基于EDEM-RecurDyn双向耦合的电铲挖掘质量计算方法研究

针对矿用电铲挖掘物料体积难以准确预测的问题,从理论方面确立了实际挖掘物料体积与理论挖掘物料体积的比值系数k_(1),然后以国产WK系列电铲为研究对象,建立1/30的电铲缩比模型,依据电铲的实际挖掘工况,建立挖掘物料的离散元模型。利用接口技术实现挖掘过程的EDEM-RecurDyn双向耦合仿真,从挖掘初始角、最大挖掘厚度和颗粒尺寸、堆面安息角4个因素进行挖掘过程多次仿真,得到每种工况下的k_(1)。最后为了验证仿真结果的准确性,搭建电铲缩比模型试验台进行挖掘试验,结果表明:仿真模拟的比值系数k_(1)与试验测得的比值系数k_(1)在峰值和变化趋势方面都基本一致,验证了利用EDEM-RecurDyn双向耦合仿真可以较准确地估算电铲的实际挖掘质量,为电铲的挖掘轨迹优化提供了可靠依据。

矿用电铲能耗最优的挖掘轨迹规划

采装作业是露天煤矿开采过程的中心环节,其能耗占露天煤矿总开采能耗的大半,决定了开采效率与设备能耗。传统露天煤矿采装作业由人工操作矿用电铲完成,存在挖掘满斗率低、能耗高等问题。为进一步降低能耗,该文着眼于矿用电铲的无人化和智能化发展趋势,对矿用电铲的最优挖掘轨迹进行研究。首先,对矿用电铲工作装置进行了运动学分析,通过运动学正反解揭示装置位姿空间和关节空间的关系。其次,对矿用电铲工作装置进行了动力学分析,基于挖掘过程中装置的静力学分析以及对动态挖掘阻力、物料重力的分析,构建了工作装置的拉格朗日动力学方程。然后,基于粒子群优化算法,结合轨迹规划的优化设计模型,得到单位体积物料挖掘能耗最优的矿用电铲挖掘轨迹,分析了物料堆面特性、运行参数、拟合函数对电铲工作装置能耗以及运行稳定性的影响,并提出了兼顾节能与稳定的挖掘轨迹规划策略。最后,开展了矿用电铲最优挖掘轨迹规划的实验研究。结果表明,所提出的单位体积物料挖掘能耗最优的轨迹规划方法能够兼顾矿用电铲挖掘的高效性和节能性。

基于NSGA-Ⅱ的智能化电铲多目标最优挖掘轨迹规划

为实现智能化电铲实时节能的挖掘,提出了一种基于非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II,NSGA-Ⅱ)的智能化电铲多目标最优挖掘轨迹规划方法。首先,通过拉格朗日方程建立智能化电铲工作装置动力学模型;然后,使用高次多项式对挖掘轨迹进行插值,将挖掘轨迹寻优问题转化为多项式系数寻优问题,最后,以挖掘时间最短及单位体积物料的挖掘能耗最小作为优化目标,以电机性能与挖掘过程中几何条件等作为约束,利用多目标优化平台PlatEMO,将NSGA-Ⅱ作为多目标优化算法,指定待优化问题的目标函数及约束函数,获取到多目标优化Pareto最优解集,基于决策偏好设置权重并根据TOPSIS法获取最优解,得到多目标最优挖掘轨迹规划结果。结果表明,优化后挖掘轨迹满足实时节能的挖掘要求。

大型矿用电铲永磁外转子提升系统动力学特性研究

针对传统电铲提升系统存在传动效率低、能量损耗高、维护工作量大等问题,基于永磁外转子滚筒直接驱动提升装置,提出了一种电铲提升设计方案,并对永磁外转子提升系统的动力学特性进行了研究。首先,分析了电铲挖掘轨迹,建立了以时间为历程的挖掘轨迹函数表达式,确定了齿尖载荷、挖掘体积的计算方法,从而对挖掘过程中铲斗的受力进行了分析;然后,利用SolidWorks建立了电铲三维模型,将其导入SimulationX的CAD模块,建立了电铲多体动力学模型,并加载了外部载荷曲线以模拟铲斗挖掘过程中的受力情况;之后,将电铲多体动力学模型封装成MATLAB子系统,连接到Simulink的永磁外转子滚筒控制模块,采用了比例积分(PI)调节器和永磁同步电机(PMSM)矢量控制方法提高了滚筒的动态性能和抗扰动能力;最后,利用Simulink中的联合仿真模型对电铲挖掘过程进行了仿真分析,得到了提升力、推压力和电机功率等变化曲线。研究结果表明:与传统提升系统相比,永磁外转子滚筒提升系统节能降耗约27%,而电铲挖掘过程整体节能约18%,并在1∶30模拟样机试验台对提升推压力进行了对比验证。永磁外转子滚筒提升方案大大降低了挖掘能耗,为电铲绿色装备转型提供了参考。

机械式矿用挖掘机提升机构性能仿真研究

利用动力学仿真分析软件ADAMS,将矿用挖掘机提升机构中提升钢丝绳离散为多段刚性圆柱体,在刚性圆柱体之间施加柔性连接来模拟钢丝绳,并结合UG NX软件建立工作装置虚拟样机模型,通过对工作装置提升机构的仿真分析,得到了卷筒轴轴向受力的主要影响因素,为卷筒轴及整个工作装置的设计提供了依据。

基于改进YOLOv7的矿用电铲检测算法

针对现有基于深度学习的电铲检测方法未能很好地平衡检测速度与检测精度的问题,提出了一种改进YOLOv7模型,并将其用于矿用电铲检测。该模型以YOLOv7模型为基础,在主干网络中采用轻量化GhostNet网络进行特征提取,在颈部网络中采用轻量级GSConv替换部分普通卷积,以减少模型参数量和计算量,提高模型检测速度;考虑到轻量化改进后模型参数量减少对特征信息提取能力的影响,在不增加计算量的前提下,对颈部网络进行进一步改进,在扩展高效层聚合网络(ELAN)中嵌入坐标注意力机制(CA),同时利用双向特征金字塔网络(BiFPN)改进路径聚合网络(PANet),以提高网络对特征信息的提取能力,进而有效提高模型检测精度。实验结果表明,与YOLOv7模型相比,改进YOLOv7模型的参数量减少了75.4%,每秒浮点运算次数减少了82.9%,检测速度提高了24.3%;相较于其他目标检测模型,改进YOLOv7模型在检测速度和检测精度方面取得了良好的平衡,满足在露天煤矿场景下对电铲进行实时、准确检测的需求,为嵌入到移动设备中提供了有利条件。

改善道路质量以提高电动轮轮胎的使用寿命

通过对影响露天矿山电动轮轮胎使用寿命的因素分析,发现了改善道路质量,同时加强对电动轮轮胎运行、装配和检查等现场管理,是提高电动轮轮胎使用寿命,降低电动轮轮胎消耗,从而降低矿山采矿成本的有效途径之一。

WK-20型电铲提升机构溜车故障处理方法

WK-20型电铲作为研山铁矿主要的供矿设备,至今已投入使用10 a,设备故障率较高。为解决电铲提升机构溜车电气故障,提高设备可开动率和作业率,降低故障率,通过编码器模块参数设置、处理编码器屏蔽接地等方法,处理解决电铲提升机构溜车电气故障。提高了电铲的设备完好率和可开动率,同时节省了设备抢修时间和备件费用,起到了降本增产的目的。对国内其他露天矿山电铲提升机构溜车故障处理提供了经验。

TnPM管理体系在采矿设备管理中的应用

阐述了TnPM管理体系在设备管理制度创新，稳定设备运行，提升职工素养等过程中的应用。

国内外大型电铲智能化发展现状及趋势

大型电铲作为露天矿山开采的核心装备,主要依靠人工经验操作去挖掘,存在一些问题。基于此,具体探析了国内外智慧矿山发展现状、国外电铲智能化发展现状、国内电铲信息化和智能化发展现状、电铲信息化和智能化发展趋势,为提高电铲全方位状态监测、较好自主检测修复能力、高效开采能力和极佳无人化作业水平,推动露天矿山安全、高效、绿色、智能开采奠定理论基础。

某矿用挖掘机的优化设计

某矿用挖掘机在国内外用户现场使用过程中,暴露出一些问题和较落后的变频调速系统,为了提升产品质量、提高产品性能和可靠性,对其进行优化设计,优化设计后为后期类似产品设计提供了参考。

迈入21世纪的露天矿大型装载设备

论述了露天矿大型装载设备电铲、液压挖掘机和轮式装载机的发展概况、结构性能及新技术的应用。

基于SSD算法的矿用电铲铲斗健康监测方法

矿用电铲是露天矿生产作业过程中的重要采掘装备,铲斗上各部件脱落在电铲工作过程中时有发生,且不易被及时发现。这些部件如果随着矿石进入下游破碎环节,很容易引起破碎机损坏,造成生产线停机维修,导致巨大的经济损失。目前,对于铲斗部件脱落的监视主要还是依靠电铲司机目视判断,这种方式效率低、准确性差、分散司机的精力。基于深度学习和机器视觉技术,研究了一种电铲铲斗健康监测方法,以快速准确地完成铲斗部件脱落监测,并设计了相应的监测系统。在SSD预处理模型的基础上对模型进行了优化和训练,在电铲铲斗大臂上安装工业相机,采集图像并输入驾驶室一体机,一体机调用训练模型,结合机器视觉技术监测铲斗部件是否脱落。在鞍钢矿业齐大山铁矿对监测方法进行了为期半年的准确性验证,准确率达到90%以上。研究结果表明,该方法能够实时监测电铲铲斗部件脱落,解决了传统方法只能靠人眼识别的问题,减轻了劳动强度,减少了非必要停工,保证连续生产。

确定机械式挖掘机挖掘后角的数学模型

根据挖掘机的铲斗、斗杆的基本几何参数和它们的连接关系,基于解析几何知识和挖掘机的挖掘理论建立机械式挖掘机挖掘后角的数学模型,达到由铲斗和斗杆的连接关系即拉杆求挖掘后角,并采用逆解法由挖掘后角求相应拉杆的目的;解决了多年没有解决的数学模型问题,实现了设计自动化和科学化。

无人大型矿用电铲实验平台控制系统硬件设计

大型矿用挖掘机是露天矿山开采系统中的核心装备,其综合性能直接决定着整个矿山的开采效率.人工操作时由于电铲体积巨大、作业过程振动剧烈等,会影响挖掘机的综合挖掘效率.针对传统大型矿用挖掘机在复杂矿山环境下综合挖掘效率低、无法实现高效开采等问题,进行了一个无人大型矿用电铲实验平台控制系统的硬件设计与搭建,该实验平台控制系统下位机是由PLC控制变频器分别驱动各工作电机,使用绝对值编码器、倾角传感器等传感器设备,实现对电铲各执行机构的运动闭环控制.同时搭建了实验样机的远程控制系统,其中分别设计有挖掘/行走模式、本地/远程模式转换按钮.该实验平台的搭建为后续进行无人大型矿用电铲智能化研究奠定了硬件基础.

南露天煤矿智慧矿山建设的探索与实践

介绍了南露天煤矿及国内外智慧矿山建设现状,指出南露天煤矿进行智慧矿山建设的必要性和重要性。重点阐述了南露天煤矿智能化改造的实践与探索,具体包括电铲远程控制、无人驾驶技术应用和地面系统无人值守等目前正在开展的重点建设项目,并对露天煤矿主辅设备的协同调度问题进行了深入分析,指出业务协同调度是露天煤矿智能化建设的核心。

露天矿电铲铲装移动轨迹规划研究

自主铲装技术是未来露天矿智能开采的核心环节之一。为提高电铲在自主铲装过程中的工作效率,提出了一种电铲铲装移动路线的优化方法。在已知电铲工作区域的基础上,基于贪婪算法规划出电铲移动次数最少的作业位置集;在给定起始挖掘点的基础上,使用遗传算法生成电铲铲装移动最短路径,并规划每个位置对应的挖掘区域;最后结合电铲作业的相关几何约束,进一步优化电铲移动路径并调整相应挖掘区域规划,形成最终的电铲作业最优轨迹。试验结果表明,生成的电铲移动路径总距离短,挖掘区域规划符合实际生产要求,该研究结果可为自主铲装电铲的移动轨迹规划提供指导。

元宝山露天煤矿电铲电控改造

介绍了根据电铲的工作原理和电铲的三大挖掘特性,采用西门子全数字6RA70装置与西门子PLC的S7-300替代原来的发电机-电动机机组电气控制系统,把原直流电动机由直流发电机供电改为晶闸管整流电源供电,西门子全数字控制系统精确控制电铲的全部挖掘动作。电铲改造投产后,系统运行稳定,功能完善,节能效果显著。

EPLAN在矿用挖掘机电气设计中的应用

通过AUTOCAD和EPLAN对比,说明了EPLAN在电气绘图方面的优势,重点介绍了如何应用EPLAN进行矿用挖掘机的电气设计。

液电混合驱动电铲提升系统能效特性研究

矿用电铲作业过程中,大质量的工作装置在提升和推压电机驱动下切入物料实现挖掘,在其卸料后下降时,工作装置的重力反驱提升电机发电,发出的电能通过制动电阻以热能形式消耗掉,造成能量浪费。本文提出液电混合驱动电铲提升系统,与提升电机同轴设置液压泵/马达,液压泵/马达的进出油口分别与蓄能器和油箱连接,通过蓄能器的预充压力平衡工作装置的重力。工作装置下降时,液压泵/马达将油箱中的低压油泵入蓄能器中,存储工作装置的重力势能;工作装置提升时,蓄能器释放高压油,液压泵/马达与提升电机共同驱动提升机构,达到降低电机装机功率和能耗的目的。分析了液电混合驱动的电铲提升机构驱动方案及其工作原理,搭建了原理性试验台,对液电混合提升驱动方案进行了验证,进一步建立了电铲整机机电液联合仿真模型,对液电混合电铲提升系统进行仿真分析。结果表明,本文方案可降低提升电机装机功率、峰值功率和能耗,适用于电动机驱动的重型提升装备。