注册 登录  
 加关注
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

.

.

 
 
 

日志

 
 

《尘封琐忆》“研发经历”(8)助工论文  

2012-09-26 20:03:08|  分类: 尘封琐忆 |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |

在人生若干个转折阶段的新起点时,所获得的第一个工作成果往往是最令人难忘的。

 

前些天,老婆在整理书柜,清理了一些书籍和资料,其中有我的资料,让我来确认是否保留。我发现了我的那篇评定助工职称时上交的论文底稿,落款是1982327日,这恰好是我调回天津整整一年的时间。

 

看完这篇论文,使我回忆起我刚到天津工作时的情景:新环境、新伙伴、需要熟悉和适应的新专业,基础知识的再学习和知识的更新,及当时那种刻苦求知和工作的紧迫感压力感等等。

 

回首往事,我心里有一丝快慰,为当时能顶住家庭生活的繁杂和工作的压力而又未懈怠感到庆幸。现将此论文抄录如下,以示自勉。

 

《因次分析与煤岩切割力》

 

在工程领域内,各种机械的设计所需要对机器的技术性能参数的确定,往往是受到诸多因素影响的。这些因素,尤其是煤岩介质的因素,单靠纯理论的数学推导是难以得出符合实际工况的技术参数的、是难以得出用于指导设计的科学的数学公式的。

 

例如:在我们课题组承接的国家科委下达的斗轮挖掘机切割比阻力试验研究课题。该课题在结项时需要提出切割阻力值所需要表述的数学公式就属于这类问题。对煤岩这样介质的外载荷,单靠数学方程表述是难以相似于机器在实际作业时的工作状况的,必须用数理方程去表示它。也就是说,欲解决这种多因素多水平的函数关系,用纯数学和力学方面的知识和方法去建立一种有效的、符合实际的方程式,是不能解决实际问题的。在数理方程的前提下,辅助试验的结论,再去观察、去分析该数理方程函数自变量的因素变化情况,以期将对因变量影响不大的自变量因素进行数学常量的归纳,最终将无解的方程成为有解的方程,得出与国内外相同工况条件下作业效果基本相同的,具有普遍意义的设计计算公式来,或制成图表,以作为这一环节的阶段成果和设计依据。

 

因次分析原理的产生和发展,对分析、处理、解决、计算这些复杂的工况现象提供了一种有效的方法。

 

运用因次分析原理可以帮助工程技术人员,针对我们承担的课题多因素的参量关系,对建立起的无因次方程进行求解成为可能。

 

在课题的试验设计中,当结合国内外调研的资料和现场的实际调研,综合出来的若干影响目标函数的自变量因素而建立起来的无因次方程,是我们进行科学试验的工作准则。在这个物理方程的指导下,去进行大量的反复的科学试验,得出足够大的试验数据和有益信息,然后,再用数学的和力学的,以及实践积累的经验知识,去分析、处理这些数据信息,便可得出切割力影响因素的关键所在,及推导出斗轮挖掘机切割比阻力的函数关系式。此函数关系式就是预测新矿山配置斗轮挖掘机成套设备所需要预测其切割比阻力的数学公式。利用这个公式,在开采新矿山时,只要到矿山的掌子面多找几个点采集式样出来,用专用硬度计将其硬度指标实测出,再将该硬度值代到此公式里面去,即可得出设计所用的切割比阻力数值。这是进行矿山机械设计时必须有的主参数值。

 

可见,因次分析原理,是与煤岩打交道工程技术人员进行模型试验、进行数理分析研究的重要科研工具。

 

我们课题组着手进行的试验研究工作就是依据因次分析原理这种理论,试图建立出云南省小龙潭煤矿煤岩切割阻力与影响因素的函数关系式的。

 

作为一种尝试,下面试将小龙潭煤矿煤岩切割阻力(简称切割力)的无因次方程推导如下:

 

切割力是斗轮挖掘机设计的第一个重要参数。由斗轮挖掘机的现场作业工况可知:其挖掘作业的运动轨迹,是由自下而上的铲装切割运动和左右方向的横扫切削运动所合成的运动构成的。此复合运动形成的切割力,就是我们要得出的切割阻力。它的形成因素是很多的:有几何参数方面的因素、有运动参数方面的因素,还有有动力参数方面的因素。

 

经受力分析得知:在斗轮挖掘机实际工作时,其圆周水平切向力为主要载荷,一般,国外均将此切向力称作切割阻力;而斗轮挖掘机的侧向力和垂直分力较小,均忽略不计,只将其水平力作为一个参量;再考虑各种几何运动参数和动力参数对切割阻力的影响,我们选定了切割速度V、切削角度α等参量作为研究对象。现列表如下:

表一:

序号

参量

符号

量纲(因次)

1

水平力

P

F

2

速度

V

LT-1

3

刃宽

B

L

4

切深

h

L

5

劈裂阻力值

K

FL-1

6

容重

ρ

FL-3

7

重力加速度

g

LT-2

8

切削角

α

0

 

并组成一个物理关系的函数式,

即:fP,V,B,h,K,ρ,g,α=0

 

若取P,V,B,h,K,ρ,g,α为参量取工程中常用的因次表达式a=LlTtFf  

 

则,参量的因次矩阵为:

表二:

 

P

V

B

h

k

ρ

g

α

F

1

0

0

0

1

1

0

0

L

0

1

1

1

-1

-3

1

0

T

0

-1

0

0

0

0

-2

0

 

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h)

 

将因此矩阵的左边三列组成一个三阶行列式,则有:

2012年09月26日 - 一枕清霜 - .

可见,该行列式之值不为0。故,该矩阵的秩为γ=3。因此,无因次乘积的数目(即π方程的数目)等于由参量总数减去因此矩阵的秩,即:8-5=3

 

如上所述,我们所取得参量,除切割角α外,都是有量纲的物理量。若想推导出无量纲方程(即无因次方程)则应使物理量的因次表达式中的F、L、T各指标数值应为0,即

a〕=L?T?F? 

故,由表二的因次矩阵中可得三个七元齐次线性方程:

Fa+e+f=0   -----------------

L: b+c+d-e-3f+g=0  -----------

T: -b-2g=0  ------------------

 

由代数知识可知,此三个七元齐次线性方程的方程组有无数组解。因此,可令其中四个因子为已知,得出其解,先后五次求解,即可得出五个π---方程:

(一)      令:a=1, b=0, d=0, e=-1

则由:式得:f=0

      式得:c+1=0,  c=-1

      式得:g=0

()          令:a=0, b=2, d=0, f=0

则由:式得:e=0

      式得:2+c-1=0,  c=-1

      式得:g=-1

()  令:a=0, c=1, f=1, g=0

则由:式得:e=-1

      式得:1+d+1-3=0,  d=1

      式得:b=0

    ()  令:a=0, b=0, c=1, e=0

则由:式得:f=0

      式得:1+d=0,  d=-1

      式得:g=0

又,因为α本身为无量纲,故可自行组成一个无量纲方程。

 

将五个π---方程写成矩阵表达式,则有:

 

P

V

B

h

k

ρ

g

α

π1

1

0

-1

0

-1

0

0

0

π2

0

2

-1

0

0

0

-1

0

π3

0

0

1

1

-1

1

0

0

π4

0

0

1

-1

0

0

0

0

π5

0

0

0

0

0

0

0

1

 

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h)

 

写出函数式为:

π1=P/BK; π2=V?/Bg; π3=Bhρ/K; π4=B/h; π5=α

 

可得出所求解的无量纲方程:f(π1,π2,π3,π4,π5)=0

f(P/BK,V?/Bg, Bhρ/K, B/h,α)=0

 

将P作为煤岩切割力、作为函数的因变量,则可写成:

P/BK=fV?/BgBhρ/KB/hα),即:

P=fV?/BgBhρ/KB/hα)·B·K

 

有了此无量纲方程,就可以帮助我们确定要做哪些必要的试验。

 

我们在云南小龙潭煤矿两个最大的矿坑,布沼坝和小龙潭矿坑,在其不同的坐标位置和标高,按标准取出500*500的试样和做劈裂试验用的50*50的试样:先用毛头纸包裹、将试样系牢;在花开的石蜡水中将其蜡封、防止空气的侵入;装在大塑料袋里;再将其装在1000*1000已备好的大木箱里;用半水石膏进行浇筑,使试样被固定在木箱里,不可产生相对移动。为的是使试样在运输过程中,试样的物理、化学的成分不会产生变化。也就是使试样确实保证仍处于煤矿开采时的原态所具有的成分和性能。这样大木箱装的试件,我们从云南小龙潭煤矿拉回了100箱。

 

同理,我们又从抚顺煤矿、广东茂名油母页岩矿、唐山开滦煤矿取样,进行了大量的试验室试验,获得了极其宝贵的第一手模拟切削的试验数据和劈裂试验数据。在八十年代初,这是国内科研单位第一次进行这样规模的科学试验。

 

通过试验,得出大量的自变量影响因变量的因素信息,再通过数据的分析处理、归纳分析,确定影响因变量的决定因素,剔除影响因变量的次要因素、将其归纳为数学常量,从而实现简化无量纲方程的目的;得出接近实际工况的函数表达式来,以指导设计人员在矿山设备设计时对设备技术性能的主参数进行确定。

 

以上是我在工作学习中的一点儿体会,请同志们指教。

  评论这张
 
阅读(60)| 评论(4)
推荐 转载

历史上的今天

在LOFTER的更多文章

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2017