基于虚拟样机的铲运机工作装置仿真及优化

针对铲运机工作装置传统设计方法的不足,提出在虚拟样机意义下的工作装置优化设计方法。根据铲运机工作装置的设计要求,建立了正转六杆工作装置的数字化样机模型和数学模型。采用虚拟样机技术对工作装置进行运动学和动力学仿真分析,针对仿真结果中存在的问题,采用智能优化算法进行优化设计,获得铲运机工作装置智能原型设计系统。对某型铲运机工作装置实施仿真优化,不仅实现了铲斗自动放平功能,铲斗平移性提高了90.13%,举升油缸的传力比提高了28.47%。

地下铲运机自主导航研究现状及发展趋势

为改善地下金属矿山矿石运输作业安全生产状况,提高铲运机(LHD)工作效率并降低其故障率,研究地下铲运机自主导航技术发展的现状、现存问题和发展趋势,并对现存具有代表性地下铲运机自主导航技术进行分析与总结。结果表明,当前铲运机自主导航机制尚不完善,相关的研究不全面、与实际联系不够紧密。完善导航机制,加强相关学科领域的合作,进行铲运机实地试验研究是铲运机自主导航研究成果在地下金属矿山推广应用的前提,是未来开展该课题研究工作的重点。

基于NMPC的地下无人铲运机反应式导航系统

针对地下无人铲运机反应式导航存在的转向与回正滞后、对宽度变化的弯道适应性较差等问题,提出了基于非线性模型预测控制(NMPC)的反应式导航系统,其中设计了基于NMPC算法的反应式导航运动控制器,并针对NMPC控制器所需要的局部参考路径,提出了一种分段式局部路径决策策略与之相匹配。NMPC控制器的设计包括采用欧拉法推导地下铰接式铲运机的非线性预测模型,然后设立基于铲运机约束条件的优化目标函数进行最优控制序列求解。分段式局部路径决策策略则是将地下巷道拟合分为多种典型作业环境并分别在不同环境下提出相应的决策策略,在铲运机行驶中根据预测时域内的巷道环境信息实时调整局部参考路径,然后将局部参考路径信息提供给NMPC控制器并进行跟踪。通过仿真实验设置不同仿真环境对本文提出的反应式导航系统进行验证并与基于线性时变模型预测控制(LTV-MPC)的反应式导航系统进行对比,仿真效果表明,本文提出的地下无人铲运机反应式导航系统能够在较窄的巷道内实现自主导航,并且能够适应宽度变化的巷道,在多种仿真巷道环境中铲运机与巷道壁的距离最小值为0.73 m,且航向误差能够在5 s内由0.89 rad收敛至稳定状态,稳态误差趋向于0.001 rad,铰接角输出较为平顺,提高了地下巷道弯道处参考路径的安全通过性和铲运机对宽度变化的巷道的适应性。

基于改进蚁群算法的智能铲运机全局路径规划

以矿井GIS地图为基础建立环境栅格模型,结合改进蚁群算法对智能铲运机在井下环境中的全局路径规划问题进行求解。对基本蚁群算法存在的问题进行改进,分别从路径选择规则、全局信息素更新规则和局部信息素更新规则三方面进行优化。通过仿真实验验证该改进蚁群算法的有效性,并与基本蚁群算法进行比较,结果表明,改进蚁群算法具有较好的稳定性和全局最优性,而且收敛速度较快。该算法可根据已知巷道环境地图得到铲运机的最优路径,有利于智能铲运机的高效工作。

WJD-0.4型电动铲运机的运行成本分析

对WJD-0.4型电动铲运机运行的各项经济技术指标进行叙述,并对各种出矿设备对比性试验的数据进行整理和分析,从生产效率、各种损耗、生产成本等方面对该微型电动铲运机运行进行了综合评价。

基于双维度搜索的地下自主铲运机最优转弯轨迹规划

提出了一种基于双维度搜索的实时轨迹规划方法,用来解决自主地下铲运机转弯轨迹规划问题.该方法是一种结合采样思想和最优化算法的复合轨迹规划方法,包含三个主要步骤:基于双维度搜索策略的优化模型参数生成,基于二次规划的轨迹计算,以及基于约束检查的最优轨迹确定.该方法新颖之处在于提出的基于转弯区域行驶时间和里程的双维度搜索策略,以及基于平稳目标的轨迹最优化模型,可根据弯道区域入口速度和位置,快速生成纵横向都有最优性保证的最优轨迹.该方法结构简单、易于实施,可通过关键参数的调整满足控制器对轨迹生成速度的实时性要求.基于该轨迹规划方法的特点,使其不仅适用于实时轨迹规划,还可为未来智慧矿山的智能管控与优化调度提供底层约束.多组算例验证了该方法的有效性和优越性.

基于Automation Studio地下铲运机液压系统改进设计分析

地下铲运机工作环境恶劣,装-运-卸及行走、制动、转向等都需要液压系统,系统性能和可靠性直接影响到整车的性能和寿命。根据ACY-2型地下铲运机液压系统的结构特点,参考TORO007液压系统对ACY-2型地下铲运机进行改进,根据经典设计经验值,将轮胎与地面间的综合阻力系数从0.5降低到0.16;减小转向油缸的缸径,改变双联泵的排量;将制动系统由原来的液压制动改为弹簧制动;基于Automation Studio对改进前、后液压系统进行建模分析,对系统参数进行适当调整;对比分析改进后与原设计液压系统的相关参数及转向、制动性能,结果可知:改进后制动系统更加安全可靠,减低了系统中的压力,减小了局部的压降,具有更优的效果。研究结果为此类改进设计及生产提供参考。

地下智能铲运机的转角实时测量技术

针对地下智能铲运机的控制技术要求,提出了一种铲运机前后车体转角的实时测量技术。介绍了该技术的开发背景及智能铲运机的研究现状,结合铲运机实际工作环境的要求和满足智能化控制的精度要求,设计开发转角信息实时测量技术,包括转角传感器的设计要求、数据处理系统的实时性方案,并给出了基于Monta-Vista Linux操作系统下的软件开发流程。针对铲运机前后车体特殊的铰接式链接结构,设计了一种主动跟随式的转角传感器安装支架,解决因为路面不平引起的纵向受力从而导致测量误差或损坏传感器的问题,最后将该技术应用于0.4 m3铲运机的智能控制中。实验数据证明,该方法工作可靠,能够实时获取车体前后的转角信息,其精度和稳定性可以满足智能铲运机的实时控制需求,具有良好的应用前景。

基于Automation Studio铲运机液力与静液传动系统对比分析

液力-机械传动系统和液压-机械传动系统是地下铲运机两种重要的传动系统布置方案。针对ACY-10载运为1m^3的小型铲运机传动系统设计,根据铲运机使用要求,设计变量泵、变量马达等元件。采用静液压-机械传动方案,应用Automation Studio搭建整车不同液压系统的分析模型,对铲运机行驶液压系统、转向液压系统、工作液压系统等运行特性进行分析,获得不同工况时系统油路循环,系统所受动载荷特性,系统受动态外载荷作用时工作油缸压力、位置随时间变化曲线。同理根据液力-机械传动系统方案的特点,搭建分析模型,对比分析静液压-机械传动方案和液力-机械传动方案。结果可知:静液压-机械传动方案在最大牵引力、最大铲取力、爬坡能力等方面具有优势,且很好地解决了倾翻油缸系统中出现的波动现象,提高了液压系统的稳定性。可将静液压-机械传动方案作为设计参考。

融合点阵拓扑优化法和熵权法的铲运机外观设计

为更好地指导矿山开采大型机械设备的创新设计,归纳铲运机外观特点,提出点阵拓扑优化法和熵权法(EWM)设计、评估铲运机外观。首先,通过点阵拓扑优化法设计铲运机外观,使用层次分析法-熵权法(AHP-EWM)对评价指标赋权,搭建层次准则模型;其次,通过调研归纳出创造性指标、美学指标、功能性指标、经济性指标、技术性指标5个指标并建立评价体系;然后,运用层次分析法(AHP)对一级指标主观赋权,通过EWM分析二级指标的客观权重,依据python计算灰色关联度、多属性决策分析权重(CRITIC)、独立性权重、模糊综合评价法和逼近理想解排序法、理想点法(TOPSIS法)5种方法的权重,通过对比分析并验证AHP-EWM的可行性;最后,基于指标权重与方案得分优化备选方案设计,并使用最小支持向量机(LSSVM)来验证模型。结果表明:使用LSSVM模型进行回归分析,其决定系数达到0.93以上,均方误差在0.01以内,明显优于传统模型且精度较高,验证点阵拓扑优化法和EWM相结合的优化决策模型。

蓄电池式地下装载机电池组的散热结构设计

为了解决蓄电池式地下装载机由于电池组容量大、工作时间长而引发的发热严重问题,建立了电池组生热与散热数学模型,研究了常规循环工况以及1 C充放电情况下电池组的散热效果,分析了出风口位置、出风口尺寸和隔板间隙宽度等散热结构对电池组散热特性的影响。结果表明:当电池组处于1 C持续充放电情况时,电池组的最高温度达到了63℃;出风口在第3层电池组的左右两侧时,这层的电池组散热效果最佳,但是其他两层电池组散热效果并没有明显改善;当隔板间隙宽度为10 mm、出风口长度为800 mm时,电池组整体散热效果最佳,最高温度降低了7.7%。

铲运机无线电遥控系统的研制

这一无线电遥控系统已成功地应用于ZYQ—12G型铲运机上。本文对其组成与功能、主要部分的工作原理、无线电信号与机械动作的转换关系等作了较详细的阐述。通过恶劣环境和危险条件下的工业性试验,证明该遥控系统具有良好的防潮、抗震和抗干扰性能,完全适应在顶板不稳固的条件下安全可靠地回收井下残矿的作业,具有较好的社会效益和经济效益。

自动化铲运机在缓倾斜中厚矿体开采中的应用

为了解决缓倾斜中厚矿体采切工程量大、生产效率低的问题,提高矿山的机械化程度、减小矿山生产成本,以谦比希铜矿东南矿体为研究对象,在分析该矿区开采技术条件和工程地质条件的基础上,提出将自动化铲运机应用于该矿山井下开采的方案,介绍了自动化铲运机的工作原理、生产能力及矿山生产的各个工艺环节。应用结果表明将自动化铲运机应用于缓倾斜中厚矿体的开采中能大大提高矿山的生产效率,缩小生产区域,并提高盘区生产能力,真正实现矿山的安全、经济和高效开采,可为类似矿山的生产提供借鉴。

基于LQR-QPSO的地下铲运机控制参数优化研究

现代控制理论是实现地下铲运机路径跟踪控制的重要技术之一。目前,控制算法应用的难点在于参数的选取和整定。为解决控制参数整定问题,提出应用量子行为粒子群优化算法(QPSO)对基于线性二次型调节(LQR)的状态反馈控制器进行参数优化,实现对地下铲运机精准、稳定的路径跟踪控制。状态反馈控制器基于铲运机的误差动力学模型得出,优化后的路径跟踪控制最大横向位置偏差低于0.23 m。仿真试验结果表明:相较于标准粒子群优化算法,QPSO算法优化的路径跟踪控制器的最大横向位置偏差减小53.4%,优化效果更好、成功率更高。

基于多目标遗传算法的地下铲运机性能优化研究

为了能够提高地下铲运机的性能,深入地研究了多目标遗传算法在铲运机性能优化设计中的应用。分析了地下铲运机的主要性能参数;建立了地下铲运机多目标优化的数学模型;然后,分析了改进多目标遗传算法的基本原理;利用MATLAB软件进行了地下铲运机的性能优化分析,优化设计结果使地下铲运机性能得到了极大地提高,并且表明该算法的优越性。

矿用地下铲运车驾驶室翻车保护结构的仿真与试验分析

根据某地下铲运车的驾驶室翻车保护结构(ROPS)型式,建立了非线性有限元模型,模拟了ROPS试验的侧向、垂向及纵向加载过程并得到3个方向的载荷-位移曲线,分析了其变形规律;同时对该模型进行ROPS试验测试。通过与试验结果进行对比,表明有限元分析方法能够较好的预测铲运车ROPS在承受各向载荷时的变形规律;分析了试验与有限元结果产生偏差的原因;指出了ROPS的结构特点及薄弱处,为该类铲运车ROPS的结构设计及优化提供了参考依据。

无人化智能装备在大尹格庄金矿的应用

随着矿产资源的不断开采,采矿条件愈来愈恶劣,地下采矿的诸多不安全因素是人们关注的焦点问题。信息技术的发展引起采矿自动化技术的不断变革,设备的自动化、智能化发展有望解决这一问题。本文结合矿山实际情况介绍了无人化智能装备在大尹格庄金矿中的应用,包括矿山无人电机车运输和超视距遥控铲运机的功能和应用效果。无人设备可提高生产效率减少人力成本及安全隐患,提高生产效率,具有广泛的市场前景。

混合动力地下铲运机驱动系统控制分析

传统铲运机的发动机选型必须满足联合铲装工况的峰值功率需求,而发动机长时间低负荷工作导致铲运机较差的燃油经济性和排放性能,因此将混合动力技术应用到铲运机上具有重要意义。针对电动轮驱动地下铲运机"L"型循环工况特点,增加超级电容器作为储能单元,与柴油发电机组进行串联布置,设计混合动力铲运机驱动系统结构,制定驱动系统控制策略;动态协调控制是控制策略的重要组成部分,对各部件进行动态调节,使系统在动态中达到平衡,工作在选择的驱动系统工作模式下。搭建混合动力驱动系统试验台,对控制系统试验与调试。试验内容包括各动力子系统试验、混合动力系统工作模式调试、系统联合调试,验证系统的有效性和合理性。结果可知控制系统可以满足整车需要,响应速度和限功率控制及其他保护报警功能达到设计要求,为同类设计提供参考。

紧凑型防爆柴油铲运机防爆柴油机设计

在概述了防爆柴油机特殊性的基础上,针对紧凑型防爆柴油铲运机用防爆柴油机的具体要求,分析了防爆柴油机各系统在设计过程中应考虑的因素,解决了防爆柴油机在紧凑型防爆柴油铲运机上的安装布置问题。通过在实际车辆的成功使用,验证了该防爆柴油机设计的可行性。

面向电铲自主装卸的矿用自卸车斗型优化

针对现有电铲自主装卸功能在料堆重构、环境感知、目标识别等领域存在技术难度的现状,从降低自主装卸作业任务难度的角度出发,本文提出了一种以载荷均衡分布为目标的矿用自卸车斗型优化方法。首先,构建了一种基于差分迭代的装卸后自卸车斗内料堆的轮廓重构方法,并对料堆质心位置进行计算;其次,建立并验证了模拟电铲装卸过程的离散元仿真方法;再次,利用离散元仿真实验,研究了不同斗型结构参数对斗内料堆质心位置的影响;最后,以横向载荷均布为目标,以纵向载荷分布、行驶安全性、斗容变化为约束对斗型进行优化。结果表明:优化后的斗型与原斗型相比,在保持装载能力和行驶安全性的前提下,极端装卸位置时的载荷分布均匀性显著提升,并具有更大的合理装卸面积和更高的作业效率。