拖拉机方向平行作业转弯路径规划研究

拖拉机田间作业时,不同田地的地头环境存在差异,为了提高无人驾驶拖拉机在不同田地的适应能力,解决无人驾驶拖拉机在有限的转弯空间内,以尽量少的前进后退次数完成符合作业幅宽要求的掉头问题。以后轮驱动前轮导向的拖拉机为研究对象,依据阿克曼转角几何原理,通过对拖拉机车身几何关系的分析建立运动方程。考虑转弯空间限制和作业幅宽要求,以前进、后退交替次数和作业幅宽误差为评判基准,基于Matlab编写了包括搜寻和寻优的转弯路径算法。可以规划出拖拉机地头转弯路径,作业幅宽误差可以保证在合理范围内,结果表明:建立的运动方程和算法可行。

对旋局部通风机高效节能运行参数研究

为研究转速与安装角调节对风机性能的影响,以FBD No8.0型对旋局部通风机为研究对象,利用FLUENT对不同工况的通风机进行了数值仿真,并结合试验验证了仿真的正确性,分析了不同管网长度下,压力、流量、效率和轴功率等随安装角或转速的变化情况。结果表明:安装角调节和转速调节均能有效的改变风机的输出能力,以此来适应不同的工况,对于同一管网,风机的效率不会因转速产生大幅度改变,但会随着安装角的减小而减小;可以采用联合调节方式,结合安装角能够改变效率和转速调节等效率降低输出的特点,实现风机的高效节能运行。

履带牵引连续换带装置在带式输送机换带中的设计与应用

基于现有更换输送机胶带方法存在效率低、安全风险大、换带时间长等缺点,提出以驱动源为液压驱动,传带机构为三级履带底盘的机电液连续换带装置方案,设计并阐述了装置的结构及其工作原理,对其液压系统进行仿真研究,得到其拉带、夹紧回路性能参数。进一步对换带装置进行实验研究来反应仿真研究的正确性。研究结果表明:夹紧回路提供的夹紧力足以使得履带底盘夹紧胶带;拉带回路系统压力随胶带重量变化,换带速度随泵排量变化;换带时间由原来的5d甚至更多缩短到了3d,验证了履带牵引连续换带装置的安全性与高效性。

永磁外转子提升机卷筒动态受载变形分析与研究

针对永磁外转子提升机卷筒运行时非线性、强耦合等复杂受力问题,以矿用缠绕式永磁外转子提升机为研究对象,进行了卷筒动态受载变形及优化的研究。首先利用SimulationX软件搭建了永磁外转子提升机电控-机械联合仿真模型,准确获取了重载上提工况下钢丝绳动态张力及电磁转矩,再通过有限元数值模拟得到外转子卷筒应力及变形规律,最后,采用隔离环或加强筋将钢丝绳缠绕卷筒与转子轭分离,完成其结构优化。研究表明:重载上提工况下外转子卷筒最大等效应力与径向变形呈非线性增加,整个运行阶段,最大应力及变形基本稳定在固定区域,采用分离处理的优化方式有效降低了定转子间气隙变形。

一种电液闸阀自锁机构的设计及研究

针对矿井排水系统中所用的电液闸阀存在的阀杆受流通介质力发生位移的缺陷,设计了一种具有自锁功能的新型电液闸阀。首先进行了自锁闸阀的总体方案设计,在Solidworks环境下建立了自锁机构的机械装配模型,运用ADAMS软件对其自锁特性和启闭过程进行了仿真分析,然后根据理论模型加工制造了试验样机进行试验,仿真数据和试验结果表明该自锁机构的设计基本合理。同时,电液闸阀在增设有自锁机构之后启闭时间和速度波动有所变化,更有利于防止水锤现象的发生。

一种基于图像处理的提升机弦绳振动算法改进

针对煤矿矿井提升系统中钢丝绳图像边缘提取及振动检测问题,改进了边缘提取算法及弦绳振动检测方法。首先利用相机采集悬绳段钢丝绳灰度图像,设置感兴趣区域(ROI),然后通过编写的Matlab图像处理程序,结合Sobel算法和数学形态学理论的合理利用对ROI区域进行二值化处理。再通过相机标定获取相机内外参数,对世界坐标系和相机坐标系进行合理设定,进行坐标转换和矩阵运算,直接获取弦绳的世界坐标,最后通过Labview与Matlab程序嵌套实现对弦绳振动位移的实时检测。经实验验证,改进后的方法能够快速、准确的实现钢丝绳边缘提取及弦绳的非接触振动检测。

对旋风机不同调节方式下的管网匹配与能耗分析

通过B型风机实验台对FBD No8.0型矿用对旋局部通风机进行不同转速、不同管网阻力下的实验,对实验数据进行数学公式拟合,得出最佳拟合次数与函数形式;与管网特性相结合,对整个掘进(通风)过程下的风机性能进行了分析。对3种不同调节通风方式进行功率与效率对比,发现采用单双电机切换方式能够节能7%;变频调节能够节能38%,节能效果明显。

楔横轧上料机器人设计与分析

在楔横轧机轧制过程中,为了实现对大质量、大尺寸轴类零件的灵活抓取与大范围的稳定转运作业,设计了一种新型楔横轧上料机器人。该机器人分别利用六连杆机构和四连杆机构实现机身的两次升降运动和水平摆动,并基于拉紧机构和回转关节实现夹钳的开闭和翻转,从而完成对大尺寸轴类零件的转运。首先,依据机构运动原理简图,结合大尺寸轴类零件带来的重载抓取和转运要求,进行了机器人三维虚拟样机设计;然后,采用D-H参数法推导了机器人运动学的正逆解,通过Robotics Toolbox建立了机器人的运动仿真模型,并基于蒙特卡洛法规划了机器人的工作空间;最后,利用ADAMS对机器人虚拟样机进行了动力学仿真分析,获得了各驱动部件及关键杆件上各铰接点的受力和力矩变化曲线。研究结果表明:机器人末端夹钳的水平移动范围为-889 mm~1172 mm,纵向移动范围为1548 mm~2551 mm,证明机器人末端夹钳可灵活抓取物料,并可完成大范围的稳定转运;该结果可为超大型轴类楔横轧制设备的自动化上料提供一种解决方案。

长距离复杂工况带式输送机巡检机器人系统

为解决煤矿带式输送机人工巡检过程中存在的劳动强度大、危险系数高、巡检效率低、巡检效果因人而异等弊端,提出以巡检机器人代替人工对带式输送机进行巡检,从而降低巡检人员劳动强度和作业风险。研究带式输送机故障识别与诊断技术,从而提高巡检机器人巡检效率和效果。研发了一种带式输送机巡检机器人系统,可以实现对煤矿井下带式输送机及其运行环境的全方位动态巡检和故障识别,降低事故率。详细介绍了该系统的组成、原理和功能。通过典型实例,总结分析了巡检机器人巡检效果。应用结果表明,该巡检机器人系统适合长距离、复杂工况下的带式输送机巡检,对实现煤矿智能化建设有重要意义。

输送带收卷装置设计及其恒张力控制研究

在带式输送机换带过程中,存在因输送带收卷张力不稳定造成的松卷或收卷电机过载等问题,对卷带机恒张力控制进行了研究,提出了一种卷带张力控制数学模型,通过该模型设计了一款中心收卷式卷带机,以及一种基于PI变频调速来实现恒张力收卷的控制策略。通过将卷带机模型进行简化,利用Recurdyn-R2R2D建立了卷带机简化后的动力学仿真模型,并根据张力控制模型在Colink联合仿真分析中搭建了输送带收卷恒张力控制策略;最终,对Recurdyn与Colink进行了联合仿真,分析了恒张力收卷效果。研究结果表明:运用张力控制模型设计的PI变频调速来实现恒张力收卷的控制策略,能够使带式输送机收卷过程中单位张力稳定在5 N/mm 2,且最大超调量不超过8%;并且能够感应收卷张力突增信号从而迅速控制卷带机停机,防止电机过载,为卷带机设计及现场运用提供了参考依据。

电阻应变式称重传感器迟滞性建模及实验研究

针对由于电阻应变式称重传感器的迟滞性对称重系统造成的误差问题,对电阻应变式称重传感器的工作原理进行了分析,对电阻应变式称重传感器进行迟滞性补偿的Preisach模型数值实现方法进行了研究。提出了一种改进的Preisach模型数值实现方法,并给出了改进后模型的数学计算公式;利用西门子称重模块对改进前和改进后的Preisach模型数值实现方法进行了实验研究。研究结果表明:相较于改进前Preisach模型的数值实现方法,改进后的Preisach模型的数值实现方法,在增加状态载荷大于递减历史极大值和降低状态载荷小于递增历史极小值的情况下,其计算结果误差更小,实验中最大误差可由10.26%减小到1.66%;随着实验次数的增加,改进后的Preisach模型的数值实现方法有效地减小了误差的累加,为电阻应变式称重传感器的迟滞性提供更加准确的数学模型。

永磁外转子提升机变频调速系统研究

传统矿井提升机多采用交流异步电动机和减速器组成的传动结构以及TKD电控系统进行调速,存在起动电流过大、工作效率低、能耗大、维护量大、噪声大等问题。为此提出永磁外转子提升机,其采用外转子永磁同步电机与提升机卷筒一体化结构,配合先进的变频调速系统,具有传动结构简单,高效节能,起动频率低,低速运行平稳,以及维护量小、噪声小等优点,解决了传统提升机长期存在的问题。对永磁外转子提升机变频调速系统(分为矢量控制系统和直接转矩控制系统)进行原理分析和仿真研究,结果表明:变频调速系统的能够实现永磁外转子提升机的转速(或转矩)闭环控制,达到了平稳运行的效果;矢量控制系统的转矩和转速响应平滑;直接转矩控制的转矩和转速更快速,但是存在转矩脉动比较大的问题,需要采用优化方法对转矩脉动进行消除。

对旋轴流风机叶顶间隙对其气动噪声的影响

为探究改变叶顶间隙对矿用对旋式轴流风机气动噪声的影响,建立不同叶顶间隙的风机三维模型,并结合风机性能试验验证模型的正确性。利用Fluent对风机进行定常模拟、非定常模拟和噪声预估,分析了声功率级和声压级随叶顶间隙的变化情况。结果表明:叶根与轮毂交界处、叶顶间隙处和相邻两叶片中间部位的声功率级随间隙的增加而增大,且叶顶处吸力面声功率级高于压力面。不同间隙下风机的A级声压值总体上呈先急剧下降后上升再逐渐下降的趋势,间隙变大后,风机在各监测点处的A级声压值随之增大。与高频处相比,间隙对中低频处的A级声压值影响更加显著。

对旋轴流风机叶顶间隙对其性能的影响

为了探究改变对旋轴流风机两级叶轮的叶顶间隙对其性能的影响,建立不同叶顶间隙下风机三维模型,利用Fluent进行数值模拟,并结合风机性能试验验证仿真的正确性。分析压升、效率、轴功率、湍流动能和叶顶泄漏涡随两级叶轮叶顶间隙的变化情况,结果表明:在相同流量下,压升、效率随间隙的增大而减小;与第一级叶轮相比,间隙对第二级叶轮的轴功率、湍流动能及泄漏涡影响更加显著;随间隙增大,叶顶泄漏涡的强度和影响区域越大。

永磁外转子矿井提升机控制系统研究

永磁外转子多绳摩擦式矿井提升机工作过程中,负载的波动会影响提升系统运行的稳定性,针对这一问题,对提升机的控制系统进行了研究。首先,对提升机结构和控制理论进行了分析,根据其隐极转子结构的特点,选择了采用i_(d)=0的矢量控制策略,同时提出了采用平滑速度曲线和滑模速度控制器优化提升机运行稳定性的方法,并用李雅普诺夫稳定性定理对滑模速度控制器的稳定性进行了判断;然后,采用simulationX软件搭建了提升系统机电一体化仿真模型,并进行了仿真研究;最后,结合现场试验结果,对仿真模型的可靠性进行了验证。研究结果表明:加速度突变对提升机速度超调有明显影响,提升机q轴电流与加速度明显相关;仅采用平滑速度曲线使提升机的速度超调减少了68%,但对负载波动引起的速度波动没有明显的抑制作用;仅采用滑模速度控制器使提升机的速度超调减少了73%;在同时采用平滑速度曲线和滑模速度控制器时,提升机的速度波动减少了90%,且对负载波动有明显的抑制作用。

长距离大坡度下运带式输送机在孟家窑煤业的应用

下运带式输送机设计一般采用驱动部设在机尾,卸载滚筒及张紧部设在机头的布置方式,机尾段标高高于机头段标高,输送机逆向运转,物料通过输送带沿下运倾角自上而下进行运输,物料重力势能通过输送带传动,转化为电机的逆向旋转动能,再通过四象限变频器装置转化为电能回馈电网。通过长时间实践管理,针对《煤矿安全规程》关于下运带式输送机,机软制动、防超速、防物料下滑滚落,防护网、四保护两装置使用实践,特别对于长距离、大坡度下运的特殊工况,提出了一些应对解决下运输送带制动、失速、断带、物料下滑等重大安全缺陷的解决办法,并对下运带选型设计要求进行了补充完善,可供相关设计和管理使用单位进行参考。

采空塌陷区输气管道矫正装置的设计与研究

设计出一种油气输送管道矫正装置,用于采空塌陷区输气管道的应急处置。为了验证所设计的油气输送管道矫正装置是否能够满足实际工况要求,运用Solid Works建立三维模型,并利用有限元分析软件ANSYS Workbench对其关键部件立柱总成件进行仿真分析,验证了该立柱总成件满足强度要求且变形较小,但其质量较大,人工搬运不便,需对其结构进行改进。改进结构后,立柱总成件在满足强度要求和变形量小的条件下,其质量在原立柱总成件基础上减少24.03%~33.15%。

防爆胶轮车发动机动力性研究及试验

针对现有矿用防爆胶轮车在巷道内运行过程中存在动力不足和燃油不充分问题,提出利用动力学理论模型和试验相结合的方法,分析最佳动力性、油耗及其能效。首先根据实际工况进行了发动机的选型,再利用MATLAB软件中的线性回归法得出最理想的四阶拟合曲线方程,建立了发动机的数学模型。基于该模型搭建了防爆胶轮车动力系统模型并对爬坡度、加速度和经济性进行了分析。最后进行了动力性试验,将试验得出的万有特性曲线与仿真对比研究。试验结果表明:该型号发动机转速1800r/min时为最佳经济性及动力性区域,最低油耗为222g/k W·h,由此建立的发动机数学模型及胶轮车动力系统模型是准确的,为后续的发动机研究和整车动力匹配奠定了基础。

对旋轴流风机结构尺寸参数对气动性能的影响

针对FBD No.8.0矿用对旋轴流风机内部流场不稳定、压力损失较大等问题,对风机内部的集流器和整流罩的几何尺寸参数进行了优化研究。首先,选择集流器入口直径、长度和整流罩的两段水平长度作为正交试验因素,全压效率为试验的评价指标,探究集流器和整流罩的共同作用对风机气动性能的影响;然后,根据L_(9)(3^(4))的正交试验表,设计了9种试验方案,并进行了数值计算;最后,采用极差分析的方法,得出了几何参数对风机效率的主次影响顺序,确定了对旋轴流风机最优的尺寸参数组合。研究结果表明:相比于原型风机,优化后的对旋轴流风机在流量点750 m^(3)/min时,全压和效率分别提高了2.64%和1.74%;在全流量工况下,全压和效率平均提高了2.12%和2.31%;同时,优化后的风机能够有效缓解入口处的涡团现象,降低风筒前端内部的压力差值,改善进气情况,减小叶片表面的涡量,提高风机的性能。

基于多元回归模型的矿用胶轮车动力性评估

针对防爆轻型胶轮车在煤矿日常维护中动力性检测成本高难以实现,而排放检测比较便捷的现状,提出用排放检测数据评估轻型胶轮车动力性的多元回归方法。首先根据动力性排放关联因素选择了防爆轻型胶轮车排放检测设备,利用SPSS软件中多元回归法得出最理想的拟合方程,建立矿用轻型胶轮车动力性评估的多元回归模型。其次,进行了动力性评估试验,将模型评估结果与底盘测功测得的底盘最大输出功率对比。试验结果表明,排放中烟度、氮氧化合物、排气温度与胶轮车动力性呈负相关,一氧化碳与胶轮车动力性呈正相关,模型可有效评估车辆动力性的最大底盘输出功率,且模型评估误差不超过±5%。该模型可以作为日常车辆动力性检测的评估依据。