Research on Energy Efficiency Characteristics of Mining Shovel Hoisting and Slewing System Driven by Hydraulic-Electric Hybrid System

Mining shovel is a crucial piece of equipment for high-efficiency production in open-pit mining and stands as one of the largest energy consumption sources in mining.However,substantial energy waste occurs during the descent of the hoisting system or the deceleration of the slewing platform.To reduce the energy loss,an innovative hydrau-lic-electric hybrid drive system is proposed,in which a hydraulic pump/motor connected with an accumulator is added to assist the electric motor to drive the hoisting system or slewing platform,recycling kinetic and potential energy.The utilization of the kinetic and potential energy reduces the energy loss and installed power of the min-ing shovel.Meanwhile,the reliability of the mining shovel pure electric drive system also can be increased.In this paper,the hydraulic-electric hybrid driving principle is introduced,a small-scale testbed is set up to verify the feasibil-ity of the system,and a co-simulation model of the proposed system is established to clarify the system operation and energy characteristics.The test and simulation results show that,by adopting the proposed system,compared with the traditional purely electric driving system,the peak power and energy consumption of the hoisting electric motor are reduced by 36.7%and 29.7%,respectively.Similarly,the slewing electric motor experiences a significant decrease in peak power by 86.9%and a reduction in energy consumption by 59.4%.The proposed system expands the application area of the hydraulic electric hybrid drive system and provides a reference for its application in over-sized and super heavy equipment.

基于深度学习与机器视觉的起重机吊装安全监测方法

随着我国经济的快速发展,各类大型工程层出不穷,对起重机吊装作业的需求不断增加。然而,吊装作业过程中依然存在众多的安全隐患,极易造成人员伤亡等安全事故。因此,该文提出一种基于深度学习和机器视觉的起重机吊装安全监测方法。将深度学习与机器视觉相结合对监控图像中的被吊物和工人进行识别和定位,同时可自主判断工人是否佩戴安全帽。根据监测模型的识别和定位信息,获得工人与被吊物之间的空间关系,为起重机吊装过程提供安全预警信息。为了提高所提方法的实用性和便携性,开发一个起重机吊装安全智能监测系统,不仅可以实时显示监控图像的识别结果,而且能够输出场景的语义描述、发出安全预警信号。

基于动态贝叶斯网络的装配式建筑吊装施工安全风险分析

针对装配式建筑吊装施工期间风险影响因素多、不确定性高及风险状态随时间动态变化等问题,提出基于动态贝叶斯网络的装配式建筑吊装施工安全风险动态分析方法。首先,根据装配式建筑吊装施工特点和事故致因理论,从“人、物、环、管”4个方面建立风险指标体系。其次,引入时间维度建立动态贝叶斯网络模型,利用模糊理论和专家打分法量化网络节点的概率,并结合Leaky Noisy-or Gate扩展模型修正条件概率。最后,利用动态贝叶斯网络的双向推理功能对装配式建筑吊装施工安全风险进行动态风险分析。由实例分析得到某装配式建筑吊装施工安全风险的时序变化曲线,通过反向推理得到导致吊装事故发生的关键风险因素。研究成果可为分析和有效控制装配式建筑吊装施工安全风险提供新思路。

装配式建筑吊装施工安全关键风险分析的改进DEMATEL方法

为了解决装配式建筑吊装施工安全风险评估体系缺失、演化路径不清的共性问题,提高施工安全科学管理水平,提出了一种基于改进决策试验与实验室评估法(Decision Making Trial and Evaluation Laboratory,DEMATEL)的关键风险识别与演化路径分析方法。基于扎根理论构建装配式建筑吊装施工安全风险评价指标体系,利用基于组合数有序加权算子(Combination Ordered Weighted Averaging,C-OWA)改进直接影响矩阵,建立DEMATEL模型决策矩阵,并通过因果关系图识别关键风险因素,探究关键风险演化路径,以武汉市某工程项目为背景开展实证研究。结果表明:该项目存在X_(1)(工人的专业水平与素质差)、X_(5)(工人的技能培训与安全教育不到位)、X_(15)(人员没有进行定期的安全培训)、X_(18)(现场施工安全管理水平低)、X_(19)(风险意识缺乏)等关键风险因素;在4条基础路径和2条复合路径中,复合路径的权重高于基础路径,随着关键风险之间直接和间接作用的复杂化,发生风险事件的可能性将逐步增加;复合路径除了通过基础路径与关键风险耦合得到以外,还可以通过基础路径的相互作用演化得到。

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。

FBG传感器在起重机械局部损伤监测中的应用研究

光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器自身应变传递特性和敏感范围波动较大,在应用过程中缺少结合被测结构性能和FBG传感器本身结构特点的应用方法。为此,研究FBG传感器在起重机械局部损伤监测中的应用。根据起重机械的内部振动状况构建损伤模型,在FBG传感器光纤的同一位置放置两个不同的Bragg光栅,并根据波长变化采集局部损伤数据,将采集到的数据输入自回归滑动平均模型(Autoregressive Moving Average Model,ARMA)中,提取损伤状态,完成起重机械局部损伤监测。实验结果表明,所提方法的反馈时间低于0.25 ms,监测到的应变数据与实际应变数据差距相近,监测的损伤部位与设定损伤部位一致,证明该方法监测反馈效率和监测精度高,监测效果好,适用于各种环境下的起重机械局部监测工作。

基于SAPAD-QFD的施工升降机驾驶室设计研究

目的 为提高施工升降机驾驶员工作效率,改善其工作体验,设计出满足驾驶员实际需求的施工升降机驾驶室。方法 以SAPAD理论和QFD理论为理论框架,梳理出用户需求及与其对应的设计特征,并在此基础上开展设计实践。首先,通过观察法和访谈法来获取驾驶员日常行为信息,根据SAPAD理论完成“行为-产品-意义”的映射分析,并借助聚类分析法获取用户需求;其次,利用AHP法对用户需求进行权重分析并计算权重值;最后,根据QFD理论构建施工升降机驾驶室的质量屋,将各项用户需求转化为设计特征,指导设计实践。结果 根据研究结果,提出一种符合驾驶员实际需求的施工升降机驾驶室设计方案。结论 SAPAD理论与QFD理论的综合应用,一方面可以挖掘出用户的核心需求,另一方面增加了设计方案的科学性,在优化施工升降机驾驶室用户体验的同时,也为其他工业产品设计提供了有价值的参考。

基于WSR-IM的装配式预制构件吊装施工安全评价

装配式建筑预制构件吊装施工相较于传统建筑吊装作业的施工安全风险更加具有多样性和复杂性,为准确有效的评估装配式建筑预制构件吊装施工的安全风险状态,识别出关键风险因素,在多因素耦合视角下构建预制构件吊装施工安全事故致因模型。基于施工单位责任视角,首先采用WSR方法论从“物理-事理-人理”三个层面识别并筛选出预制构件吊装施工安全风险影响因素20个,其次利用可以削弱主观因素影响的C-OWA算子构建改进相互作用矩阵进行风险耦合分析,最后用实例验证该方法实用性。结果表明:该项目整体风险等级偏强,项目管理者应该重视预制构件吊装风险的预防和管控,通过采取有效的防御措施,对施工过程中的高权重风险因素进行控制,降低发生重大安全事故的概率。

大跨径刚性悬链桁架桥不带加劲弦顶推施工技术

针对悬链形上加劲连续钢桁梁桥建造,提出不带加劲弦多点同步顶推施工技术,在边跨设置拼装平台,在中跨设置临时墩,分段拼装,顶推钢桁梁,最后吊装合龙加劲弦。在施工中,设置大临结构,以减小钢桁梁的悬臂长度,适应了钢桁梁拼装及顶推装置布置的要求;采用同步控制系统与纠偏装置,解决了多点同步顶推与钢桁梁线性控制的难题;通过有限元仿真分析,验证了顶推过程的可行性;采用落梁法,解决了钢桁主梁合龙及加劲弦合龙的难题。

工业遗产项目钢结构施工关键技术研究

通过大运河杭钢工业旧址综合保护项目的实施,对钢结构加固、新建工程施工难点及其对应关键技术进行了深入研究及总结,主要包括大型钢结构斜桥的分段拆除安装、老旧钢结构管道保护施工、高炉炉体的高空大面积炉体防腐施工及室内大型幕墙龙骨安装。通过上述技术研发与应用,项目钢结构得以顺利实施,为其他项目提供了参考。

千万吨级主井高速大载重提升技术研究与应用

以千万吨级“双超”矿山——思山岭铁矿主井提升系统建设为背景,从主井提升系统方案、竖井提升运行安全间隙研究、大型化提升技术装备应用、大型主井井塔布置等方面综合论述了主井提升系统参数确定所开展的研究工作以及设计建设采用的新技术、新装备。思山岭铁矿主井提升系统的建设将对我国类似矿山竖井高速大载重提升系统的建设实施具有较强的标杆示范意义。

多绳摩擦提升机多连杆锁绳装置的设计与优化

针对现有锁绳装置锁绳低效、松绳困难、锁绳力不足等问题,设计出一种能够实现在各种载荷工况(尤其重载)下安全、高效地进行锁绳作业的提升钢丝绳锁紧装置(简称锁紧装置)。使用SolidWorks对锁绳装置进行三维建模,采用ANSYS对锁绳装置进行有限元分析;然后对锁绳装置关键部位第一连杆进行优化设计,采用中间复合材料设计方法获得初始优化数据组,并且使用Kriging模型建立响应面模型;最后采用多目标遗传算法进行优化。优化结果显示:第一连杆变形量减小17.46%,最大等效应力减小16.18%,显著提高了锁绳装置的综合性能,为矿井的安全、高效生产提供了保障。

轮辐式索承网格屋盖钢结构单道胎架施工技术

泰安体育场作为山东省泰安市的新地标,其钢结构屋盖采用轮辐式索承网格结构,通过68榀径向索和1道中央环索形成张拉结构体系,最大悬挑跨度为45 m。通过数值分析对施工过程进行了精细化稳定性分析,针对不规则构件吊装的工程技术难点,进行了吊装方案的设计与优化;考虑到成本控制与施工周期,极具创新性地采用了径向单道胎架作为屋盖施工过程中的临时支撑,结合工程实际情况设计了胎架转换结构,并对单道胎架整体在多种可能的荷载组合作用下进行验算与校核。通过对体育场屋盖施工全过程的模拟以及对安装过程中的重难点进行优化分析,为现场施工的安全顺利开展提供了技术保障,可为其他类似采用单道胎架施工方法的工程提供施工方案设计的新思路。

PLC在螺杆式启闭机预防螺杆压弯保护中的应用

螺杆式启闭机在日常使用下降过程中螺杆被压弯的现象时有发生,其主要原因是水闸门槽或闸室底板有较大坚硬异物一般不易被运行管理人员察觉,若异物没有被及时清理,会导致闸门运行缓慢甚至停滞。现有的保护系统很难做到及时、精准的动作,可能会造成螺杆被不同程度地压弯。通过直接跟踪闸门实时位移速度这一途径,利用PLC快速精准测量速度,并在螺杆启闭机发生异常时及时断电停机,可有效避免上述现象的发生。

海上升压站上部组块运输及吊装全过程监测研究

为研究海上升压站上部组块在海上运输及吊装全过程的倾斜和振动情况,在上部组块一层主立柱安装4台双向倾角仪和4台三向加速度计,并从传感器硬件、数据采集终端、供电系统、监控平台进行监测系统设计,实现了上部组块在运输及吊装全过程的倾斜姿态和振动加速度的实时监测,可为类似上部组块运输和吊装提供较好的借鉴。

錾高水电站工程金属结构布置与设计

錾高水电站为叶尔羌河梯级开发的第二级引水式水电站,金属结构设备数量较多,分布分散,主要介绍錾高水电站工程金属结构的布置、启闭机的选型、闸门的结构设计及埋件设计的思路和方法。目前电站已安全2+a,金属结构设备安全可靠,对后续引水式电站开发建设,有一定的指导意义。

利用模拟退火技术求解多Hoist调度问题(英文)

多 Hoist调度在许多制造过程的设计与控制中是一个关键问题 .当 Hoist数与工作台数很大时 ,求解调度问题非常困难 .建立了多 Hoist调度问题的数学模型 ,并利用模拟退火算法提出了一种启发式求解方法 .随机模拟的大量算例表明 ,该启发式方法十分有效 。

大跨度吊装机器人绳索张力及工作空间求解

针对大跨度吊装机器人的绳索存在悬链线效应的问题开展研究。首先,绳索为直线模型,建立机器人的运动学和动力学模型。其次,绳索存在重力,大跨度绳索为悬链线模型,为了求解悬链线模型中的绳索张力,采用二次规划方法求解绳索张力优化解。在静力学方程基础上,求得吊装机器人的力可达工作空间和力封闭工作空间。最后,通过MATLAB进行仿真验证,仿真结果表明,力可达工作空间小于力封闭工作空间。比较两种模型的绳长,第1根绳索的长度变化最大,绳索张力较小时,绳索自重不容忽略。

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。