基于前馈补偿LQR与PID的矿井无轨胶轮车横纵向控制研究

无人驾驶技术是实现无轨胶轮车井下安全、智能、高效运输的重要方案之一,为了提高无人驾驶过程中的轨迹跟踪精度,提出了基于前馈补偿的横向线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator,LQR)与纵向比例积分微分(Proportion Integration Derivative,PID)位移速度调节器相结合的控制策略,实现车辆的横纵向协调控制。通过建立考虑轮胎侧偏特性的2自由度无轨胶轮车动力学模型和跟踪误差模型,并采用井下无轨胶轮车实车参数建立其电机模型,得到车辆的驱动制动输出。利用Carsim和Matlab/Simulink搭建联合仿真环境,分别在井下双车道工况、单车道工况与颠簸路面工况下进行了轨迹跟踪仿真验证。结果表明:在3种工况下车辆轨迹跟踪过程中的最大横向误差仅为5 cm,最大纵向误差仅为10 cm,速度误差控制在1 m/s以内,航向误差范围为±0.1 rad,前轮偏转角变化平稳未出现抖动现象。为验证控制器在井下实际环境下的跟踪性能,使用实验室小车于陕西某井下巷道进行了现场试验验证,结果表明:井下实际巷道下试验结果误差仍在合理范围内,解决了车辆运行过程中的速度和路径的时变问题,反映出该控制器具有较高的精度和较好的稳定性。

井下行车管理系统设计

胶轮车在井下辅助运输领域的应用越来越广泛,但井下行车主要还是采用人工管理方式,存在效率较低、安全隐患较大等问题。为适应智慧矿山的发展趋势,提高井下胶轮车的行车效率和安全性,设计一套胶轮车运输管理系统,分析和研究井下运输的数学模型和典型的三叉巷道的行车管理策略,并对行车管理系统软件框架及主要子程序流程图进行设计。这套系统可实时监测井下行车状况并对车辆进行调配和管理,大大提高井下车辆行车管理的效率和智能化程度。

煤矿井下无轨胶轮车弯道事故风险综合预警研究

针对煤矿井下无轨胶轮车弯道事故多发的问题,提出了综合考虑多因素的风险预警指标体系。基于UWB定位轨迹数据及客观因素数据,以五级计分法为预警因素量化指标,建立了煤矿井下无轨胶轮车弯道事故风险分级预警机制;构建了SSA-BP神经网络预警模型,进行了仿真学习与训练,并与BP、SVM模型进行了对比。结果表明,建立的分级预警指标机制对煤矿井下无轨胶轮车弯道安全性提升有所帮助,构建的SSA-BP神经网络模型对煤矿井下车辆弯道事故风险预警具有较高的准确性与稳定性。

防爆柴油机机油保护液压启动系统设计

防爆柴油机是煤矿辅助运输装备的主要动力源之一,安全保护与启动系统是防爆柴油机必备系统,小型辅助运输装备的高度集成化给防爆柴油机提出了新要求。通过对无轨胶轮车防爆柴油机保护及启动系统进行研究,设计了一种基于机油保护、液压马达启动的防爆柴油机机油保护液压启动系统。通过采用机油保护液压启动,综合运用装备本身自带资源,实现防爆柴油机的正常启动与保护,满足小型低矮紧凑装备在性能及空间布置的需求,提高装备的功能性、经济性、可靠性,提升装备的应用价值。

煤矿井下无轨胶轮车行车岔路口和弯道识别方法

针对煤矿运输路线复杂,巷道内岔路口和弯道较多的现状,易给井下运输安全带来隐患;设计了一种煤矿井下无轨胶轮车行车岔路口和弯道识别方法。首先,将中线点结构化,形成巷道地图;其次,利用相邻时刻的车辆位置关系,确定行进方向;再次,结合巷道地图结构属性,判定车辆前方是否存在岔路口或弯道;然后,采用迪杰斯特拉(Dijkstra)算法,求解车辆当前位置至疑似目标的最短路径,进而判定是否为对向目标;最后,借助车载终端为司机提供安全性语音提示。在某矿的试验结果表明:方法逻辑判断准确,逻辑响应时间约为32 ms。

矿井超前掩护支架运输安撤专用车关键技术研究与应用

针对现阶段综采设备安撤过程中存在的超前支架运输难题,结合超前掩护支架细、长、高的结构特点,开发了一种车身稳定、运载方便、功能丰富和闲置率低的矿井超前掩护支架运输/安撤专用车。利用ABAQUS有限元仿真软件对该装备的部分结构进行模拟,结合力学理论分析,得到符合产品要求的仿真结构。阐明了超前掩护支架运输/安撤专用车的整车结构及工作原理,介绍了整机装配工艺流程及操作流程。超前掩护支架运输/安撤专用车的应用显著提升了矿井作业效率和安全性,节省了人工,降低了企业成本。同时,该专用车突破了传统作业模式,具有自重轻,重心低,运行平稳,装卸便捷,实现了“一专多能”。超前掩护支架运输/安撤专用车的成功应用为矿井清洁能源车辆的开发及自动化、智能化的发展奠定了良好的实践技术和理论支撑。

矿用防爆无轨胶轮车用AMT技术探讨

介绍了矿用防爆无轨胶轮车用变速箱的使用现状及需求,结合工程机械常用的自动变速箱系统的特点,对其性能进行比较。根据比较结果,着重分析了机械式自动变速箱(AMT)的优缺点和国内外发展现状。根据防爆无轨胶轮车的发展趋势和煤炭市场的使用需求,综合论述了AMT在矿用防爆无轨胶轮车上推广使用的可行性及重要意义;并分析了AMT在矿用防爆无轨胶轮车上的应用前景及市场需求。

矿用防爆无轨胶轮车用蓄能器的匹配分析与应用

通过对蓄能器的特性以及矿用防爆无轨胶轮车液压制动系统的工作原理及使用工况进行分析,建立蓄能器在湿式制动系统中的数学模型,并以某型防爆无轨胶轮车的湿式制动系统为例,对蓄能器的匹配及在整车应用中的注意事项进行分析,明确了蓄能器的使用特点,为蓄能器的设计选型提供依据。

井下无轨车辆行驶轨迹辨别及不安全驾驶行为研究

为了提高井下车辆的驾驶安全,以无轨胶轮车的行驶轨迹为研究对象,采用红外成像以及节点判别的方法对井下车辆的行驶轨迹数据进行收集,采用风险度量的方法对不安全驾驶行为进行量化,并建立不安全驾驶行为的特征参数阈值来判断车辆是否处于安全行驶状态,为规范井下车辆安全驾驶、防止事故的发生提供一定的理论基础。

煤矿用无轨胶轮车可靠性评价方法研究

根据国内煤矿智能化建设现状和可靠性评价体系的建设情况,分析煤矿用无轨胶轮车的结构组成、工作特点和试验条件,研究确定无轨胶轮车的可靠性数据试验及收集方法、故障分类及判定原则,以及平均故障间隔时间等参数的计算方法,用于对煤矿用无轨胶轮车可靠性的评价。

WLR-19A型矿用防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车设计分析

煤矿开采过程中需要采用性能良好的运输与监测检修设备,以保证整个煤矿开采工作安全、顺利进行。基于此,提出了一种WLR-19A型矿用防爆锂离子蓄电池无轨胶轮车设计方案,由于该设计方案具有轻量化、体积小、持续里程长等优势,因而可将其应用到现代煤矿领域。

矿用防爆胶轮车制动能效响应优化设计

针对某型防爆胶轮车前、后制动系统制动能效响应不一致造成前桥制动器优先制动,导致前桥高温密封圈损坏、制动器窜液、制动失效,经过技术分析,对整车制动系统进行优化,改善了前、后制动系统响应一致性,避免了此类故障的发生,提高了车辆行驶安全性,降低了车辆运行维护成本。

矿用隔爆型尾气净化装置在防爆无轨胶轮车上的应用

随着煤矿现代化、信息化、智能化发展,防爆无轨胶轮车在煤矿应用越来越广泛。防爆无轨胶轮车在运行过程中产生的尾气污染严重,尤其是尾气中一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、微小颗粒物(PM)等严重污染井下空气、危害井下作业人员的身体健康。针对陕西郭家河煤业有限公司防爆无轨胶轮车运行中产生尾气的现状,采用增强型氧化型催化器(DOC-Z)技术和催化型颗粒捕集技术(CDPF)治理尾气,对车辆尾气中的CO、PM有害物质进行净化处理,可以有效改善井下空气质量。

特大型矿井防爆无轨胶轮车运输安全管理工艺研究

特大型矿井防爆无轨胶轮车是一种专为矿井内部运输设计的重型车辆,具备无轨自行驱动的特点,广泛应用于矿物和人员运输。这种车辆因其操作环境的特殊性,如狭窄的空间、潮湿的条件及易燃易爆的环境,必须具备高级的防爆安全技术。文章详细探讨特大型矿井防爆无轨胶轮车的安全管理工艺,从风险识别与评估、技术安全控制、行为安全管理、应急预案制定等多个方面进行系统分析和设计,提出一套综合性的安全管理措施,以降低事故发生的风险,优化矿井运输系统的安全性能。

基于CNN算法的井下无人驾驶无轨胶轮车避障方法

为了避免无人驾驶无轨胶轮车在井下有限空间内发生碰撞,提出了一种基于卷积神经网络(CNN算法)的无人驾驶无轨胶轮车运动避障控制方法。采用改进卷积神经网络的光栅地图,显示特定时间内无人驾驶无轨胶轮车周围环境状况,获取车辆位置、障碍物位置信息。通过信号传输途径和通道损失对数—正态分配模式,构建无人驾驶无轨胶轮车运动学方程,通过分析各分立点的位置信息、车辆尺寸信息和巷道边界情况,实现无人驾驶无轨胶轮车运动避障。由实验结果可知,该方法在弯道、直行和路口3种模拟场景下,设计的运动避障控制系统能够预测这3种类型碰撞点,使无人驾驶无轨胶轮车沿着重新规划后的轨迹行驶,对比实验也显示所研究方法与理想轨迹贴近,避障控制效果较好。

矿井无轨胶轮车调度系统设计与应用分析

针对矿井无轨胶轮车行驶中容易出现碰撞安全事故的问题,结合实际情况设计了车辆的调度系统。系统由井下和井上2部分构成,井下部分包含多个控制分站,控制分站作用是基于检测节点上传的数据信息,并利用三角质心定位原理判断车辆位置坐标。信号灯由主站控制器综合所有控制分站上传的信息进行控制,利用信号灯控制车辆的行驶状态,达到车辆调度的效果。控制分站控制器和主站控制器型号分别为S7-200和610-H/L,均具有良好的性能,可满足系统实际使用要求。将调度系统部署到工程实践中,经现场测试发现定位误差不超过1 m,在连续6个月使用期间,无轨胶轮车未出现安全事故,验证了调度系统的有效性。

无极绳牵引无轨胶轮车大坡度运输系统设计及动力学分析

基于无极绳摩擦驱动原理设计了一套采用钢丝绳辅助牵引的无轨胶轮车大坡度运输系统,可将无轨胶轮车在井下局部区段的爬坡能力提高到14°以上,并可减少防爆柴油机在爬坡路段的使用,增加续航能力,降低尾气排放。首先,根据无极绳牵引原理,完成无轨胶轮车大坡度运输系统构建及关键参数设计选型;然后,提出并设计了车载抱索装置及车辆自动对中平台等关键部件,并建立相应的三维模型;最后,利用ADAMS/Cable模块,分析了无轨胶轮车在抱索、脱索工况下无级绳牵引系统的振动特性。结果表明,无极绳振动的频率、幅度、受力的大小和作用时间的影响较小,受力的作用方向影响相对较大;无极绳牵引系统运行过程平稳,能够满足无轨胶轮车突然抱索、脱索的动态性能要求,从而为无轨胶轮车实现大坡度条件下的高效连续化辅助运输提供了新的解决方案。

井工煤矿无轨胶轮车全局调度模型

井工煤矿无轨胶轮车数量多,运输易受搬家倒面、突发事件等影响,传统的人工调度方法效率低,且易造成车辆闲置、空载、里程浪费等问题,而现有的辅助运输车辆调度方法大多面向固定任务使用离散事件优化的方案,将全局模型拆解为局部模型,缺乏对井工煤矿整体情况的分析。针对上述问题,提出了一种基于百度工业求解器的井工煤矿无轨胶轮车全局调度模型,介绍了该模型中信息收集模块、数据建模模块和工业求解器模块设计方案,以及无轨胶轮车全局调度流程。该模型采用基于“分批求解、迭代优化”的无轨胶轮车全局调度算法,由百度工业求解器基于动作调整启发式算法对车辆调度问题进行优化求解,解决了传统调度模型求解时间长、易陷入局部最优解等问题。实验结果表明,基于百度工业求解器的井工煤矿无轨胶轮车全局调度模型较人工调度方法大幅降低了使用车次,提高了车辆运转效率,调度优化的求解时间低于基于Gurobi求解器的局部调度模型,更适用于井下辅助运输场景下大规模复杂调度任务。

矿井无轨胶轮车智能化管理系统研究

针对煤矿井下工作地点分散、运输路线复杂、巷道内弯道和交叉路口较多的特点与煤矿智能化建设的需要,从需求分析、系统架构、关键技术等方面对矿井无轨胶轮车智能化管理系统进行了研究。通过需求分析,得出矿井无轨胶轮车智能化管理系统需具有矿井车辆精准定位、矿井车辆工况信息实时采集、矿井车辆移动通信、矿井车辆智能导航、矿井车辆状态实时监测与控制、矿井车辆防碰撞预警等功能。对系统关键技术进行了详细介绍:分析了UWB定位技术在矿井无轨胶轮车定位中的应用;提出矿井车辆移动通信技术宜采用WiFi与4G/5G技术;讨论了常用路径规划技术的特点,得出矿井无轨胶轮车导航技术宜采用成熟度较高的基于图搜索的路径规划算法,矿井无轨胶轮车导航和轨迹回放技术应与GIS技术相结合;研究了矿井车辆红绿灯控制技术,提出了十字交叉口模型和单车通行巷模型;研究了车辆防碰撞预警技术,根据行人和车辆位置及其与UWB基站的相对方向和距离,分析了同基站与跨基站2种模式下的防碰撞预警原理。实验结果表明,基于UWB的矿井车辆通信、基于A*算法的矿井车辆路径规划及轨迹回放、红绿灯控制、防碰撞预警等功能均能满足应用需求。

基于UWB定位技术的无轨胶轮车路径偏离报警

《智能化示范煤矿验收管理办法(试行)》中规定I类煤矿无轨胶轮车运输须具有车辆运行状态参数监测(超速、路径偏离报警、运动轨迹等)功能。为了满足验收标准中关于路径偏离报警的硬性要求,设计了一种基于UWB定位技术的无轨胶轮车路径偏离报警方法。基于图论理论,实现井下巷道路网信息结构化;对UWB定位基站输出的车辆定位数据执行滑动窗口滤波,提高方法的鲁棒性;采用A*搜索算法对运输路径进行规划,并在搜索算法的估价函数中新增权重函数和判断因子,提高规划的智能性;最后,对车辆当前位置的偏离情况进行实时判断。在新疆伊犁一矿的试验结果表明:各项功能运行正常,逻辑响应时间约为25 ms,现场应用状况良好。