Virtual straightening of scraper conveyor based on the position and attitude solution of industrial robot model

The movement of the floating connecting mechanism between a hydraulic support and scraper conveyor is space movement;thus,when the hydraulic support pushes the scraper conveyor,there is an error between the actual distance of the scraper conveyor and the theoretical moving distance.As a result,the scraper conveyor cannot obtain the straightness requirement.Therefore,the movement law of the floating connecting mechanism between the hydraulic support and scraper conveyor is analyzed and programmed into the Unity3D to realize accurate pushing of the scraper conveyor via hydraulic support.The Coal Seam?Equipment Joint Virtual Straightening System is established,and a straightening method based on the motion law of a floating connection is proposed as the default method of the system.In addition,a straightening simulation of the scraper conveyor was performed on a complex coal seam floor,the results demonstrate that the average straightening error of the scraper conveyor is within 2-8 mm,and is in direct proportion to the fluctuation of the coal seam floor in the strike of the seam with high accuracy,the straightness of scraper conveyor is more affected by the subsidence terrain during straightening than by the bulge terrain.And some conclusions are verified by experiment.Based on the verification of the relevant conclusions,a comparison and analysis of Longwall Automation Steering Committee(LASC)straightening technology and default straightening method in the simulation system shows that the straightness accuracy of LASC straightening technology under complex floor conditions is slightly less than that of the default straightening method in the proposed system.

超长柔性悬挂固体充填刮板输送机异常工况表征及自主调控方法

固体充填刮板输送机是固体充填开采技术的关键装备,其高效智能化的程度制约着固体智能充填开采技术的进步,暂难突破超大采长、大功率、高可靠性的瓶颈,运行状态受地质条件、充填工艺等主控因素影响显著,异常工况自主调控问题亟待解决。总结了固体充填刮板输送机特征;构建了固体充填刮板输送机位姿形态与运输状态表征方法;通过分析异常工况的形成机理,选取异常工况判别指标,结合位姿与运输状态表征方法,给出了其空间位姿、牵引状态等异常工况判别准则与典型异常工况的调控路径,揭示了多工况状态下固体充填刮板输送机运载调控机制,提出了实时调控充填材料运输量、直线及水平程度组合的异常工况自主调控方法。全国首个260 m工作面长固体充填工程案例表明:通过异常工况自主调控,平均最大水平偏移距每减少100 mm,刮板链牵引力可减少85 kN,输送功率损耗可减少55 kW;平均最大垂直偏移距每减小100 mm时,输送功率损耗可减少7.2 kW;单位长度货载运量每减少100 kN/m,刮板链牵引力可减少31.9 kN,输送功率损耗可减少38.2 kW。所提出的异常工况自主调控方法可显著提升固体充填刮板输送机的输送效能,可助力实现固体智能充填开采。

刮板输送机技术发展历程(一)——国外技术

刮板输送机是井下采煤工作面的“脊梁”装备,它经历了6次技术变革,持续推动采煤工艺变革及生产效率持续提升。刮板输送机第1次技术变革发生于1900-1940年,诞生了可拆卸刮板输送机,煤矿开启半机械化开采时代;第2次技术变革产生于1940-1950年,创制了可弯曲刮板输送机,煤矿进入机械化开采时代;第3次技术变革形成于1950-1985年,创设了可自移刮板输送机,煤矿跨入综合机械化开采时代;第4次技术变革出现在1985-2000年,已发展成为重型化刮板输送机,煤矿走向高产高效综采时代;第5次技术变革形成于2000-2010年,研发出自动化刮板输送机,煤矿迈向数字化综采时代;第6次技术变革始于2010年,创新推出智能化刮板输送机,煤矿开启少人化智采时代。英国和德国为刮板输送机初创做出巨大贡献,研制出多种早期的刮板输送机机型。苏联对刮板输送机的系列化,以及对机械化采煤机的配套起到重要的创新推动作用。在此基础上,1954年,英国把安德顿滚筒采煤机与垛式支架、可弯曲刮板输送机组合为综合机械化采煤机组,建成世界上第一个综采工作面。21世纪以来,世界煤炭开采的重心逐步转向我国,国外刮板输送机研发与制造影响力逐年衰减,我国逐渐成为刮板输送机的制造强国。

刮板输送机技术发展历程(四)——智能化成套装备

采煤工作面机器人群包括智能刮板输送机,它不仅要自适高效输送煤流而且要引导智能采煤机沿着工作面截割煤炭、牵引智能液压支架安全支护岩层顶板,因此刮板输送机智能性直接影响采煤机组智能性。认为,断链监测与保护技术、链张力实时感控技术、煤流量在线监测技术和机身自动调直技术是智能刮板输送机的关键感控要素,目前这些技术已达到成熟应用,为刮板输送机无人化运行提供了重要保障。自2010年起,我国刮板输送机智能化技术创新加速,研发成功超大功率、超长运距智能刮板输送机,以此构建了超级智采工作面。指出,未来刮板输送机永磁电机智能驱动、智能力感刮板链、全耐磨整体成型中部槽、数字孪生控制系统将成为新一代高级智能刮板输送机的发展方向,进而推进煤矿智采工作面进入高级智能化层次。

气力输灰技术在电炉除尘系统的应用探索

在对电炉除尘输灰系统工艺流程及现状梳理的基础上,对气力输灰在电炉除尘灰输送中应用的可行性进行了论证,通过气力输灰技术在马钢特钢公司电炉除尘系统中的应用实践,证实了气力输灰技术在电炉除尘中可以取得较好的效果。

刮板输送机多永磁电机串联驱动新模式及关键技术

装备智能化是煤炭行业高质量发展的必然趋势,伴随着煤矿超大采高、超长工作面的建设,刮板输送机不断朝着重型长运距的方向发展,并且永磁直驱已逐渐取代“异步电机+减速器”成为刮板输送机的主要驱动方式,而传统双驱动刮板输送机存在停机率高、煤流分布不均且能耗大、跟踪性能差的问题,尤其长运距下链条张力波动大造成驱动电机电路涌动,已成为制约我国刮板输送机智能化发展的主要难题。根据刮板输送机面临的主要问题和发展需求,提出了刮板输送机多永磁电机串联“驱动-传动”输送新模式,并阐述了多永磁电机串联驱动刮板输送机这一研究领域涉及的关键技术研究现状,包括刮板输送机故障诊断与状态识别技术、多电机串联驱动“机-电”耦合动力学特性、多永磁电机同步控制技术、多智能体自适应协同控制,对于多驱动刮板输送机的设计研发具有一定的适应性和借鉴性;针对刮板输送机多永磁电机串联驱动系统研究面临的难题,将该系统分为4项关键科学技术:①多驱动刮板输送机新构型设计;②多驱动刮板输送机非线性机-电耦合动力学建模;③多驱动刮板输送机链条张力脉动与主动控制;④串联驱动刮板输送机主动容错与自适应协同控制;从结构设计与优化、整机运维控制实现刮板输送机多永磁电机串联驱动系统技术攻关,提高刮板输送机的智能化水平,促进煤机高端装备的水平和发展。

煤矿刮板输送机用永磁同步电机的设计与分析

矿井下工作环境恶劣,传统的刮板机驱动系统主要采用异步电机配合减速器一起使用的方式,其缺点是设备体积较大,发热严重,存在电机内腔容易积水的问题。采用永磁同步电机直驱技术取代传统驱动方式,对刮板输送机用永磁直驱电机进行额定参数选取,完成电磁方案设计,同时在有限元软件中进行仿真。通过对比不同极槽配合下电机的齿槽转矩和过载能力,最终确定更优的刮板输送机用永磁同步电机方案。

基于多种图结构信息融合的刮板输送机健康状态识别

刮板输送机是一种煤矿井下用的煤炭输送设备,在煤矿生产中具有重要作用。恶劣工作环境及长期使用磨损导致刮板输送机性能逐渐退化,故及时掌握刮板输送机健康状态极为关键。为克服传统方法在刮板输送机整机健康状态识别过程中存在的部件强耦合性关系难以提取融合及健康指标构建人工参与过多、易受异常值影响的问题,提出一种基于多种图结构信息融合的刮板输送机健康状态识别方法。利用自注意力机制(SA)与标准化流(NF)共同优化的变分自编码器(VAE)无监督地自动构建刮板输送机健康指标,降低了刮板输送机健康指标构建中对人工经验的依赖,同时有效拟合了健康指标的隐式分布,克服了监测数据中存在的异常值影响健康指标构建的问题;提出了一种多种图结构信息提取方法,提取刮板输送机先验图结构及相似性度量图结构,全方位显式地表达了多部件之间的耦合关系;提出了一种多种图结构信息融合方法,利用多个图注意力网络(GAT)有效提取并融合刮板输送机的多种图结构信息。在采集的刮板输送机真实状态数据中进行试验,结果表明,模型识别准确率可达98.60%,宏平均F_(1)(Macro-F_(1))值可达96.81%,该方法为刮板输送机的健康状态识别提供了一种新的可行途径。

基于MatDEM 的刮板输送机中部槽铲装能力研究

刮板输送机中部槽的铲装能力是输送装备设计的重要性能指标。现有中部槽设计主要依靠经验及试验检验,对不同地质工况的适应性较差。通过基于MatDEM的离散元仿真技术的运用,可以对不同地质条件下的中部槽铲装效果进行模拟分析,开展铲装能力优化研究,进而找出最佳的设计方案,提高中部槽的铲装能力。

基于刮板运输机木粉小计量喂料装置研究

刮板运输机是一种用于生产运输的常用装备。针对刮板运输机运输木粉精准度不高的问题,设计可编程控制器(Programmable logic Controller,PLC)控制木粉送料的计量装置,能够实现公斤级木粉喂料。通过对装置进行改造,分为2部分,粗送料过程利用传送带进行,细送料过程由定量喂料机构完成。通过开放性生产控制和统一架构(OPC Unified Architecture,OPC UA)实现控制过程中的数据交互和人机交互过程。通过仿真验证可行性,试验得到的误差小于2%,实现装载过程中对木粉的自动准确计量。该计量装置所产生的误差较小,并且还能够实现对数据的实时显示,这对于实现定量木粉运输,加强物料定量运输作业管理有着重要的意义。

综采工作面刮板输送机煤流时空分布研究

基于传感器的煤流特征研究受传感器监测范围有限的影响,无法对刮板输送机整机煤流特征进行研究;基于模型仿真的煤流特征研究缺乏对开采工艺的考虑,不能预测刮板输送机整机的煤流时空分布。针对综采工作面刮板输送机整机运载煤流特征难以监测的问题,结合综采工作面开采工艺,通过分析采煤机截割装载和刮板输送机运载煤流过程,建立了各工艺段下不同装载方式的刮板输送机瞬时装载体积、截面积的数学模型;将刮板输送机运载煤流过程划分为煤流平移和装载煤流叠加,基于有限元方法构建了综采工作面刮板输送机煤流时空分布预测模型。利用该模型仿真分析了开采工艺周期内刮板输送机的煤流时空分布特征:相比于中部正常截割阶段,端头截割阶段的煤流时空分布较为复杂;中部槽装载煤流的最大截面积出现在调换滚筒位置阶段;刮板输送机运载煤流体积在采煤机上行和下行过程中变化趋势相反,变化趋势由采煤机牵引方向决定。利用某矿工作面采煤机和刮板输送机实际运行数据作为模型的输入参数,根据预测的煤流时空分布计算过煤量,结果表明:过煤量预测结果与现场实测的变化趋势一致,累计过煤量预测误差为9.24%,在采煤机进刀过程和上行阶段的固定时间段内过煤量预测误差分别为13.19%和13.78%,证明了煤流时空分布预测模型的正确性。

基于粗糙径向基神经网络的刮板输送机负载预测方法研究

刮板输送机负载的准确预测对实现采煤机和刮板输送机的协同控制至关重要。刮板输送机短期负载受工作面环境、冲击载荷等不确定性因素的影响,具有很强的非线性和非平稳性,难以准确预测。针对此问题,本研究提出一种基于粗糙径向基神经网络的刮板输送机负载预测方法。该方法首先建立刮板输送机电流去噪模型,得到反映综采工作面刮板输送机真实负载的电流分量;然后针对刮板输送机负载电流波动大导致的神经网络预测模型训练误差增大、预测精度低的问题,引入表征负载变化波动的上下输入粗糙神经元,提出一种粗糙径向基神经网络(RRBFNN)模型;最后基于粗糙径向基神经网络建立刮板输送机短期负载预测模型,并进行仿真实验验证。结果表明:本研究提出的RRBFNN刮板输送机短期负载预测模型,比传统RBF模型的平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分误差(MAPE)和均方根误差(RMSE)分别降低26.22%,25.39%和14.72%,该方法能有效提高刮板输送机负载的预测精度。

刮板输送机技术发展历程(二)——国内技术

我国生产刮板输送机始于1950年,以仿制苏联刮板输送机为主。1954年开始定型生产SGD-11型、SGB-11、SGB-15型刮板输送机;1958年试制出可弯曲链板输送机。1970年,国产SGW-150型刮板输送机与MLQ1-80型采煤机、TZ140型液压支架组成中国第一个采用自主装备的综采工作面。截至2020年底,我国累计生产煤矿刮板输送机19.43万台,其中张家口煤矿机械公司生产60 360台,宁夏天地奔牛公司生产24 840台。自2010年起,智能化刮板输送机开始起步,2011年研制成功国内首台初级智能化刮板输送机成套设备,2012年研制成功变频一体电机驱动的中双链刮板输送机,2014年研制成功世界首台具有装载量监测和自适应调速的智能控制刮板输送机。2022年研发出500 m长运距智能刮板输送成套装备,输送能力达3 000t/h;2023年研制出世界首套10m超大采高智能刮板输送机成套装备,输送能力为8 000t/h。我国刮板输送机单机平均吨位呈现指数型增长,20世纪50年代的单机平均吨位仅为5.3t,之后40年的刮板输送机处于小型化阶段;2000年单机平均吨位达到45t,进入重型化时期,2010年达到75t;之后进入超重型机型阶段,2020年单机平均吨位达161t。

综采工作面刮板输送机不同规格链条分析研究

链条是刮板输送机重要零部件,担负着刮板输送机链传动和承载煤炭的双重作用,同时也是刮板输送机故障率最高的零部件,链条合理选型是刮板输送机正常使用的必要条件。从链条强度校核、链条与中部槽匹配、链条与链轮啮合、匹配刮板强度等方面进行详细分析研究,为链条合理选型提供理论支撑,提高刮板输送机运行可靠性。

刮板输送机常见故障及改进措施研究

刮板输送机是一种运输设备。由于煤矿地质条件复杂,并且运输强度大,刮板输送机在运行时经常出现各种故障,引起一系列安全事故,给煤矿企业造成一定的损失。重点分析了刮板输送机的常见故障,并针对这些故障提出了有效的改进措施,以降低故障发生概率,提高设备运转效率,并延长设备使用年限,为煤矿创造更好的经济效益。

SGZ1000/2×1200刮板输送机链轮轴组改造设计

链轮轴组是煤矿井下输送设备不可或缺的部件,刮板输送机、转载机的链轮轴组在工作面使用过程中出现故障需要更换时,必须先将输送设备动力部拆下后才可更换,耗费大量的人力、物力及时间。为解决这一问题,设计出一种可快速拆解式的链轮轴组,将链轮轴组与减速器的直接联接方式进行改进,通过一种齿轮联轴器进行互联,既能实现轴组与减速器的联接,也能实现轴组的快速更换。

大功率永磁变频一体机在煤矿的应用

随着煤矿装备技术的发展,大功率变频一体机有效解决了永磁电机的退磁问题,通过优化高压电机变频软启动控制技术,相对传统驱动方式减少了对机械部件的冲击,既承袭了变频驱动的技术优势,又解决了分体式变频器驱动对电网的污染和长距离供电对变频器的影响。

基于GWO-CNN的刮板输送机减速器故障诊断

刮板输送机减速器故障诊断对于井下正常有序生产至关重要。首先基于振动分析、温度检测与油液分析建立刮板输送机减速器故障诊断指标体系;然后运用深度学习中的卷积神经网络(CNN)搭建模型框架,结合灰狼优化(GWO)算法优化模型超参数,建立基于GWO-CNN的刮板输送机减速器故障诊断模型;最后建立BP、GWO-BP、支持向量机(SVM)、GWO-SVM、CNN模型进行对比验证,GWO-CNN模型预测结果的准确率最高,能够有效地挖掘数据中的关联特征,并具备强大的泛化能力,能够有效减少刮板输送机事故的发生并保障矿工的安全。

基于机器学习的刮板输送机链条预紧力动态控制技术研究

刮板输送机的链条松紧状态是传动系统能否正常高效工作的前提。随着工作面煤层变化、采煤机位置变化和溜槽上物料变化,链条载荷受到多种因素的复合影响,链条受力状态具有随机性、复杂性、时变性和不确定性等特点,各种复杂变化特性造成了链条预紧力控制的困难。基于机器学习算法,将人工控制刮板输送机链条预紧力的历史数据作为训练集,建立了基于神经网络的刮板输送机链条预紧力动态控制算法模型。仿真结果表明,在经过大量数据训练后,模型能够较准确地实现链条预紧力控制,具有较好的适用性和先进性。

薄煤层工作面“三机”设备选型及布置

为进一步提升煤矿极近距离煤层的开采效率和安全性,降低煤炭开采成本,以某14号煤层为研究对象,结合相关理论计算公式对液压支架、采煤机以及刮板输送机的核心指标进行核算并完成设备的确定;对所选型的综采设备在现场进行布置并对工程实践应用效果进行评估。