运输机构作为梭车重要组成部分，由于其在运输物料时，物料的高度远远高于刮板的高度，可以把其运输过程看作高物料运输。与普通的刮板运输机运输过程不一样，梭车刮板运输机除了物料与底面有相对运动外，还要考虑物料与车箱两侧的相对运动。梭车刮板运输机在运行过程中需要克服车箱底板以及车箱两侧对物料的摩擦力，又因为梭车刮板运输机运输物料属于松散体，所以在运输的过程中，需要保证物料与刮板不会产生相互错动，避免分层现象发生。所以梭车刮板运输机的工作原理为车箱底面物料的内摩擦力大于车箱两侧对物料的摩擦力。这点也是保证物料正常运输的必要条件，这也在一定程度上限制了梭车车箱的高度。

为了降低梭车运行过程中能耗高的问题，需要对梭车进行基于功率最小化的结构参数优化设计。通常以梭车车箱高、宽和刮板的间距以及物料运输速度等参数为设计变量，在满足梭车正常运输条件、保证运输量不减少的基础上建立了以电机功率为目标函数的优化设计模型。在此优化设计模型中假设物料的密度，物料对车箱侧壁的侧压力系数，梭车刮板运输机刮板运输运行阻力系数，物料与梭车车箱底扳、侧壁间的阻力系数等不可控参数为确定性的数值。通过求解以上优化设计模型，可以得到一组包含梭车车箱高、宽和刮板的间距以及物料运输速度等参数的设计参数向量，使得梭车电机功率在此确定性优化设计模型意义下最小化。

然而在实际工程中，由于系统的复杂性、机械加工误差、测量的不准确性等原因，物料的密度，物料对车箱侧壁的侧压力系数，梭车刮板运输机刮板运输运行阻力系数，物料与梭车车箱底扳、侧壁间的阻力系数等不可控参数存在不同程度的不确定性。这些不确定性会导致与电机的功率小于实际所需最小功率，造成系统启动难、载荷不均匀、系统负担过重、闷车等现象。另外，如果车辆所载物料在料斗内长时间放置将会造成物料板结，这样更会造成卸载卡阻等一些困难，增加刮板链的牵引负荷。

发明内容

针对上述技术不足，本发明提供一种基于区间分析的梭车结构优化设计方法，考虑了梭车优化设计建模中一些不可控制参数的不确定性对目标函数以及约束条件的影响。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

1)根据梭车结构确定目标函数；

2)确定梭车结构优化的设计变量；

3)确定梭车结构优化的约束函数；

4)确定梭车结构不确定参数及其区间范围；

5)根据目标函数、设计变量、约束函数以及不确定参数形成考虑区间结构参数的梭车结构优化列式；

6)对梭车结构优化列式进行求解得到梭车结构的设计变量。

所述步骤1)中目标函数为：

其中，f₂为物料与梭车车箱底扳、侧壁间的综合阻力系数，q₁为梭车刮板运输机单位长度链条重力，q₂为梭车刮板运输机单位长度刮板重力，f₀为梭车刮板运输机刮板运输运行阻力系数，L为梭车刮板运输机驱动轮与从动轮的中心距，β为铺设倾角，f₁为与运输物料内摩擦角和刮板链速有关的侧压系数，P为梭车所需电机功率；f₃为附加阻力系数；η为梭车效率，v为刮板链速；W为刮板运输机总牵引力；γ为物料单位体积的重力；

其中，A为梭车车箱槽体内物料断面面积，B₁表示梭车车箱底端宽度，H₁表示梭车车箱底端高度，B表示梭车车箱宽度，H₂表示梭车车箱过渡段高度，H表示梭车车箱高，φ₁表示物料的动堆积角；t为刮板间距；梭车刮板运输机单位长度物料的重力其中，为满载系数，ρ为物料密度，g为重力加速度。