带式输送机不停机托辊更换车结构设计及特性分析

为提高煤矿带式输送机在更换损坏托辊时的维护效率,减小人工更换产生的安全风险,文中设计了一种可在带式输送机不停机状态下进行托辊更换的更换车。针对不停机更换托辊的工作要求,确定更换车的更换方案,并建立三维模型。采用D-H参数法建立更换车机械手的连杆坐标系,通过MATLAB软件机器人工具箱建立机械手模型,并用蒙特卡洛法确定机械手的工作空间,结果表明,其运动范围满足槽型托辊组3个托辊的更换。采用ADAMS软件对机械手拆卸和安装托辊过程进行仿真,得到损坏托辊和备用托辊的位移曲线,结合夹取结构的运动曲线和运行轨迹,结果表明,机械手的工作过程平稳流畅。采用ANSYS软件对更换车工作中关键受力部件支撑臂和支撑托辊架进行有限元分析,结果表明:两部件强度满足工作要求,保证更换车工作的可靠性。

基于语义分割的带式输送机煤料运输区域检测算法

针对煤炭运输过程中,经常无法保持煤炭在带式输送机上的运量均匀,使得带式输送机长时间全速运转而造成电能浪费和设备无效磨损的问题,提出一种基于语义分割的带式输送机煤料运输区域检测算法。该算法在DeeplabV3+的基础上,根据特征通道之间的相互依赖关系,引入注意力机制,使用不同扩张率的卷积核获得多种尺度的语义信息,来精确分割出煤炭在带式输送机的运输区域。实验结果表明,该算法平均交并比(Mean Intersection over Union,MIoU)相比于DeeplabV3+算法提高1.24百分点,能够有效精准地分割出煤料的运输区域,为煤量估计工作提供有效的保障。

矿井带式输送机火灾烟流特性及其预警防控综述

为有效防控煤矿井下带式输送机火灾事故,保障煤矿工作人员的生命财产安全,系统分析矿井带式输送机火灾的起火原因、燃烧特性、烟流特性、监测预警技术及防治措施,并基于当前研究现状提出展望。结果表明:引发带式输送机火灾的主要原因是摩擦温升、电气设备故障及明火;研究带式输送机火灾燃烧和烟流特性采用的巷道火灾模型及数值模拟相关参数具有一定局限性,需综合考虑运输巷道实际工况及环境等参数;国内虽有针对带式输送机火灾的监测预警系统,但其尚有不足,需引入5G、大数据及人工智能等新兴技术予以完善,并结合硬件探测及人员管理等方面,健全煤矿带式输送机火灾防治体系,进而全面推动煤矿安全智能化建设。

带式输送机不停机更换托辊机器人研究与应用

针对带式输送机托辊更换频繁、人工更换工具笨重、作业劳动强度大、停机更换效率低等问题,以王家岭煤矿主平硐带式输送机为研究对象,根据巷道参数和更换托辊流程,研究不停机更换托辊机器人,制定机器人总体研究方案。基于功能分析法与不停机更换托辊理论研究,利用SolidWorks软件建立机器人三维实体模型,并对行走机构、姿态调整平台、伸缩支撑平台、拆装机械手参数进行优化。通过ANSYS Workbench软件对支撑平台和皮带举升机构进行有限元分析,伸缩支撑平台采用滑轨式结构,滑轨在悬臂和举升额定载荷下应力分别为15.647 MPa和66.395 MPa,最大变形位移出现在额定载荷条件下,位移为1.0742 mm。皮带举升机构选用剪叉式结构,额定举升时最大应力为152.82 MPa,最大位移为0.7331 mm。依据设计参数加工机器人样机,以功率为64 kW的柴油发动机为动力,通过液压马达驱动履带行走,速度范围在3~8 km/h,姿态调整平台可实现升降高度0~357 mm、俯仰角度±15°、侧倾角度-4°~7°、旋转角度-10°~20°、横移范围0~400 mm、纵移范围0~350 mm,多级伸缩机构采用组合滑轨方式实现平台0~2.1 m伸缩,采用五自由度机械手可实现对不同位置托辊进行拆装。通过地面及井下试验测试对机器人样机的行走、姿态调整、举升皮带、拆装托辊功能进行试验验证,结果表明:机器人在主平硐狭窄巷道行驶通过性良好,伸缩支撑平台在输送机不停机状态下举升皮带最大高度为241 mm,为机械手拆装不同位置托辊提供足够操作空间以达到设计性能要求,研究带式输送机不停机更换托辊机器人可为煤矿带式输送机维修提供新途径。

带式输送机水平转弯段的自动纠偏系统设计

长距离带式输送机在自然转弯过程中容易出现输送带跑偏等问题,主要纠偏方法是对转弯段托辊架的角度进行调整,但目前调整多为人工调整。文中通过设计一种可调整托辊架槽角和抬高角的自动纠偏系统,对机械结构设计、控制系统设计和传感器选型进行研究。机械结构设计方面进行了托辊架支撑体、推进装置与起升装置的结构设计和计算,控制系统设计方面进行了控制流程设计、驱动设计和传感器的设计与选型,最后进行了关键零部件的有限元分析和强度校核,分析了关键零部件在不同抬高角和不同槽角下的等效应力变化情况,为转弯段纠偏装置的设计提供了理论参考。

基于多源域迁移学习的带式输送机剩余寿命预测方法

煤矿开采过程中,带式输送机运行环境恶劣、工况复杂,致使获得的传感监测数据量有限且存在大量噪声干扰,严重限制了其剩余寿命预测的准确度。针对该问题,提出了一种多源域迁移学习剩余寿命预测方法,充分利用煤矿运输过程中积累的带式输送机多工况数据,以达到准确预测其关键零部件托辊轴承剩余寿命的目的。首先构建集成多尺度卷积神经网络和双向门控循环单元(MCNN-BiGRU)的设备退化特征提取模型,对单工况数据进行特征提取挖掘,并使用PSO算法确定模型超参数。在此基础上,加入多源域迁移学习(MDT)方法,利用多个工况数据进行剩余寿命预测,通过最大均值差异(MMD)与相互关系对齐(CORAL)联合损失拉近各源域数据分布差异,解决因数据量少导致的模型训练精度不高的问题。最后以煤矿实际生产数据集为例进行实验,结果表明:MDT-MCNN-BiGRU模型的预测效果较好,Savitzky-Golay滤波去噪后模型性能得以进一步提升;使用IMS数据集与现有方法进行比较,发现所提方法预测准确度较高,对煤矿运输设备健康管理具有一定的指导意义。

基于多特征融合时差网络的带式输送机区域违规行为识别

现有的煤矿井下带式输送机区域违规行为(如攀爬、跨越、倚靠带式输送机等)识别方法对特征提取不充分、难以考虑到行为时间差异,导致违规行为识别准确率不高。针对该问题,基于ResNet50模型,提出了一种基于多特征融合时差网络(MFFTDN)的带式输送机区域违规行为识别方法,将多特征融合和时间差分进行结合,对不同时间段的行为进行多特征融合。首先在原始模型ResNet50的第2和第3阶段引入短期多特征融合(STMFF)模块,将来自多个连续帧的时间和特征拼接在一起,再对融合后的特征进行时间差分计算,即相邻帧的特征差值,以在短期内捕捉局部动作变化。然后在原始模型ResNet50的第4阶段引入长期多特征融合(LTMFF)模块,将来自连续帧的短期多特征拼接在一起,再对相邻时间点的特征进行时间差分计算,以获取行为的长期多特征。最后将融合后的特征进行分类,输出识别结果。实验结果表明:①该方法的平均精度和准确率较原始模型ResNet50分别提高了8.18%和8.47%,说明同时引入STMFF和LTMFF模块能够有效提取到不同时间段的多特征信息。②该方法在自建煤矿井下带式输送机区域违规行为数据集上的准确率为89.62%,平均精度为89.30%,模型的参数量为197.2×10^(6)。③Grad−CAM热力图显示,该方法能够更有效地关注到违规行为的关键区域,精确捕捉到井下带式输送机区域的违规行为。

智能化气垫带式输送机性能测试平台设计

该文设计了一种智能化气垫带式输送机性能测试平台,通过调节气室入口的风压、风速,气孔排布方式、孔径及孔间距,可探究气室气压、气膜边缘风速及气膜厚度的变化规律。平台基于可控文丘里装置的反馈系统控制气垫带式输送机的气流,实验平台可以反映输入气流参数与形成气膜参数之间的耦合关系,将抽象的相关知识具象化,加深学生对气垫式输送装备的理解。

基于光纤传感的带式输送机张力检测技术

针对目前带式输送机张力检测存在易损坏及准确性和可靠性差的问题,提出了一种基于光纤传感的带式输送机的张力检测方法。将法珀腔传感头置于带式输送机张紧装置的液压回路中,液压回路的压力使法珀腔传感头的硅膜片产生形变,引起法珀腔传感头反射光变化;光电解调器光路接收法珀腔传感头的反射光后,经光路解调后得到反射光谱,通过光电解调器电路的光电转换、处理、分析后,得到反射光光谱的自由光谱范围,再根据油缸内部面积计算出带式输送机张力,实现了带式输送机张力检测。根据双干涉效应原理设计了法珀腔传感头,采用Jetson Nano嵌入式系统开发板设计了光电解调器硬件,采用Python语言设计了光电解调器软件,并进行了实验研究。实验结果表明:该方法能够实现带式输送机张力检测,压力测量范围为0~25 MPa,灵敏度为0.148 nm/MPa,测量精度为0.1%,不易损坏,抗干扰性好,准确性和可靠性高。

圆管带式输送机桁架结构轻量化设计

为了解决圆管带式输送机桁架结构设计常参照经验而使用钢量浪费的问题,提出基于实验设计(DoE)的优化设计方法。分析圆管带式输送机桁架承受的荷载组合情况,在Ansys workbench中按照桁架的最不利荷载组合施加荷载,找出危险杆件;对杆件截面设计尺寸进行参数相关性分析,选取敏感度较高的控制参数,通过拉丁超立方抽样和非参数回归方法建立响应面模型,采用多目标遗传算法(MOGA)进行多目标优化。结果表明:优化后的桁架结构整体质量减轻32.8%,实现了结构轻量化;同时,杆件应力比均有所增加但满足强度和刚度要求,杆件截面利用更加充分。

井下带式输送机智能巡检机器人结构的设计

为解决带式输送机采用传统人工检测故障效率低等问题,针对问题设计出一种适用于井下输送机故障自动巡检机器人系统,区别于其他带式输送机巡检机器人。该巡检机器人可以实现大坡度和大转弯半径的运动,首先利用ADAMS分析现在主流的巡检机器人模型,分析其优劣性;利用SOLIDWORKS软件建立巡检机器人的三维模型,提出了摩擦驱动与齿轮齿条驱动的两用机器人模型;再利用ANSYS软件对轨道和机架进行了有限元分析,仿真结果表明巡检轨道与机器人本体的应力小于许用应力,能够平稳地检测输送机的故障;最后再利用ADAMS软件对巡检机器人进行动力学分析,得出巡检机器人可以进行无障碍的水平和爬坡运动。

带式输送机自动张紧液压装置的设计

本文通过简要分析带式输送机张紧装置,确定最大张紧力和张紧行程,并根据带式输送机的液压系统运行原理和特点对带式输送机的控制系统进行设计研究,根据不同的压力值的设定来控制带式输送机的运行过程。此外,充分结合不同的研究结果并采用PLC技术,使输送机的自动控制和动态监测得以实现。

气垫带式输送机供气方式改进

气垫带式输送机因为将传统滚动摩擦替换为空气摩擦,所以总功率应该小于普通带式输送机,然而实际中功率消耗并不小。存在原因有供风方式不合适,造成很大的能量损耗,甚至出现空载飘带现象。通过改变供风方式,可以合理控制风压和风量,使输送带能够平稳支撑并运行。在保证气室大小及形状及总流量不变,只改变入口数量的情况下,通过ANSYS分析不同供气情况下气膜的压力分布情况,结果显示分流后气膜压力显著增大。

带式输送机自学习节能调速策略研究

文中针对恒速运行的带式输送机在运行阶段因运载量的波动引起的能耗问题,提出了基于自学习优化的节能调速控制策略,以某带式输送机为例建立带式输送机的运载量-带速模型。然后将分段式模糊PID控制方法和自学习优化方法的有机结合,提出了带式输送机的节能调速控制策略。最后通过Simulink工具箱建立仿真模型对该策略进行验证,研究结果表明,自学习节能调速控制策略在带式输送机全生命周期中均可实现有效的速度调节。

大倾角强力带式输送机安全运行技术集成与应用

通过对告成煤矿井下大倾角强力带式输送机安全技术进行了系统性思考,从设备选型配置、输送带接头硫化工艺、接头在线监测与人工测量、沿线安全防护、安全保护、视频监控等方面采取一系列有效安全技术措施,保障大倾角带式输送机安全运行。

基于运载量的带式输送机模型构建及节能效果分析

目前,在设计带式输送机时为了考虑各种状况,通常以确保稳定运行为前提来设计最大运行速度,但是这样设计会导致能耗过大,其设计速度与实际不匹配。因此为提高带式输送机的能源利用率,文章通过对影响带式输送机运行阻力的因素进行深入分析,以某带式输送机为实际技术参数为案例,进一步计算了物料的最佳横截面积建立输送量与带速之间的关系,并建立了不同运载量下的速度模型。结果显示,通过优化其带式输送机的输送能力,当其运载量在200~700t/h时,对应的输出功率与原设计方案相比至少能够节省68.15 kW·h的能源。

盾构机后配套带式输送机设计及关键技术研究

后配套带式输送机是隧道施工土压平衡盾构机的关键部件。介绍了其特殊工作环境及水平转弯时面临的关键技术难题,给出了驱动装置、机身机构及其他零部件的设计参考方案,详细阐述了转弯时输送带偏移量的计算方法,为转弯处托辊组的调节提供了一定的理论依据。

煤矿用带式输送机电气控制系统设计优化

针对传统的煤矿用带式输送机电气控制系统已经无法满足现在煤矿生产的需求的问题,通过对电气控制系统现状的分析,提出了带式输送机的电气控制系统升级优化方案,从软件、硬件、性能、节能方面对其进行设计改进,全面提高其运行效率、可靠性、节能性和安全性。

永磁直驱带式输送机模糊自抗扰偏差耦合多电机控制策略

针对煤矿井下带式输送机传统异步电机驱动系统存在的传动效率低、耗电量高、重载启动性能差以及多电机运行不同步等问题,提出了基于模糊自抗扰偏差耦合控制策略的多电机永磁直驱带式输送机。在此基础上开展了模糊自抗扰偏差耦合控制策略仿真试验与井下运输顺槽带式输送机现场工业性试验,结果表明:相较于传统主从控制,基于模糊PI自抗扰偏差耦合控制策略的带式输送机多电机永磁直驱系统,在额定负载下多台电机之间的最大转速不同步度最小仅为0.04%,同步性能最大可提高99.7%;而在现场动态落煤工况试验中,最大转速不同步度仅为2%,能够满足长距离重载带式输送机的零速重载启动要求,可显著提高带式输送机多电机驱动系统的同步性能与抗干扰能力。

基于数字孪生的带式输送机状态综合监测

依据工程图纸建立带式输送机数字孪生模型,利用卷积神经网络(CNN)分析、DS证据决策等技术手段,实现了电流、温振、声音等多维信号的融合分析和设备运行状态综合评价;然后利用语音辨识、遥控等互动技术,实现带式输送机运行状态在实体沙盘上的实时呈现,有利于运维人员从宏观、整体上了解设备运行状态,提高巡检效率,为智慧工厂的建设提供一种有效途径。