带式输送机的研究进展

在信息技术时代 ,某些关键性的技术使带式输送机生产产生了飞跃 ,包括运行阻力计算方法、标准、动力学分析、高张力输送带设计、接头分析、输送机试验台的发展及缓冲、清扫和监控技术。带式输送机已经在长距离输送机、转弯输送机、高强度倾斜输送带、高速输送机、管状输送机、双向输送机。

超长柔性悬挂固体充填刮板输送机异常工况表征及自主调控方法

固体充填刮板输送机是固体充填开采技术的关键装备,其高效智能化的程度制约着固体智能充填开采技术的进步,暂难突破超大采长、大功率、高可靠性的瓶颈,运行状态受地质条件、充填工艺等主控因素影响显著,异常工况自主调控问题亟待解决。总结了固体充填刮板输送机特征;构建了固体充填刮板输送机位姿形态与运输状态表征方法;通过分析异常工况的形成机理,选取异常工况判别指标,结合位姿与运输状态表征方法,给出了其空间位姿、牵引状态等异常工况判别准则与典型异常工况的调控路径,揭示了多工况状态下固体充填刮板输送机运载调控机制,提出了实时调控充填材料运输量、直线及水平程度组合的异常工况自主调控方法。全国首个260 m工作面长固体充填工程案例表明:通过异常工况自主调控,平均最大水平偏移距每减少100 mm,刮板链牵引力可减少85 kN,输送功率损耗可减少55 kW;平均最大垂直偏移距每减小100 mm时,输送功率损耗可减少7.2 kW;单位长度货载运量每减少100 kN/m,刮板链牵引力可减少31.9 kN,输送功率损耗可减少38.2 kW。所提出的异常工况自主调控方法可显著提升固体充填刮板输送机的输送效能,可助力实现固体智能充填开采。

四轴水平振动输送机的物料速度仿真分析与实验

针对当前四轴水平振动输送机的物料速度随输送机偏心轴相位角变化规律不明确的问题,以某钢厂水平振动输送机的参数为基础,对机体与物料速度进行了理论推导和仿真分析。首先,推导了机体激振力与机体速度的通用公式,并对3种初始相位角对应的机体速度进行了仿真,分析了初始相位角对机体速度的影响规律;然后,对机体速度和物料速度进行了对比仿真,并研究了物料起始运动时间、初始相位角以及角频率对物料速度的影响规律;最后,采用仿真软件分析了固定高速轴(或低速轴)的初始相位角时,物料稳态平均速度随低速轴(或高速轴)相位角变化的规律,并对相关内容进行了实验验证。研究结果表明:输送机4个偏心轴以及齿轮等相关部件组装完成后,物料的稳态平均速度不随任一个偏心轴质心相位角的变化而变化;在输送机稳定运行时,物料的稳态平均速度与其加入料槽内的先后顺序无关;此外,针对某一机型的最佳物料速度,在高速轴(或低速轴)的初始相位角不同时,两种轴的相位角差也可能不同,单纯指定相位角差3π/4、π/2或3π/2等特定角度以利于物料输送的方案是不合理的,应该同时规定高低速偏心轴的相位角。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

刮板输送机技术发展历程(一)——国外技术

刮板输送机是井下采煤工作面的“脊梁”装备,它经历了6次技术变革,持续推动采煤工艺变革及生产效率持续提升。刮板输送机第1次技术变革发生于1900-1940年,诞生了可拆卸刮板输送机,煤矿开启半机械化开采时代;第2次技术变革产生于1940-1950年,创制了可弯曲刮板输送机,煤矿进入机械化开采时代;第3次技术变革形成于1950-1985年,创设了可自移刮板输送机,煤矿跨入综合机械化开采时代;第4次技术变革出现在1985-2000年,已发展成为重型化刮板输送机,煤矿走向高产高效综采时代;第5次技术变革形成于2000-2010年,研发出自动化刮板输送机,煤矿迈向数字化综采时代;第6次技术变革始于2010年,创新推出智能化刮板输送机,煤矿开启少人化智采时代。英国和德国为刮板输送机初创做出巨大贡献,研制出多种早期的刮板输送机机型。苏联对刮板输送机的系列化,以及对机械化采煤机的配套起到重要的创新推动作用。在此基础上,1954年,英国把安德顿滚筒采煤机与垛式支架、可弯曲刮板输送机组合为综合机械化采煤机组,建成世界上第一个综采工作面。21世纪以来,世界煤炭开采的重心逐步转向我国,国外刮板输送机研发与制造影响力逐年衰减,我国逐渐成为刮板输送机的制造强国。

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。

刮板输送机技术发展历程(四)——智能化成套装备

采煤工作面机器人群包括智能刮板输送机,它不仅要自适高效输送煤流而且要引导智能采煤机沿着工作面截割煤炭、牵引智能液压支架安全支护岩层顶板,因此刮板输送机智能性直接影响采煤机组智能性。认为,断链监测与保护技术、链张力实时感控技术、煤流量在线监测技术和机身自动调直技术是智能刮板输送机的关键感控要素,目前这些技术已达到成熟应用,为刮板输送机无人化运行提供了重要保障。自2010年起,我国刮板输送机智能化技术创新加速,研发成功超大功率、超长运距智能刮板输送机,以此构建了超级智采工作面。指出,未来刮板输送机永磁电机智能驱动、智能力感刮板链、全耐磨整体成型中部槽、数字孪生控制系统将成为新一代高级智能刮板输送机的发展方向,进而推进煤矿智采工作面进入高级智能化层次。

煤矿井下输送机设备的节能控制技术分析

为了降低煤炭开采过程中的能源消耗,达到节能减排的目的,本文针对煤矿井下输送机进行节能控制研究。在输送机分类和特点分析的基础上,确定了阻力、输送带运行速度2个关键点,构建二者对输送机功率消耗影响的数学模型。以长短记忆循环网络为深度学习框架,以阻力、输送带速度为网络输入,以输送机功率消耗为输出,进行参数优化,并以此为依据展开测试试验。结果显示,带宽、物料覆盖层厚度对阻力的增加有线性正向影响;输送带运行速度对输送机功率消耗呈现先降后升的分段影响。

基于改进DDNet的皮带输送机位移故障诊断研究

针对煤矿带式输送机皮带位移故障诊断中存在局限性大、耗时长的问题,将故障数据进行多源异构处理,并在数据处理的基础上将边缘检测算法与深度细节网络,构建了一种结合边缘检测算法与改进深度细节网络的多源异构数据故障诊断模型;首先利用边缘检测算法提取输送机图像中的边缘特征,然后结合多源异构数据,并通过改进后的深度细节网络进行故障识别,并构建故障诊断模型;结果表明检测模型在皮带边缘图像数据处理的检测准确率平均值为95.27%,比目标检测算法和K最邻近分类算法的准确率高出了5.34%和10.21%;同时检测模型的图像数据查全率平均值为93.46%,比目标检测算法和K最邻近分类算法的查全率高出了4.09%和7.18%;这说明研究构建的多源异构数据故障诊断模型能够显著提升皮带位移检测的可靠性和鲁棒性,具有重要的研究价值和实际应用前景。

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。