巷道智能化掘进的自主感知及调控技术研究进展

针对当前煤矿巷道综掘工作面的智能化程度较低,掘进效率低下的问题,分析了煤矿综掘工作面实现智能化快速掘进的关键技术--自主感知和调控技术。首先,探讨了智能化快掘创新方法与理论,以智能感知技术、自主控制技术、群组协同技术为核心,构建智能化快速掘进技术体系,以实现煤矿综合掘进机器人化装备的探-掘-护-锚一体化协同作业。其次,重点阐述了智能化掘进的自主感知技术,包括基于超宽带原理的位姿感知、基于双频激电法的超前探测、基于SLAM原理的环境感知、基于变迁记忆故障Petri网的故障感知等;自主调控技术,包括基于群体智能算法的智能截割、基于遗传变异粒子群算法的路径规划、基于BP神经网络PID算法的自主纠偏等。再次,详细论述了智能临时支护感知,包括围岩压力、顶底板状况、支架位姿等多维信息的感知,研究了非水平场景下掘支协同与多机组多缸联动的自适应控制方法;介绍了智能永久支护感知,包括围岩位移感知和支护装备受力变形感知,探讨了锚护网络结构优化方法,提出了基于粒子群优化算法的自适应钻进控制策略。最后,展望了煤矿巷道智能化掘进的自主感知及调控技术的发展方向。     

平行矿山: 从数字孪生到矿山智能

针对新时代下我国矿区智能化发展诉求与矿山无人化进程中遇到的复现难、协同难的技术问题, 本文融合智慧矿山理念、ACP (Artificial societies + computational experiments + parallel execution)平行智能理论和新一代智能技术, 设计并实现了智慧矿山操作系统 (Intelligent mine operation system, IMOS), 为平行矿山智能管理与控制一体化提出了解决方案. 本文首先分析露天煤矿产业发展趋势; 国内外露天矿山智能化发展情况; 面向露天矿山无人化与智能化需求, 深度融合数字四胞胎理论, 设计了虚实融合的IMOS架构; 详细阐述了IMOS子系统架构与功能, 包括: 单车作业系统、多车协同系统、车路协同系统、无人驾驶智能系统、调度管理系统、平行系统、监管系统、远程接管系统和通信系统; 并探讨了IMOS关键技术, 即平行矿山仿真建模技术、无人驾驶技术、矿区通信技术和协同作业技术. 该操作系统是国内首套露天矿山无人化与智能化的一体化解决方案, 并能够迁移到不同矿区不同作业场景, 推动矿区智能化无人化发展, 减少人工干预从而降低安全风险, 大幅度降低人工成本, 提高生产作业效率, 并可结合社会发展要素为实现绿色可持续发展矿区提供支撑.     

带式输送机永磁驱动系统自抗扰同步控制策略

针对带式输送机永磁驱动系统采用PID控制器进行控制时电机的控制性能差和采用多电机驱动时电机间转速不同步、稳定性差等问题,提出了带式输送机多永磁电机驱动系统自抗扰同步控制策略。基于自抗扰控制(ADRC)技术设计了2种调速控制策略,并搭建仿真模型进行了对比试验;随后结合模糊PID控制技术对传统偏差耦合控制进行结构改进,并以矿用带式输送机多永磁电机驱动系统为控制对象,开展基于主从、传统偏差耦合和改进型偏差耦合同步控制结构的仿真。结果表明,基于二阶ADRC和改进型偏差耦合控制结构的带式输送机多永磁电机驱动系统同步控制策略具有更好的抗干扰能力、控制精度和同步性,有利于带式输送机平稳高效的安全运行。     

硅灰石增强铸型尼龙复合材料摩擦学行为研究

为了改善铸型(MC)尼龙的摩擦学性能,提出了一种硅灰石表面接枝MC尼龙的表面处理方法,并制备了表面接枝MC尼龙的硅灰石填充MC尼龙复合材料,测试了其力学和摩擦学性能.结果表明:表面接枝MC尼龙硅灰石填充MC尼龙与尼龙基体具有良好的结合界面,复合材料的硬度和拉伸强度分别提高了31%和26%,复合材料的拉伸断裂伸长率下降了68%.干摩擦条件下,MC尼龙复合材料的摩擦因数随硅灰石含量的增加而升高,5%质量分数硅灰石填充MC尼龙复合材料的摩擦因数达到0.5;水润滑条件下,硅灰石对MC尼龙摩擦因数影响较小,3种材料的摩擦因数均为0.18;2种试验条件下,填充硅灰石复合材料的磨损率显著降低,耐磨性能较纯MC尼龙分别提高了5倍和2倍.MC尼龙复合材料的磨损主要为磨粒和黏着磨损.     

四履带双摆臂机器人越障机理及越障能力

为发挥四履带双摆臂机器人的最佳越障性能,本文从运动学的角度,在固定双履带机器人越障机理的 基础上,分析了四履带双摆臂机器人克服台阶、斜坡、沟道等典型障碍的运动机理及其最大越障能力,重点研究了 四履带双摆臂机器人正向和反向两种攀越台阶方式的运动机理及其最大越障能力．以CUMT-II 型煤矿探测机器人 样机为例,绘制了机器人仰角、摆臂摆角与跨越台阶高度的3 维关系图,以及斜坡坡度与摆臂摆角关系曲线,并求 出了相应的最大越障能力的理论值,与实验室实测数据进行了对比分析．本文推导出机器人的最佳越障性能及对应 的质心和摆臂的位置,可为机器人越障时质心位置的控制提供理论依据．     

评定钢丝的微动摩擦磨损参数研究

以点接触式提升钢丝绳为研究对象，在实验室建立了钢丝绳中钢丝的微动磨损模型．在自制的钢丝微动磨损试验机上进行微动磨损实验，考察了接触载荷、微动时间和振幅的变化对钢丝试样磨损深度的影响，并用综合参数pv值和pvt值评定微动磨损深度的变化．结果表明，相同微动时间下磨损深度随pv值的增加而增大，相同接触载荷下磨损深度随pv值增大而减小，磨损深度和综合参数pvt值之间基本成线性关系．同时通过微动过程中摩擦系数的变化、磨损产生的磨屑以及磨痕形貌，分析微动磨损过程中磨损机制随微动实验条件的变化规律。     

摩擦提升最佳防滑配重的摩擦学设计

提出防滑许用摩擦系数可靠性设计方法,并给出基于许用摩擦系数的最佳防滑配重量的摩擦学设计原则。设计结果使防滑配重重量在确保防滑可靠性的前提下得以最大限度减小,并能将防滑配重、钢丝绳直径和许用摩擦系数同步规划。     

钢丝绳与衬垫边界摩擦系数的实验

模拟摩擦提升钢丝绳的使用条件,以钢丝绳表面淋水、涂防锈油、淋水与涂油混合,以及淋水、涂油加上煤粉4种边界介质条件对钢丝绳与衬垫的摩擦系数特性进行了实验。     

扩展不确定度中包含因子的确定方法

本文通过分析被测量可能值的概率分布给出扩展不确定度包含因子的确定方法，并对有效自由度的非整数值，其所对应的包含因子的取值进行了详细的研究。采用三次样条插值研究了有效自由度小于5的情况，得到较为准确的结果。