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激励频率自适应的采煤机状态压电俘能监测装置研究*

更新时间:2016-07-05

在煤矿技术逐渐发展的过程中人们对于煤矿井下设备运行可靠与稳定性重视度逐渐的提升,通过对计算机技术的应用研究了一些环境监控网络以及煤矿井下设备。作为煤矿井下开采的关键设备,需要通过对采煤机运行状态监测系统的应用来对其温度和实时震动等状态进行监测。

式(3)中:n为在tk时刻船舶i周围船舶的数量。假设第j条船距船舶i距离最近,那么在tk时刻距船舶i最近的船舶为

有线监测是目前大多数采煤机机载运行状态监测系统所采用的主要形式,数据通过总线形式来实现与远程监控采集中心的通信,然而由于采煤机需要往复在刮板运输机上运行,具有复杂和恶劣的工作条件,而且采煤机在工作时前后滚筒保持持续的转动,对于有线监测装置的使用、布置以及安装带来了一定的困难,所以需要深入的研究采煤机状态无线监测装置[1-2]

在电压自供电技术不断兴起和发展的过程中很多专家和学者深入的研究了在煤矿井下设备中对于压电自供电技术的应用方法:文献[3-4]设计了一种压电自供电装置能力采集电路,并将其应用到煤矿井下无线监测设备中;文献[5]以压电振动俘能为基础设计了一种自供电刮板输送机张力监测装置;文献[6]以采煤机销轴受力监测技术为基础设计了一种无线自供电监测系统;文献[7]以压电振动俘能技术为基础设计了一种采煤机滚筒扭矩监测系统,并对其进行了应用。

有段时间,如芸的工作中要用到一款编程软件,她作为一个文科生,看那玩意儿真是像天书,但这天大的难题到了元生手里,却是小菜一碟。她有了鬼主意,“要不,你帮我做吧。”他不为所动,“既然你工作中能用到,就得学会自己做。”在他的强制下,她还真的学会了软件的基础操作。

(2)上三叠统鄂拉山组(T3e)。分布于研究区西区中北部,岩性以凝灰熔岩和凝灰岩为主,偶见变粉砂岩,与花岗闪长岩接触带具强烈的绿帘石化。该地层为区内主要赋矿层位,尤其是与印支期第二期斜长花岗岩接触带形成矿体。

文献[8]设计了包含弹簧质量块系统、主悬臂梁、副悬臂梁在内的一种电俘能装置的拾振结构,3个子系统之间的耦合可以通过非线性磁力来实现,这种结构能够采集3个不同方向上的振动,由于耦合程度在3个子系统之间存在一定的差距,因此当频率和振幅发生变化时就会导致不同电压的产生。

3.3.2 加强融资渠道建设,形成多元化融资渠道。通过政策引导商业银行服务农村,完善农村金融服务网络,实现金融服务由镇乡向村的下沉延伸;鼓励商业银行、农合银行、信用社金融机构跨地区经营,形成竞争;降低农村金融市场的准入门槛,发展多元化的农村合作金融组织,吸纳民间资本进入农业合作金融领域;建立融资服务机构,通过股权交易平台等融资渠道建设,让更多资金进入农业金融投资领域,逐步形成多元化的融资渠道。

文献[9]对压电振动能量采集器进行了设计,通过对不对称质量块的应用这种采集器能够采集厚度和长度方向的振动,从实验结果中能够发现这种结构能够高效的采集二维方向的振动能量。

图1 机载运行状态采集装置基本结构

我国相关学者通过对振动能量多方向采集方法的应用,得到了一种包含一个立方体金属框架、一个质量金属块以及8个压电换能器在内的拾振器。其中环境振动变化不会影响压电换能器,对于不同的环境振动方向以及特性未知的条件能够快速的适应。

文献[10]将新型蒲公英状结构应用到了压电振动能量采集器中、主要包含多面球式支撑体、悬臂梁式换能结构以及基座,将悬臂梁式压电换能机构沿不同方向固定在多面支撑体上,当在这种机构上施加不同方向的激励以及振动时,对应方向布置的悬臂梁换能元件就会出现振动,多方向振动敏感性是其主要的特点。

由此,可得在外界环境激励作用下质量块的惯性力为:

以上研究在煤矿井下设备中应用了压电自供电技术,能够采用无线的方式监测采煤机的运行状态。当煤矿井下的设备不同,或者相同设备的不同工作部位会产生不同的振动梁,共振频率会受到压电振子几何参数的影响,进而对压电俘能装置的发电量产生一定的影响。因此本文为了适应不同外界激励频率,研究一种自适应外界激励频率的压电俘能装置,对其进行理论、仿真和实验研究,验证提出装置的可行性。

1 压电俘能无线监测装置

采煤机的实时温度以及振动状态信息可以利用采煤机运行状态监测装置进行监测。本文通过对ZigBee无线传感网络技术的应用来对采煤机状态无线监测装置进行研究,这种监测装置具有运行稳定可靠和成本低的优势,通过对监测分离方式以及状态采集模块的应用能够实现无线远程监测。

通过实验对所研究的自适应外界激励频率的压电俘能装置的性能进行分析,一方面验证理论分析和仿真结果的正确性,另一方面通过实际测试验证其在采煤机上进行自适应频率调节的可行性。

利用本文所研究的采集装置能够实时的采集采煤机的温度和振动等数据,布置在采煤机上的传感器能够保证数据的精确性,通过对主控芯片的使用能够实现数字信号和所采集数据之间的转换。利用无线传输模块可以将打包的数据传输到数据监测装置上。通过井下以太网数据监测装置能够向井上数据监控中心上传数据,进而达到实时监测采煤机运行状态的作用[11]

图1所示为采煤机的机载运行状态采集装置基本结构。

“阿斌”,竹韵推着龙斌一边走,一边兴奋地说,“我想去老家请个保姆来,有保姆侍候你我更加放心,也免得姐姐走上走下的。”

通过文献[12]的研究能够看出在进行正常工作时采煤机机身振动频率约为18.6 Hz、前后摇臂振动频率约为32.2 Hz、滚筒处振动频率约为51.6 Hz,因此并没有最优的压电单元结构几何参数,为了实现最大发电量和共振需要与环境振动频率相互匹配。

本文通过对单悬臂梁的应用,可以向压电材料中传导采煤机的振动能量。同时为了适应不同外界激励频率,研究一种自适应外界激励频率的压电俘能装置,基本结构如图2所示。

图2 激励频率自适应的压电俘能装置工作原理

2 压电结构振动发电机理分析

2.1 压电结构振动发电机理

采用单晶片悬臂梁压电振子结构设计一种压电俘能装置,图3所示为其简化模型。

图3 单晶片悬臂梁结构

在实践中,为了解决此种问题,就要完善上市公司信息披露的内容范围,要保障上市公司根据规定要求如实披露各项信息内容,让人们了解其存在的问题,公司也可以实现自我反省,找出在经营中存在的各种问题,及时完善、改正。要重视财务报表、审计会计信息与批准会计信息之间的协调性,保障公司信息披露则真实性与及时性,实现精细化的管理。上市公司在信息披露过程中会缺乏完善的报告规范内容,导致出现信息虚假披露问题,对此,在实 践中要制定严格的、规范的、标准的报告规范内容,进而保障工作的合理开展。

(1)

将弹性模量为110×109 N/m2的铜作为弹性层。压电层材料采用弹性模量为76.9×109 N/m2的PZT,相对介电常数为3 400,压电系数为6.5 C/m2[9]

uin=usinαsin(ωt)

(2)

综上所述,农业产业化扶贫工作系统性、任务艰巨,需要政府、社会、企业等多个方面进行协同攻坚。坚持市场导向、效益为中心,拓宽贫困人口增收致富渠道,化解当前难题。

F=msuin+muou

(3)

压电俘能装置的附加质量块由固定质量块m0和可动质量块m1组成。可动质量块的位置由微型电机驱动,能够沿压电俘能器的晶片纵向移动,从而改变附加质量块的重心位置。则改变位置后的附加质量块的重心位置为:

借助材料力学理论和压电学理论能够对在位移作用下压电振子产生的开路电压进行计算:

由机械系统动力学理论可以利用弹簧-质量-阻尼系统来对整个结构进行简化,式(1)所示为系统动力学微分方程为:

(4)

通过理论研究能够看出,压电俘能装置产生的开路电压以及固有频率会受到附加质量块、压电片厚度、宽度、长度的影响[13]。由于压电片长度、宽度、厚度不易实时调节,因此本文主要通过改变附加质量块重心位置的方法调节压电俘能装置的固有频率和产生的开路电压,研究一种自适应外界激励频率的压电俘能装置,以适应不同外界激励频率。

2.2 质量块位置调节装置理论分析

本文研究的质量块位置调节装置力学简化模型如图4所示。如果质量重心发生变化,与原系统相比,悬臂上的扭矩增加一倍。从而改变整个系统的有效弹性常数,实现调节压电俘能装置的固有频率和产生的开路电压。

图4 可变质量块位置调节装置力学简化模型

在外界环境激励作用下质量块的惯性力会弯曲悬臂梁,悬臂梁上压电片应力会发生变化,进而实现机械能和电能之间的转换。

商业贿赂犯罪具有隐蔽性的特点,行贿者、受贿者双方由于存在共同的利害关系,往往相互串通,相互包庇,侦查工作进行缓慢。加上我国目前侦查手段不完善,侦查方式相对单一,因此采用一定的侦查技术是打击商业贿赂的迫切要求。

l=(m0l0+m1l1)/MM=m0+m1 >

(5)

在附加质量块重心位置改变后,压电俘能装置悬臂晶片的挠度为[14]:

(6)

3 压电结构振动发电仿真研究

使用ABAQUS有限元分析软件建立压电俘能装置的有限元分析模型,弹性层的弹性模量设置为110×109 N/m2,泊松比为0.45,密度为8 230 kg/m3。压电层的弹性模量设置为76.9×109 N/m2,密度为7 500 kg/m3,泊松比为0.32。有限元节点类型设置为C3D10。分析质量块在不同位置时,压电俘能装置的固有频率变化,如图5所示。

相关的非题画诗,情境复杂,或是游盘山,或是游崇效寺,或是寄与智朴,或与朋友同辈探讨等等。 而提及对画隐旨的思考,除题画诗所涉外,还有一些新的内容。

图5 压电俘能装置固有频率仿真分析

4 实验研究

易非躺在飘着雪花的非易阁里,睁眼看着窗外,有雪花映照,并不算太黑,还能朦朦胧胧看得见从天而降的飞舞着的雪花。这飘忽而至的冬天的精灵啊,你是那么轻快、洒脱、自由,可惜我不能。

图6 实验室测试系统

实验室条件下的测量系统如图6所示。使用北京科尚仪器公司的KSI-758PA100功率放大器和MS20模态激振器作为压电俘能装置的外界激励源,通过调节功率放大器的输出电流改变压电俘能装置的外界激励的频率。采用澄科 CT1005LC ICP振动传感器测量压电俘能装置的振动量,通过CT5204恒流适配器和美国NI6009 动态信号测试仪读取压电俘能装置的振动量信号。采用UTD2102cex示波器对压电自供电装置的输出电压进行监测。

式中:质量块振动相对位移用uou表示;悬臂梁在环境激励下振动位移用uin表示:

使用调节电机调整质量块从而移动压电俘能器悬臂梁的重心位置,再通过模态激振器对压电俘能器施加激励,记录发电量最大时的激励频率,则认为此时的激励频率为共振频率,如图7所示。本文研究的自适应外界激励频率的压电俘能装置的频率变化范围为7赫兹到55 Hz。通过文献的研究能够看出在进行正常工作时采煤机机身振动频率约为18.6 Hz、前后摇臂振动频率约为32.2 Hz、滚筒处振动频率约为51.6 Hz。可见,本文研究的压电俘能器能够满足采煤机工作监测装置的需求。

图7 共振频率随可动质量块移动位置变化

使用调节电机调整质量块从而移动压电俘能器悬臂梁的重心位置,再通过模态激振器对压电俘能器施加激励,记录不同激励频率下压电俘能器的振幅,如图8所示。

图8 不同激励频率、不同质量块位移的发电量

可以看出,随着压电俘能器悬臂梁重心的变化,压电俘能装置发电量最大值对应的激励频率逐渐增加。

通过分析在采煤机振动特性方面相关专家的研究,并根据发电量所受压电结构参数的影响,可以制作相应的压电自供电无线监测装置测量采煤机振动量。将本文研究的自适应外界激励频率的压电俘能安装于采煤机试验台中,通过测试得到采煤机运行作时压电俘能器输出功率及可动质量块的位移如图9所示。

图9 压电俘能器输出功率及可动质量块的位移

使用常规监测装置安装于采煤机相同位置,与压电俘能器供电的无线监测装置同时进行采煤机的状态监测,能够得到相同的结果。通过本文研究的自适应外界激励频率的可变质量块位置调节装置,使得安装于采煤机各处的压电俘能装置输出功率在300 mW左右。说明本文研究的自适应外界激励频率的可变质量块位置调节装置能够适应采煤机工作时不同位置的适应不同外界激励频率,保持对监测装置稳定供电。

5 结论

为了使压电俘能装置能够根据不同外界激励频率进行自适应调节,研究一种具有质量块位置调节装置的压电俘能装置。对其进行理论、仿真和实验研究。

①随着压电俘能装置悬臂梁重心的变化,压电俘能装置的固有频率不断变化,利用这一特征可实现压电俘能装置在不同外界激励下仍保持最大发电量。

②研究的压电俘能装置能够适应7 Hz~55 Hz的激励频率。

③自适应外界激励频率的压电俘能装置能够对采煤机工作时不同位置的激励频率进行自适应调节,保持对监测装置稳定供电。

近年来,校园欺凌事件层出不穷,严重损害了中小学生的身心健康,也造成了恶劣的社会影响。农村地区乡镇初中是校园欺凌事件的高发地。农村初中生群体多为留守青少年,家庭教育缺失、农村地区社会环境杂乱、学校及教师管理方法落后等因素都极易导致校园欺凌事件的发生。本文对江苏省S县的五所乡镇初中的学生进行调查,分析当前校园欺凌的现状,并提出相应的对策,以期进一步推动校园欺凌治理工作。

参考文献:

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师建国,高广财,滕睿
《传感技术学报》 2018年第5期
《传感技术学报》2018年第5期文献

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