双阀芯增量式高水基数字阀的设计及实验研究

刮板输送机的直线度控制,是实现煤矿智能化的关键技术,但由于井下工作面通断式支架电液阀的不连续性,难以满足综采工作面直线度的自适应控制需求。此外,由于支架液压系统采用乳化液作为介质,用于油介质的比例阀难以直接用于支架液压系统。针对上述问题,提出了一种新型双阀芯增量式高水基数字阀结构,其主要由电机丝杠驱动部、双阀芯组件和阀块组成。首先,对双阀芯增量式数字阀的结构和工作原理进行了分析,其新型的双阀芯结构形式,可实现负载口独立控制,兼具开环与闭环两种工作方式。其次,对阀芯阀座处的关键密封副进行数学建模,综合考虑密封比压与密封接触宽度,发现采用“硬对软”材料配对时,可兼顾密封副的密封性与使用寿命,且在阀座半锥角为0.61 rad时达到最佳效果。再次,对电–机械转换器进行建模并采用滑模控制算法进行仿真分析,正弦响应时,滑模控制算法经过0.08 s能稳定跟踪参考信号,响应性能明显优于PID。最后,搭建xPC Target实时控制平台进行样机实验,测试了密封副的密封性,以及不同电机细分控制下和不同阶跃幅值下的性能。结果表明:在21 MPa压力下密封副能可靠密封;采用1600脉冲/转的细分控制性能最佳;0.2 mm阶跃响应时,其响应时间为0.25 s,稳态误差为3μm,流量为13 L/min,具有较优的控制性能。

液压支架结构的可靠性设计研究

针对国内液压支架在结构件可靠性方面与国外产品的差距,依托2套出口支架产品,阐述了应用于中厚煤层高工作阻力液压支架的顶梁底座柱窝、掩护梁、连杆的抗弯、抗扭性结构设计,对这些结构的技术特征、创新性、应用范围进行了分析研究。2套出口支架顺利通过了按美国CONSOL标准进行的60 000次型式试验,试验结果表明,所述结构切实提高了支架的抗弯、抗扭性能,提高了液压支架的可靠性。

基于神经网络补偿的液压支架群推移系统直线度控制方法

煤矿综采工作面的直线度控制是实现智能化开采的关键技术之一,液压支架推移油缸的位置控制性能直接影响着工作面直线度水平,但推移油缸电液系统的参数不确定性、建模误差和未知外部干扰等因素增加了液压支架推移系统的位置控制难度。针对此问题,首先,建立了液压支架推移油缸电液系统的数学模型,考虑到推移油缸仅有位置信息可测的实际工况,将其转化成Brunovsky标准型的形式。其次,设计了高阶滑模状态观测器利用可测的位置信息估计系统其他难以直接测量状态信息,同时,以系统状态信息为学习数据,设计了一种基于径向基神经网络的扰动观测器实时估计和补偿系统的未知扰动力。再次,结合反步设计原理,针对液压支架推移油缸拉架过程提出了一种鲁棒输出反馈控制器,并利用Lyapunov理论对整个闭环控制系统进行了稳定性验证。然后,基于ZY3200/08/18D液压支架推移油缸的实际物理参数建立了仿真模型,通过仿真测试发现所设计的鲁棒输出控制器的最终位置精度较传统比例积分控制器提高了77.19%,神经网络补偿器针对不同油缸载荷的估计精度分别为64.41%和75.38%。最后,为了进一步验证新型控制器的有效性,搭建了一个液压支架群多缸控制系统试验台,并开展了推移油缸拉架过程的模拟实验,实验结果表明:鲁棒输出反馈控制器较比例积分控制器的平均跟踪精度提高了47.23%,最终位置精度提高了75.00%,相邻推移油缸的平均同步误差提高了47.08%。研究结果为液压支架推移系统的动力学分析和直线度控制提供了一种思路。

航空液压管路系统振动疲劳寿命评估的响应谱方法

目的实现航空液压管路系统在一致/多点激励作用下,高周疲劳寿命的准确高效获取。方法考虑管内流体Coriolis力和夹具的附加阻尼效应,建立一致/多点激励作用下,航空液压管路系统振动疲劳寿命评估的响应谱方法。首先,采用复模态叠加法,在状态空间对其控制方程进行降阶,推导出一致/多点激励作用下航空液压管路随机应力响应的显式表达。然后,基于现有的疲劳响应谱方法,依次引入与模态速度与基础激励相关的广义相关系数,并计入非比例阻尼以及多点激励效应,建立一致/多点激励作用下航空液压管路系统疲劳响应谱方法组合格式。结果采用雨流计数法验证了本文方法的计算精度,并讨论了分析效率。同时,探究了管内流体流速与激励的部分相干性对于管路系统疲劳寿命的影响。结论本文方法计算效率极高,且计算精度稳定,并考虑了管内流体负载与多点激励效应对疲劳寿命影响,能够满足工程中复杂管路系统振动疲劳的分析需求。

高端液压支架表面处理工艺选型探讨

液压支架的表面处理工艺作为高可靠长寿命液压支架的关键技术之一,已经成为煤矿开采的一个重要研究课题。通过各种实验研究及实际使用效果总结,对液压支架油缸外圆、内壁、内脏件、联接件及结构件的各种表面处理工艺进行了具体的讨论分析,提出了各种表面处理工艺的使用环境和适用范围,为高端液压支架的表面处理工艺的选型提供了参考依据。

高端液压支架结构件的板件铣削工艺研究

当前液压支架工作阻力越来越大、支护高度越来越高,其整体强度和刚度直接受到零件粗糙度、平行度、尺寸公差等因素的影响。通过对液压支架结构件关键零件的尺寸公差、粗糙度、形位公差和机械加工定位基准等的研究,确定了高端液压支架板件铣削加工的关键控制点并为提高液压支架板件铣削质量制定一系列措施,为液压支架部件的拼装间隙、焊接质量、结构件整体稳定性的提升提供技术参考。

高支模施工技术在泵站项目中的应用研究

高支模施工技术是一种新型施工技术,在建筑工程中具有十分广泛的应用前景。本文以实际工程为研究对象重点分析了水工泵站建设项目中所采用的高支模施工设计要点、各部位稳定性以及结合建设部位特点的实际施工技术要点等内容。研究结果表明高支模施工技术具有稳定性高、施工便捷、安全性好以及拆解方便等优点,能够满足水工泵站建设工程中的应用要求。本文研究内容对于泵站施工过程中的高支模施工技术的推广与应用具有一定借鉴意义。

左江山秀船闸扩能工程高边坡开挖施工技术

以广西左江山秀船闸扩能工程为例,研究引航道高边坡施工开挖与支护施工技术。结合施工现场实际与引航道高边坡的特征,制定了高边坡施工的开挖和支护方法,以确保工程的安全性和可行性。研究结果表明,在左江山秀船闸扩能工程中采用该方法进行施工,两岸边坡的稳定性问题得到解决,确保了施工的安全进行,同时保障了既有航道的正常通航。

基于三维激光扫描技术的液压支架顶梁变形量检测技术研究

液压支架的顶梁是支架的主要承载部件,在液压支架型式检验中,顶梁变形量是否超标是判定产品合格与否的主要技术指标之一。国内外液压支架进行定型检验时均需要测量顶梁变形量,以验证其顶梁结构强度。为解决液压支架顶梁变形量手工测量效率低、重复精度低等问题,基于三维激光扫描技术,提出了液压支架顶梁变形量检测的一种新方法,介绍了技术设计方案、成果分析以及测量结果验证,实现了液压支架顶梁变形量高精度、广适应性的检测,检测精度最高0.02 mm/m,能满足液压支架检验需求,还可以为液压支架检验及设计提供数据支持。

布尔台煤矿厚煤层大采高液压支架适应性分析

为得到神东矿区北部中等埋深厚煤层大采高工作面矿压显现规律、液压支架合理工作阻力及分析支架适应性,对布尔台煤矿42102-1大采高综采工作面的矿压显现及液压支架工作阻力进行观测,计算得到该工作面顶板结构及运动特征参数,提出了考虑支架实际使用效果的"三因素法",即从"支"、"护"、"采"三方面评价支架适应性,应用岩石自重经验估算法、实测支架循环末工作阻力加1倍均方差和传递岩梁理论这3种方法,计算得出该工作面的支架合理工作阻力均为16 000 kN,应用结果表明:现有ZY10800/28/63支架工作阻力过小不能适应该矿中等埋深大采高的开采条件,须重新选择合理支架。

大采高放顶煤液压支架围岩耦合三维动态优化设计

分析了大采高综放顶煤破碎规律、直接顶和基本顶的破断规律,揭示了大采高综放开采矿压显现剧烈的原因;建立了大采高放顶煤支架围岩耦合的组合悬臂梁模型,提出大采高综放支架支护强度的确定方法;提出基于支架围岩耦合模型和有限元分析的大采高放顶煤液压支架三维参数优化动态设计方法,发明了大采高放顶煤液压支架新型放煤结构;进行了大采高放顶煤支架总体配套与工作过程仿真研究。

大采高垛式液压支架设计

针对榆林矿区某矿大采高综采工作面回风巷采用超前支架、单体支柱或木垛进行超前支护存在支护效果差、支护速度慢、支护成本高、工人劳动强度大等问题,设计了一种大采高垛式液压支架。对该支架在顶梁偏载与底座扭转、顶梁扭转与底座集中载荷、顶梁集中载荷与底座偏载3种工况下进行有限元分析,通过分析应力云图和变形云图发现该支架整体受力均匀,无明显应力集中现象,且支架未出现较大变形;对该支架进行现场测试,结果表明,该支架支护作用下的巷道围岩变形量小,有效保证了工作面巷道的安全。

煤炭安全高效综采理论、技术与装备的创新和实践

2030年之前我国以煤为主的能源格局难以改变,煤炭资源安全高效开采仍然面临一系列技术挑战。基于不同层位围岩破断的应力路径效应研究成果,研究了液压支架与围岩的强度、刚度、稳定性耦合作用原理,提出了液压支架适应围岩失稳的"三耦合"动态优化设计方法;针对厚煤层超大采高综采,建立了顶板岩层断裂失稳的"悬臂梁+砌体梁"力学模型,分析了"悬臂梁"破坏失稳的空间条件与力学条件。通过数值模拟方法分析了煤壁破坏的主要影响因素,得出了各影响因素对煤壁破坏的敏感度排序。研发了增容缓冲抗冲击立柱、液压支架群组协同控制系统及"大梯度+小台阶"配套方式,实现了金鸡滩煤矿8.0 m超大采高工作面安全高效开采;针对特厚煤层大采高放顶煤开采,研发了三级强扰动高效放煤机构与尾梁冲击破碎装置;针对薄煤层研发了调高范围为0.5~1.4 m的超大伸缩比液压支架,在黄陵一号煤矿实现了常态化远程监控、工作面无人操作的智能化开采。对未来需要突破的安全高效开采关键技术进行了展望,提出了稳定割煤与连续推进、高可靠性设计、综采设备机器人化及透明开采4个技术方向。

大采高综采沿空留巷巷旁充填支护技术

基于亨健煤矿大采高综采工作面区段运输平巷沿空留巷支护困难的现状,进行了大采高综采沿空留巷巷旁支护技术研究。选用袋装ZKD型新型高水速凝材料构筑巷旁充填体,研制了ZX28800/20/32型沿空留巷专用液压支架对充填体两侧顶板进行临时加强支护。结果表明:新型高水材料固化后充填体抗压强度比原高水材料平均提高40%～50%,凝固速度快,初凝时间8～20min,充填体承载和变形性能好,并可根据工程需要对材料强度和凝固时间进行调控,更适应于沿空留巷巷旁充填支护需要。沿空留巷专用支架移动方便,工作阻力达2 400 kN,可延缓充填体受力时间。采取这些措施提高了留巷的机械化程度,加快了留巷速度,改善了护巷效果。

快速掘进配套临时支护液压支架设计

针对目前国内煤矿综掘巷道临时支护存在的工人劳动强度大、安全性能差、效率低等问题,设计了一种巷道掘进的配套临时支护液压支架,可以实现巷道安全高效的掘进。

高水压条件下泥水盾构隧道开挖面支护压力特性分析

高水压条件下,泥水盾构隧道施工过程中开挖面支护压力对开挖面稳定性和地层变形的影响很大。结合南京地铁3号线浦珠路站—滨江路站区间过江隧道工程,建立了模拟盾构隧道开挖面失稳过程的数值模型,研究了开挖面支护压力与土体变形之间的关系以及相关参数对其影响。研究表明,相比于无水压的情况,高水压条件下开挖面前方土体发生较小位移时开挖面支护压力就达到极限值,且极限值增大约一个量级,开挖面更易失稳。随着内摩擦角、水位和隧道直径的增大,开挖面极限支护压力比增大,开挖面稳定性降低,但变化趋势逐渐变缓,开挖面极限支护压力比与内摩擦角、水位呈抛物线形式,与隧道直径呈幂函数形式。随着黏聚力、埋深的增大,开挖面极限支护压力比减小,开挖面稳定性升高,但变化趋势逐渐变缓,呈抛物线形式。弹性模量对开挖面稳定性几乎没有影响。研究结果可为高水压条件下盾构隧道施工中合理确定支护压力提供参考。

屈服强度900MPa级高强钢焊接工艺

针对煤矿机械用屈服强度900 MPa级高强钢板焊接工艺特点,研究了该钢材焊接热影响区组织转变规律、焊接冷裂纹敏感性及焊接工艺参数对焊接接头组织性能的影响。结果表明,SHT900D钢有较强的淬硬倾向,焊接过程中应采取必要的措施防止焊接冷裂纹的产生;焊接工艺参数对焊接接头组织和性能均有一定的影响,为确保焊接质量,应合理控制焊接热输入量及焊道间温度。研究成果已成功应用于高端液压支架的焊接。

液压支架用Q690高强钢焊接接头的强韧性匹配

为满足液压支架用Q690高强钢的使用要求,采用不同强度级别的焊丝对Q690高强钢进行焊接,研究了焊接接头的强韧性匹配问题。结果表明:采用GHS75H焊丝焊接时,焊缝组织主要为板条贝氏体,具有较高的强度,焊接接头断于母材Q690,且冲击韧性与Q690相近,塑性良好;采用MK·GHS70-G焊丝焊接时,焊缝组织主要为针状铁素体和板条贝氏体,强度较低,焊接接头断于焊缝,但焊接接头冲击韧性明显高于Q690,塑性良好。两种焊丝与Q690的强韧性匹配均较好,但GHS75H更符合液压支架向轻量化和高可靠性发展的要求。

浅埋深大采高工作面矿压显现及支架适应性研究

为研究浅埋深大采高工作面矿压显现规律、液压支架合理工作阻力及其适应性,对磁窑沟煤矿首采10101大采高综采工作面的矿压显现及液压支架工作阻力进行现场观测,并对工作面顶板运动参数、工作面来压步距和合理支架工作阻力进行计算,分析了支架适应性。研究结果表明:工作面初次来压步距为56.8 m,与理论计算结果吻合;工作面周期来压步距随工作面推进速度增大而增大,工作面推进速度为4 m/d和8 m/d时,周期来压步距分别为11.1 m和22.7 m;工作面支架工作阻力呈中间大两端小,支架实测最大工作阻力7 665 k N,理论计算支架合理工作阻力为7 676.4 k N,所选用最大工作阻力为8 000 k N的液压支架能达到了预期支护效果,但支架实测初撑力偏低,液压支架操作工艺需进一步优化。研究结果为磁窑沟矿后续工作面及其他地质条件类似矿井矿压控制和设备选型及优化提供参考依据。

三软煤层大倾角综放工作面倒架原因及对策

为解决杜家村煤矿1201工作面三软煤层大倾角综放工作面倒架、咬架等难题,基于对支架稳定性和现场地质条件及设备情况的分析,建立起支架工作时的力学模型,得出了支架倒架是由于支架上方空顶、工作面倾角大、底板软、顶梁铰接与前梁缺少侧护板和缺少防倒装置等因素综合作用引起的。通过对顶煤铺网、加快推进速度、加设防倒装置、沿煤层底板推进、合理有序移架及工序配合等防治措施,使工作面支架咬架、倒架现象明显减少。