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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

基于工况触发的采煤机滚筒截割高度模板生成方法

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工矿自动化 2024年第4期50卷 144-152页

作者：李重重姚钰鹏北京天玛智控科技股份有限公司北京101399

针对采煤机在工作过程中易受不同工况条件的影响导致滚筒调高精度低的问题,提出了一种基于工况触发的采煤机滚筒截割高度模板生成方法。对采煤机历史传感器数据进行预处理和特征提取,选择影响滚筒高度调节的截割电动机电流、截割电动机... 详细信息

针对采煤机在工作过程中易受不同工况条件的影响导致滚筒调高精度低的问题,提出了一种基于工况触发的采煤机滚筒截割高度模板生成方法。对采煤机历史传感器数据进行预处理和特征提取,选择影响滚筒高度调节的截割电动机电流、截割电动机温度、俯仰角、横滚角、牵引速度5维特征数据,构建用于生成滚筒截割高度模板的补偿回声状态网络(C−ESN)模型;建立工况触发机制,将采煤机传感器实时数据输入C−ESN模型,以测试误差为判断准则,识别当前采煤机的工况为正常区域、三角煤区域或异常工况;最后,C−ESN模型生成相应的滚筒截割高度模板。当三角煤区域和正常区域测试误差都大于阈值时,采用迁移学习方法对测试误差小的截割高度模板参数进行修正,以保证异常工况下截割高度模板的精度。基于现场采煤机实际数据的实验结果表明:左右滚筒截割高度模板与实际截割高度相比,在正常区域的最大误差分别为11.47,9.96 cm,在三角煤区域最大误差分别为12.91,7.94 cm,能够满足工程实际要求;与传统回声状态网络和径向基函数网络模型相比,C−ESN模型的精度在正常区域分别提升了54%和57%,在三角煤区域分别提升了10%和69%。

关键词：采煤机滚筒高度截割高度模板补偿回声状态网络工况触发迁移学习

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电液控换向阀流场仿真与响应面预测

液压与气动 2024年第6期48卷 142-151页

作者：叶壮潘占仁赖岳华赵玉贝崔耀北京天玛智控科技股份有限公司北京101399

大流量电液控换向阀是支架液压系统的关键控制元件之一,仿真手段对于换向阀的流动特性分析具有重要意义,然而流体仿真存在计算复杂度高、仿真时间较长的问题,对于要求实时高效流动特性分析的场合并不适用。因此,针对大流量电液控换向阀... 详细信息

大流量电液控换向阀是支架液压系统的关键控制元件之一,仿真手段对于换向阀的流动特性分析具有重要意义,然而流体仿真存在计算复杂度高、仿真时间较长的问题,对于要求实时高效流动特性分析的场合并不适用。因此,针对大流量电液控换向阀在不同阀口开度、不同入口压力、不同流量下的流场分布情况进行了仿真分析,发现换向阀入口压力随阀口关闭值呈指数上升趋势,随流量增加呈上升趋势,与出口压力值接近正比关系,并且阀口关闭位移越大换向阀入口附近涡流越剧烈。在换向阀流场仿真的基础上采用均匀抽样方法进行试验设计,提出并建立了基于多维勒让德正交多项式的响应面模型,采用均方根误差、决定系数和经过调整的决定系数,验证了响应面模型替代Fluent仿真模型进行流场分析的准确性和快速性,通过前期少量的流场仿真数据建立响应面模型,实现了大流量电液控换向阀流动特性的实时高效预测。

关键词：电液控换向阀 Fluent仿真多维勒让德正交多项式响应面

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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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直线往复密封性能影响因素分析

液压与气动 2024年第2期48卷 174-183页

作者：张新标王志民北京天玛智控科技股份有限公司北京101300

以手动泵密封结构为研究对象,旨在获得直线往复运动过程中的密封性能。基于ANSYS Workbench仿真平台,以接触压力和剪应力为密封失效判定依据,研究预密封过程中剪应力分布规律,分析工作过程中压缩率、流体压力、配合间隙、摩擦系数、材... 详细信息

以手动泵密封结构为研究对象,旨在获得直线往复运动过程中的密封性能。基于ANSYS Workbench仿真平台,以接触压力和剪应力为密封失效判定依据,研究预密封过程中剪应力分布规律,分析工作过程中压缩率、流体压力、配合间隙、摩擦系数、材料硬度对密封性能影响,讨论磨损和热变形对失效形式的激励作用。结果表明:预密封过程中,密封圈在高压缩率时从内部出现断裂失效的概率较大;工作状态下,密封圈接触压力呈非对称分布,在高流体压力、大配合间隙、高摩擦系数及低材料硬度时导致间隙挤出,密封圈从挤出部分表面断裂失效;磨损增大泄漏失效风险,热变形增大剪切失效风险,高温增大油膜泄漏量。

关键词：密封圈非线性分析剪切失效磨损分析热变形

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消反峰电路对电磁阀性能的影响分析

火箭推进 2024年第2期50卷 113-121页

作者：范宇任志彬陈涛张思远蓝箭航天空间科技股份有限公司北京100176

电磁阀在航天器中应用广泛。消反峰电路是电磁阀控制系统中重要的组成部分,且对电磁阀的性能有显著影响。为了获得消反峰电路对电磁阀性能的影响,基于Maxwell软件对某轴流直动式电磁阀及其消反峰电路进行研究。通过将电磁阀某工况下的... 详细信息

电磁阀在航天器中应用广泛。消反峰电路是电磁阀控制系统中重要的组成部分,且对电磁阀的性能有显著影响。为了获得消反峰电路对电磁阀性能的影响,基于Maxwell软件对某轴流直动式电磁阀及其消反峰电路进行研究。通过将电磁阀某工况下的静态和瞬态仿真结果与试验数据进行对比,验证了仿真模型的有效性。同时仿真对比了有、无消反峰电路及不同消峰电阻下的电磁阀性能,得到释放响应时间随消峰电阻的增大而减小,而感应电动势随消峰电阻的增大而增大的规律,同时发现消峰电阻对电磁阀性能的影响存在一个转折点,选择此点作为电磁阀控制系统的设计点可以得到更优的方案,进而提出从消反峰电路角度优化电磁阀控制系统的方案,为电磁阀控制系统的优化设计提供参考。

关键词：消反峰电路电磁阀 Maxwell软件感应电动势响应时间

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综采工作面液压支架测高传感器设计

工矿自动化 2024年第6期50卷 129-135页

作者：高思伟谷敏永李殿鹏北京天玛智控科技股份有限公司北京101399

针对综采工作面液压支架高度测量困难和可靠性、稳定性差等问题,设计了一种基于帕斯卡定律的液压支架测高传感器。该测高传感器内置一根细长液管,液管中充满甲基硅油,测高传感器两端安装压力传感器,通过测量密闭液管的两端压力,得到测... 详细信息

针对综采工作面液压支架高度测量困难和可靠性、稳定性差等问题,设计了一种基于帕斯卡定律的液压支架测高传感器。该测高传感器内置一根细长液管,液管中充满甲基硅油,测高传感器两端安装压力传感器,通过测量密闭液管的两端压力,得到测高传感器两端位置的高度差。甲基硅油在环境温度变化时具有明显的热胀冷缩特性,会引起密闭空间内的压力急剧变化,影响测量精度,提出了一种补偿方法:采用波纹管存储一部分甲基硅油,利用波纹管自身的弹性补偿甲基硅油热胀冷缩造成的体积变化;并在软件中通过算法校准甲基硅油体积变化带来的密度变化,从而确保测高传感器的测量精度。试验结果表明:测高传感器可工作在0~40℃环境下,测量误差在4 cm以内。在薄煤层、中厚煤层综采工作面液压支架的现场应用结果表明:与人工测量结果相比,测高传感器的高度测量误差在5 cm以内,说明该传感器可靠性较高。

关键词：综采工作面液压支架测高传感器压力传感器波纹管温度补偿密度校准

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安全阀公称流量试验台设计研究

机床与液压 2024年第14期52卷 83-88页

作者：孔祥凯李俊士北京天玛智控科技股份有限公司北京101399

随着煤矿大采高综放系统的应用越来越广泛,立柱安全阀额定流量的需求也在不断增大。公称流量启溢闭性能是安全阀的主要性能指标,其高压、大流量、高压力梯度的测试要求使得测试平台的建设难度较高。针对此问题,设计测试平台的方案,通过... 详细信息

随着煤矿大采高综放系统的应用越来越广泛,立柱安全阀额定流量的需求也在不断增大。公称流量启溢闭性能是安全阀的主要性能指标,其高压、大流量、高压力梯度的测试要求使得测试平台的建设难度较高。针对此问题,设计测试平台的方案,通过理论计算得出蓄能器组、增压缸和开关阀等设备的关键参数;然后通过AMESim和Fluent仿真验证了平台方案和设备参数的可行性;最后建设了3000 L/min安全阀测试平台,通过试验验证了测试平台能够满足标准要求。

关键词：安全阀公称流量测试平台 AMESim仿真