DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 4. 系统方案分析 4.1. 设计思路 工艺方面测算依据：建筑面积10万平米，建筑为六层居民楼，末端采用暖气片，非节能建筑，每平米按60瓦计算热量 [ 5 ]，机房设置在垃圾发电厂内，电厂距离小区1.3公里，拟利用电厂余热源循环水进行供暖，余热源循环水入口温度35℃左右，蒸汽0.5~0.8 Mpa，不太稳定，温度260度，利用热泵机组提取热网水余热，供给用户60℃以上热水进行冬季供暖。 4.2. 设计工况及系统选型 基于测算数据及当地气候条件，在保证使用效果及投资最优化的前提下：热负荷为6000 KW，总制热量：6000 KW。根据热负荷需求，采用热泵机组。 4.2.1. 吸收式热泵机组设计工况 1) 供暖水侧(冷凝器)：进水温度45℃，出水温度60℃，水流量345 m 3 /h。 2) 热源水侧(蒸发器)：进水温度为35℃，出水温度为30℃，水流量605 m 3 /h。 3) 机组参数：单台制热量：6000 kW/台，蒸汽消耗量：3666 kg/h。 完全满足60/45℃制热量6000 kw的设计要求。 4.2.2. 配套设备 1) 供暖侧循环水泵：设置2台变频循环泵(一用一备)为吸收式机组和小区循环提供循环动力，水泵采用变频并根据对应主机的降载数据、供回水压差和进、出水温度进行变频调节。 供热循环水量：G = 345 m 3 /h 单台泵流量：G = 345 m 3 /h，扬程H = 38 m，功率N = 55 kw (暂定) 2) 补水水泵：设置两台补水泵(一用一备)为系统补水。 补水水量：G = 11.7 m 3 /h 单台泵流量：G = 11.7 m 3 /h，扬程H = 44 m，功率N = 4 kw (暂定) 3) 全程综合水处理器：设置全程综合水处理器一台为系统补水。全程综合水处理器是通过活性铁质滤膜，机械变径孔阻挡及电晕效应场高频电磁场四位一体的综合过滤体，吸附在实际运行工况下各种水系统已形成的硬度物质及复合垢，降低其浓度，达到控制污垢及大部分硬度垢的目的。 4.3. 系统图和流程图 系统图如图1所示： 图1. 吸收式热泵余热利用系统图 项目流程简图如图2所示： 图2. 流程简图 4.4. 系统流程概述 4.4.1. 蒸汽和疏水 驱动蒸汽取自垃圾发电厂采暖抽汽经减温器提供，调节系统由热泵系统配套蒸汽调节阀控制；在热泵内部进行热交换后，蒸汽凝结水输送至疏水箱中，然后经疏水泵送回到原凝水系统中。 驱动蒸汽到机组为260℃过热蒸汽，需经过减温装置降至饱和蒸汽或微过热蒸汽，过热度不超过10℃。减温水取自热泵机组蒸汽凝结水系统，运行初期需对疏水系统的水箱中注入除盐水，以满足机组启动运行； 疏水装置采用集成采购产品，装置包括疏水泵、疏水水箱、管道和相关电器仪表，由配电室提供供电，疏水送至电厂凝水回收系统。 热泵设备自带凝水回收热交换器，使蒸汽凝水温度出口为90℃。若凝水可以直接打回除氧器，可不配置凝水回收热交换器，凝水温度为对应蒸汽饱和温度。本方案按90℃考虑。 当热网水或热源水中断，自动连锁关闭热泵蒸汽进汽阀，热泵系统自动退出运行。 4.4.2. 热网水管路系统 在热网回水母管开口，引出管路至热泵机房进入1台热泵机组，并在管路上设置电动阀，用于切断热泵系统热网水，回到原系统，由于电厂距离供热小区为1公里，管路在地下并且有保温装置，热量损失忽略不计。 4.4.3. 循环水管路系统 原有双曲线冷却塔冷却水(热泵循环水)总管上，进行管路改造，增加旁通管路旁通所需冷却水至热泵机组，经热泵机组降温后，进入冷却塔塔盆或部分上塔继续降温，部分进入塔盆(根据冷却水温度情况确定)。 4.5. 两种热泵设备性能参数 热泵既可以采用电驱动形式，也可以采用蒸汽驱动形式，两种形式原理类似，只是驱动能源不同 [ 6 ]。见表2和表3。 Table 2 Absorption unit performance parameter 项目 单位 规格 设备机型 - - 台数 - 1 放置场所/防爆类型 - 室内/非防爆 制热量 MW 6.0 热源水 进出口温度 ˚C 35 → 30 流量 m 3 /h 605 水压损失 mH 2 O 3.6 水室承压 MPaG 1 热水 进出口温度 ˚C 45 → 60 流量 m 3 /h 345 水压损失 mH 2 O 4.3 水室承压 MPaG 1 蒸汽 客户供给压力 MPaG 0.40 蒸汽消耗量 kg/h 3666 表2. 吸收式机组性能参数表 注：1. 热源水侧污垢系数：0.0001 m 2 h˚C/kcal (0.086 m 2 k/kw)，热水侧污垢系数：0.0001 m 2 h˚C/kcal (0.086 m 2 k/kw)，蒸汽过热度 ≤ 10℃；2. 热源水最低出口温度5℃，热水入口温度最低15℃；3. 标准情况下的制热量调节范围为20%~100%；4. 热源水、热水水质执行GB/T18431-2014水质基准，供给蒸汽的水质执行GB/T 1576-2008水质基准。 Table 3 Centrifugal chiller performance parameter 项目 单位 采暖 型号 - RTGC15ACCCAD59 设置条件 - 室内非防爆 采暖量 kW 6000 满负荷COP kW/kW 5.466 制冷剂 - R134a 机组能量调节范围 % 20~100 蒸发器 种类 - 满液式 进出口温度 ˚C 30~20 流量 m 3 /h 423.3 水侧压力损失 kPa 101 流程 - 3 进出口管径 mm DN300 冷凝器 种类 - 壳管式 进出口温度 ˚C 45~60 流量 m 3 /h 348.9 水压损失 kPa 52 流程 - 3 进出口管径 mm DN300 电动机 输入功率 kW 1097.8 电压 × 频率 V/Hz 10 kv/50 启动方式 - 直接启动 单台外形尺寸 (长 × 宽 × 高) mm 5300 × 3280 × 3240 搬运重量 kg 20883 概略运转重量 kg 23750 表3. 离心式冷水机组性能参数表 注：1. 标准产品的水侧承压为1.0 MPa，请确保冷水及冷却水流量为规定的流量。2. 蒸发器水侧污垢系数为0.018 m 2 ∙K/kW。冷凝器水侧污垢系数为0.044 m 2 ∙K/kW。
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user: 5. 经济效益分析 5.1. 投资估算 5.1.1. 热泵投资估算 方案一：采用吸收式热泵投资估算。见下表4。 5.1.2. 管网投资估算 采用水源热泵技术，设计供热能力20万平米，近期按供热能力10万平米建设水源热泵机组，实现低温循环水供热，主管网管径DN350长约500米，DN300长约800米，管网敷设至小区院墙处，管网投资约254万元。 Table 4 Investment estimation table of absorption heat pump uni 序号 设备名称 型号 数量 单价 合计 备注 1 吸收式热泵机组 RHP060M 1台 220 220 2 冷冻水循环泵 KQL200/345-55/4 G = 346 m 3 /h H = 38 m N = 55 KW 2台 2.59 5.18 两用一备 3 补水泵 KQL50/185-4/2 G = 11.7 m 3 /h H = 44 m N = 4 KW 2台 0.39 0.78 两用一备 4 全自动补水定压装置 NZGP-101.0 mpa 1套 1.23 1.23 5 补水水箱 2000 * 2000 * 2000 1套 1.52 1.52 6 全程水处理 QWQC-500-B 1套 1.32 1.32 7 水泵变频柜 PLC集中智能控制 1套 2.73 2.73 ABB 8 系统配电控制柜 KZG-100 kw 1套 0.85 0.85 9 彩钢机房 100 m 2 1项 0.045 4.5 含地面 10 机房安装部分 机房内配电、材料、人工等 1项 18.6 18.6 合计 256.71 表4. 吸收式热泵机组投资估算表(单位：万元) 注：不含外网建设部分。 方案二：采用离心式热泵设备估算。见下表5。 Table 5 Centrifugal heat pump investment estimatio 序号 设备名称 型号 数量 单价 合计 备注 1 离心式热泵机组 RTGC15ACCCAD5 1台 232 232 2 冷冻水循环泵 KQL200/345-55/4 G = 346 m 3 /h H = 38 m N = 55 KW 2台 2.59 5.18 两用一备 3 补水泵 KQL50/185-4/2 G = 11.7 m 3 /h， H = 44 m N = 4 KW 2台 0.39 0.78 两用一备 4 全自动补水定压装置 NZGP-101.0 mpa 1套 1.23 1.23 5 补水水箱 2000 * 2000 * 2000 1套 1.52 1.52 6 全程水处理 QWQC-500-B 1套 1.32 1.32 7 水泵变频柜 PLC集中智能控制 1套 2.73 2.73 ABB 8 系统配电控制柜 KZG-1152 kw 1套 10.37 10.37 9 彩钢机房 100 m 2 1项 0.045 4.5 含地面 10 机房安装部分 机房内配电、材料、人工等 1项 27.5 27.5 11 合计 287.13万元 表5. 离心式热泵投资估算表(单位：万元) 注：1. 不含外网部分；2. 采用的离心机组为10kv高电压机组，不需要再增加变压器费用。不含高压电的主电缆费用。 5.2. 系统运行费用测算 运行方案应该充分考虑节省投资和保障该项目采暖运行过程的要求。热泵机组按照设计进行装配，具体参数如下： 5.2.1. 计算依据 1) 运行时间：冬季供暖130天，每天运行16小时； 2) 年运行系数：0.7 (查《实用供热空调设计手册》在一年中由于室外温度及气候条件的阶段性变化，末端系统负荷随之调节变化)； 3) 同时使用率(冬季)：0.79； 4) 离心式热泵机组的输入功率为1097.87 kw，电价：0.65元/kw； 5) 吸收式热泵机组蒸汽的消耗量为3.666 t/h，蒸汽价格：120元/t； 6) 计算公式：运行费用 = 额定功率(耗气量) × 设备运行台数 × 每天运行时间 × 运行天数 × 全年平均负荷系数 × 开机系数 × 电价(蒸汽价)。 5.2.2. 运行费用测算 方案一：吸收式热泵机组冬季供暖费用 1台 × 3.666 t/h × 16小时 × 130天 × 0.7 × 120元/t = 64万元； 方案二：离心式热泵机组冬季供暖费用 1台 × 1097.87 kw × 16小时 × 130天 × 0.7 × 0.65元/kw = 103.9万元； 通过两种方案运行成本对比分析，吸收式热泵运行成本远远低于离心式热泵机组，因此，采用吸收式热泵机组进行余热供热。 5.2.3. 运行效益分析 按临沂市供热收费标准，供暖价格居民为23元/平米(按套内建筑面积计算)，则，一个采暖季10万平米居民小区供暖率按70%估算可收取热费：23元/平米 × 10万平米 × 0.7 × 0.85 = 136.85万元 年折旧费用(256.71 + 254)/15 = 34万元(15年折旧) 一个采暖季利用吸收式热泵机组进行余热供热经济效益为136.85 − 64 − 34 = 38.85万元 综上，垃圾焚烧发电厂采用溴化锂吸收式热泵进行余热供热较为经济。主要优点是：溴化锂吸收式热泵机组不消耗电能，安装简单，造价相对离心机组要节省，具有运行稳定，故障率低，维护费用低等优点。
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user: 6. 结论 该案例是基于垃圾焚烧发电厂热源供热挖潜的实际应用，采用吸收式热泵回收电厂冷却循环水释放到冷却水塔的热量，将这部分余热通过吸收式热泵加以利用，降低了热电厂能源消耗，提高电厂热效率，合理利用了能源，而且还能减少冷却水塔由于蒸发、风吹等带来的水损失，减少水资源浪费。 从能源综合利用和节能环保的层面上来讲，充分利用余热供热是非常必要的。我国发改委、住建部[ 2015 ] 2491号《余热暖民工程实施方案》也明确提出实施余热暖民，可降低供热成本，提高能源利用率，减少煤炭消耗和污染物排放，是重要的民生工程 [ 6 ]。该案例符合《临沂市冬季清洁取暖专项规划(2018~2022)》规划思路：保持现有热源规模，充分挖掘供热潜力，在不增容基础上扩大供热范围。
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user: 摘 要 随着钢铁行业中高附加值钢种产量的不断提高，如何通过过程控制模型，在线优化控制投入合金种类及数量，在保证钢水质量的同时最大限度地降低合金钢的生产成本是各大钢铁企业提高竞争力所要解决的重要问题。首先进行数据预处理，利用距离反比加权算法和拉依达准则对数据插补和剔除，得出计算合金元素收得率的公式，计算出C收得率为80%~100%，Mn的收得率为85%~100%；对七个自变量进行灰色关联度分析，得出影响C、Mn收得率主要影响因素为转炉终点温度和转炉终点C。建立合金最小成本控制模型，求解得到1吨HRB400B的钢产品最低成本为18359.81元，最优配料方案为：2.121988吨的锰硅合金FeMn68Si18 (合格块)、0.1708846吨的硅铁(合格块)和0.01吨的硅钙碳脱氧剂。 关键词 :收得率，线性规划，灰色关联度，距离反比加权，拉依达准则 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着计算机技术的发展，国外早已研究出以合金收得率预测及成本优化算法为主体的自动配料模型，该模型可实现自动脱氧合金化的目的。目前，国内部分车间引进这一技术并成功应用于生产，但总体上，与国际先进国家相比仍有较大差距。对于不同的钢种在熔炼结束时，需加入不同量不同种类的合金，以使其所含合金元素达标，最终使得成品钢在某些物理性能上达到特定要求。 首先进行数据预处理，利用距离反比加权算法和拉依达准则对数据插补和剔除；通过查阅文献，得出计算合金元素收得率的公式，计算出C收得率为80%~100%，Mn的收得率为85%~100%；然后，将不同变量数据归一化，对炉终点温度、转炉终点C、转炉终点Mn、炉终点S、转炉终点P、转炉终点Si、钢水净重七个自变量做主成分因子进行分析；最后，根据求得的相关性矩阵得出影响C、Mn收得率主要影响因素为转炉终点温度和转炉终点C。首先对大量数据进行预处理，在计算出收得率后，通过建立线性规划模型，使钢水脱氧合金化成本达到最低，并给出合金配料方案。选择线性规划作为计算合金投放量的关键算法，以最低成本作为目标函数，14种合金投入量作为自变量；然后根据国家标准的内控区间列出约束条件，求解得到1吨HRB400B的钢产品的最低成本，并得出最优配料方案 [ 1 ]。
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user: 2. 数据预处理 在钢水脱氧合金化过程中，脱氧是为了将氧含量脱除到钢种要求的范围之内，减少钢中非金属杂质含量，排除脱氧产物，并改善钢中非金属杂质的分布形态。合金化就是在出钢过程中，向钢水中加入一种或几种合金元素，使其达到成品钢的要求 [ 2 ]。事实上，一般来说脱氧和合金化是同时进行的，因为加入的合金种类冗杂，必须考虑每种合金钢带进的合金元素。 钢号为HRB400B的合金元素含量的国家标准值，并且合金钢号为HRB400B在表格中所占比例超过90%，因此，首先通过初步筛选，确定本文的研究对象就为钢号为HRB400B的合金；接着利用SPSS对各个变量的数据进行描述统计，发现数据组均接近于正态分布；由于附件所提供的数据有异常值和缺失值，根据距离反比加权算法对缺失值进行插补，并借助MATLAB软件首先建立3σ模型，将异常值剔除。 制作的思维导图如图1： 图1. 数据预处理思路图 2.1. 距离反比加权插值法 距离反比加权插值算法：将未知点值表示为其周围已知点的加权值之和，权系数与到各已知点的距离成反比，算法简单、效率高，但容易在极点处出现“牛眼”现象。 采用距离反比加权插值法对缺失值进行填补，更大程度上保留了各变量的特性，具体计算过程如下： 设每组数据之间的距离为1，权重计算公式如下： W i = h i − 1 ∑ j = 1 n h j − 1 (1) 距离计算公式： h i = ( x − x i ) 2 (2) 填充计算公式： Z 填 充 = ∑ i = 1 n z i ω i (3) 2.2. 拉依达准则 拉依达准则指的是先假设检测数据只含有随机误差，对其计算得到标准差，按一定概率确定一个区间，超过这一区间的误差，就属于粗大误差，即异常数据，应当被剔除。它是处理异常数据用的次数最多的方法，特别地，当测量数据次数越多，可靠性越强。使用这一准则的前提条件所处理的样本数据服从或近似正态分布。 利用SPSS对附件一的数据以转炉温度为例进行描述统计，结果恰好是数据近似为正态分布，所以针对本题拉依达准则适用。计算原理： 若测量值与平均值之差大于标准差的3倍，则予以剔除。 | x i − x ¯ | > 3 S x (4) 式中， x ¯ = 1 n ∑ i = 1 n x i 为样本均值， S x = [ 1 n − 1 ∑ i = 1 n ( x i − x ¯ ) 2 ] 1 2 为样本标准偏差。 最终得出转炉温度中有72组异常数据，予以剔除。通过采用拉依达准则以及距离反比加权插值法在很大程度上确保了数据信息的完整性。
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user: 3. 元素收得率的计算 所得合金收得率是指脱氧合金化时被钢水吸收的合金元素的重量与加入该元素总重量之比。因此，整理得到元素收得率的计算公式如下： y i = T i × G i − ( G i + ∑ j = 1 17 M j ) × Q i ∑ j = 1 17 M j × ω i (5) 式中，y i 为i元素所对应的收得率， i = C ， Mn ，钢水净重G i ，连铸正样T i ，某种合金质量M j ，j代表为某种合金，某种合金中含元素 [ 3 ] 的比例w i 。 根据计算合金元素收得率的公式，分别计算出每个炉号对应的C、Mn两种元素的历史收得率，提取出在(0，1)间的收得率，如下图2： 图2. 原始C收得率的分布图 在转炉过程中连铸正样是在转炉后测出的，对收得率没有影响，除去对收得率无影响的变量后，可得出收得率大致分布在区间(0.8，1)中，如下图3~5： 图3. 除去噪声后C收得率的分布图 图4. 原始Mn收得率的分布图 图5. 除去噪声后Mn收得率的分布图
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user: 4. 相关性分析 4.1. 灰色关联分析 灰色关联分析是指对一个系统发展变化态势的定量描述和比较的方法，其基本思想是通过确定参考数据列和若干个比较数据列的几何形状相似程度来判断其联系是否紧密，它反映了曲线间的关联程度 [ 4 ]。通常可以运用此方法来分析各个因素对于结果的影响程度，也可以运用此方法解决随时间变化的综合评价类问题，其核心是按照一定规则确立随时间变化的参考序列，把各个评估对象随时间的变化作为比较序列，求各个比较序列与参考序列的相关程度，依照相关性大小得出结论。 灰色关联分析的具体计算步骤如下 Step1：确定分析数列； 确定反映系统行为特征的参考数列和影响系统行为的比较数列。反映系统行为特征 的数据序列，称为参考数列。影响系统行为的因素组成的数据序列，称为比较数列。 参考数列为 Y = Y ( k ) k = 1 ， 2 ， ⋯ ， n (6) 比较数列为 X i = X i ( k ) k = 1 ， 2 ， ⋯ ， n ;   i = 1 ， 2 ， ⋯ ， m (7) Step2：变量的无量纲化； 由于系统中各因素列中的数据可能因量纲不同，不便于比较或在比较时难以得到正确的结论。因此在进行灰色关联度分析时，一般都要进行数据的无量纲化处理。主要有 以下两种方法： 初值化处理： x i ( k ) = x i ( k ) x i ( 1 ) ， k = 1 ， 2 ， ⋯ ， n ;   i = 0 ， 1 ， 2 ， ⋯ ， m (8) 均值化处理： x i ( k ) = x i ( k ) x i ¯ ， k = 1 ， 2 ， ⋯ ， n ;   i = 0 ， 1 ， 2 ， ⋯ ， m (9) 其中k对应时间段，i对应比较数列中的一行。 Step3：计算关联系数； ξ i ( k ) = min i min k | y ( k ) − x i ( k ) | + ρ max i max k | y ( k ) − x i ( k ) | y ( k ) − x i ( k ) + ρ max i max k | y ( k ) − x i ( k ) | (10) 其中𝜌称为分辨系数，𝜌越小，分辨力越大，一般𝜌的取值区间为(0，1)具体取值可视情况而定。当 ρ ≤ 0.5463 时，分辨力最好，通常取 ρ = 0.5 。 Step4：计算关联度； 因为关联系数是比较数列与参考数列在各个时刻(即曲线中的各点)的关联程度值，所以它的数不止一个，而信息过于分散不便于进行整体性比较。因此有必要将各个时刻(即曲线中的各点)的关联系数集中为一个值，即求其平均值，作为比较数列与参考数列间关联程度的数量表示，关联度 r i 公式如下。 r i = 1 n ∑ k = 1 n ξ i ( k ) ， k = 1 ， 2 ， ⋯ ， n (11) Step5：关联度排序； 关联度按大小排序，如果 r 1 < r 2 ，则参考数列 y 与比较数列 x 2 更相似。在算出 X i ( k ) 序列与 Y ( k ) 序列的关联系数后，计算各类关联系数的平均值，平均值 r i 就称为 X i ( k ) 与 Y ( k ) 的关联度。 Step6：归一化处理 因为不同变量间是异量纲的，数值相差也悬殊，直接将它们进行加权平均不合适，并且无实际意义。为了尽可能反映实际情况，避免不合理现象发生，首先对各变量数据进行归一化处理。 z = x i − x ¯ s (12) 其中 x i 代表所选变量的具体数值， x ¯ 代表变量的均值，s代表变量的标准差。 4.2. 灰色关联度求解 首先依据对元素收得率的计算，在之前数据筛选的基础上，再剔除合金收得率大于1或者小于0.8的数据，并将各项数据按照钢号分类，共得151组数据。 根据上述灰色关联分析的方法，本文将有效数据中不同钢号数据分类讨论，以低合金HRB400B钢材为例，C元 Y C = Y ( k ) k = 1 ， 2 ， ⋯ ， n ， n = 128 素的收得率设为参考数列 Y Mn = Y ( k ) k = 1 ， 2 ， ⋯ ， n ， n = 128 ，Mn元素的收得率设为参考数列，将可能存在的影响因素均设置为比较数列，分别为 X i = X i ( k ) k = 1 ， 2 ， ⋯ ， 128 ; i = 1 ， 2 ， ⋯ ， 14 ， i 1 ∼ i 14 ，分别表示转炉终点温度、转炉终点C、转炉终点Mn、转炉终点S、转炉终点P、转炉终点Si、钢水净重、钒氮合金(进口)、钒铁(FeV50-B)、硅铝钙、硅锰面、石油焦增碳剂、锰硅合金FeMn68Si18 (合格块)、碳化硅(55%)等 [ 5 ]。 对14种因素分别对C和Mn做灰色关联度分析，结果如下表1所示： Table 1 Gray correlation degree between various factors and yield of steel number HRB400 r (与C的收得率) r (与Mn的收得率) 转炉终点温度 0.975855059 0.970844789 转炉终点C 0.948269124 0.954705014 转炉终点S 0.884526696 0.800424359 转炉终点Si 0.873163541 0.869426469 钢水净重 0.898097845 0.874232018 钒铁(FeV50-B) 0.828030168 0.817617746 石油焦增碳剂 0.890447768 0.884053679 锰硅合金FeMn68Si18 0.881100762 0.873518067 碳化硅(55%) 0.741870742 0.730074774 转炉终点Mn 0.772499312 0.763513281 转炉终点P 0.588711594 0.583262979 钒氮合金(进口) 0.720169022 0.732644545 硅铝钙 0.723865033 0.716167699 硅锰面 0.735236217 0.734989288 表1. 钢号HRB400B各项因素与收得率的灰色关联度 由上表可看出：转炉终点温度，转炉终点C，钢水净重，锰硅合金FeMn68Si18，转炉终点S，转炉终点Si，钒铁(FeV50-B)，石油焦增碳剂等八大因素对收得率影响力度很大，其中转炉终点温度，转炉终点C对收得率的影响最大，这一现象直接反映出这两个变量同时对C、Mn收得率影响最大，因而可以得出影响C、Mn收得率主要影响因素为转炉终点温度和转炉终点C。
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user: 5. 元素收得率影响因素分析 在脱氧合金化过程中合金元素损失的途径有：主要为元素被钢水中的氧化物氧化以及元素残留在钢渣中而没有进入钢水。影响合金氧化程度的因素有很多，在在合金化过程中，最重要的因素为：钢液氧活度、渣中不稳定氧化物活度、钢渣碱度、吹氩搅拌强度、钢水温度以及钢水质量 [ 6 ]。 由于合金收得率的预报先于合金化过程，在进行预报时，除了钢水质量，其它的影响因素值都是未知的。合金化时各影响因素的初始值对整个合金化过程有较大的影响，在规范化的冶炼操作的情况下，可以通过影响因素的初始值估计合金化过程中的影响因素水平 [ 7 ]。 在生产中，初始的影响因素数值往往也不能通过检测手段直接获得。因此，由于检测以及生产流程的限制，即使确定了收得率影响因素，也不可能使用这些影响因素对收得率进行估计，而只能通过可测的变量与影响因素问的关系，使用可测变量间接地反映收得率的水平。 虽然在进行收得率预报时，不能及时获得各个影响因素的数值，但是可以使用可测变量间接估计各个影响因素的水平。进而分析元素收得率的各个影响因素与可测变量之间的关系 [ 8 ]。
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user: 6. 线性规划模型建立 1) 目标函数 钢号HRB400B为一种热轧带肋钢筋，主要合金元素含量的国家标准为(表2)： Table 2 National standard content of each alloying elemen 钢号 标准 元素含量(%) C Si Mn P S HRB400B 内控区间 0.19~0.25 0.50~0.65 1.30~1.60 ≤0.045 ≤0.045 目标值 0.23 0.55 1.45 0.04 0.04 表2. 各合金元素国家标准含量 设在炼制1吨HRB400B钢水时需要加入的各合金的量如下表3： Table 3 Alloys required for refining 1 ton of molten stee 合金种类 量 合金种类 量 合金种类 量 低铝硅铁 x 1 钒铁(FeV50-A) x 2 钒铁(FeV50-B) x 3 硅铝钙 x 4 硅铝合金FeAl30Si25 x 5 硅铝锰合金球 x 6 硅锰面(硅锰渣) x 7 硅铁(合格块) x 8 硅铁FeSi75-B x 9 石油焦增碳剂 x 10 锰硅合金 FeMn64Si27 (合格块) x 11 锰硅合金 FeMn68Si18 (合格块) x 12 碳化硅(55%) x 13 硅钙碳脱氧剂 x 14 表3. 炼制1吨钢水需要的合金 所以自变量矩阵为 X = ( x 1 ， x 2 ， x 3 ， x 4 ， x 5 ， x 6 ， x 7 ， x 8 ， x 9 ， x 10 ， x 11 ， x 12 ， x 13 ， x 14 ) 由表可得合金价格矩阵 A = ( 6500 ， 205000 ， 205000 ， 11800 ， 1000 ， 8500 ， 7600 ， 6000 ， 6000 ， 4600 ， 8150 ， 8150 ， 6100 ， 4000 ) 合金总成本目标函数即为 Z = A X ′ (13) 2) 约束条件 由问题二求得C收得率的预测值为0.9225，Mn收得率的预测值为0.9227。通过查阅文献得1吨HRB400B钢水中某合金元素的含量计算公式为 [ 9 ] ： 合 金 元 素 i 量 = 目 标 出 钢 含 量 i − 吹 止 成 分 i 合 金 i 收 得 率 (14) 由问题附件二，1吨HRB400B钢水中五种元素有一定的波动区间，在除以各元素的收得率后得到实际需要加入的元素质量的区间变为(表4)： Table 4 The interval of the added element mas 标准 元素含量（%） C Si Mn P S 修正内控区间 0.206~0.271 0.5~0.65 1.409~1.734 ≤0.045 ≤0.045 表4. 加入的元素质量的区间 所以线性规划模型约束条件为 { 0.206 < ( 0 ， 0.0031 ， 0.0031 ， 0 ， 0.00374 ， 0 ， 0.017 ， 0.0006 ， 0.0006 ， 0.96 ， 0.017 ， 0.017 ， 0.3 ， 0.225692308 ) X ′ < 0.271 0.5 < ( 0.74 ， 0.012 ， 0.012 ， 0.341 ， 0.285 ， 0.3 ， 0.072 ， 0.767 ， 0.767 ， 0 ， 0.172 ， 0.172 ， 0.56 ， 0.392 ) X ′ < 0.65 1.409 < ( 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0.3 ， 0.664 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0.664 ， 0.664 ， 0 ， 0 ) X ′ < 1.734 0 < ( 0 ， 0.0006 ， 0.0006 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0.0018 ， 0.0004 ， 0.0004 ， 0 ， 0.0018 ， 0 ， 0 ) X ′ ≤ 0.045 0 < ( 0 ， 0.0002 ， 0.0002 ， 0 ， 0 ， 0 ， 0.0002 ， 0.0002 ， 0.0002 ， 0 ， 0.0002 ， 0.0002 ， 0.0001 ) X ′ ≤ 0.045 运用Lingo求解得到结果为最低成本为18359.81元。其中矩阵X解得(表5)： Table 5 Various alloy dosage x 1 0.000000 x 5 0.000000 x 9 0.000000 x 13 0.000000 x 2 0.000000 x 6 0.000000 x 10 0.000000 x 14 0.01 x 3 0.000000 x 7 0.000000 x 11 0.000000 x 4 0.000000 x 8 0.1708846 x 12 2.121988 表5. 各种合金用量
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user: 7. 结论 钢水脱氧合金化主要关注C、Mn、S、P、Si五种元素的含量，问题旨在根据附件1计算C、Mn两种元素的收得率，并分析影响其收得率的主要因素。 首先进行数据预处理，利用距离反比加权算法和拉依达准则对数据插补和剔除；通过查阅文献，得出计算合金元素收得率的公式，计算出C、Mn的收得率；然后，将不同变量数据归一化，对炉终点温度、转炉终点C、转炉终点Mn、炉终点S、转炉终点P、转炉终点Si、钢水净重七个自变量做主成分因子进行分析；根据求得的相关性矩阵得出影响C、Mn收得率主要影响因素 [ 10 ]。 选择线性规划作为计算合金投放量的关键算法，以最低成本作为目标函数，14种合金投入量作为自变量；然后结合附件1所提供的内控区间列出约束条件，求解得到1吨HRB400B的钢产品的最低成本，并得出最优配料方案。 制成1吨HRB400B的钢产品最低成本为18359.81元，最优配料方案为：2.121988吨的锰硅合金FeMn68Si18 (合格块)、0.1708846吨的硅铁(合格块)和0.01吨的硅钙碳脱氧剂。
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user: 摘 要 本论文针对乌海矿区的上组煤接近资源枯竭阶段，部分煤矿已经开始开采下组煤(16 # 煤层)，而且由于下组煤紧邻奥陶系灰岩，奥灰岩富含地下水，在局部地段涌水量可达10，000 m³/h以上，水压可达4 MPa，对下组煤的开采造成很大水害威胁的实际情况，以利胜煤矿采用打钻注浆封堵和加固底板的方法进行总结分析，探讨本区域带压煤层开采的有效方法和途径，希望能对煤矿的防治水工作提供点借鉴经验。 关键词 :奥灰水，注浆堵水，安全，带压开采 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 煤炭作为基础能源，在国民经济建设中仍然发挥着重要作用。乌海市是国家重要的焦煤生产基地，所生产的1/3焦煤属于稀缺资源，在工业建设和其他领域中具有不可替代的地位 [ 1 ] 。但是，随着煤矿开采深度的延伸，水害的安全威胁越来越显现，近期煤矿发生了多起水灾事故，造成重大人员伤亡。为煤矿的安全生产敲响了警钟 [ 2 ] 。“奥陶纪”是地质年代名称，是古生代的第二纪。奥陶纪灰岩层形成于4亿至5亿年前，当时的地质层基本属于浅海环境，是地质史上海侵蚀最广泛的时期之一，含水量非常丰富 [ 3 ] 。过去的研究认为，我国西北地区的新疆、青海、甘肃西部以及宁夏和内蒙古西部地区，主要开采的煤层形成于1.4亿至1.9亿年前的采侏罗纪，这些地区气候干燥、降水量小，矿区地下水补给能力差，矿坑涌水量小。因此，人们预防煤矿瓦斯危害的意识，远远强于对煤矿水害的防范 [ 4 ] 。乌海市和其相邻的鄂尔多斯市境内的调查显示，两市受奥陶纪灰岩水害威胁和影响的煤矿有32处，其中乌海市有21处，鄂尔多斯市鄂托克旗有11处。这些煤矿井下巷道距奥陶纪灰岩含水层已很近 [ 5 ] 。内蒙古煤矿安全监察局提出“四个重新”的决定，以预防煤矿水害。一是重新审查设计，对矿井设计存在缺陷的一律要重新补充设计；二是重新审查《安全专篇》，对缺乏防水措施或措施不细不全的一律要重新补充；三是重新检查防治水工程，对工程不到位或存在缺陷的一律要重新进行施工；四是重新检查防治水措施，凡措施不健全、不落实的一律重新修订完善 [ 6 ] 。如何解决安全与生产的矛盾，最大限度的开采和利用宝贵的煤炭资源，并保证矿工的生命安全就成了行业内工程技术人员的首要研究课题 [ 7 ] 。只有不断探索研究，并积极推广应用先进科学技术成果和工艺，攻克和解决煤矿生产过程中遇到的技术难题，才能有效地预防煤矿安全生产事故的发生。
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user: 2. 乌海矿区区域地质及水文地质概况 2.1. 乌海矿区水文地质概况 乌海矿区位于桌子山煤田南部，隶属于白云乌素矿区的一部分，地层分布如下：太古界、元古界、寒武系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、第三系及第四系地层，该矿区的地质构造比较复杂。大气降水为区域地下水的主要补给源，黄河是最终排泄廊道。本区第四系奥陶系含水层富水性中等~强，其他含水层富水性弱 [ 8 ] 。桌子山煤田地下水主要受岩性及构造格局控制，主要的含水层为松散岩类和碳酸盐类两大含水岩系，各类含水岩组地下水的转化较为剧烈，特别在岩溶区表现十分明显 [ 9 ] 。按其含水介质的组合结构、性质、导水和储水性能，该矿区地下水类型可分为三种主要类型：松散岩孔隙水、基岩裂隙水和碳酸盐岩溶裂隙水，其中，属于碳酸盐类岩溶裂隙水的奥陶系中统桌子山组(O 2 Z)及下统三道坎组(O 3 S)下部灰岩含水较丰富，拉僧庙泉在丰水期可达1000 m³/d，卡布其井田平沟斜井进入此层时涌水量250 m³/d，摩尔沟井用钻探施工时，在苏背沟口钻进此层时，涌水量可达600 m³/d。 2.2. 乌海矿区防治水存在问题及其对策 2.2.1. 存在问题 1) 16 # 煤层距离奥灰水普遍较近； 2) 过去普遍认为乌海矿区地处西北干旱地区，水量较少，对防治水工作普遍存在重视不足现象； 3) 防治水手段单一，技术攻关能力较弱。 2.2.2. 采取的对策 1) 针对16 # 煤层距离奥灰水较近的实际情况，采取物探和钻探相结合的方法探明具体的距离和方位，做到有的放矢，再采取优化设计、加强底板注浆加固等措施，做到防患于未然； 2) 针对骆驼山煤矿出现特大水灾事故的现实，加强防治水机构和技术人员力量建设；同时加强煤矿防治水监管力度，做到防治水工作责任制落实到人，做到防治水工作事事有人管、事事有人问；最后加强煤矿员工全员培训防治水知识培训，提高防范意识； 3) 积极与中煤科工集团西安研究院展开联合技术攻关，不断提高乌海矿区防治水技术水平。
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user: 3. 利胜煤矿奥灰突水及治理情况 3.1. 利胜煤矿基本情况概述 利胜煤矿位于乌海市海南区白云乌素矿区，井田面积1.21 km 2 ，储量1168.3万t，可采储量670.1万t，设计生产能力0.60 Mt/a，开拓方式为斜井多水平开拓，回采方式为走向长壁后退式采煤。如图1，全矿井设计了2个开采水平，其中第一开采水平高程为+1006 m，开采9号煤层，已于2017年6月开始开采。第一开采水平高程为+944 m，开采16号煤层，因矿区奥灰水水位平均标高为+1048.5 m，属带压开采煤层。 图1. 利胜煤矿1602综掘工作面注浆钻孔示意图 3.2. 利胜煤矿1602回风顺槽掘迎头奥灰水突水情况 按照《煤矿防治水细则》规定 [ 10 ] ，掘进期间共打探水钻孔5次，均延煤层钻探，第3次打探水钻孔时，在终孔位置(孔深80 m)见到基岩，煤层发生变化，初步判断遇到断层，后又进行第4次和第5次探水，钻孔见基岩位置与第3次探水见基岩位置基本一致，更近一步验证了前方有断层的判断，当掘进到断层位置时，通过标志层对比和对断层产状分析，得出这是一条断距为0.5 m的正断层，继续向前掘进17 m，于2017年8月19日16时，在掘进迎头左帮底板出现突水，最终涌水量稳定在37 m³/h，测得水压1.08 MPa，通过对水质进行化验分析，结合涌水量与水压等因素分析判断，得出该出水点为奥灰水突水的结论。 3.3. 奥灰水突水后的治理措施 1) 为防止突水点水量突然增大失去控制造成严重水害事故，首先，在突水点后6 m处建立5 m × 5.4 m × 2 m规范(长×宽×厚)的挡水密闭墙，确保后期进行打钻堵水施工人员的安全。 2) 然后根据涌水量与水压实际情况研究制定钻孔注浆堵水施工设计方案，钻孔终孔位置设计在突水点前方90 m，两侧15 m，煤层底板以下30 m范围内布置。钻孔开孔直径 Φ 133 mm，下入 Φ 108 mm孔口套管10 m，待套管固结后再改用 Φ 75 mm钻头钻至终孔位置。共设计了4个钻场，其中，在前3个钻场中，为每个钻场设计了8个钻孔，为第4个钻场设计了7个钻孔。共设计和施工了31个钻孔，总钻孔工程量为1813.60 m。具体情况如图1所示。 3) 采用压力注浆法，使用SGB9-12型注浆泵，按水灰比例1:1和1:1.5两种级配配制水泥浆，注浆压力不大于静水压的1.2倍，注浆的最终压力是静水压力的1.5倍。注浆端部标准为：实际注浆量大于或接近设计注浆量，注浆压力增大，达到设计最终压力，达到最终压力时钻孔基本不吸浆或者吸浆量不超过20 L/min，最终压力维持15分钟完成孔注浆。突水点注入了463.3吨普通硅酸盐水泥。历时125天。
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user: 4. 带压开采安全技术措施 4.1. 水文地质条件分析评价 分析了各矿井地下水系统的边界条件、水文地质条件的划分、平面上边界的位置和性质，并在垂直方向上接受其它地层的补给；通过水文地质勘察，特别是奥灰水含水层的岩溶发育、富水及其补给、径流、排放条件的特征，为预测矿井突水风险和评价压力开采条件提供了依据。 4.2. 奥灰含水层上部煤层掘进、回采的防治水措施 1) 在奥灰岩含水层上部的煤层(岩层)巷道工程中，巷道底板隔水层和奥灰岩含水层所能承受的水头值必须大于实际水头值，在开挖施工中必须采用地球物理勘探联合钻探法对掘进前方和底板情况进行探查，钻探施工必须严格执行《煤矿防治水细则》，排除水患威胁后方可掘进。 2) 矿井的主要水害是隐伏构造与陷落柱导水，矿井在以后生产过程中加强隐伏构造与陷落柱的探查，防止其导通奥灰水，给生产带来安全隐患。 3) 按《煤矿防治水细则》的要求采取物探 + 钻探超前探测，留足超前距和帮距。对发现的异常区要进一步探查与注浆治理，确认安全后方可掘进；回采工作面形成后，要采取物探先行、钻探验证，发现异常要进行注浆和加固；工作面回采前要进行坑透探测，查明是否存在断层和陷落柱等，发现异常进行钻探验证，并采取相应的处理措施。 4) 建立健全井上下水文观测系统，以便分区、分块段、分工作面掌握矿井涌水量及动态特征，布设奥灰含水层的水位动态长期观测孔，以了解奥灰含水层地下水在开采影响下的动态变化规侓及与开采之间的联系，为生产决策和矿井安全管理提供准确的水文地质资料。 5) 坚持水害隐患排查，及时发出水害预测预报。 6) 煤矿企业要定期对职工进行安全教育和培训，使职工了解水害类型和水害发生时的应急处理方法，有效提高职工的安全意识，增强自我保护和相互保护的能力。 7) 制定科学有效的水灾应急救援预案和现场处置计划。任何突水事故的发生都是一定的征兆的。当有渗水迹象时，应立即停止在水威胁区的采矿作业，将作业人员疏散到安全的地方，并采取有效的安全措施，分析渗水的原因。针对奥灰水突水的特点，制定水害应急救援方案和现场处置方案。内容要有针对性、科学性和可操作性。处置计划应包括在发生水危险时人员安全疏散的具体措施，并应每年都对该预案进行修订和改进，并组织了救灾演习。
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user: 5. 结语 煤矿企业作为乌海市的主要经济支柱产业，在当前资源即将枯竭、城市面临经济转型的关键时期，积极探索深部带压煤层的安全开采技术，能够释放占矿区总储量约40%的优质1/3型焦煤的储量。对地区经济发展必将起到巨大的推动作用。
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user: 摘 要 由于绞吸挖泥船的施工效率同绞吸头的性能密切相关，为了提高绞吸挖泥船的施工效率，本文引用柱坐标法来定位绞刀齿座及齿。通过设计和制造简易的装置，并选取齿座上的三个定位点，根据齿座三个定位点的柱坐标来确定绞刀齿座的安装位置，在实际生产施工中，有效的解决了铰刀齿和齿座的安装定位问题。 关键词 :柱坐标，定位工作，绞吸式挖泥船，齿座 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着我国港口建设的蓬勃发展，为了满足港口建设和依托港口开辟近海滩涂造地资源，需要对近海滩涂进行围堰吹填，通常采用大型绞吸式 [ 1 ] 挖泥船，将泥沙从疏浚区输送至吹填区沉淀方式来提高施工效率。但由于我国漫长海岸线上的主要港口与进港航道的底质复杂多变，常会遇到密实板结粉土、粗砂和硬质粘土的情况，这种难挖的土质直接影响绞吸挖泥船的生产效率和施工进度。同时，我国疏浚市场对绞吸挖泥船的需求量已大于现有绞吸挖泥船船队的生产能力，若建造新船，不仅需要大量资金，而且还需要一定的周期 [ 2 ]，因此通过技术开发和创新来提高现有绞吸挖泥船的施工效率，是一个亟待解决的问题。 绞刀头作为绞吸挖泥船的主要挖掘设备，安装于绞吸挖泥船绞刀钢结构桥架的最前端。它主要由螺纹轮毂、底圈、刀臂、绞刀齿座以及绞刀齿组成。通过传动轴系与绞刀驱动机构相连接。在挖泥船正常施工中，依靠液压马达等驱动机构通过轴系带动其旋转来实现对水下泥沙层的挖掘，被切削下来的疏浚物与水混合后形成浆体通过与泥泵相连接的吸泥嘴将泥浆抽送并通过输送管道输送到吹填区。绞吸挖泥船的施工作业首先是由绞刀头来完成的。故此，绞吸挖泥船绞刀挖掘性能的好坏，将直接影响船舶的生产效率和施工成本。 影响铰刀挖掘的因素较多，其中一个重要因素就是铰刀齿座的安装角度，不同的工况条件需要确定不同的挖掘角度。目前国内对于铰刀头性能的研究尚处于起步阶段，具有相应自主知识产权的设备和施工工艺较少，为了提高铰刀头的施工效率，本文利用三维柱坐标定位方式来确定铰刀头齿座的定位方法。
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user: 2. 齿座安装位置确定 绞刀的主要几何参数有绞刀高度、绞刀外径、刀臂包角、刀臂数、刀臂安装角等。通过对绞刀刀臂在轮廓轴面和平面进行投影得到内外轮廓的曲线，并通过搜集大量资料和曲线拟合的方法将轮廓的投影曲线参数公式化。对参数进行数值定义可在建模软件中绘制出两条空间曲线，再绘制刀臂截面进行扫描可得刀臂实体，最后通过拉伸、旋转、阵列等命令生成绞刀模型 [ 3 ]。 2.1. 确定刀齿安装线 在完成绞刀的建模后，通过挖泥船桥架工作角度和绞刀工作位置的几何关系来建立刀齿安装角度的数学模型。当桥架的下放角度为 α ，绞刀头与切削介质在水平面上的交点为A点，通过A点作垂直于绞刀轴线的面P，面P为绞刀的水平面；以A点为原点，过A点平行于水平面为X轴，平行于绞刀轴线为Z轴建立坐标系如图1所示。 图1. 刀齿安装线坐标系 绞刀在工作过程中的实际运动可以分解为绕绞刀轴的转动和绕挖泥船定位桩的往复摆动，但是由于绞刀的回转直径远小于摆动直径，因此可以将绞刀的运动近似为转动和平动。 为了提高破土能力，刀齿安装线在绞刀水平面的投影尽量平行于刀齿的运动方向，但此时刀齿的根部离绞刀轴最远，在施工过程中会因撞击岩石而受到较大的损伤。因此必须将直接与介质接触的齿尖部位布置得离绞刀轴最远，需要将刀齿安装线投影向圆外转动一定的角度，该偏转角度与绞刀臂的安装方向和刀齿形状等因素有关，一般取刀齿侧边轮廓线与其中心的偏转角度为15˚。 不同安装方式的刀齿正切削方向示意如图2所示，若以A点为安装基准点，则绞刀齿在A点的正切削方向应沿着刀齿在A点处的运动方向，即绞刀水平面与岩石水平面的交线方向；如果以B点为安装基准点，则刀齿在B点处的正切削方向应该垂直于岩石表面。其中，B点是A点绕绞刀轴线旋转90˚后的刀齿切入点。 图2. 绞刀施工模拟图 通过对图2分析可知，如果刀齿在切削过程中不处于正切状态，刀齿受力就会在刀齿根部形成附加弯矩，刀齿容易因弯矩过大而折断。因此，在确定刀齿安装角时应尽量减少整个切削过程中刀齿与正切位置的偏离角度 [ 4 ]，给出以下3种定点方案： 方案一：以A点为安装基准点的刀齿，入土时与正切位置偏离最大，而刚好从正切位置出土； 方案二：以B点为安装基准点的刀齿，刚好从正切位置入土，而出土时与正切位置偏离最大； 方案三：考虑取AB弧线的中点为安装基准点，确定刀齿的正切方向。 在实际工程中，前两种方案刀齿角度均使绞刀在工作承受最大附加弯矩，会大大缩短刀齿寿命，因此为保证刀齿在整个过程中不至承受过大的附加弯矩，建议考虑取第三种方案，使刀齿入土到出土的全过程中始终与正切位置保持不大的偏离角度，可取前两种工况下刀齿安装线投影所夹锐角的平分线作为刀齿安装线在轴平面上的投影线。在确定了刀齿安装线在上述2个平面上的投影后，只需将2条投影线在草图拉伸，创建拉伸面的交线即为绞刀刀齿在该点对应的安装线。 2.2. 刀齿安装位置的确定 在确定好刀齿的安装线后将刀齿安装在刀臂上，生成完整的绞刀头模型。考虑到刀齿的安装线是空间直线，在实际制造过程中无法对刀齿的安装线进行准确，因此采用三点定位的方法对刀齿进行准确定位。三点定位就是在绞刀模型的刀齿上选取三个特征明显的面交点，此时通过绞刀轴和刀臂内轮廓线与轴毂的交点做基准线，用柱坐标的形式分别表达出三个定位点的坐标(角度表示为与基准线的夹角，顺时针为正，逆时针为负)。 刀臂轮廓线在铰刀平面上的投影方程，包括铰刀外轮廓线的平面投影、内轮廓线的平面投影、刀臂轮廓线空间曲线方程等 [ 5 ]，具体方程见式(1)、(2)、(3)。 { x = d 2 sin ( Ω ) sin ( θ ) y = ( N − 1 ) D 2 N cos ( θ ) + k H sin ( θ ) + D 2 N (1) { x = d 2 sin ( Ω ) sin ( θ ) − B sin ( ϕ ) y = [ ( N − 1 ) D 2 N − B cos ( θ ) ] cos ( θ ) + k H sin ( θ ) + D 2 N (2) { x = d 2 sin ( Ω ) sin ( θ ) y = ( N − 1 ) D 2 N − + k H sin ( θ ) + D 2 N z = H sin ( θ ) − k ( N − 1 ) D 2 N cos ( θ ) + k ( N − 1 ) D 2 N (3) 式中，D为铰刀外径；d为轮毂外径； Ω 为刀臂外轮廓线包角； φ 为刀臂安装角；H为刀臂外轮廓线高度；N为绞刀切削介质工程中的标准贯入击数。k为刀臂轮廓线的外展系数。
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user: 3. 绞刀齿、齿座的设计 从理论一般绞刀齿和齿座的设计先对绞刀齿、齿座的安装线进行确定。绞刀齿座安装在绞刀臂的外轮廓线上，可将绞刀头简化为外轮廓线围绕轴线旋转而成的球椎体 [ 6 ]。假设绞刀头与切削介质的水平面相切与A点，通过A点的绞刀水平剖面为OO′，该剖面上的绞刀轮廓线是半径为R圆O，在挖泥船桥架下放角度为30˚的工作状态下，绞刀的切削深度为Rcos30˚时，圆O刚好处在绞刀齿与介质水平正切的位置，取切点A处为研究对象可确定刀齿的安装线方向。根据通过某点的空间直线可由其在2个坐标平面内的投影唯一确定，要确定通过A点处的绞刀齿安装线在互相垂直的2个平面上的投影线，可取通过A点的绞刀轴平面与绞刀水平投影面。通过A点的绞刀投影面示意，如下图3所示。 图3. 绞刀投影面示意图 绞刀齿安装线在绞刀水平面上的投影。绞刀头在工作过程中沿行进方向是实际运动是绞刀头围绕定位桩的旋转运动，由绞刀头的直径与绞刀头围绕定位桩的旋转直径相比非常小，所以绞刀头的总体运动可近似分解为平动和转动，平动是沿着绞刀头行进方向随时间变化的运动，转动是绕绞刀轴所做的旋转运动。平动与转动合成将对刀齿的运动方向产生影响。一般情况下绞刀的横移速度为0~0.5 m/s，当取绞刀转速为10.0~35.0 rad/min、半径为1.325 m时，绞刀头的额定旋转线速度为1.39~4.86 m/s。在绞刀横移速度取最大值0.5 m/s的情况下，夹角 θ 的取值范围为5.87˚~19.78˚。为适应不同切削工况绞刀刀臂的方向不同，刀齿安装位置区别较大，刀齿所在截面圆的半径会随之变化，从而影响 θ 的取值范围。 绞刀齿安装角的数学表达式。在O-XYZ空间坐标系内可列出刀齿安装线与3个坐标平面所成夹角的表达式。当挖泥船桥架的下放角度为 α 时，绞刀与岩石切削面切点所在绞刀水平面高度为H，坐标系原点设在安装点O，刀齿安装线在YOZ平面上的投影线与Y轴夹角为 α / 2 ，刀齿安装线在XOY平面上的投影线与Y轴夹角为 β ，通过2条投影线可确定唯一的刀齿安装线。根据几何关系可推导出刀齿安装线与3个坐标平面的夹角分别为： tan θ X O Y = cos β tan α 2 ， tan θ Y O Z = cos α 2 tan β ， tan θ X O Z = [ tan 2 ( α 2 ) + tan 2 β ] − 1 2 (1) 实际工作中，可根据工作水深确定挖泥船桥架的下放角度 α ，当已知任意绞刀刀齿安装线在绞刀平面投影线的外倾角 β 时，便可求得到对应绞刀高度H处的刀齿安装角，这对实际生产和安装过程具有较好的指导作用。刀齿安装线所在的绞刀水平面和轴面。 在实际绞刀齿及绞刀齿座设计过程中，我们往往会考虑根据实际施工情况，沿绞刀轴方向，绞刀齿的密集程度越大。这是由于在实际绞刀施工的过程中，越靠近绞刀头的轮毂顶端，绞刀的使用频率越高。所以在设计制造中，这一点也很重要。而在实际绞刀齿、齿座的安装定位过程，为了更加方便、快捷的安装到位下面介绍一种绞刀齿安装的柱坐标法。
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user: 4. 绞刀头座的柱坐标表达 如图4所示平面柱坐标 [ 7 ] 是在一个平面内，取一个定点O作为极点；自O点引一条射线OX作为极轴；再选定一个角度单位(通常是弧度)、长度单位及其正方向(通常取逆时针方向为正方向)，这样就建立一个柱坐标系。设M是平面内任意一点，极点O与点M的距离 | O M | 叫做点M的极径，记为 ρ ；以极轴OX为始边，射线OM为终边的 ∠ X O M 叫做点M的极角，记为 α 。有序数对 ( ρ ， α ) 称为点M的柱坐标，记为 M ( ρ ， α ) 。而三维柱坐标则是在平面柱坐标系上增加一个Z轴，使得空间上任意一点 M ∗ 的坐标为 M ∗ ( ρ ， α ， Z ) 。 图4. 柱坐标表达图 如图5所示，在绞刀头的俯视图和剖视图上建立三维柱坐标系。 图5. 柱坐标在绞刀模型的表达 其中OX为极轴，同时引入Z轴。在绞刀头的绞刀齿上任意去一点M，则该点的坐标为 M ( ρ ， α ， Z ) ，如图2，则是 M ( 1308.29 ∘ ， 123 ) 。不难看出，对于绞刀齿上面的任意一点，在这个三维柱坐标系中的坐标是唯一的，也就是说如果我们根据实际的工况条件等因素选择合适的绞刀齿座挖掘角度，根据要求的挖掘角度在绞刀齿上取一点，作为安装基准点，则该基准点则是唯一的，也就是说根据该点的坐标可以在安装过程中定位绞刀齿和齿座。 如图6所示，在实际的生产装配过程中，选择特殊点(齿尖点)的坐标对绞刀齿座及齿的装配定位，对实际操作是非常方便的。 图6. 绞刀齿示意图
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user: 5. 利用柱坐标法设计制作简易工装实现绞刀齿座定位 通过设计并制造简易的工装来实现三维柱坐标法在绞刀齿座及齿在装配中的应用，从而保证每一个绞刀齿座及齿的位置坐标的准确性 [ 8 ]。如图7所示的装置示意图中，将底座装入绞刀螺纹轮毂上平面里面，并将直尺1和直尺2安装到位；选择一个极轴和一个Z轴方向；通过转动轴的转动可以得出角度坐标，即极角；在直尺1上可以读出极径；在直尺2上可以读出Z轴坐标，三个数据就是所选择点的坐标值。 图7. 铰刀齿座的装配示意图 在实际的施工过程中，当选择齿尖点 M ( ρ ， α ， Z ) 作为绞刀齿和齿的安装定位点时，在绞刀上设定一个坐标系，使得刻度尺1可以在极轴平面内通过转动轴转动，并将定位装置上刻度尺1的数据放到 ρ 值上；通过转动轴，刻度尺1与极轴之间的角度为 α ；刻度尺2则调整到Z数据上，则刻度尺2末端指向的点就是该绞刀齿座及齿对应装配点。
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user: 6. 总结 从本文可以得出，利用三维柱坐标法可以很好的定位设计绞刀齿和齿座，在实际生产施工中，通过三维柱坐标法，利用简易的装置，有效的解决了安装定位绞刀齿和齿座的问题。利用逆向工程技术，三维柱坐标法同样适合对绞刀齿及齿座的角度测量。根据不同的工况条件确定不同的挖掘角度，定位铰刀齿座的安装角度，利用三维柱坐标定位方式可提高绞吸挖泥船的施工效率，减小施工成本。
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user: 摘 要 随着全球导航和定位系统(GNSS)的不断发展和完善，其应用范围也不断拓宽，广泛应用在航海、航天，个人定位服务等方面。本文基于GPS定位系统结合短距离通信技术将定位数据传输到ONENET云平台，最后将数据传输到用户端进行位置显示，可以实现对走失老人儿童的定位，为被困与迷途人员搜救与寻找提供便利，对野外搜救有着极为重要的意义。 关键词 :GPS，定位，ONENET，云平台，个人位置 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/