A Retrodirective Array Enabled by CMOS Chips for Two-Way Wireless Communication with Automatic Beam Tracking

This article proposes and demonstrates a retrodirective array(RDA)for two-way wireless communication with automatic beam tracking.The proposed RDA is enabled by specifically designed chips made using a domestic complementary metal-oxide semiconductor(CMOS)process.The highly integrated CMOS chip includes a receiving(Rx)chain,a transmitting(Tx)chain,and a unique tracking phaselocked loop(PLL)for the crucial conjugated phase recovery in the RDA.This article also proposes a method to reduce the beam pointing error(BPE)in a conventional RDA.To validate the above ideas simply yet without loss of generality,a 2.4 GHz RDA is demonstrated through two-way communication links between the Rx and Tx chains,and an on-chip quadrature coupler is designed to achieve a nonretrodirective signal suppression of 23 dBc.The experimental results demonstrate that the proposed RDA,which incorporates domestically manufactured low-cost 0.18 lm CMOS chips,is capable of automatically tracking beams covering±40with a reduced BPE.Each CMOS chip in the RDA has a compact size of 4.62 mm^(2) and a low power consumption of 0.15 W.To the best of the authors’knowledge,this is the first research to demonstrate an RDA with a fully customized CMOS chip for wireless communication with automatic beam tracking。

Aircraft Observation and Simulation of the Supercooled Liquid Water Layer in a Warm Conveyor Belt over North China

This paper studied a snow event over North China on 21 February 2017,using aircraft in-situ data,a Lagrangian analysis tool,and WRF simulations with different microphysical schemes to investigate the supercooled layer of warm conveyor belts(WCBs).Based on the aircraft data,we found a fine vertical structure within clouds in the WCB and highlighted a 1-2 km thin supercooled liquid water layer with a maximum Liquid Water Content(LWC) exceeding0.5 g kg^(-1) during the vertical aircraft observation.Although the main features of thermodynamic profiles were essentially captured by both modeling schemes,the microphysical quantities exhibited large diversity with different microphysics schemes.The conventional Morrison two-moment scheme showed remarkable agreement with in-situ observations,both in terms of the thermodynamic structure and the supercooled liquid water layer.However,the microphysical structure of the WCB clouds,in terms of LWC and IWC,was not apparent in HUJI fast bin scheme.To reduce such uncertainty,future work may focus on improving the representation of microphysics in bin schemes with in-situ data and using similar assumptions for all schemes to isolate the impact of physics.

Beamforming Design for IRS-and-UAV-Aided Two-Way Amplify-and-Forward Relay Networks in Maritime IoT

In this paper,an intelligent reflecting surface(IRS)-and-unmanned aerial vehicle(UAV)-assisted two-way amplify-and-forward(AF)relay network in maritime Internet of Things(IoT)is proposed,where ship1(S1)and ship2(S2)can be viewed as data collecting centers.To enhance the message exchange rate between S1 and S2,a problem of maximizing minimum rate is cast,where the variables,namely AF relay beamforming matrix and IRS phase shifts of two time slots,need to be optimized.To achieve a maximum rate,a low-complexity alternately iterative(AI)scheme based on zero forcing and successive convex approximation(LC-ZF-SCA)algorithm is presented.To obtain a significant rate enhancement,a high-performance AI method based on one step,semidefinite programming and penalty SCA(ONSSDP-PSCA)is proposed.Simulation results show that by the proposed LC-ZF-SCA and ONS-SDP-PSCA methods,the rate of the IRS-and-UAV-assisted AF relay network surpass those of with random phase and only AF relay networks.Moreover,ONS-SDP-PSCA perform better than LC-ZF-SCA in aspect of rate.

Investigating the Efficiency Coefficient of Pile Group in Clay Under Two-Way Lateral Load

This research investigates the behavior of a 2×2 pile group under two-directional lateral loads in addition to the vertical load.Through three-dimensional numerical modeling based on Flac 3D software,the study examines the total bearing capacity and efficiency coefficient of the pile group,considering factors such as the angle of lateral load,relative pile spacing,and relative stiffness of the pile-soil system.The findings highlight the significance of these factors in understanding and predicting the response of pile groups to changing lateral load directions.The results reveal that increasing the angle of the lateral load from 0°to 45°enhances both the maximum total lateral load and the efficiency coefficient of the pile group.When the relative stiffness of the pile-soil system significantly increases,soil stiffening occurs and reducing the relative spacing of the piles from 7 to 3 times the diameter of the piles diminishes the influence of the pile group.Consequently,the response of the pile group to lateral loads becomes more linear,with only a slight alteration in the maximum total lateral load and the efficiency coefficient when the lateral load is angled from 0°to 45°.Conversely,increasing the relative distance between the piles,specifically from 3 to 7 times the diameter of the piles,amplifies the influence of the pile group.Both the maximum total lateral load and the efficiency coefficient of the pile group exhibit an observed increase.These provide insights for designing pile groups and optimizing their performance under lateral loading conditions.

Secrecy Outage Probability for Two-Way Integrated Satellite Unmanned Aerial Vehicle Relay Networks with Hardware Impairments

In this paper,we investigate the secrecy outage performance for the two-way integrated satellite unmanned aerial vehicle relay networks with hardware impairments.Particularly,the closed-form expression for the secrecy outage probability is obtained.Moreover,to get more information on the secrecy outage probability in a high signalto-noise regime,the asymptotic analysis along with the secrecy diversity order and secrecy coding gain for the secrecy outage probability are also further obtained,which presents a fast method to evaluate the impact of system parameters and hardware impairments on the considered network.Finally,Monte Carlo simulation results are provided to show the efficiency of the theoretical analysis.

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。

基于视觉跟踪实时引导的传送带跟随方法

针对滚筒输送线场景下的机器人随线质检问题,提出一种基于视觉跟踪实时引导的传送带跟随方法,即通过定位相机跟踪待测目标的运动,实时引导机器人调整动作跟随运动目标并检测。首先,通过顶部固定相机获取包含待测目标的实时视频,构建多目标跟踪(MOT)算法跟踪待测目标的位置与旋转角;然后,通过图像信息解算目标的6D位姿,进一步解算对应的机器人工作点坐标;最后,根据实时工作点坐标在线调整机器人动作,保持机器人末端与工作点重合,实现跟随检测。实验结果表明,所提方法可实现滚筒输送线场景下的机器人随线检测;相较于现有的基于目标检测的跟随方法,不存在跟随偏差累积问题。

基于语义分割的带式输送机煤料运输区域检测算法

针对煤炭运输过程中,经常无法保持煤炭在带式输送机上的运量均匀,使得带式输送机长时间全速运转而造成电能浪费和设备无效磨损的问题,提出一种基于语义分割的带式输送机煤料运输区域检测算法。该算法在DeeplabV3+的基础上,根据特征通道之间的相互依赖关系,引入注意力机制,使用不同扩张率的卷积核获得多种尺度的语义信息,来精确分割出煤炭在带式输送机的运输区域。实验结果表明,该算法平均交并比(Mean Intersection over Union,MIoU)相比于DeeplabV3+算法提高1.24百分点,能够有效精准地分割出煤料的运输区域,为煤量估计工作提供有效的保障。

带式输送机不停机更换托辊机器人研究与应用

针对带式输送机托辊更换频繁、人工更换工具笨重、作业劳动强度大、停机更换效率低等问题,以王家岭煤矿主平硐带式输送机为研究对象,根据巷道参数和更换托辊流程,研究不停机更换托辊机器人,制定机器人总体研究方案。基于功能分析法与不停机更换托辊理论研究,利用SolidWorks软件建立机器人三维实体模型,并对行走机构、姿态调整平台、伸缩支撑平台、拆装机械手参数进行优化。通过ANSYS Workbench软件对支撑平台和皮带举升机构进行有限元分析,伸缩支撑平台采用滑轨式结构,滑轨在悬臂和举升额定载荷下应力分别为15.647 MPa和66.395 MPa,最大变形位移出现在额定载荷条件下,位移为1.0742 mm。皮带举升机构选用剪叉式结构,额定举升时最大应力为152.82 MPa,最大位移为0.7331 mm。依据设计参数加工机器人样机,以功率为64 kW的柴油发动机为动力,通过液压马达驱动履带行走,速度范围在3~8 km/h,姿态调整平台可实现升降高度0~357 mm、俯仰角度±15°、侧倾角度-4°~7°、旋转角度-10°~20°、横移范围0~400 mm、纵移范围0~350 mm,多级伸缩机构采用组合滑轨方式实现平台0~2.1 m伸缩,采用五自由度机械手可实现对不同位置托辊进行拆装。通过地面及井下试验测试对机器人样机的行走、姿态调整、举升皮带、拆装托辊功能进行试验验证,结果表明:机器人在主平硐狭窄巷道行驶通过性良好,伸缩支撑平台在输送机不停机状态下举升皮带最大高度为241 mm,为机械手拆装不同位置托辊提供足够操作空间以达到设计性能要求,研究带式输送机不停机更换托辊机器人可为煤矿带式输送机维修提供新途径。

基于视频的托辊异常检测方法研究

针对托辊卡死、阻塞、轴承故障等托辊异常现象检测准确率低及人工检测耗时长的问题,提出基于视频的托辊异常检测方法,对运动托辊进行实时异常检测和报警。分析异常托辊产生的原因,提出基于视频的异常托辊检测方案并设计托辊异常检测网络;实验测得异常托辊检测准确率89.53%,检测速度103帧每秒;使用五个评价标准分析了方案的优劣。相比与基于声音信号的托辊异常检测方案,基于视频的检测方法降低了传感器安装和维护难度,将卡死托辊检测准确率提高至94.57%,确定异常托辊的位置,降低了工人维修时二次定位异常托辊的难度和工作量。

自适应调节重心林间运输车设计与仿真

为提高运输车在林间的工作效率,研究设计一款能够远程遥控且能根据自身运动姿态自动调节重心的小型林间履带式运输车。通过理论计算完成整车各部分机构的设计,分析整车在可调节重心机构调控下的通过性,确定可调节重心机构的控制策略,并利用Recurdyn软件对整机进行通过性模拟仿真。仿真结果表明,经过调控重心后,整机的通过性得到有效提升,整机上坡的极限角度提高17.9%,横坡的极限角度提高18.3%,极限越障高度提高18.7%,跨壕极限宽度提高13.9%。

带式输送机水平转弯段的自动纠偏系统设计

长距离带式输送机在自然转弯过程中容易出现输送带跑偏等问题,主要纠偏方法是对转弯段托辊架的角度进行调整,但目前调整多为人工调整。文中通过设计一种可调整托辊架槽角和抬高角的自动纠偏系统,对机械结构设计、控制系统设计和传感器选型进行研究。机械结构设计方面进行了托辊架支撑体、推进装置与起升装置的结构设计和计算,控制系统设计方面进行了控制流程设计、驱动设计和传感器的设计与选型,最后进行了关键零部件的有限元分析和强度校核,分析了关键零部件在不同抬高角和不同槽角下的等效应力变化情况,为转弯段纠偏装置的设计提供了理论参考。

不同物料流对皮带机转载点的振动冲击分析与研究

选煤厂带式输送机转载点处两皮带有一定高度差,受上端面煤块大小、含水量等因素影响,会对皮带机造成不同程度的振动冲击,从而影响皮带机带身及托辊的使用寿命。为探究物料流对转载点振动冲击的影响,结合现场调研及相关理论,推出落料冲击的影响因素主要为物料流粒度级别和含水量。然后利用光纤振动传感器、数据采集卡等器材和Labview测试系统进行现场试验,将落料口下方带式输送机在不同物料流冲击下的振动信号进行采集和处理,试验结果表明,不同粒度物料流对转载点振动冲击不同,小粒度物料流对转载点的振动波形峰值为大粒度物料流的20%,自功率谱波形峰值为0.625%;不同含水量对转载点振动冲击不同,含水量少的物料流对转载点的振动波形峰值为含水量多物料流的60%,自功率谱波形峰值降低为45%。研究结果可为降低皮带机转载点振动冲击提供合理的方法。

商用洗碗机传送带控制优化设计

为了解决当前商用洗碗机传送带系统调速成本高、稳定性差、调速复杂等问题,提出对商用洗碗机传送带控制系统进行优化设计的方法。该设计包括洗碗机传送带链排结构、减速电机装置、变频器选型和接线设计,并对变频器调速控制部分进行详细设计。该设计的优点是变频器调速易于实现、成本低、稳定性高且传送带不打滑准确性高。该设计在安庆三维电器有限公司生产的商用FTC-IPAD2洗碗机中进行应用实验,结果表明:提出的优化设计科学合理、系统运行稳定,能实现电动机软启动,对机械设备的冲击力较小,调速方便,已经应用于安庆三维电器有限公司生产的商用洗碗机上,洗碗机已经生产销售到全国舰船、大型食堂等场所。

矿井带式输送机火灾烟流特性及其预警防控综述

为有效防控煤矿井下带式输送机火灾事故,保障煤矿工作人员的生命财产安全,系统分析矿井带式输送机火灾的起火原因、燃烧特性、烟流特性、监测预警技术及防治措施,并基于当前研究现状提出展望。结果表明:引发带式输送机火灾的主要原因是摩擦温升、电气设备故障及明火;研究带式输送机火灾燃烧和烟流特性采用的巷道火灾模型及数值模拟相关参数具有一定局限性,需综合考虑运输巷道实际工况及环境等参数;国内虽有针对带式输送机火灾的监测预警系统,但其尚有不足,需引入5G、大数据及人工智能等新兴技术予以完善,并结合硬件探测及人员管理等方面,健全煤矿带式输送机火灾防治体系,进而全面推动煤矿安全智能化建设。

圆管带式输送机桁架结构轻量化设计

为了解决圆管带式输送机桁架结构设计常参照经验而使用钢量浪费的问题,提出基于实验设计(DoE)的优化设计方法。分析圆管带式输送机桁架承受的荷载组合情况,在Ansys workbench中按照桁架的最不利荷载组合施加荷载,找出危险杆件;对杆件截面设计尺寸进行参数相关性分析,选取敏感度较高的控制参数,通过拉丁超立方抽样和非参数回归方法建立响应面模型,采用多目标遗传算法(MOGA)进行多目标优化。结果表明:优化后的桁架结构整体质量减轻32.8%,实现了结构轻量化;同时,杆件应力比均有所增加但满足强度和刚度要求,杆件截面利用更加充分。

带式输送机不停机托辊更换车结构设计及特性分析

为提高煤矿带式输送机在更换损坏托辊时的维护效率,减小人工更换产生的安全风险,文中设计了一种可在带式输送机不停机状态下进行托辊更换的更换车。针对不停机更换托辊的工作要求,确定更换车的更换方案,并建立三维模型。采用D-H参数法建立更换车机械手的连杆坐标系,通过MATLAB软件机器人工具箱建立机械手模型,并用蒙特卡洛法确定机械手的工作空间,结果表明,其运动范围满足槽型托辊组3个托辊的更换。采用ADAMS软件对机械手拆卸和安装托辊过程进行仿真,得到损坏托辊和备用托辊的位移曲线,结合夹取结构的运动曲线和运行轨迹,结果表明,机械手的工作过程平稳流畅。采用ANSYS软件对更换车工作中关键受力部件支撑臂和支撑托辊架进行有限元分析,结果表明:两部件强度满足工作要求,保证更换车工作的可靠性。

盾构螺机后仓门液压系统仿真控制研究

针对传统盾构螺旋输送机后仓门紧急关闭过程中液压系统流量大小不稳定及油缸和蓄能器关键参数设置不合理而易引起液压冲击,造成机械部件损伤等缺陷。提出一种带压力补偿的插装式比例流量阀控制系统流量大小。通过分析其结构组成及原理,建立了该阀AMEsim模型,并对模型仿真特性曲线进行了分析,得出其有较好的流量稳定性,控制精度高、动态响应性好,且利用仿真环境建立了螺机后仓门液压系统的AMEsim模型,分析了系统中蓄能器与液压缸的关键参数对后仓门紧急关闭的影响规律,结合该影响规律及比例流量阀的工作特性,为螺机后仓门液压系统的进一步升级改造提供理论依据。

智能化气垫带式输送机性能测试平台设计

该文设计了一种智能化气垫带式输送机性能测试平台,通过调节气室入口的风压、风速,气孔排布方式、孔径及孔间距,可探究气室气压、气膜边缘风速及气膜厚度的变化规律。平台基于可控文丘里装置的反馈系统控制气垫带式输送机的气流,实验平台可以反映输入气流参数与形成气膜参数之间的耦合关系,将抽象的相关知识具象化,加深学生对气垫式输送装备的理解。

井下带式输送机智能巡检机器人结构的设计

为解决带式输送机采用传统人工检测故障效率低等问题,针对问题设计出一种适用于井下输送机故障自动巡检机器人系统,区别于其他带式输送机巡检机器人。该巡检机器人可以实现大坡度和大转弯半径的运动,首先利用ADAMS分析现在主流的巡检机器人模型,分析其优劣性;利用SOLIDWORKS软件建立巡检机器人的三维模型,提出了摩擦驱动与齿轮齿条驱动的两用机器人模型;再利用ANSYS软件对轨道和机架进行了有限元分析,仿真结果表明巡检轨道与机器人本体的应力小于许用应力,能够平稳地检测输送机的故障;最后再利用ADAMS软件对巡检机器人进行动力学分析,得出巡检机器人可以进行无障碍的水平和爬坡运动。