BY3300液压支架平衡千斤顶损坏原因分析及改进

BY330 0液压支架在使用过程中 ,平衡千斤顶损坏原因是限位装置设计不合理造成的 。

综采液压支架中部跟机多模态人机协同控制系统

我国煤矿智能化综采工作面建设处于初级阶段,液压支架电液控自动化技术已广泛应用,但目前液压支架单一固化的自动化控制逻辑难以适应复杂、多变、动态的工作面生产场景,现场实际控制过程仍大多采用自动化+人工干预方式。针对综采工作面复杂场景中液压支架人机交互协作任务需求,提出液压支架中部跟机多模态人机协同控制系统的理论方法与技术原理。首先,设计了人工式、分工式、批准式、否决式4种人机协同模态,以煤层地质、瓦斯粉尘、采煤机速度、液压支架智能水平、系统状态、岗位工技术水平、任务负荷等为判别因素,构建了基于AOG的液压支架人机协同模态选择模型,实现了人工、机器偏好的模态选择。然后,设计了液压支架中部跟机人机协同控制决策机制,提出液压支架中部跟机再次调控策略AI推理技术思路,利用现场数据学习人工操作经验,分别构建了液压支架是否再次调控决策树分类模型和再次拉架时间贝叶斯回归模型,基于上述模型开发了液压支架人机协同控制决策程序,实现了基于多模态与或推理和再次调控策略AI推理的液压支架人机协同控制。最后,采用云-边-端架构软硬件技术,开发了液压支架多模态人机协同控制系统,实现了模型进化、运算推理、程序执行等液压支架多模态人机协同控制功能。该系统在沙曲二矿3404工作面进行了工业试运行,相比于系统使用前,该工作面液压支架中部跟机效率平均提高2%。

基于差分非平稳Transformer的液压支架立柱压力预测

液压支架立柱压力预测是回采工艺决策的重要依据,也是确保围岩稳定的基础信息之一。然而,液压支架立柱压力虽然具有一定的规律性,却无法用简单的数学模型进行预测;且在回采过程中,支架不接顶、顶板破碎、传感器检测误差等带来大量的随机噪声,使得压力数据劣化为非平稳时间序列,给压力的预测带来的很大的困难。本文在Transformer基础上,提出一种差分非平稳Transformer模型,在Transformer的编码器和解码器中分别引入差分归一化和反归一化操作,以提升序列的平稳性。同时,在Transformer中采用去平稳注意力机制,计算序列元素之间的关联关系,以增强模型的预测能力。在真实的煤矿支架立柱数据集上的对比实验表明,本文提出的差分非平稳Transformer的预测效果达到0.674,表现明显优于LSTM、Transformer和非平稳Transformer模型。

大倾角煤层伪俯斜工作面平行四边形液压支架结构设计与运动响应

液压支架是大倾角煤层伪俯斜工作面“围岩-装备”系统稳定性的核心,现有液压支架结构无法适应伪俯斜开采空间稳定性要求,严重影响了该类条件下工作面安全高效开采。以大倾角煤层伪俯斜开采工作面为研究背景,采用工程类比、结构运动学分析、数值仿真的综合研究方法,分析了大倾角伪俯斜工作面“支架-围岩”稳定性特征,并以ZY7000/22/45型液压支架为基础,发明一种新型平行四边形液压支架,进行了结构合理性设计,分析了关键构件运动学响应特征。研究表明:大倾角伪俯斜综采工作面垮落矸石非均匀填充以及矸石对支架的砸、压、推作用是影响支架稳定性的关键因素,平行四边形顶梁与底座更适应伪俯斜工作面。设计的平行四边形支架顶梁、底座及立柱排布方式为平行四边形,异形掩护梁与后连杆、油缸连杆、底座构成柔性四连杆结构。平行四边形支架立柱为主要承载结构,油缸连杆为主要运动机构,其运动特征影响因素主要为上下柱窝间距和前后连杆与掩护梁铰接位置间距,其中掩护梁与后连杆是支架位姿调控的关键,且支架运动过程中无双扭线产生。研究结果为该类条件工作面支架提供了一种选型,一定程度上保障了该类煤层的安全生产。

大倾角煤层俯伪斜工作面液压支架设计系统实用性分析

为解决大倾角煤层液压支架设计过程中多维受载特征被忽略、建模过程繁琐、设计周期长等问题,结合大倾角伪俯斜工作面液压支架受载特性,研发大倾角液压支架设计系统。采用运动仿真、强度测试、物理实验等综合研究方法,以ZY5000/15.5/38型大倾角煤层液压支架设计为例,根据大倾角伪俯斜采场液压支架多维受力特征建立力学模型,分析大倾角液压支架的空间受载特性,建立伪俯斜工作面液压支架顶梁、掩护梁力学线性矩阵,利用VB.NET为开发语言结合线性矩阵和SOLIDWORKS二次开发建模软件搭建液压支架设计系统,开发出良好的人机交互用户界面。研究分析表明:该系统生成下的模型液压支架顶梁前端运动轨迹范围48 mm左右,支架顶梁前端运动轨迹曲线满足双扭线特性;模型支架最大应力为146.7 MPa,远小于材料屈服的等效应力,最大变形位移也不超过0.531 mm;研制相似比为1∶5物理模型液压支架工作阻力在38 kN左右,在不同条件下测试支架顶梁、掩护梁受载特性,实验中模型支架的力学数据与系统生成的力学数据基本相符,且实验在初撑、增阻、恒阻及卸压各阶段均满足支架的运动要求及承载特性。研究结果体现了该设计系统下模型液压支架较好的适应性,对丰富大倾角煤层液压支架设计理论和指导液压支架设计生产具有一定的科学和实践意义。

液压支架立柱防冲吸能构件优化仿真及压溃实验研究

液压支架作为煤炭开采主要支护设备,经常受到冲击地压影响,防冲吸能构件起到保护液压支架作用,为获得更大的初始支反力峰值与吸能量、更小的支反力分散度,对吸能构件参数细化并通过ABAQUS有限元软件进行吸能构件的建模与压溃冲击仿真,获取吸能构件的吸能性能及屈曲变形形态,验证最优尺寸的吸能性能;对比吸能构件平均支反力的预测数据与有限元仿真数据,误差在15%以内,最优尺寸构件的平均支反力模型预测误差为−3.40%,验证吸能构件预测模型所预测数据较为准确;搭建吸能构件压溃实验台,选择5种加载速度,以准静态压溃方式对定制加工的吸能构件进行轴向加载压溃实验,实验结果表明:不同加载速度轴向压溃实验,支反力波动基本一致,最大初始支反力峰值为2253.52 kN,最大支反力标准差为206.23 kN,最小初始支反力峰值为2096.26 kN,最小支反力标准差为189.83 kN,初始支反力峰值的平均值为2149.32 kN,支反力标准差平均值为196.77 kN;不同压溃速度下的轴向压溃实验数据与吸能构件有限元仿真数据对比,初始支反力峰值、支反力标准差的相对误差分别为5.6%、11.07%;对最优尺寸吸能构件通过预测模型法、有限元仿真法、压溃实验法三种方法进行吸能性能分析,预测模型法的平均支反力为1879.7 kN,有限元仿真法的平均支反力为1945.9 kN,压溃实验法平均支反力为1919.8 kN,预测模型误差3.41%,压溃实验误差−1.3%,通过3种方法的数据验证结果,证明了吸能构件分析方法的可靠性和可行性。

基于LSTM-Informer模型的液压支架压力时空多步长预测

目前多步液压支架压力预测大多为单步液压支架压力的累计预测,单步累计次数越多,累计误差就越大,影响预测精度。针对该问题,提出了一种基于长短时记忆(LSTM)-Informer模型的液压支架压力时空多步长预测方法。采用卡尔曼滤波消除液压支架压力数据中的振动噪声后,在工作面端部和中部各选取相邻的5台液压支架压力数据建立2个时空数据集(数据集1和数据集2),并对时空数据进行标准化预处理。将时空数据输入LSTM模型提取时空特征,并将提取的时空特征输入Informer模型的编码器,经过位置编码后利用多头概率稀疏自注意力来关注压力序列的变化特征,经过最大池化和一维卷积消除最终输出特征图的冗余组合。利用多头概率稀疏自注意力来关注压力序列的变化特征,将Informer模型的解码器改为全连接层,得到液压支架压力的预测结果。实验结果表明:与基于门控循环单元(GRU)、LSTM和Informer模型的预测方法相比,基于LSTM-Informer模型的预测方法在预测6,12,24步长液压支架压力时的均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)均最小;其中基于数据集1预测的6步长液压支架压力的RMSE分别降低了41.63%,49.74%,11.85%,MAE分别降低了41.75%,50.00%,12.00%;基于数据集2预测的6步长液压支架压力的RMSE分别降低了48.15%,59.86%,19.88%,MAE分别降低了49.87%,54.90%,13.16%。

基于RT-Thread的液压支架监控分站的设计

为提高煤矿生产的安全性和效率,降低生产成本,设计了基于嵌入式实时操作系统RT-Thread的液压支架监控分站。该分站通过CAN总线将综采工作面液压支架的工作数据上传到主站并接收主站下达的指令;此外,通过支架控制器可以实现对液压支架的远程控制。软件设计利用信号量和事件集进行线程间通信同步;同时采用多线程优先级抢占调度机制,实现任务的并发运行。实验证明,该分站具有精度高、可靠性强和实时响应等特点,达到工程实际应用需求。

基于有限元和RBF神经网络的液压支架前连杆疲劳寿命预测

针对工程应用中液压支架前连杆疲劳寿命预测的需求,提出了一种基于RBF神经网络的疲劳寿命预测方法,选取5个关键设计参数为输入量,以前连杆疲劳寿命为目标函数建立了疲劳寿命预估模型。首先,运用有限元分析获得前连杆的疲劳寿命,再通过优化拉丁采样的方法获得训练样本点,并以此建立前连杆疲劳寿命的RBF神经网络预估模型,通过优化RBF神经网络的目标值和扩散值提高模型的预估精度。结果表明:优化后的前连杆疲劳寿命预估模型计算结果与测试样本点拟合精度较高,平均相对误差为6.72%,满足工程目标,适当增加训练样本点的数量有利于进一步提高疲劳寿命的预估精度。

基于数字孪生和深度强化学习的矿井超前液压支架自适应抗冲支护方法

受深部开采冲击地压等地质灾害扰动的影响,存在矿井超前支护系统自感知能力差、智能抗冲自适应能力弱、缺乏决策控制能力等问题。针对上述问题,提出了一种基于数字孪生和深度强化学习的矿井超前液压支架自适应抗冲支护方法。通过多源传感器感知巷道环境和超前液压支架支护状态,在虚拟世界中创建物理实体的数字孪生模型,其中物理模型精确展现超前液压支架的结构特征和细节,控制模型实现超前液压支架的自适应控制,机理模型实现对超前液压支架自适应支护的逻辑描述和机理解释,数据模型存储超前液压支架实体运行数据和孪生数据,仿真模型完成超前液压支架立柱仿真以实现超前液压支架与数字孪生模型虚实交互。根据基于深度Q网络(DQN)的超前液压支架自适应抗冲决策算法,对仿真环境中巷道抗冲支护进行智能决策,并依据决策结果对物理实体和数字孪生模型下达调控指令,实现超前液压支架智能控制。实验结果表明:立柱位移与压力变化一致,说明超前液压支架立柱仿真模型设计合理,从而验证了数字孪生模型的准确性;基于DQN的矿井超前液压支架自适应抗冲决策算法可通过调节液压支架控制器PID参数,自适应调控立柱压力,提升巷道安全等级,实现超前液压支架自适应抗冲支护。

基于加权实例推理的缓倾斜综采工作面液压支架选型研究

为实现地质构造简单的缓倾斜综采工作面液压支架智能化选型,提出了一种基于加权实例推理的液压支架选型方法。首先,建立了液压支架选型实例库;其次,采用粗糙集理论和序关系分析法进行权重构造;另外,将液压支架的条件属性分为3种类型计算相似度;最后通过匹配实例选型。以某煤矿选型方案为例,并以50组液压支架的属性数据进行验证。结果表明,该方法的准确率为88%,能够为液压支架的智能化选型提供较好的参考依据。

主动安全液压支架顶梁装置结构设计与分析

煤壁片帮与顶板冒落是影响煤矿安全开采的重要因素,目前常见的液压支架有效支护面积大,移架脱离顶板时间长,很容易发生煤壁片帮与顶板冒落造成支架再次支护失稳等问题。通过对顶板失稳机理进行分析,建立了等效砌体梁结构的数学模型,计算得到了回采工作面顶板发生破坏的强度条件以及支护面积对顶板发生破坏的影响,同时提出了主动安全液压支架顶梁装置的设计,对现有液压支架顶梁在满足原有功能的基础上,设计了顶梁装置,实现了对顶板的有效支护和相对主梁的步足式移动,达到了液压支架主动安全支护的目的,从而满足降低砌体梁发生破坏的概率。通过对ZY4800/18/38液压支架的改进,并对其进行典型状态下顶梁装置有限元分析,结果满足设计要求。

液压支架姿态数字孪生精准快速映射方法

针对应用数字孪生实现综采工作面液压支架姿态映射存在精度低、时延大及精度与时延难以平衡等问题,提出了一种液压支架姿态数字孪生精准快速映射方法。设计了包括物理感知层、数据层、业务逻辑层和表现层的液压支架姿态数字孪生系统架构;在业务逻辑层,通过保留液压支架高精度模型外部形状并将关键部位合并成轻量化结构件,建立了液压支架姿态数字孪生模型,减少了渲染时延,并通过建立倾角传感器测量角度与数字孪生模型转动角度之间的转换关系,实现液压支架姿态数字孪生模型与液压支架实体虚实映射一致,保证了液压支架姿态映射的精度;在数据层,从各数据传输环节中划分出传输间隔并进行参数约束,应用参数规划求解优化可调环节的数据更新间隔,减少了数字孪生系统数据传输过程的资源浪费和时延。搭建了液压支架姿态数字孪生精准快速映射平台,进行液压支架姿态虚实映射的时延和精度测试,结果表明,该方法在保证液压支架姿态映射精度的前提下具有较低的时延。

液压支架关键姿态参数测量系统

针对现有液压支架姿态监测方法测量参数不全面、精度和可靠性不高、工况环境适应性差等问题,提出一种直接测量与间接测量相结合的液压支架关键姿态参数测量系统,研制了以DSP为核心、以MEMS惯导为测量元件、具备LoRa无线通信功能的姿态传感器。分析得出了影响液压支架支护姿态的关键参数,其中底座、前连杆、掩护梁和顶梁与水平面夹角及推移步距采用直接测量方式,支护高度、立柱与平衡千斤顶长度采用间接测量方式。该系统包括安装于底座、前连杆、掩护梁、顶梁处的4个姿态传感器和1个安装于底座的红外激光测距传感器,采用LoRa无线通信方式组网。底座处的姿态传感器作为网关(即网关传感器),用于测量底座与水平面的夹角,控制红外激光测距传感器测量推移步距,并解算支护高度、立柱长度和平衡千斤顶长度;其他3处的姿态传感器作为节点(即节点传感器),用于测量前连杆、掩护梁和顶梁与水平面的夹角,并将获得的角度信息上报至网关传感器。测试结果表明,姿态角测量的最大绝对误差为0.2°,支护高度、立柱长度、平衡千斤顶长度测量的最大百分比相对误差分别为0.78%,0.72%,0.83%,推移步距测量的最大绝对误差为1.9 mm。以ZY9000/22/45D型液压支架为例,分析其在不同姿态角范围下的误差分布,得到支护高度最大测量误差为27.4 mm,立柱长度最大测量误差为16.6 mm。

液压支架轻量化设计探索

近年来,在煤矿中广泛使用液压支架作为支护设备,但液压支架存在材料堆积超重现象导致其在矿井下搬运困难,成为亟须解决的难题。因此,以液压支架轻量化为研究对象,提出了液压支架的优化思路,并且分析了液压支架轻量化过程,为液压支架轻量化提供了有益参考。

数据库技术在液压支架结构件中的应用

液压支架是煤矿开采中重要的支撑设备,其制造难度大、焊接工艺要求高、结构件复杂。因此,对液压支架来说,提升其焊接质量和保证其焊接变形是关键。利用数据库技术开发了一个液压支架用的焊接工艺数据库,使用者能通过软件查询到支架焊接所需要的材料及工艺参数、焊接设备等,并且能对其中不合理的参数进行增、删、改等操作,为支架的焊接质量提供了保障。

液压支架材料表面激光熔覆Ni60高硬耐磨涂层的性能

为实现损伤液压支架立柱的再制造修复,采用激光熔覆技术在液压支架立柱材料27SiMn钢表面制备Ni60合金涂层。通过正交试验法研究激光工艺参数对涂层稀释率的影响规律并确定最优工艺参数。利用超景深显微镜、显微硬度计及摩擦磨损试验机等分析了涂层的显微组织、硬度及耐磨性能。结果表明,影响熔覆层稀释率的因素由大到小依次为:激光功率>扫描速度>送粉速度>离焦量。以稀释率为指标的最佳工艺参数组合为A_(1)B_(3)C_(3)D_(3),即激光功率为1500 W、扫描速度为22 mm/s、离焦量为+1 mm、送粉速度为12 g/min。熔覆层整体晶粒细小均匀,涂层上部主要由等轴晶组成,中部主要由等轴晶和树枝晶组成,下部则主要由沿熔合界面生长的胞状晶及柱状晶组成。熔覆层的平均硬度值为729.5 HV0.5,是基体硬度的2.32倍,最高硬度出现在熔覆层顶部的等轴晶区,为756.9 HV0.5。熔覆层的显微硬度压痕棱边平直、四角光滑无裂纹,具有良好的韧性。熔覆层的摩擦系数明显低于基材,且稳定性好于基材,磨损量仅为基材的58%,熔覆层的磨损机制为磨粒磨损和轻微的黏着磨损。

智能化工作面采煤机与液压支架协同控制技术研究

智能化综采工作面是未来煤矿的发展趋势。采煤机和液压支架协同控制效果会直接影响煤炭生产效率及生产安全,现阶段采煤机控制及液压支架控制是相互独立的。基于此,在对回采工作面开采设备、开采工艺分析的基础上,提出采煤机、液压支架协调自动控制系统。该系统融合采煤机、液压支架控制系统并具备视频监控功能,可提高采煤机、液压支架协调控制效率,便于提高采面生产效率。

矿用液压支架大流量安全阀卸荷性能分析

针对液压支架大流量安全阀在冲击载荷作用下不稳定的问题,以矿用液压支架上的FAD500/50型大流量安全阀作为研究对象,依据其结构和工作原理,利用AMESim软件对安全阀过载时的卸荷性能进行仿真分析,得到安全阀溢流时压力与流量动态输出特性以及阀芯运动规律特性。结果表明:在冲击载荷下,安全阀压力超调量和压力超调率分别为5.9 MPa和15%;安全阀开启瞬间阀芯会产生震荡,突变载荷是阀芯产生震荡的主要因素。最后通过试验证明了安全阀回路压力损失随着乳化液流量的增大而增大,但在0~320 L/min公称流量下,安全阀的压力损失低于7 MPa,系统整体运行稳定。

煤矿智能化液压支架控制系统研究

煤矿智能化开采是煤炭行业未来发展的重要方向。智能化开采的关键技术之一是智能化液压支架控制,其主要作用是实现煤矿井下集控、地面远控,保障煤矿自动化生产。重点分析了智能化液压支架控制系统的配置,主要包括液压支架电液控制系统、工作面视频监控系统、工作面人员定位系统、工作面自动找直系统、工作面智能化集中控制系统等。可以为煤矿智能化提供一定的技术参考。