A novel explosion-proof walking system: Twin dual-motor drive tracked units for coal mine rescue robots

A new explosion-proof walking system was designed for the coal mine rescue robot(CMRR) by optimizing the mechanical structure and control algorithm. The mechanical structure innovation lies mainly in the dual-motor drive tracked unit used, which showed high dynamic performance compared with the conventional tracked unit. The control algorithm, developed based on decision trees and neural networking, facilitates autonomous switching between "Velocity-driven Mode" and "Torquedriven Mode". To verify the feasibility and effectiveness of the control strategy, we built a self-designed test platform and used it to debug the control program; we then made a robot prototype and conducted further experiments on single-step, ramp, and rubble terrains. The results show that the proposed walking system has excellent dynamic performance and the control strategy is very efficient, suggesting that a robot with this type of explosion-proof walking system can be successfully applied in Chinese coal mines.

智慧矿山系统工程及关键技术研究与实践

针对智慧矿山复杂巨系统建设过程中存在的问题,提出了智慧矿山建设的总体技术架构,并分别从智慧矿山系统模型构建、地下空间重构与模型动态更新、机器视觉测量技术、瓦斯环境射频防爆测试方法、矿山安全闭环管控体系、智慧矿山标准体系等方面进行了详细阐述。将智慧矿山分为信息感知支撑层、边缘计算层、云数据中心、多型网络、矿山智能生产管控平台、矿山智能生产系统、智慧矿山运维管理系统,构建了基于多系统深度融合的智慧矿山技术架构。基于智慧矿山知识图谱及信息抽取技术,构建了以数据创新为驱动、通信网络为基础、数据算力为核心的智慧矿山系统模型。构建了以机器视觉感知信息为主、其他感知信息为辅的矿山井下三维视觉空间模型,提出了矿山井下场景三维视觉与空间重建框架,实现了矿山井下三维空间重构与动态更新。开发了基于机器视觉技术的井下设备位姿与煤岩界面识别算法,实现了对井下综采装备群及煤岩分界面的同时空测量。探讨了井下瓦斯环境下现行防爆标准对5G基站功率的限制及存在的不足,设计开发了射频电磁能防爆专用试验装置,为提升井下5G基站功率阈值提供了方法借鉴。提出了融合灾害信息全面感知、防控方案自主决策、防控装备协同控制的矿井灾害闭环管控系统技术架构,实现井下灾害的超前预测预警与协同防控。构建了智能化煤矿标准体系框架,剖析了我国煤矿与金属矿山智能化建设典型案例,提出了智慧矿山建设发展趋势及建议。

煤矿井下钻杆装卸机械臂设计与应用

针对液驱钻杆装卸机械臂控制精度低,动作连贯性差,不利于实现钻机智能化的问题。以防爆伺服控制技术为切入点,结合钻探施工工艺技术,设计六自由度电驱防爆机械臂,用于煤矿井下钻杆自动装卸,打造新一代智能化钻杆装卸平台。首先分析了钻杆装卸机械臂主要参数,根据参数要求设计机械臂结构方案,再进行机械臂驱动部件选型计算,最后通过运动学仿真与分析,验证机械臂满足钻杆装卸要求。现场试验表明,设计的钻杆装卸机械臂运行稳定,智能化程度高,适用于煤矿井下恶劣环境。

海洋平台防爆电气设备质量验收的措施

海洋石油平台对海洋油气开采起到了极为关键的角色,由于其具备的独特属性以及所处环境的复杂性。同时,平台在工作时会有可燃气体逸出,如果与空气混合之后很容易转化为具有爆炸危险性的气体。因此,海洋平台上的电气设备对防爆性能有着严格的要求,对防爆设备的质量验收必须给予足够的关注。为此,文章介绍了海洋平台防爆电气设备的到货验收方法和具体的应对措施。

副井提升信号系统双线制关键技术研究及应用

针对陈四楼煤矿副井提升机备用信号装置安全稳定性能低的问题,研究并提出了提升信号双线制的解决方案。通过在信号及操车系统各站点控制箱内装配2套提升信号PLC,并对同一站点的主/备信号PLC设置相同的硬件组态、IP地址和控制程序,使主信号系统与备信号系统具备同等功能;利用车房信号控制箱中空气开关的分合闸,对主/备信号系统进行手动切换。实践证明,此种冗余设计使主/备信号系统与提升机控制系统无缝衔接,有效降低了副井提升系统的安全风险,避免了安全事故的发生。

防爆电梯的应用及设计改进探索

煤气化装置防爆电梯运行期间故障率高,从电梯的组成结构、故障现象及电气控制系统等方面进行分析,发现电梯故障频发的主要原因是门锁回路故障。通过对控制回路压降计算得出,增大电缆截面可降低回路压降和故障率,针对存在问题对电气控制回路进行了设计研究改进,更换后电梯故障率大幅下降,运行稳定、安全可靠。

CH_(4)浓度对于矿用防爆柴油机排放性能的影响研究

为了研究CH_(4)浓度对于矿用防爆柴油机排放性能的影响,进行了4次矿用防爆柴油机台架试验。通过低浓度配气装置来调节CH_(4)流量进而实现浓度调节,试验CH_(4)浓度分别为1.00%、0.50%、0.30%和0,空气的温度、湿度和压力由进气空调给定,在6个工况点进行试验并采集尾气进行分析。试验结果表明:CH_(4)浓度会对矿用防爆柴油机的排放性能产生影响,但由于矿井CH_(4)浓度一般不得高于0.50%,因此其对于矿用防爆柴油机的影响较小。

矿用柴油机防爆性能试验系统设计

目前井下胶轮运输装备大多以矿用防爆柴油机作为动力,国内矿用防爆柴油机大多由通用柴油机防爆改造而成,存在着防爆改造工作不到位而引发瓦斯爆炸的风险,因此其安全性能显得十分重要。根据MT 990-2006标准中对矿用柴油机防爆试验的要求,从试验仓设计、配气系统、测控加载系统、安全监控系统、机械传动系统等方面对矿用柴油机防爆性能试验系统进行规划设计与工艺布置。该试验系统已取得CNAS、CMA、安全生产和安全标志检验资质,具有试验能力大、技术先进、功能齐全的优点。

一种防爆现场智能温度控制器的设计及制造

处于爆炸危险区的工业管道的温度测量和控制系统要具备相应的防爆功能。传统的温度测量和控制方法存在局限性,如成本高、响应速度慢、精度不高等。基于此,设计一种满足爆炸危险区需求的现场智能温度控制器,并阐述产品制作方法。

中小型防爆电机的噪声控制研究

为了进一步展开中小型防爆电机的噪声控制,现从噪声的来源入手进行深入的分析,并在此基础上进一步研究中小型防爆电机噪声控制的策略,从防爆电机的结构、组装、材料等多个角度有效抑制噪声,避免防爆电机噪声对生产环境带来的不良影响。

浅析防爆LED智能(照明+管控)技术及系统发展

在自动化、信息化、智能化技术高速发展的大背景下,危险场所的照明技术已从传统的单点照明向系统化、自动化、智能化发展,并从单一的照明功能向安全管控、效益管控等多方面突破,开始成为以“照明”为基点的多功能综合装置平台。从危险场所的照明需求和技术应用的角度,深度分析防爆照明智能化技术的发展方向、技术应用场景以及智慧化系统管控方案。

智能防爆开关远程控制技术的研究

针对智能防爆开关远程控制存在反应时间长、信号干扰强的问题,设计了一种智能防爆开关远程控制技术。分析了智能防爆开关的工作原理并总体设计了智能防爆开关的远程控制,对远程控制分别进行了硬件部分设计和软件部分设计。结果表明,所提远程控制技术符合预期要求,对故障的保护反应达到0.000 5 s以内,实现了井下安全生产,为企业增长经济效益提供了便利条件。

基于废气再循环的防爆柴油机清洁燃烧技术

针对某型煤矿用防爆柴油机NO_(x)排放物污染严重、危害大的问题,分析防爆柴油机的燃烧过程,建立燃烧数学模型。通过流体仿真分析软件对基于废气再循环系统的防爆柴油机的清洁燃烧过程模拟仿真并进行台架试验。试验结果表明:在8种工况下加装废气再循环的系统在优化后的废气再循环开度下防爆柴油机CO排放加权平均值为0.0045%,与未加装废气再循环的系统相比体积分数增加0.0045%;加装废气再循环的系统在优化后的废气再循环开度下防爆柴油机NO_(x)排放加权平均值为93.35×10^(-6),与未加装废气再循环的系统相比降低56.17%,采用废气再循环的系统对降低防爆柴油机的NO_(x)排放效果明显。

煤矿风井防爆盖自动控制锁紧装置设计与应用

永安煤矿通风系统反风操作时立风井防爆盖采用传统人工操作压板式反风锁紧装置,在无准备情况下10 min内无法完成防爆盖的压紧和风机反转操作,存在严重安全隐患。针对该问题提出一种基于液压驱动和自动化控制的防爆盖自动控制锁紧装置,主要由液压驱动的防爆盖反风锁紧装置和自动控制系统组成。通过改进防爆盖的锁紧机制,实现快速、可靠的反风操作。结果表明:该防爆盖自动控制锁紧装置可远程控制实施防爆盖的压紧和风机反风操作,反风操作时间均在10 min内,符合安全规范,能够降低劳动强度,减少人工操作带来的安全风险,未发生因防爆盖压紧问题导致的通风安全事故,经济社会效益显著。

煤矿无极绳绞车调速系统研究

以SQ-90/110W型煤矿无极绳绞车为对象,开发一种无极绳绞车调速控制系统,系统包括硬件与软件2大模块,其中,硬件模块主要包括四象限三电平防爆变频器、ADS7869芯片、核心控制电路板、电源等;软件部分通过多板卡协同控制、PLC系统安全控制等实现控制。在软硬件模块协同下,无极绳绞车能安全、稳定运行。由现场应用分析可知,该方法具有良好的调速效果,在实际中具有一定的应用价值。

离岸直升机平台助降信号指示系统的设计

为提高海洋工程井架平台、舰船等离岸装备上的直升机助降活动的安全性,研究了一种直升机离岸直升机平台助降信号指示系统。该系统由照明及控制装置组成,经第三方检验机构验证该平台技术性能符合国内外相关标准的要求,部分技术性能达到了国际领先水平。

煤矿智能单轨吊研究进展与关键技术

分析了目前常用的5种矿用单轨吊(即防爆柴油机单轨吊、防爆蓄电池单轨吊、气动单轨吊、绳牵引单轨吊和电缆拖挂单轨吊)的优缺点,指出防爆柴油机单轨吊和防爆蓄电池单轨吊因运输能力强,已广泛应用于煤矿井下设备及物料运输,防爆蓄电池单轨吊因其绿色清洁的特点,逐渐成为煤矿井下辅助运输的重点研发装备。从电池驱动、定位、测控、信息传输4个方面分析了矿用单轨吊系统的研究现状,指出目前的矿用单轨吊系统存在自动化、智能化水平低等问题,要实现单轨吊智能化运输,需研究单轨吊锂电池防爆及电池管理、全局与局部融合精确定位、多传感器信息融合智能测控、边缘计算信息传输等关键技术。针对锂电池防爆及电池管理技术,提出了基于变密度法的防爆大容量锂电池结构拓扑优化设计方法,及基于改进麻雀搜索算法/遗传算法的均衡管理方案;针对精确定位技术,提出了惯导+里程计融合的全局定位方法,及基于视觉+UWB组合的局部定位方法;针对智能测控技术,提出了基于递推最小二乘算法/二阶近似扩展卡尔曼滤波的智能检测方法、随动电子围栏实时构建方法和基于模糊规则的矢量控制方法;针对信息传输技术,提出了基于融合5G网络的“本地-近程-地面”通信系统架构,及基于边缘计算的分布式数据计算及传输方法。煤矿智能单轨吊关键技术问题和解决方案的提出,为加快煤矿智能单轨吊发展提供了一种新思路。

MW级防爆提升机变频电控装置研发及应用

在总结暗井提升系统存在重载启动时对电网和机械冲击大、功率因数低、调速困难以及电能浪费问题基础上,按照暗井提升机电控装置防爆要求,介绍了矿用防爆提升机变频电控装置的组成和关键技术。分析了主电路拓扑结构、矢量控制算法、热设计、功率无感母线以及电磁兼容性设计等内容,并将该电控装置应用于钱家营矿、平煤八矿等暗井提升系统。运行结果表明:该电控装置在调速、运行特性以及节能等方面优势明显,可以满足煤矿MW级暗井提升系统的使用要求。

煤矿井下随钻涡轮发电装置研制与试验

针对孔口防爆计算机供电能力有限和可充电电池组供电需要提钻更换电池的问题,研制了一种煤矿井下随钻涡轮发电装置;在进行涡轮发电装置总体结构设计的基础上,优化设置涡轮和导轮叶片数量和螺旋角,配套开发了具备电池组件自行关断和恢复功能的主控电路。涡轮发电装置性能试验表明:冲洗液流量保持390 L/min时,涡轮发电装置的发电能力可达13 W;冲洗液流量保持200 L/min时,300 min充电过程中涡轮发电装置充电功率平稳,充电过程可靠;经过近3 h温升性能试验,涡轮发电装置温度稳定在41℃附近,满足煤矿井下安全规程的要求。

防爆柴油机单轨吊分布式混合动力系统及模糊控制研究

针对传统防爆柴油机单轨吊存在的运行速度低、尾气污染严重等问题,为其设计了一种新型分布式混合动力驱动系统,制定了基于模糊规则的控制策略并进行了试验验证。首先,设计了分布式混合动力系统架构,制定了小坡度重载和大坡度轻载2种工况并完成主要部件选型及参数匹配;其次,基于模糊规则制定了控制策略并利用MATLAB建立控制模型;最后,利用AMESim和MATLAB开展联合仿真试验。结果表明,采用分布式混合动力系统并配合模糊控制策略,能够在大幅提升原单轨吊运行速度的同时,也显著降低其尾气污染程度。