刮板输送机技术发展历程(四)——智能化成套装备

采煤工作面机器人群包括智能刮板输送机,它不仅要自适高效输送煤流而且要引导智能采煤机沿着工作面截割煤炭、牵引智能液压支架安全支护岩层顶板,因此刮板输送机智能性直接影响采煤机组智能性。认为,断链监测与保护技术、链张力实时感控技术、煤流量在线监测技术和机身自动调直技术是智能刮板输送机的关键感控要素,目前这些技术已达到成熟应用,为刮板输送机无人化运行提供了重要保障。自2010年起,我国刮板输送机智能化技术创新加速,研发成功超大功率、超长运距智能刮板输送机,以此构建了超级智采工作面。指出,未来刮板输送机永磁电机智能驱动、智能力感刮板链、全耐磨整体成型中部槽、数字孪生控制系统将成为新一代高级智能刮板输送机的发展方向,进而推进煤矿智采工作面进入高级智能化层次。

刮板输送机技术发展历程(一)——国外技术

刮板输送机是井下采煤工作面的“脊梁”装备,它经历了6次技术变革,持续推动采煤工艺变革及生产效率持续提升。刮板输送机第1次技术变革发生于1900-1940年,诞生了可拆卸刮板输送机,煤矿开启半机械化开采时代;第2次技术变革产生于1940-1950年,创制了可弯曲刮板输送机,煤矿进入机械化开采时代;第3次技术变革形成于1950-1985年,创设了可自移刮板输送机,煤矿跨入综合机械化开采时代;第4次技术变革出现在1985-2000年,已发展成为重型化刮板输送机,煤矿走向高产高效综采时代;第5次技术变革形成于2000-2010年,研发出自动化刮板输送机,煤矿迈向数字化综采时代;第6次技术变革始于2010年,创新推出智能化刮板输送机,煤矿开启少人化智采时代。英国和德国为刮板输送机初创做出巨大贡献,研制出多种早期的刮板输送机机型。苏联对刮板输送机的系列化,以及对机械化采煤机的配套起到重要的创新推动作用。在此基础上,1954年,英国把安德顿滚筒采煤机与垛式支架、可弯曲刮板输送机组合为综合机械化采煤机组,建成世界上第一个综采工作面。21世纪以来,世界煤炭开采的重心逐步转向我国,国外刮板输送机研发与制造影响力逐年衰减,我国逐渐成为刮板输送机的制造强国。

基于地理信息系统(GIS)的采煤机定位定姿技术研究

采煤机自主定位及其对煤层信息的感知是采煤机自动控制系统关键技术。以山西某煤矿18201工作面为试验地点,利用震波CT探测技术对工作面煤层进行了精细勘探,构建了工作面煤层地理信息系统。以具有自动寻北功能的惯性导航装置、轴编码器为传感元件,开发了基于工作面地理信息系统的采煤机定位定姿装置。经过工作面试验,采煤机定位装置可实时测量采煤机行走轨迹、截割轨迹及其与煤层顶底板关系,实现了采煤机在工作面煤层三维地质环境中的定位与煤层地质信息的感知。

碳纤维增强尼龙1010的力学性能及其对摩擦磨损的影响

用碳纤维填充尼龙1010制备了碳纤维增强尼龙复合材料,并对碳纤维增强尼龙复合材料的力学性能和摩擦学性能进行了实验研究。力学实验结果表明:碳纤维增强使尼龙复合材料的拉伸强度、表面硬度增大,碳纤维增强尼龙材料的拉伸强度在20%碳纤维含量时达到最大值;碳纤维表面处理对尼龙复合材料的拉伸强度有很大影响,碳纤维表面氧化处理提高了碳纤维增强尼龙复合材料的拉伸强度。摩擦磨损实验表明:碳纤维增强尼龙复合材料的摩擦系数和磨损率与其拉伸强度和硬度有密切关系。随着拉伸强度和硬度的提高,尼龙复合材料摩擦系数和磨损率降低;摩擦系数和磨损率与拉伸强度具有反比关系,与材料硬度具有二次方程关系,与碳纤维填充量之间存在负指数变化规律。

纳米SiO_2填充尼龙PA1010的摩擦磨损性能实验研究

用纳米 Si O2 填充 PA1 0 1 0制备了尼龙复合材料 ,并用 MM- 2 0 0磨损试验机对尼龙复合材料与 45钢在干摩擦条件下的摩擦磨损实验进行了实验 .研究表明 ,纳米 Si O2 填充 PA1 0 1 0大幅度提高了尼龙复合材料的耐磨性 ,降低了摩擦系数 .纳米 Si O2 填充量在 1 0 %左右时 ,尼龙复合材料达到最低摩擦系数 0 .32和最低磨损量 0 .2 mg,磨损量比纯 PA1 0 1 0降低了 60多倍 ,摩擦系数降低了 1倍 .对纳米 Si O2 填充尼龙的磨损机理研究发现 ,纳米 Si O2 填充尼龙复合材料的磨损机理受滑动速度和接触载荷影响比较大 .当摩擦副 PV值小于 60 Nm/ s时 ,尼龙复合材料的磨损机理主要是切削和粘着磨损 .当摩擦副 PV值大于 60 Nm/ s时 ,磨损机理转变为疲劳剥层或熔融流变 ,导致磨损量急剧增长 .

互联网+采煤机智能化关键技术研究

为实现煤矿无人化综采作业,根据智能化采煤机的作业要求,研究了采煤机智能感知、智能控制、智能截割、远程可视化监控以及综采机组物联网技术,实现了采煤机组的无人操作、远程监控。通过在煤矿现场的应用试验,可实现采煤机作业过程中的自主定位、自动调高、自我诊断、自适应牵引、远程可视化监控,为建设无人化综采工作面奠定了重要基础。

低碳化现代煤基能源技术体系及开发战略

煤炭为人类社会工业化进程做出了重要贡献,为保障我国能源安全和经济平稳发展发挥了关键支撑作用。从19世纪中期开始,煤炭、煤油、煤气、煤电共生的煤基燃料逐步进入规模化使用时代。但是,传统的煤炭利用产生高碳排放,成为能源转型的重大难题。面向生态文明社会发展,煤炭清洁高效利用迫在眉睫,现代煤基能源技术创新势在必行。首次提出现代煤基能源技术体系定义及内涵,将其定义为基于煤炭原料的创新转化而生产具有低碳属性的煤基气、煤基油、煤基氢和煤基电等能源产品,并在矿区原位消纳二氧化碳,形成具有碳中和能力的清洁低碳能源生产系统,其技术内涵包括煤基气、煤基油、煤基氢、煤基电和矿区动态碳中和,共有5个技术模块、19个技术单元和61项关键技术。现代煤基能源技术体系在未来新型能源体系中将发挥“一主体三支撑一突破”的重要作用,即煤基电在我国电力保障中的“以煤稳电”主体作用,煤制油在我国油品安全的“以煤增油”支撑作用,煤基气对我国燃气安全的“以煤补气”支撑作用,煤基氢气对我国氢能发展的“以煤助氢”支撑作用,实现煤基能源动态碳中和技术的“以煤固碳”重大突破。当非化石能源与低碳化煤基能源之比保持在2.5~3.0,煤基能源及油气能源与风光水核能源可实现合理融合,组成具有强互补性、高可靠性、低碳排放的新质能源系统。研究预测,基于现代煤基能源技术实现重大突破和实际应用,2060年我国低碳化煤基能源产量可达10.2亿~14.6亿t标准煤,相当于全国能源需求量的18%~24%,二氧化碳排放量控制在5亿t以下,与目前基于“去煤化”的能源转型规划路径相比,煤炭在我国能源体系中的占比从10%提高到20%以上,二氧化碳排放量降低了50%。届时,现代煤基能源体系对我国能源安全保供和二氧化碳减排具有重大技术创新意义,助力我国走向能源自主独立强国。

纳米TiO_2和SiO_2填充尼龙的摩擦磨损行为

制备了纳米SiO2和纳米TiO2填充PA1010尼龙复合材料,测定了复合材料的力学性能,并采用MM 200型摩擦磨损试验机考察了尼龙复合材料在干摩擦条件下同45#钢配副时的摩擦磨损行为.结果表明:填充纳米颗粒可以提高尼龙复合材料的力学性能;纳米SiO2和纳米TiO2作为填料可以提高PA1010的耐磨性,降低摩擦系数,其中纳米颗粒的最佳质量分数为10%;纳米颗粒填充尼龙1010复合材料同45#钢配副时主要呈现粘着和疲劳磨损特征.

玻璃纤维增强尼龙1010复合材料的摩擦学性能研究

利用 WZM- I微型注塑机制备了玻璃纤维增强尼龙复合材料 ,在环 -块摩擦磨损试验机上考察了玻璃纤维含量和试验条件对其摩擦学性能的影响 ,并利用扫描电子显微镜对其磨损机理进行了分析 .结果表明 :在给定试验条件下玻璃纤维含量对复合材料的摩擦学性能有显著影响 ,玻璃纤维质量分数介于 2 5 %～ 30 %之间时增强效果较好 ;复合材料的摩擦系数随载荷的增加而下降 ,达到最小值后 ,又随载荷的增加而持续上升 ;其磨损质量损失则随载荷的增加而持续增大 .复合材料的磨损以粘着磨损为主 。

刮板输送机中锰钢中部槽的自强化抗磨机理及应用

针对煤矿刮板输送机中部槽的耐磨难题,研究了热轧中锰耐磨钢和马氏体耐磨钢的冲击磨损性能,分析了中锰钢的自强化耐磨机理,介绍了中锰耐磨钢在煤矿刮板输送机中部槽的应用实例。试验结果表明,热轧中锰钢比传统马氏体耐磨钢表现出更好的抗冲击磨料磨损性能,磨损表面硬化层厚度约1 000μm,最高显微硬度达531HV,对应的洛氏硬度达52HRC,表现出优良的耐磨强化效果。研究发现,中锰耐磨钢的耐磨强化机理随冲击功的不同而变化,由较低冲击功的马氏体相变、位错和层错复合强化机制,演变为较高冲击功时的马氏体相变、位错和形变孪晶复合强化机制。实际应用表明,热轧改性中锰耐磨钢的抗磨损性能优于Hardox450耐磨钢,可显著降低中部槽磨损,大幅度延长刮板输送机可靠运行寿命。

纳米Al_2O_3和Fe_2O_3填充尼龙PA1010的摩擦磨损行为

采用模具挤压成型方法制备了纳米Al2O3和Fe2O3填充PA1010尼龙复合材料,采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了所制备的尼龙复合材料在干摩擦条件下同45#钢对摩时的摩擦磨损行为.研究结果表明,填充纳米Al2O3使得PA1010尼龙复合材料的摩擦系数增大,而填充纳米Fe2O3使得摩擦系数降低;纳米Al2O3和Fe2O3填充尼龙复合材料的耐磨性能优于尼龙;当纳米填料的质量分数从10%提高到20%时,纳米Fe2O3填充尼龙的磨损量增大,纳米Al2O3填充尼龙的磨损量无明显变化,2种填料填充尼龙复合材料的摩擦系数变化不大.纳米Fe2O3填充尼龙复合材料同45#钢对摩时主要呈现粘着磨损和轻微疲劳磨损特征,而纳米Al2O3填充尼龙复合材料呈现脆性疲劳开裂特征.纳米Fe2O3填充尼龙复合材料在偶件磨损表面形成的转移膜更加均匀和连续,故其减摩抗磨性能优于纳米Fe2O3填充尼龙复合材料.

表面轮廓分形维数计算方法的研究

阐述了表面轮廓分形和分形曲线的基本概念，对目前常用于表面轮廓分形维数的４种计算方法的基本思路作了评介，指出这些方法的计算结果都存在一定的偏差，对选择不同计算尺度得到的分形维数表现出较大的不稳定性，致使分形维数难以准确地反映表面轮廓的真实复杂特征．根据表面轮廓的均方差与区间尺度成比例的性质，提出了表面轮廓分形维数计算的协方差加权法．通过与Ｗｅｉｅｒｓｔｒａｓｓ－Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔ分形函数曲线的分形维数计算的比较，协方差加权法所得表面轮廓分形维数的稳定性良好，计算结果的准确性也明显提高，可以简化表面形貌的识别过程，为摩擦学研究中更准确地描述粗糙表面的复杂特征提供了一种简便适用的新方法．

摩擦学复杂系统及其问题的量化研究方法

以摩擦学的三个公理为基础 ,提出摩擦学系统复杂性质的具体定义 ,即摩擦学系统的动力性、摩擦学系统的非线性、摩擦学系统的随机性、摩擦学系统的混沌性和摩擦学系统的分形性 ,并且指出摩擦学系统是一个复杂的非线性动力系统 ,因而将摩擦学研究与动力学相结合有助于摩擦学问题的定量化描述 .根据摩擦学系统及其行为的特定性质 ,从系统学观点出发 ,将摩擦磨损过程分为自组织阶段、混沌阶段和失稳阶段等 3个阶段 ,并提出了磨合吸引子的概念 。

人体生物摩擦学的研究现状与展望

介绍了人体生物摩擦学的概念,分析了头发、眼睛、皮肤、牙齿和关节等系统的生物摩擦学研究现状,就血液、人工心脏泵、人工心脏瓣膜和食品味觉的生物摩擦学研究方向进行了展望.指出当前人体生物摩擦学研究的关键科学问题主要包括人体摩擦副的特殊摩擦学行为及机理、模拟人体生物环境条件的人工器官摩擦磨损试验方法研究、人工材料在体内的生物摩擦学行为反应预测及磨粒在体内的生物反应和临床病症的评定.

磨合表面形貌变化的特征粗糙度参数表征

用结构函数法计算磨损表面轮廓分形维数Ｄ，通过把分形维数Ｄ与测度－尺度间幂律关系中的系数Ｃ相结合，提出了一个名为“特征粗糙度”的表面评定参数τ＊，给出了其定义和计算表达式．在销－盘试验机上对销子表面某一位置在不同磨合磨程时的形貌进行了精确复位测量，轮廓特征粗糙度τ＊值随磨合时间的变化表明：用τ＊评定磨合过程中表面形貌的变化简单、有效。

钢-铜磨损过程中磨粒积聚的分形研究

在销 -盘摩擦磨损试验机上考察 45 #钢 -铜合金摩擦副的磨损性能 ,按一定时间间隔收集磨损过程中积聚的金属磨粒 ,然后用光学显微镜对不同粒径范围内的磨粒进行计数和分形研究 .研究结果表明 :不同粒径的金属磨粒所对应的积聚数呈现明显的分形特征 ,小磨粒积聚和大磨粒积聚表现出不同的分形特征 ,并具有双重分形现象 ;磨损过程中的磨粒积聚分形特征对应于某一粒径尺度的分形转折点 ,该分形转折点的坐标位置与磨损状态相关 ,因此确定分形转折点有助于甄别磨损状态 .

危险环境下救援机器人技术发展现状与趋势

阐述了当前国内外在危险灾变环境下的救援机器人发展现状,总结了救援机器人的关键技术问题,分别对消防救援机器人、地震救援机器人、矿山救援机器人、核事故救援机器人和水下救援机器人的研究现状和应用情况进行了分析,并对每种机器人技术进行了总结,归纳得出:危险环境下救援机器人的共性关键技术包括4种能力,即良好的移动性能、感知能力、通信能力与续航能力。同时,针对不同救援机器人的应用环境,指明了各自所面临的核心问题,并指出随着技术的发展,不论是哪种机器人,救援功能的集成化、救援行为的自主化、救援任务的协同化与救援装备的轻量化都将是其发展方向。

GF增强尼龙1010复合材料的摩擦学性能研究

制备了玻璃纤维 ( GF)增强尼龙 1 0 1 0复合材料 ,在环 -块磨损试验机上研究了复合材料的摩擦学性能 .结果表明 :GF含量对复合材料的摩擦学性能有显著影响 ,GF质量分数为 35%时增强效果较好 ;随着滑速的增加 ,GF增强尼龙 1 0 1 0复合材料的摩擦系数和磨损量持续上升 .干摩擦下的复合材料磨损以疲劳断裂和粘着为主 ,且纤维出现磨损、断裂及从基体中剥落的现象 .在油润滑下材料向对偶产生轻微的转移 ,与干摩擦相比复合材料的摩擦系数和磨损量大为降低 ;水润滑下的尼龙以化学腐蚀磨损和磨粒磨损为主 ,此时复合材料摩擦系数也有较大程度的降低 ,但磨损量较干摩擦增大 .

矿山运输机械的安全装备研究

矿山机械运行中发生的安全事故列煤矿生产事故的第四位,其中运输机械发生的事故占多数,因而有效预防遏制矿山机械的重大事故对于改善煤矿安全生产形势具有重要意义。本文针对矿井提升机制动器故障预防以及过卷墩罐事故、带式输送机打滑和断带事故、斜井提升矿车失控跑车事故的防控装备进行了研究,对煤矿救灾机器人进行了介绍。

人工关节改性材料的生物摩擦学研究

目的研究不同人工关节材料的改性技术及生物摩擦学性能,为新型人工关节设计提供可靠的技术与理论基础。方法选用表面渗碳、微弧氧化和氮离子注入技术对钛合金表面进行改性,提高其耐磨损性能;超高分子量聚乙烯采用填充改性技术,制备了UHMWPE/BHA、UHMWPE/NC和UHMWPE/VE复合材料,通过提高UHMWPE关节假体的承载能力和蠕变抗力,降低其磨损率。结果(1)钛合金的表面改性可获得结合性能良好的表面陶瓷层,可有效提高钛合金的耐磨损性能。(2)超高分子量聚乙烯的填充改性,可获得耐磨损性能良好的关节复合材料,有效减少超高分子量聚乙烯磨损颗粒的产生并降低其磨损颗粒引起的生物学反应。