智能化综采工作面实时虚拟监测方法与关键技术

针对数字化综采工作面的场景构建、虚实交互通道和虚拟模型驱动三大基础问题,提出一种面向智能化综采工作面的实时虚拟监测方法,对高可信度煤层装备联合虚拟仿真与协同规划、实时可靠信息获取与"虚实融合"通道构建技术和虚实融合与感知一致性呈现等方法进行研究,具体包括:①基于Unity3D开发特点和模型所需特性,分别完成了三机装备数字模型和煤层顶底板模型的构建,将虚拟装备布置在虚拟煤层中,实现各装备之间的虚拟协同以及装备与煤层之间的关系构建,完成了虚拟煤层环境下的装备协同推进仿真并对装备群协同运行进行虚拟规划,实现了高仿真度综采虚拟场景的构建;②在装备反映位姿信息的关键位置上布置传感器,通过一系列接口和通道,构建Unity3D与组态软件、数据库和计算软件之间的信息交互。采用分布式协同的驱动模式,优化了数据的传输处理,最终将综采装备的实时运行数据导入虚拟平台,驱动虚拟设备运行,实现了稳定可靠的传感信息协同与调度;③构架了复杂综采虚拟场景实时驱动框架,研究了基于底层模型驱动虚拟单机关键技术,提出了采运装备协同仿真与实时数据驱动的方法、采煤机自动调高方法、刮板输送机和支架协同仿真与实时数据驱动方法、虚拟液压支架群的虚拟驱动方法以及动态透明工作面时空运动学实时分析方法,接着进行了虚拟监测界面设计,实现了传感数据与虚拟仿真运行信息高精度融合。最后在实验室综采成套试验系统和样机试验平台上分别完成了相关试验,验证了三大模块联合运行的正确性和可靠性。试验表明,VR监测系统运行清晰流畅,虚实映射状态同步,可切换性好,呈现信息准确,后台数据库压力也较小,可以完成预期目标。在仿真运行中可实时提取出各装备与煤层运行的相关参数,完成高可靠性虚拟规划。     

矿井提升机钢丝绳的虚拟样机研究

采用Pro/E和ADAMS软件,建立矿井提升机钢丝绳虚拟样机,并对其进行动力学分析,为设计经济、可靠的提升机系统提供有力的工具和实现方法。     

综采工作面煤层装备联合虚拟仿真技术构想与实践

当前综采工作面煤层和装备都是分开建模,缺少将两者的运行关系进行融合的方法和案例,导致构建的虚拟生产系统与实际情况偏差过大。利用虚拟现实软件Unity3D的物理仿真引擎,对虚拟装备之间和装备与虚拟煤层之间的相互作用关系进行编译,获得关键的运行信息、特征和状态,目的是实现"煤层+装备"的联合虚拟仿真运行。基于逆向重构技术与Mesh网格碰撞体技术建立由虚拟固有煤层和虚拟实时更新煤层两部分组成的虚拟煤层仿真系统,对装备进行协同仿真,建立装备与煤层虚拟作用模型,研究与煤层底板直接进行作用的装备行为的仿真方法,包括刮板输送机虚拟铺设、液压支架群虚拟支撑和采煤机虚拟截割煤层顶底板。以井下地质探测数据点为基础按循环点和装备点逆向重构出固有煤层,根据采煤机实时前后滚筒截割轨迹对虚拟煤层数据信息进行更新,煤层实时信息也同时反向作用于装备运行,真实再现煤层环境下装备自适应推进过程。该方法将装备与煤层建立可靠的联系,为构建实时运行数据驱动的综采工作面生产系统虚拟镜像提供技术支撑。     

CONDITION MONITORING AND FAULT DIAGNOSIS FOR TENSION UNBALANCE OF ROPES IN MULTI-ROPE FRICTION WINDER

This paper analyzes the reasons of the tension unbalance of the ropes in multi-rope friction winder, introduces the method of an on-line monitoring rope tensions with a testing device developed by authors, and proposes the criteria of the fault diagnosis and the method of adjustment for the tension unbalance of the ropes, which is important to the theoretical study on the tension unbalance of the ropes and the maintenance of multi-rope winder.     

薄煤层采煤机滚筒装煤效率的研究

针对薄煤层采煤机滚筒装煤效率低的问题,采用离散元仿真方法对滚筒装煤过程进行研究。在UG中建立滚筒模型,利用颗粒流离散元软件PFC3D,建立模拟煤壁模型,将滚筒模型导入,形成滚筒、煤壁的组合仿真模型。通过顺转和逆转装煤对比实验,得出滚筒逆转装煤效率比滚筒顺转装煤效率高9.3%左右。通过正交实验,得到了叶片螺旋升角、滚筒转速、牵引速度三因素对滚筒装煤效率影响的显著性和最佳取值。仿真研究结果对薄煤层采煤机滚筒的设计具有一定的指导意义。     

电流与振动信号融合的转子系统故障诊断研究

针对传统转子系统故障诊断信号的单一性,提出了基于电机电流和多传感器振动信号的融合信号的转子系统故障诊断方法。首先在单跨转子试验台上模拟转子系统的不平衡、不对中、碰磨故障,并采集不同故障类型下拖动电机的电流信号及不同位置的振动信号,其次利用小波包能量法对采集的信号进行特征值提取,最后利用贝叶斯网络对转子系统故障类型进行识别。试验结果表明:与只利用电机电流信号或振动信号相比,利用融合信息进行转子系统故障诊断准确率明显提高。     

刮板输送机水平面形态检测方法

针对现有刮板输送机水平面形态检测方法测量结果不准确的问题,提出了一种基于采煤机与刮板输送机协同位姿解算的刮板输送机水平面形态检测方法。该方法首先根据采煤机与刮板输送机在运行过程中的耦合关系,利用Rodrigues参数法对捷联惯导系统信息进行解算,获得采煤机在刮板输送机上运行时的位姿信息;然后将解算的采煤机位姿信息、已知的刮板输送机中部槽航向角代入建立的刮板输送机水平面形态检测数学模型,计算出刮板输送机各中部槽航向角,从而得到刮板输送机在水平面的工作形态。试验结果表明,该方法对刮板输送机中部槽航向角的检测误差为0~1.5°,对刮板输送机水平面形态的最大检测误差为30.70mm,满足刮板输送机水平面形态检测要求。     

基于UG的采煤机零件参数化设计系统研究

为了避免采煤机零件的重复设计,减少采煤机新产品设计开发工作量,对采煤机零件的参数化设计方法进行了研究,并综合应用UG二次开发工具UG/Open API、UG/Open MenuScript、UG/Open UIStyler和Microsoft Visual C++6.0编程软件开发了基于UG的采煤机零件参数化设计系统。以采煤机截割部摇臂油位计壳体为例详细地介绍了系统开发设计的具体过程,通过实例验证了该方法的有效性。研究表明,参数化设计系统缩短了零件设计分析周期,减少了设计分析人员的工作量。