井筒提升机数字孪生系统研究

为解决矿井提升系统虚拟化、数字化程度低的问题,提出基于数字孪生的井筒提升机数字化建模三维可视化与虚实交互的方法。面向井筒提升机系统,基于数字孪生五维模型框架,分析设备运行机理,对井筒提升机进行全物理属性的数字化系统建模。构建多维多尺度模型和多维异构数据模型,搭建孪生数字场景,结合虚实映射技术实现虚拟、物理场景两者的动态映射与虚实交互。以Unity3D虚拟引擎来搭建平台,集成上述功能,实现系统的数字化虚实映射与三维可视化。以某井筒提升机为应用对象,设计并开发了井筒提升机数字孪生系统,为井筒提升机数字孪生模型构建方法的实现提供了参考。

层级式机械装备健康指数模型及管理系统构建

大型机械高端装备智能化是国民经济快速发展和国家安全稳定的重要保障。为解决零件、部件和装备健康指数量化问题,结合零件特征参数和集群装备大数据,使用长短时记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)和互相关系数均值方法构建了零件健康指数量化模型,采用模糊C均值聚类和欧几里得范数(L2范数)融合优化了健康指数。以零部件自身权重为依据,提出了健康指数传递模型,解决了部件和装备健康指数量化问题。针对数据库和健康管理系统实现问题,以矿井提升机为例,构建了基于工业互联网的层级式闭环系统,能够实现数据采集、边缘协同、状态监测、故障诊断、量化评估和维修决策等方面的一体化集成。通过在洛阳中信重工示范应用,为大型机械高端装备健康、稳定、智能运行奠定了基础。

基于OPC UA的数字孪生矿井提升系统信息模型研究

针对矿井提升系统中子系统种类多、设备类型繁杂、数据多源异构,具有语义不同且碎片化的特点,提出了一种基于OPC UA的数字孪生矿井提升系统信息模型构建方法。首先建立了基于OPC UA的数字孪生数据集成体系架构,根据OPC UA建模规则构建矿井提升机系统信息模型,然后通过建模工具UaModeler生成XML描述文件,通过搭建OPC UA服务器将信息模型结构数据与属性集映射在OPC UA地址空间。最后利用OPC UA客户端工具UaExpert连接服务器对信息模型进行测试。结果表明:基于OPC UA的数字孪生矿井提升系统信息模型可以实现多源异构数据的虚实映射,获取信息模型结构与对象数据,实时在数字孪生可视化平台上显示,验证了信息模型的有效性,为矿井提升数字孪生系统提供数据交互服务,实现矿井提升系统的状态监控,故障预警等。

矿井提升机电液制动非线性控制方法

电液制动装置是矿井提升机最后一道安全保障设备,合理的制动控制方法是保障提升机安全运行的关键。以单绳缠绕式矿井提升机为研究对象,考虑钢丝绳柔性特性,基于拉格朗日方程构建了提升系统非线性制动控制模型。采用径向基函数神经网络估计制动过程罐道摩擦力、非定常扰动、建模误差等不确定性,结合反步设计原理提出了基于模型的矿井提升机电液制动非线性控制方法,引入自适应更新律对神经网络权值进行在线调节,增强了设计控制方法的鲁棒性。搭建了矿井提升机制动模拟实验台并开展了对比实验,实验结果表明,与传统制动控制策略相比,提出的方法能够有效改善提升机制动平稳性和安全性。

矿井提升机液压制动系统数学模型研究

本文以铁矿矿井提升机液压制动系统为例,首先分析了提升机液压制动系统的组成,其次分析了提升机液压制动系统数学模型,最后分析了提升机液压制动系统的特性,保证矿井提升机安全稳定运行。

基于数学模型的提升机盘式制动系统描述

随着矿井开采自动化技术的发展,我国对提升机制动技术研制有了飞快的进步。文章基于数学分析方法,建立了矿井提升机电液调压装置和盘式制动器的数学模型,通过两个模型总结出矿井提升机制动系统的数学模型。经过实际验证,该数学模型具有严谨、可靠的特点,对今后的提升机制动策略的实施提供了有力的依据。

双PWM变频调速系统在矿井提升机中的应用研究

基于我国部分矿井提升机存在调速控制精度不高、调速性能较差、能源浪费、谐波污染大的问题,提出了一种基于滑模控制的矿井提升机的设计方案:电流内环采用滑模变结构控制,电压外环采用PI控制,并利用空间脉宽矢量调制(SVPWM)算法合成该电压矢量。仿真结果证明了该方案的可行性。

基于小波包与隐马尔可夫的矿井提升机主轴故障诊断

为解决当前矿井提升机主轴故障数据提取困难且诊断方法存在易受干扰、误差大、准确度低等缺点,设计了基于小波包与隐马尔可夫(HMM)的矿井提升机主轴故障诊断模型。该模型预先把主轴振动信号用小波包分解来获取小波包能量,再把高能量频带CEEMD分解,选取相关系数满足条件的IMF分量完成信号重构,通过重构信号来获得特征参数并构建特征向量,然后对每种故障完成HMM训练,构建HMM故障识别库,并把测试样本送入库中完成测试,从而测试模型的准确度。测试数据表明了基于小波包与HMM的故障诊断模型,准确度高、误差小、抗干扰能力强,比较适用于故障诊断。

矿井提升机直接转矩控制系统转矩脉动最优控制

针对矿井提升机直接转矩控制系统低速段运行时存在转矩脉动过大的问题,提出了一种矿井提升机转矩脉动最优控制方法。该方法以预测模型为基础,采用零电压矢量注入方式进行最优电压矢量的占空比调整。整个占空比计算过程以转矩脉动最小为设计指标,采用在线计算的方式实时获得最优占空比。实验结果表明,该方法在低速时可有效减小电动机转矩脉动,获得优异的转矩控制性能。

矿井提升机速度控制系统数学建模与仿真

通过计算求解得出了矿井提升机5个阶段模式下的正弦速度曲线的数学模型,并以该数学模型为输入信号,在Matlab仿真环境下设计了前反馈和负反馈结合的矿井提升机控制系统,实现了输入信号的无稳态误差跟踪,提高了运行的安全性,增加了使用寿命,为矿井提升机控制系统设计提供借鉴。

基于Matlab-Simulink的矿井提升系统速度模型优化

为提高矿井提升系统的安全性、舒适性,用二次曲线拟合原有梯形速度模型,并以下放工况为例进行Simulink仿真实验。结果表明:二次曲线速度模型下,矿井提升机工作过程中启动、加速、减速、停止阶段钢丝绳张力和变形明显减少,矿井提升机运行的安全性、舒适性得到了提高。

基于模型参考自适应的矿井提升机液压制动控制系统

分析了模型参考自适应控制系统的结构特点。建立了被控对象的数学模型,并以此为基础建立了被控对象的参考模型和自适应律。仿真结果也显示了模型参考自适应控制在矿井提升机液压制动系统中的应用是可行的。

基于滑模控制的矿井提升机变频控制系统

针对老式矿井提升机采用直接转矩控制策略存在的缺陷,提出了一种新的改进型控制方案:引入滑模控制器代替传统的磁链、转矩控制器来产生参考电压矢量,并通过空间电压矢量控制策略合成该电压矢量。仿真实验和结果表明,同传统控制方案相比,新型改进方案减小了转矩脉动和电流畸变,系统控制性能得到改善。

基于遗传算法的改进煤矿提升机管理信息系统安全评价研究

为了能够准确地评价煤矿提升机管理信息系统安全模型的安全性,深入地研究了遗传算法在其中的应用。首先,讨论了煤矿提升机管理信息系统安全模型的改进方法;其次,研究了煤矿提升机管理信息系统安全模型的评价方法;最后,进行了算例分析,分析结果表明基于遗传算法和RBF神经网络的煤矿提升机管理信息系统安全评价模型具有较好的自适应能力,同时,对改进煤矿提升机管理信息系统安全模型和传统煤矿提升机管理信息系统安全模型的风险值进行对比,分析结果表明改进的煤矿提升机管理信息系统安全模型更为安全。

多绳摩擦式矿井提升机主轴装置的运动学分析

选用多绳摩擦式矿井提升机,根据设备运行实际工况,对主轴装置分6个阶段进行运动学分析。运用Pro/E绘制出主轴装置的三维模型,采用ANSYS软件对主轴和摩擦轮进行有限元分析,绘制出运动各阶段主轴及摩擦轮的位移、应力云图,分析危险工作阶段和危险部位,验证结构设计的合理性和安全性,为优化设计提供依据。

超深井提升机钢丝绳拉力强度预测研究

超深井提升机长距离、粗直径钢丝绳在作业过程中受力复杂,建立精确的钢丝绳模型对提高提升系统安全性能至关重要,由于长距离、粗直径钢丝绳具有不同数量级抗拉刚度和抗弯刚度的宏观力学特性,在有限元数值仿真中对粗直径钢丝绳建模仍存在难题。为解决上述问题,因此提出了基于空间杆梁有限元模型的单元耦合建模方法,并进行了力学算例验证。根据1500m超深井提升机系统结构与运行参数,采用单元耦合建模与动力学分析方法进行了钢丝绳和罐笼联合结构作业过程分析,获得了在系统提升、下放作业过程中的钢丝绳张力变化规律和动态特性。研究结果表明在加速度突变阶段,钢丝绳的拉力强度变化最剧烈,钢丝绳张力呈现逐渐减弱的波动性变化。

矿井提升绞车电工实训装置研制

结合河南理工大学"工矿"特色,设计了矿井提升绞车电工实训装置,该实训装置主要由提升绞车模型、PLC控制系统、变频器变频调速系统、触摸屏监测系统4部分组成。利用该实训装置可完成常规电气控制技术的基础实践训练课程和电工技术的综合性实践训练课程,对于创新型人才的培养有重要意义。

PLC电工实训装置控制系统设计

以矿井提升绞车为模型，设计了一个基于PLC的电工实训装置，从功能上讲，主要由提升绞车模型、PLC电气控制系统、变频器变频调速系统、触摸屏监控系统组成。给出了系统方案，设计了PLC控制系统、信号检测电路和变频器控制电路。该实训装置突出“工矿”特色，既包括各种电气控制技术的基础实践训练，又包括多种电工技术的综合性实践训练。

矿井提升机运动位置测量高精度算法的研究

基于红外激光定位技术的矿井提升机位置跟踪系统的研究是利用工作在红外波段的激光,通过测量“调制光波”往返于被测距离上相位差的方法来测定距离。其精确位置跟踪系统的算法是依据卡尔曼滤波估值理论方法, 建立了目标和激光测量值的数学模型, 然后讨论了跟踪数学模型线性变换方法以及对滤波器精度的影响, 在此基础上提出了红外激光跟踪系统应用于矿井提升机高精度位置跟踪的方法。

基于一维化梁理论的提升机天轮轴力学分析

天轮轴作为矿井提升机天轮装置的核心部件,其力学分析及计算结果的精度关系到整个提升机乃至矿井的安全生产。运用一维化理论对天轮轴进行力学特性分析:首先基于Carrera统一格式构建了轴段单元的二阶位移场,然后运用虚位移原理建立了天轮轴的力学模型,最后通过与ANSYS Solid模型仿真结果的对比验证一维高阶模型的精确性以及可用性。该方法相对于传统的梁理论有着明显的优越性,可为天轮轴等轴类零件的设计提供理论支持。