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综采工作面隔爆巡检机器人设计及工程实践

煤炭科学技术 2024年

作者：关士远北京天玛智控科技股份有限公司

针对目前由于综采工作面工况恶劣，本安型巡检机器人存在通过性差、防护能力弱、感知技术手段有限，不能实现常态化运行等问题，本文提出隔爆巡检机器人方案，以应对综采工作面严苛工作环境。分析了轨道式巡检机器人在该环境下遇到的三... 详细信息

针对目前由于综采工作面工况恶劣，本安型巡检机器人存在通过性差、防护能力弱、感知技术手段有限，不能实现常态化运行等问题，本文提出隔爆巡检机器人方案，以应对综采工作面严苛工作环境。分析了轨道式巡检机器人在该环境下遇到的三种典型的工况：爬坡、错切、扭转。基于轨道式巡检机器人遇到的三种典型工况，设计了一种具有多自由度的隔爆巡检机器人，该巡检机器人除具有视频感知手段外，还增加了激光slam实时建图能力，能提供精确的三维感知能力，并且其感知能力不受光照条件的影响，能在无光条件下使用。针对爬坡工况，采用履带式行走机构；针对错切工况，设计了具有前后两组差速驱动的行走机构，其具有主动转向功能；针对扭转工况，在车身中部增加了纵向转轴。为了对其进行有效的控制，确保其在综采工作面平稳运行，充分考虑其具有约束的特点，分析得出其具有轨迹及底盘约束的运动学模型。同时介绍了该巡检机器人的控制方法，依据激光slam所建的实时三维激光点云地图，提取参考轨迹，根据参考轨迹实时计算各个履带主动轮的速度给定。基于运动学模型，提出一种模型预测控制算法，采用主从控制策略，模型预测控制只在前组驱动实现，后组驱动的控制量根据前组的速度给定及约束计算得出。该控制算法在计算复杂度及实时性方面做了平衡，控制算法基于ROS系统实现。最后，通过充分的井下工业性实验，验证了该控制方法能有效地解决爬坡、错切、扭转等综采工作面的苛刻工况，能在综采工作面执行常态化巡检任务。

关键词：巡检机器人运动学模型差速驱动 slam 轨迹模型预测控制

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基于文献研究的精益建造与数字技术集成综述

同济大学学报（自然科学版） 2024年第1期52卷 145-156页

作者：刘刚马智亮李松阳清华大学土木水利学院北京100084 广联达科技股份有限公司北京100193

精益建造(LC)与数字技术集成是提高建筑业经济效益和生产效率的关键,也是近年来理论研究和实践创新的热点领域。鉴于目前尚无学者对精益建造与数字技术集成进行系统总结,针对国内外学术刊物发表的精益建造以及应用于建造领域与数字技术... 详细信息

精益建造(LC)与数字技术集成是提高建筑业经济效益和生产效率的关键,也是近年来理论研究和实践创新的热点领域。鉴于目前尚无学者对精益建造与数字技术集成进行系统总结,针对国内外学术刊物发表的精益建造以及应用于建造领域与数字技术相关的研究论文,采用文献计量学和重点文献分析等方法,进行系统分析和归纳。结果表明,数字技术(特别是建筑信息模型(BIM)技术)逐步成为精益建造应用推广的关键支撑,两者深度融合能产生正向协同效应,进一步提高项目管理效率并降低项目管理成本。

关键词：精益建造(LC)与数字技术集成建筑信息模型(BIM) 建造4.0 文献计量学分析

ZrO_(2)对钼铼合金微观组织与性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第5期53卷 1355-1362页

作者：王广达任雪婷熊宁况春江钢铁研究总院有限公司北京100081 安泰科技股份有限公司北京100094

钼铼合金具有优良的力学性能和机加工性能,是电子、核工业等领域关键的结构材料。在钼铼合金中加入ZrO_(2),形成弥散强化作用,并结合形变强化来提高材料的力学性能。研究发现,合金粉粒度随着ZrO_(2)含量的增加而减小,在质量分数为0.7%... 详细信息

钼铼合金具有优良的力学性能和机加工性能,是电子、核工业等领域关键的结构材料。在钼铼合金中加入ZrO_(2),形成弥散强化作用,并结合形变强化来提高材料的力学性能。研究发现,合金粉粒度随着ZrO_(2)含量的增加而减小,在质量分数为0.7%时晶粒尺寸最细小均匀;ZrO_(2)颗粒在合金的变形和断裂过程中表现出钉扎效应,显著提升合金的抗拉强度、屈服强度和断后延伸率等力学性能;ZrO_(2)强化钼铼合金的抗拉强度和断后延伸率在ZrO_(2)含量为0.7%时达到最高值,随后减少;ZrO_(2)基本弥散分布在晶界处并与钼基体形成良好结合界面,可以抑制晶界的迁移,提高钼合金的变形抗力。

关键词：钼铼合金 ZrO_(2) 弥散强化微观组织力学性能

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面向等离子体钨基材料热负荷损伤研究进展

粉末冶金技术 2024年第3期42卷 242-254页

作者：尹怡秦思贵史英丽于宏新徐世伟安泰科技股份有限公司北京100081

在核聚变反应堆运行过程中,面向等离子体钨基材料需要承受住一定次数稳态和瞬态热负荷的冲击而不发生开裂、熔化等损伤,因此改善面向等离子体钨基材料的力学性能及高温稳定性是极其重要的,主要手段包括合金强化、弥散强化、纤维增韧、... 详细信息

在核聚变反应堆运行过程中,面向等离子体钨基材料需要承受住一定次数稳态和瞬态热负荷的冲击而不发生开裂、熔化等损伤,因此改善面向等离子体钨基材料的力学性能及高温稳定性是极其重要的,主要手段包括合金强化、弥散强化、纤维增韧、第二相强化、复合强化等。本文分析了合金强化、弥散强化等改性手段对钨基材料热负荷损伤行为的影响,总结了各种强化手段的优势和不足,并对面向等离子体掺杂钨基材料热负荷损伤行为进行了展望。

关键词：核聚变面向等离子体材料热负荷合金化弥散强化

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基于UWB的综采工作面推进度测量系统

工矿自动化 2024年第4期50卷 33-40页

作者：刘清刘军锋北京天玛智控科技股份有限公司北京101399

针对目前综采工作面推进度的测量和计算方式存在费时费力、累计误差大、传感器损坏后无法重新计算等问题,提出了一种基于UWB测距技术的综采工作面推进度实时测量系统。该系统采用矿用本安型测距分站与测距标志卡组合的方式,通过无线通... 详细信息

针对目前综采工作面推进度的测量和计算方式存在费时费力、累计误差大、传感器损坏后无法重新计算等问题,提出了一种基于UWB测距技术的综采工作面推进度实时测量系统。该系统采用矿用本安型测距分站与测距标志卡组合的方式,通过无线通信实现对综采工作面巷道推进度的实时测量。在综采工作面端头液压支架布置测距分站,在回采巷道固定标志点悬挂测距标志卡,通过巷道内UWB无线信号测距,当即将开采到最近的测距标志卡位置时,撤掉该处测距标志卡,后续测距标志卡接替进行巷道推进度的测量与计算,依此循环往复,不断进行更替测量。结合采煤工艺,建立了依据采煤机位置和液压支架动作的限幅中值平均滤波模型,该模型将限幅滤波、中值滤波、算术平均滤波深度融合,以剔除海量数据中由于受到测量、遮挡等影响而造成的测量偏差较大的无效数据,同时消除有效数据中的最大和最小偏差数据,进一步保证了通过算术平均运算得到的测量值的准确性和有效性,实现了综采工作面推进度的连续测量。地面测试结果表明,测距分站1的最大误差为0.32 m,误差小于0.2 m的占比为84.62%;测距分站2的最大误差为0.48 m,误差小于0.2 m的占比为76.92%。井下工业性试验结果表明:该系统与矿方实测数据日平均推进度差值为0.13 m,证明了UWB测距技术在井下巷道条件下测距的可行性和基于采煤工艺的推进度测量模型的准确性。

关键词：综采工作面推进度测量 UWB测距双边双向测距法限幅中值平均滤波模型

基于截割顶底板高度预测模型的采煤机自动调高技术

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工矿自动化 2024年第1期50卷 9-16页

作者：李重重刘清北京天玛智控科技股份有限公司北京101399

传统的煤层截割路径规划通过几何控制、规划计算等方式对采煤机滚筒高度进行预测,但存在预测的数据误差较大、无法适应地质条件变化的问题。针对上述问题,提出了一种基于截割顶底板高度预测模型的采煤机自动调高技术。首先,分析了影响... 详细信息

传统的煤层截割路径规划通过几何控制、规划计算等方式对采煤机滚筒高度进行预测,但存在预测的数据误差较大、无法适应地质条件变化的问题。针对上述问题,提出了一种基于截割顶底板高度预测模型的采煤机自动调高技术。首先,分析了影响截割顶底板高度的因素,指出影响顶底板高度的主要因素包括煤层的起伏变化数据、历史截割数据、刮板输送机的高程数据及人工操作记录,将上述4类数据融合处理,建立以长短期记忆(LSTM)模型和灰色马尔可夫模型为基础的截割顶底板高度预测模型,通过算法模型预测出截割顶底板的高度。然后,以截割顶底板的高度数据为基础,结合采煤机位姿和空间坐标,建立计算滚筒高度的几何模型,同时依据刮板输送机上窜下滑量及是否执行加减刀工艺等因素进行修正,最终将顶底板高度序列转换为滚筒高度序列,即将截割顶底板高度转换为采煤机滚筒的目标高度,由采煤机执行到目标高度,实现滚筒自动调高工业性试验结果表明:(1)在自动调高技术的控制下,顶滚筒和底滚筒的预测高度与实际高度偏差值有90%的数据量均在10 cm以内,滚筒的预测高度和实际高度具有明显的一致性。(2)与传统手动控制方式相比,中部截割一刀煤的人工干预调高次数由49次下降为21次,说明截割顶底板的高度预测模型和计算滚筒高度的几何模型是准确合理的,采煤机滚筒的自动调高技术是可行的。

关键词：采煤机滚筒自动调高截割顶底板高度预测长短期记忆灰色马尔可夫采煤机位姿人工干预

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综采支架液压系统动态特性研究及改进设计

工矿自动化 2024年第8期50卷 20-29页

作者：郭新伟北京天玛智控科技股份有限公司北京101399

综采工作面液压支架工作中常存在支架初撑力不足、移架速度慢等问题,目前大多基于支架液压系统的稳态运行规律,采用增大泵站流量、降低压力损失等方案来解决,对液压系统动态特性的研究较少。建立了综采支架液压系统动力方程,理论分析了... 详细信息

综采工作面液压支架工作中常存在支架初撑力不足、移架速度慢等问题,目前大多基于支架液压系统的稳态运行规律,采用增大泵站流量、降低压力损失等方案来解决,对液压系统动态特性的研究较少。建立了综采支架液压系统动力方程,理论分析了支架初撑力和移架速度相关的液压系统动态特性和乳化液管路系统的液压冲击特性,得出立柱或千斤顶的近似空载运行和长距离管路液压冲击是造成支架液压系统压力大幅下降波动的主要原因。揭示了支架液压系统液压冲击的发生机理为电液换向阀突然启闭和立柱触顶加压。通过现场实测数据和AMESim仿真验证了理论分析的正确性。提出了综采支架液压系统改进方案,在支架上设置多个蓄能器,新增液控单向阀和电液换向阀控制液压系统蓄能器在不同移架阶段的充放液方式,利用蓄能器的瞬时大流量特性和长距离管路液压冲击压力峰值产生的超压作用来提升支架初撑力。仿真结果表明,改进系统能够有效提高液压支架的初撑力和移架速度。

关键词：综采工作面液压支架液压系统支架初撑力移架时间液压冲击动态特性

本安型电磁阀动静态特性分析及影响参数优化研究

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工矿自动化 2024年第6期50卷 150-158页

作者：姚卓王伟韦文术卢德来李向波北京天玛智控科技股份有限公司北京101399

针对在驱动功率和电磁阀体积约束下存在的电磁铁驱动力不足、电磁阀响应速度慢的问题,分析了电磁阀的动静态特性,通过仿真分析和样机试验验证了提高本安型电磁铁电磁力可明显改善电磁阀的响应特性,确定了通过优化电磁力改善电磁阀响应... 详细信息

针对在驱动功率和电磁阀体积约束下存在的电磁铁驱动力不足、电磁阀响应速度慢的问题,分析了电磁阀的动静态特性,通过仿真分析和样机试验验证了提高本安型电磁铁电磁力可明显改善电磁阀的响应特性,确定了通过优化电磁力改善电磁阀响应特性的方案。提出了本安型电磁铁特性评价指标:有效行程指标、平均电磁力指标和静态综合性能指标,解决了因电磁铁行程不同而造成的电磁铁性能评价困难的问题。利用Maxwell电磁仿真软件分析了导向筒深度变化量δ_(a)、衔铁半径变化量δ_(b)、非工作气隙变化量δ_(c1)、非工作气隙变化量δ_(c2)、盆口高度变化量δd对电磁铁静态特性的影响,得到不同参数对静态特性的敏感度,为参数优化中尺寸控制范围的选择提供参考依据。通过正交试验结果构建了铁芯结构参数对电磁铁综合特性评价指标的二阶响应面模型,利用遗传算法对铁芯参数进行优化。样机试验结果表明:优化后电磁铁水平段电磁力提升了50%,有效行程提高了26%,本安型电磁阀的开启响应时间缩短了52.5%。

关键词：本安型电磁阀本安型电磁铁电磁力动静态特性响应特性遗传算法铁芯参数优化

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煤矿井下水力压裂自动控制系统设计

工矿自动化 2024年第3期50卷 6-13页

作者：刘波北京天玛智控科技股份有限公司北京101399

分析指出目前煤矿井下水力压裂技术面临压裂泵输出压力和流量无法快速精确调节、远程安全监控效果及自动化水平有待提高等难题。设计了一种煤矿井下水力压裂自动控制系统。根据煤矿井下水力压裂工艺及系统构成,明确了控制系统关键技术... 详细信息

分析指出目前煤矿井下水力压裂技术面临压裂泵输出压力和流量无法快速精确调节、远程安全监控效果及自动化水平有待提高等难题。设计了一种煤矿井下水力压裂自动控制系统。根据煤矿井下水力压裂工艺及系统构成,明确了控制系统关键技术为高压大流量压裂泵输出流量和压力的快速精确调节,远程高可靠性安全、高速实时监控,一键启停及图形化分析等。以KXH12本安型控制器为核心,搭配变频器、组合开关、监控主机、电动开度球阀等设备,以及光纤加CAN总线的双线冗余通信方案,研发了控制系统硬件,并编制了压裂泵控制器、水箱控制器及中央控制器软件,实现了压裂系统快速变流量注水、稳定保压及远程高速实时监控和报警等功能。在煤矿现场对水力压裂自动控制系统进行工业性试验,结果表明该系统压力控制精度为0.1 MPa,流量控制精度为0.1 m3/h,在连续完成14次压裂过程中,每次煤岩层开裂后均能实现较好的保压效果,且操作简单,安全性高,满足煤矿井下水力压裂工艺要求。

关键词：矿井水力压裂压裂流量控制压裂压力控制远程自动控制变频电力驱动

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