铁路隧道TBM施工物料运输方式对比分析

为便于选择TBM施工物料运输方式,以铁路隧道为工程背景,首先,简要总结有轨运输和无轨运输2种运输方式的特点及其工程应用情况;然后,根据施工实践拟定典型工况,研究典型工况下的运输方案及设备配置,并从设备配置和工期2个方面对有轨运输和无轨运输进行详细对比分析。研究结果表明:1)有轨运输和无轨运输在铁路隧道TBM施工中技术上都是可行的,总工期无明显差异。2)我国配合TBM施工的内燃机车质量明显不高且突破难度较大,应努力提升电动机车的工程适应性、可靠性、耐久性以及人性化设计;同时,需要规范有轨运输设备配置要求、轨道铺设和维护质量,以提升有轨运输的效率。3)需要研究适合TBM施工工况且成本低、通用性好的无轨运输设备。

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。

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。

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。

无轨胶轮车在煤矿辅助运输中的应用研究

无轨胶轮车具有灵活、机动、快速、安全、高效等特点,运用无轨胶轮车辅助运输方式可解决传统煤矿的辅助运输方式抑制大幅度提高生产能力的瓶颈问题。介绍了无轨胶轮车辅助运输的特点、各型号胶轮车的适用条件以及工程应用效果,为无轨胶轮车在煤矿辅助运输中的普及应用提供了参考。

虚拟演播室多机位特技窗口切换的设计与应用

本文设计了一种虚拟演播室内多机位取景切换至特技窗口的录制形式,利用虚拟机的无轨控制功能实现了有限通道下的多场景制作,通过开发切换台SME级抠像功能制作了通道外的虚拟信号,使导播在节目录制中可独自操作切换台的信号分配与窗口切换。

基于改进A^(*)算法的无轨胶轮车井下路径规划

随着煤矿井下无轨胶轮车的广泛应用,运输中的路径规划问题,如最短时间问题、最短路径问题等,成为制约无轨胶轮车使用成本的关键问题。通过欧几里得距离函数改进A^(*)算法的权重系数,通过评估优化搜索方向减少搜索邻域,基于贝塞尔函数缩短了搜索路径曲线。实验表明,改进A^(*)算法搜索时间比传统Dijkstra算法缩短81.2%左右,比传统A^(*)算法缩短62%以上;搜索节点数比传统Dijkstra算法减少78.9%左右,比传统A^(*)算法减少66.6%以上;路径长度比传统Dijkstra算法和传统A^(*)算法减少4%以上。改进A^(*)算法缩短了搜索时间、缩短了搜索路径、提高了井下胶轮车的路径规划效率,降低了胶轮车使用成本。

煤矿无轨胶轮车用防爆换热装置设计

以防爆柴油机作为动力源的无轨胶轮车经常遇到低温或者高温的现象,造成设备启动困难、磨损加大、功耗增加等问题。通过对无轨胶轮车动力传动系统热源的分析研究,分析计算不同子系统工作状态对温度的要求,设计出一种基于传动油、冷却液、防爆柴油机尾气三者之间热能切换的换热装置。在换热装置内,3种介质由温度差形成热对流、热传导,调节3种介质参与度,实现不同系统对热能的需求,解决无轨胶轮车因低温或高温引发的多种问题。该换热装置可以提高装备的功能性、经济性、可靠性,具有现实的工程应用价值。

煤矿带式输送机用无轨巡检机器人应用研究

为解决带式输送机“人工+监控巡检”模式存在的劳动强度大、巡检结果不确定的问题,研究了基于“主控制器+微控制器”的带式输送机用无轨巡检机器人控制系统。在分析巡检机器人运行环境及要求的基础上,重点研究了控制系统总体方案以及软、硬件设计,由主控制器接收图像采集卡、数据采集卡数据并执行控制算法,由无线通讯模块与远程计算机进行信息交互;微控制器接收传感器数据并通过逻辑处理后,负责控制驱动电机并完成巡检机器人动作指令;最后完成系统试验分析。试验结果验证了系统的正确性和有效性,为带式输送机无人化进程奠定了基础。

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。

矿山辅运电动车辆加速踏板集成再生制动控制策略

煤矿斜井无轨辅助运输车辆在长距离下坡工况中存在大量的制动能量可供回收,受限于脚踏阀-本安电位计复合型制动踏板的并行结构,传统防爆型电动车辆多采用的机械-再生并行制动控制策略对制动能量的回收程度有限。为此,针对矿山无轨辅助运输电动车辆,提出了一种集成至加速踏板中的再生制动控制策略,以进一步提高再生制动能量回收率,有效增加矿井无轨辅助运输电动车辆的续航能力。基于车辆制动动力学和能量守恒定律,对再生制动过程进行了理论建模。结合辅运电动车辆驱动系统及加速踏板结构特征,建立了加速踏板集成型再生制动控制策略模型,并对车辆加速、滑行及制动过程中控制策略的工作原理依次进行了分析。根据国内某斜井煤矿辅运大巷人车转场运输作业载荷特征,制定了包含车速、坡道2因素在内的循环测试工况,以此为输入条件在Matlab/Simulink数值计算平台上对加速踏板集成型再生制动与制动踏板液压-再生并行制动2种控制策略进行了仿真对比分析,并在双滚筒转鼓式底盘测功机上对加速踏板集成型再生制动控制策略的仿真计算结果进行了实验验证。实验结果表明,加速踏板集成再生制动控制模型总电耗比原系统减少21.06%,等效工况续驶里程延长23 km,仿真与台架测试结果误差不超过5%,具有更好的能耗经济性。

基于路权优先的井下无轨运输车辆调度研究

制定有效的井下无轨运输车辆调度策略,是提高地下矿山生产效率和保障生产安全的重要手段。针对地下矿山无轨运输路况复杂、车辆避让困难等特点,分析了井下巷道结构对运输能力产生的影响。在获取井下车辆实时位置与载重信息的基础上,确定了井下无轨运输车辆在不同线路结构下的路权优先原则;以总运输功最小和车辆等待时间最短为目标,构建了基于GA算法和逻辑关系的井下无轨运输车辆调度目标优化模型。采用某矿山井下无轨车辆的实际运行数据,对建立的目标优化模型进行了求解。结果表明:①建立的路权优先原则能够有效降低车辆在非错车段相遇和由此引发安全事故发生的概率,提高了车辆运行效率;②以案例矿山实际运行数据为基本参数,采用GA算法对所建立的总运输功目标函数进行求解,获得了总运输量为4730 t/d时,最小总运输功为2399.21 t·km的最佳路径方案;③在当日运输功最小的基础上,通过逻辑关系对不同出矿方案的车辆等待时间进行求解,得到了不同方案下的车辆具体运输路线及运行时刻,为矿山生产调度提供了最佳车辆调度方案,有利于降低运输成本和提高车辆运行效率。

煤矿无轨运输机器人多智能体控制系统关键技术研究

为了解决煤矿下井无轨辅助运输效率低、柴油机尾气污染较大、智能化、信息化水平较低等问题,提出了以锂离子电池为动力源的煤矿井下无轨运输机器人的设计方案。无轨运输机器人具备零排放、环境感知、多信息融合、自主路径规划、自导航、自主行走等功能,以及煤矿井下特定区域的物料自主转运功能。给出了无轨运输机器人的技术架构;详细介绍了无轨运输机器人的底盘结构与底盘电气系统设计、逻辑控制过程和无轨运输机器人无线通信与自主定位设计方案;介绍了环境感知与路径规划的方案设计。

基于UWB技术的煤矿无轨胶轮车定位系统设计及应用

煤矿无轨胶轮车精确定位是实现车辆调度的重要基础。基于UWB超宽带定位技术设计了无轨胶轮车定位系统,并将其应用到工程实践中。首先对UWB超宽带定位技术进行概述,介绍了定位的基本原理。对定位系统整体方案及系统主要功能进行设计,系统整体分为井上和井下两大部分,上下部分之间基于光纤环网进行数据传输。对车载终端和读卡器的硬件选型进行设计,以上2个装置使用的控制器均为STM32F407芯片。对定位系统的初始化程序,软件程序主要流程,定位服务程序进行了分析。通过工程应用发现系统具有很高的定位精度,应用系统后煤矿无轨胶轮车工作效率大幅度提升,在应用的1 a时间内没有出现安全事故。

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。

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。

矿用无轨胶轮车启停阶段车架结构的性能分析

在无轨胶轮车运输的过程中,由于井下复杂的环境及作业内容的要求,无轨胶轮车需进行频繁的启停作业。在启停过程中,由于运载量较大,较大的加速度产生的惯性力作用对车架形成一定的冲击,同时地面状态的变化也对车架造成冲击。针对车架的结构性能在启停阶段的变化进行仿真分析,从而为胶轮车车架的稳定使用提供参考指导。

矿用无轨胶轮车远程调度系统设计及应用

为了保证煤矿井下无轨胶轮车运输安全,准确对无轨胶轮车运输位置进行准确定位,记录无轨胶轮车运输轨迹,对无轨胶轮车故障实时报警,并实现无轨胶轮车远程协调管理,长春兴煤矿通过技术研究,对矿用无轨胶轮车设计了一套无轨胶轮车远程调度系统,分析了该系统硬件、软件部分组成,并通过实际应用效果来看,该系统具有远程定位、故障报警、轨迹查询以及违章记录等功能,取得了显著应用成效。

基于精确定位技术的无轨胶轮车超员报警检测

针对因井下车辆移动速度过快、车辆外壳屏蔽等原因造成乘车人员漏识别,车辆乘人超载无法有效管控,存在安全隐患,难以满足《智能化示范煤矿验收管理办法(试行版)》中辅运系统相关要求等问题,设计了一种基于精确定位技术的无轨胶轮车超员报警检测方法。首先,将基站输出的测距数据转换为三维坐标,生成连续性轨迹;其次,利用相邻时刻位置数据确定行进方向向量,进而对轨迹数据预处理;再次,采用动态时间规整(DTW)算法对车辆与乘车人员轨迹对齐,求解最佳路径,获得度量值;最后,以司机轨迹度量值为样本,衡量人员轨迹与样本的相似程度,进而得出人员是否为乘车人员以及车辆是否超员的判定。试验结果表明:各项功能运行正常,正确率约为95.12%,逻辑相应时间约为30 ms,现场应用状况良好。