刮板输送机中部槽物料运输状况数值模拟

以SGZ630/220系列刮板输送机为研究对象,建立了刮板输送机中部槽物料运输模型,利用EDEM对刮板输送机中部槽运输煤料的流动状况和速度分量变化进行了数值模拟。仿真结果表明：当刮板输送机稳定运输煤颗粒后,半径较小的煤颗粒会堆积在下层区域,半径较大的煤颗粒则会堆积在上层区域,出现明显的分层现象;在刮板输送机运输方向上,不同粒径大小的颗粒速度都会经历一段时间的波动,最终稳定在刮板链速度附近。     

基于惯性测量单元的刮板输送机形态监测

刮板输送机作为综采工作面的核心运输装备,准确感知其形态是提升其带载能力、缓解传动冲击、改善综采工作面直线度的重要前提。目前常用的刮板输送机形态间接测量方法难以准确表征其形态,导致测量模型误差较大。针对该问题,采用惯性测量单元直接测量刮板输送机中部槽原始位姿信息,实现刮板输送机形态数据的准确获取。采用融合Heursure阈值规则和新阈值函数的小波阈值去噪方法滤除中部槽运动加速度信号中的噪声干扰,在此基础上分析了中部槽运动特征,设计了基于随机森林的中部槽运动状态识别模型,根据运动状态识别结果采用不同的策略更新中部槽位置,减小了随时间累计的IMU数据误差,提升了IMU位置解算精度。设计了改进哈里斯鹰优化（HHO）算法优化无迹卡尔曼滤波（UKF）进行中部槽姿态解算,通过实验验证了该方法解算的姿态角满足中部槽姿态测量要求。搭建了刮板输送机形态监测实验平台,对基于运动状态识别和改进HHO优化UKF的刮板输送机形态解算方法进行实验验证,结果表明：刮板输送机进行单次推溜且步距为250 mm时,由10节中部槽组成的刮板输送机在底板水平工况下,X,Y轴方向上位移的最大累计误差分别为6.4,8.4 mm,Z...     

刮板输送机中部槽冲击特性研究

为了研究煤料、刮板及刮板链对刮板输送机中部槽的冲击特性,首先基于赫兹接触理论,对煤料冲击中部槽过程中的法向冲击载荷和冲击能量进行了理论分析;然后采用EDEM仿真软件模拟了采煤工况下煤料对中部槽的冲击过程,得到了不同链速、不同采煤高度下中部槽所受的法向冲击载荷曲线,以及中部槽中板所受的冲击力分布;最后在空载工况下对刮板及刮板链对中部槽中板的冲击载荷进行了现场试验。研究结果表明:在不同链速和采煤高度下,煤料对刮板输送机中部槽的法向冲击载荷均先迅速增大,然后减小至一定区间内波动,且法向冲击载荷随链速和采煤高度的增大而增大;煤料对中部槽中板的冲击力主要集中在两链道处;刮板及刮板链对中部槽的冲击载荷呈周期性阶跃变化,且采煤侧链道处、采空侧链道处、非链道处的冲击载荷依次减小。     

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。     

埋刮板输送机刮板节距的影响因素分析

针对埋刮板输送机在输送不同物料时存在刮板节距如何确定的问题,以MS型、MC型埋刮板输送机为研究对象,分析了刮板面积、机槽高度与宽度、输送物料等影响因素对刮板节距的影响规律。分析结果表明,相比较而言,输送物料的不同对刮板节距的影响较大。对于MS型埋刮板输送机,在其他因素不变的情况下,刮板节距随着刮板面积的增大而增大,随着机槽宽度与高度的增大而减小;不同的物料由于内摩擦角不同,刮板节距呈现先减小后增大的情况,在25°左右达到最小值。对于MC型埋刮板输送机,当增大刮板宽度时,刮板节距减小;而增大刮板高度时,刮板节距随之增大;当输送内摩擦角为30°的物料时,刮板节距为最小值。     

离散元方法在滚筒采煤机装煤仿真中的应用

针对我国薄煤层工作面低,滚筒直径受限,出煤口面积小,严重影响装煤效果的问题,采用离散元方法分析采煤机滚筒的装煤过程.依据滚筒设计理论,在UG中建立滚筒模型.结合采煤机在实际生产中装煤的具体工况,确定颗粒本构模型以及综采工作面采煤机、刮板输送机配套方案;利用三维离散元软件PFC3D,运用Fish语言和PFC命令编写程序,建立滚筒、煤壁、刮板输送机中部槽联合仿真模型.设置滚筒牵引速度为2.5 m/min,转速分别为40,45,50,55和60 r/min,得出滚筒逆转情况下不同转速的装煤效率,提出滚筒转速的最佳取值范围.     

综采工作面中部跟机自动化控制的数学模型

针对综采工作面的双向割煤生产作业特点,分析了采煤机、液压支架、刮板输送机联合运转时的协调控制过程,根据采煤生产作业中刮板输送机弯曲段形成原理,提出了刮板输送机弯曲段形成的数学模型;在该模型基础上,分析了工作面中部液压支架跟机自动化作业的工艺过程,提出了综采工作面中部跟机自动化控制数学模型;根据该综采工作面中部跟机自动化控制数学模型,对某煤矿3107综采工作面相关参数进行了计算,并总结了3107综采工作面中部跟机自动化生产的经验。应用结果表明,综采工作面中部跟机自动化控制的数学模型与跟机自动化工艺过程相吻合,为进一步实现智能化综采工作面提供了理论基础。     

基于压电振动俘能的自供电刮板输送机张力检测系统

为实现对刮板输送机运行过程中链条张力的有效检测,克服供电模块需要定期拆卸更换的难题,提出了一种基于压电振动俘能自供电的刮板输送机张力检测系统.通过采集刮板运行过程中产生的振动能量实现电能的有效转换,保证张力检测装置和无线信号发射装置长期有效工作.通过系统多个周期张力检测实验结果表明,检测系统自供电性能稳定;截取103 s的单周期进行分析,刮板经过链轮时的最大张力峰值为274.2 kN,通过计算两端部啮合点张力的差值得到下边链的运行阻力为12 kN,测试结果符合现场实际工况,表明系统具有较高的检测精度及可靠性.     

煤矿井下带式输送机液压卸煤装置设计

以纳林庙煤矿二号井6-2116综采工作面为工程背景,针对回收煤柱工作面充填空巷用煤量大且运煤困难的问题,设计了一种煤矿井下带式输送机液压卸煤装置。该装置由支撑装置、改向装置和液压系统组成,安装在主运巷道与辅回撤通道交叉口位置;利用液压泵站为动力,通过支撑装置和改向装置相互配合将煤炭从带式输送机上卸下,再经转载运输至用煤空巷。通过该卸煤装置,原煤不需要升井后再用无轨胶轮车运输到井下,提高了经济效益和充填效率,降低了安全风险。现场工业性试验结果表明,采煤机割煤速度为0.8m/min、刮板输送机速度为0.4m/s、转载机速度等级为低速、带式输送机速度为1.0m/s、改向油缸和支撑油缸伸出长度为0.7m时,卸煤装置可实现连续卸煤,满足试验工作面充填用煤需要,保证了回收煤柱工作面的正常推进。     

基于改进Mask R-CNN的刮板输送机铁质异物多目标检测

刮板输送机是煤矿井下的关键运输设备,铁质异物进入刮板输送机会引发磨损、断链等,甚至会造成停产、伤人等严重事故。现有刮板输送机异物识别方法存在对井下图像的适应性较差、无法区分异物类别与数量等问题。针对上述问题,提出了一种基于改进掩码区域卷积神经网络（Mask R-CNN）的刮板输送机铁质异物多目标检测方法。采用基于Laplace算子的图像增强算法对井下低照度、高粉尘环境下采集的图像进行预处理,对增强后的图像进行标注,制作数据集。采用Mask R-CNN模型的ResNet-50特征提取器获取铁质异物图像特征;采用特征金字塔网络进行特征融合,保证同时拥有高层的语义特征（如类别、属性等）和低层的轮廓特征（如颜色、轮廓、纹理等）,以提高小尺度铁质异物识别精度;针对Mask R-CNN模型生成的锚点与待检测的铁质异物尺寸不对应的问题,对Mask R-CNN模型进行改进,采用k-meansⅡ聚类算法代替原来的锚点生成方案,通过遍历数据集中标注框的长宽信息得到聚类中心点,实现刮板输送机铁质异物多目标检测。实验结果表明,改进Mask R-CNN模型对单张图像的平均检测时间为0.732 s,与Mask R...     

基于YOLOv5s-SDE的带式输送机煤矸目标检测

传统的煤矸图像检测方法需要人工提取图像特征,准确率不高,实用性不强。现有基于改进YOLO的煤矸目标检测方法在速度和精度方面有所提升,但仍不能很好地满足选煤厂带式输送机实时智能煤矸分选需求。针对该问题,在YOLOv5s模型基础上进行改进,构建了YOLOv5s-SDE模型,提出了基于YOLOv5s-SDE的带式输送机煤矸目标检测方法。YOLOv5s-SDE模型通过在主干网络中添加压缩和激励（SE）模块,以增强有用特征,抑制无用特征,改善小目标煤矸检测效果;利用深度可分离卷积替换普通卷积,以减少参数量和计算量;将边界框回归损失函数CIoU替换为EIoU,提高了模型的收敛速度和检测精度。消融实验结果表明：YOLOv5sSDE模型对煤矸图像的检测准确率达87.9%,平均精度均值（mAP）达92.5%,检测速度达59.9帧/s,可有效检测煤和矸石,满足实时检测需求;与YOLOv5s模型相比,YOLOv5s-SDE模型的准确率下降2.3%,mAP提升1.3%,参数量减少22.2%,计算量下降24.1%,检测速度提升6.4%。同类改进模型对比实验结果表明,YOLOv5s-STA与YOLOv5s-Gho...     

基于自由摆的平板精确控制与激光追踪系统

以TI公司的MSP430F5438单片机为控制核心,结合步进电机和精密电位器WDD35D-4,实现了基于自由摆的平板控制与激光追踪系统。当摆杆摆角为45°～60°时,平板可以承载8枚一元硬币,并在5个摆动周期内维持稳定;当摆杆摆角为30°～60°时,固定在摆杆平板上的激光笔可以在15s内找到并跟踪1.5m远处的靶心。     

基于超声阵列的输送带动态煤量检测系统

输送带动态煤量检测是实现顺煤流启动和自动调速等多级带式输送机能耗优化措施的基础和关键。针对现有基于超声波的煤量检测方法精度较低、多超声波传感器之间易受干扰等问题,设计了基于超声阵列的输送带动态煤量检测系统。利用超声波测距原理,通过超声阵列实时检测各超声波传感器阵元对应检测点的煤料高度,采用横截面切片法计算单位时间内输送带上通过煤料的总体积,结合煤料堆积密度计算输送带实时煤流量及总煤量。为降低同频声波串扰及超声波在井下恶劣环境中衰减带来的误差,选用10路中心频率不同的超声波传感器阵元,布置为2×5线性阵列形式,通过多行超声波传感器对采集的煤高数据进行补偿,以提高煤高数据检测准确性。实时性分析结果表明,超声阵列检测速度在理论上满足带速为5 m/s的带式输送机煤量检测要求。实验结果表明：在0.125,0.170 m/s带速下,规则物料体积检测的平均相对误差分别为4.99%,5.16%;模拟实际工况条件下,煤量检测的平均相对误差为5.56%。在低带速状态下,该系统对规则物料和煤料的测量准确度达94%以上,基本实现了输送带动态煤量实时准确检测,满足带式输送机煤量检测需求。     

基于多道线性激光的带式输送机纵向撕裂检测

煤矿井下环境昏暗、潮湿、粉尘大,采集的监控视频图像模糊,导致输送带纵向撕裂识别难度大,且现有研究成果仅关注有无纵向撕裂,未涉及撕裂损伤定位及趋势跟踪。提出一种基于多道线性激光的带式输送机纵向撕裂检测方法:采用矿用本安型结构光发射器向输送带表面投射多道线性激光、矿用本安型工业相机拍摄线性激光条纹图像,通过提取激光条纹中心线并分析其特征,判断单帧图像是否存在纵向撕裂损伤,存在损伤时搜索损伤边界点并计算损伤宽度、深度特征值;融合多帧图像检测结果及速度传感器数据,计算完整纵向撕裂损伤长度、平均宽度、平均深度;通过检测输送带上的标志物位置定位撕裂损伤纵向位置,求取损伤起点在输送带上的位宽占比定位横向位置,并基于纵向位置实现损伤趋势跟踪。设置输送带纵向撕裂损伤长度分别为0.73,0.95m,平均宽度为0.01m,平均深度为0.008m,采样速率为25帧/s,对该方法进行测试,结果表明该方法能够准确检测带式输送机有无纵向撕裂,损伤长度计算误差平均值为0.06m,损伤平均宽度、平均深度计算误差平均值为0.001m,纵向定位误差不超过0.1m,并可准确判断纵向撕裂发展趋势。     

多层金字塔夹芯结构在冲击载荷作用下的动态响应

金属材料点阵夹芯结构能量吸收效率较高,为得到多层金字塔点阵夹芯结构在冲击载荷作用下的动态响应,利用Patran建立多层金字塔点阵夹芯结构在冲击载荷作用下的数值模拟模型,通过Dytran计算分析质量为25 kg的钢板以30 m/s, 60 m/s和90 m/s的速度冲击时模型的应力、应变、变形以及变形能,研究随着冲量的增加,模型的应力、应变、变形和变形能的变化规律.     

组合煤岩体动态力学性能及瞬变磁场特征研究

煤与瓦斯突出是顶板-煤体-底板综合力学作用的结果,单纯研究煤体或岩体力学特性难以充分揭示煤与瓦斯突出机理。为了揭示组合煤岩体的动态力学特性及瞬变磁场信号特征,采用霍普金森压杆实验系统研究了组合煤岩体的动态力学性能,分析了组合煤岩体动态破坏过程中的瞬变磁场信号特征。实验结果表明,组合煤岩体受到冲击破坏后,岩石破碎块度大,煤体破碎块度较小,强度低的煤体对组合试样具有很好的应力衰减和削波作用,应力波通过组合试样后,应力衰减为原来的1/5;组合煤岩体对应力波的衰减弱化效应主要取决于煤体的微观结构,煤体的微观结构使煤体受到冲击载荷后其塑性变形增强,弹性模量逐渐减小,与组合试样相比,单一试样表现出明显的脆性破坏特征;组合试样的平均应变率、最大应变率、断裂应力极限值和破坏应变与瞬变磁场信号幅值具有一定的相关性,随着组合试样冲击速度、平均应变率、最大应变率和断裂应力极限值的增大,组合试样所产生的磁场信号幅值也逐步增大,破坏应变与瞬变磁场信号幅值呈现出负相关关系,但两者相关性不强,离散性较大。     

爆炸冲击条件下的加速度传感器结构分析

针对加速度传感器在爆炸与冲击测试中的应用,从理论与有限元仿真出发,分析传感器结构的静态响应与冲击响应.在15.4×104gn的静态载荷下,传感器结构最大应力超过材料的许用应力,将会发生结构断裂.在静态载荷下,加速度传感器在15.4×104gn的冲击加速度载荷下结构最大应力超过材料的许用应力,将会发生结构断裂.在加速度传感器的工作方向上施加幅值为15×104gn,半周期为5μs、10μs、20μs、30μs、40μs的半正弦加速度冲击载荷.在幅值为15×104gn、半周期为30μs的冲击载荷下,传感器的固定端处应力为334MPa,将会使传感器断裂失效.在幅值为15×104gn、半周期为5μs、10μs、20μs的冲击载荷下,固定端处应力超过材料许用应力,将也会发生结构断裂.悬臂梁在半周期为5μs、10μs、20μs的冲击下,将会出现断裂.大体上,冲击载荷的周期越小,固定端的应力越大集中越严重.由于传感器固有周期为9.5μs,加速度传感器在半周期为10μs的冲击载荷下出现谐振,固定端处应力变大集中加剧.分析加速度传感器在冲击载荷下的结构响应为传感器的结构设计与具体应用时的可靠性分析提供了理论依据.     

具有非对称横截面的悬臂输流管道的非线性振动特征

高速列车运行中存在螺栓脱落风险,可能引起轨道板损伤.为了研究螺栓脱落对轨道板的冲击损伤,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了螺栓垂直冲击轨道板有限元模型,并和相关文献结果进行了比对,接触力及损伤形貌计算结果与文献结果一致性较好,在此基础上分析了轨道板的裂纹扩展情况及损伤特性.计算结果表明：当螺栓冲击速度在100km/h到350km/h范围内,轨道板均为轻度损伤,其破坏模式基本相同,首先在螺栓与轨道板的接触区域边缘产生环状裂纹,然后形成径向裂纹,随着冲击速度的增加,径向“喇叭状”裂纹从两组增加至四组,最后逐渐合并成十字形.随着冲击速度的增加,冲击作用持续时间越长,损伤变量、径向裂纹最大长度和凹坑深度均有明显增加；轨道板的损伤变量随径向裂纹最大长度及凹坑深度的增加而线性增加,最大线性偏离度在19%以内.     

CRH3动车组模型侧风下明线运行的空气动力特性分析

为探究在强风作用下高速列车的空气动力性能,建立3车编组CRH3动车组在侧风下明线运行的三维计算模型,在FLUENT软件中对其空气流场进行数值模拟。当列车运行速度为60 m/s时,风向角分别选取0°、±3°、±6°、±9°、±12°、±15°、±18°、±21°、±24°,计算列车表面压力分布和流场域空气流速变化情况。结果表明：车体表面正压最大值和负压最大值与风向角呈现正相关性,压力最大值位于车头正对迎风侧部位,车体表面近壁区域空气流速也与风向角具有正相关性。     

高速列车脱落螺栓对轨道板的冲击损伤数值模拟研究

高速列车运行中存在螺栓脱落风险,可能引起轨道板损伤.为了研究螺栓脱落对轨道板的冲击损伤,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了螺栓垂直冲击轨道板有限元模型,并和相关文献结果进行了比对,接触力及损伤形貌计算结果与文献结果一致性较好,在此基础上分析了轨道板的裂纹扩展情况及损伤特性.计算结果表明：当螺栓冲击速度在100km/h到350km/h范围内,轨道板均为轻度损伤,其破坏模式基本相同,首先在螺栓与轨道板的接触区域边缘产生环状裂纹,然后形成径向裂纹,随着冲击速度的增加,径向“喇叭状”裂纹从两组增加至四组,最后逐渐合并成十字形.随着冲击速度的增加,冲击作用持续时间越长,损伤变量、径向裂纹最大长度和凹坑深度均有明显增加；轨道板的损伤变量随径向裂纹最大长度及凹坑深度的增加而线性增加,最大线性偏离度在19%以内.