智能化综采工作面实时虚拟监测方法与关键技术

针对数字化综采工作面的场景构建、虚实交互通道和虚拟模型驱动三大基础问题,提出一种面向智能化综采工作面的实时虚拟监测方法,对高可信度煤层装备联合虚拟仿真与协同规划、实时可靠信息获取与"虚实融合"通道构建技术和虚实融合与感知一致性呈现等方法进行研究,具体包括:①基于Unity3D开发特点和模型所需特性,分别完成了三机装备数字模型和煤层顶底板模型的构建,将虚拟装备布置在虚拟煤层中,实现各装备之间的虚拟协同以及装备与煤层之间的关系构建,完成了虚拟煤层环境下的装备协同推进仿真并对装备群协同运行进行虚拟规划,实现了高仿真度综采虚拟场景的构建;②在装备反映位姿信息的关键位置上布置传感器,通过一系列接口和通道,构建Unity3D与组态软件、数据库和计算软件之间的信息交互。采用分布式协同的驱动模式,优化了数据的传输处理,最终将综采装备的实时运行数据导入虚拟平台,驱动虚拟设备运行,实现了稳定可靠的传感信息协同与调度;③构架了复杂综采虚拟场景实时驱动框架,研究了基于底层模型驱动虚拟单机关键技术,提出了采运装备协同仿真与实时数据驱动的方法、采煤机自动调高方法、刮板输送机和支架协同仿真与实时数据驱动方法、虚拟液压支架群的虚拟驱动方法以及动态透明工作面时空运动学实时分析方法,接着进行了虚拟监测界面设计,实现了传感数据与虚拟仿真运行信息高精度融合。最后在实验室综采成套试验系统和样机试验平台上分别完成了相关试验,验证了三大模块联合运行的正确性和可靠性。试验表明,VR监测系统运行清晰流畅,虚实映射状态同步,可切换性好,呈现信息准确,后台数据库压力也较小,可以完成预期目标。在仿真运行中可实时提取出各装备与煤层运行的相关参数,完成高可靠性虚拟规划。     

网络化矿井提升设备管理系统设计与应用

为促进矿井提升设备管理向自动化、信息化发展,结合工况监测与故障诊断技术,提出了网络化矿井提升设备管理方法,构建了现场总线、企业Intranet与远程Internet融合的提升设备管理系统.分析了满足网络化管理要求的系统混合结构与实施流程,运用集成定义方法建立了系统总体功能模型,分析了网络融合下各功能的数据信息需求与流程.综合运用网络通信技术、数据库技术及计算机技术开发了网络化提升设备管理系统,并应用于马兰矿副立井提升设备的管理,该管理系统的实施转变了煤矿企业对提升设备的运行维护管理模式,降低了设备故障率,有效提高了设备管理工作的规范性和工作效率.     

掘进机驱动轮疲劳寿命分析研究

利用ADAMS对掘进机行走部虚拟样机进行水平前进工况进行仿真,提取出驱动轮在此工况下的最大输出扭矩,并将驱动轮和履带板、履带销的接触模型导入Workbench中的Fatigue Tool疲劳模块进行疲劳寿命分析。得到驱动轮在极限工况下的疲劳寿命的循环次数,安全系数等云图,为矿用机械的零部件疲劳寿命分析提供了一种方法。     

刮板输送机水平面形态检测方法

针对现有刮板输送机水平面形态检测方法测量结果不准确的问题,提出了一种基于采煤机与刮板输送机协同位姿解算的刮板输送机水平面形态检测方法。该方法首先根据采煤机与刮板输送机在运行过程中的耦合关系,利用Rodrigues参数法对捷联惯导系统信息进行解算,获得采煤机在刮板输送机上运行时的位姿信息;然后将解算的采煤机位姿信息、已知的刮板输送机中部槽航向角代入建立的刮板输送机水平面形态检测数学模型,计算出刮板输送机各中部槽航向角,从而得到刮板输送机在水平面的工作形态。试验结果表明,该方法对刮板输送机中部槽航向角的检测误差为0~1.5°,对刮板输送机水平面形态的最大检测误差为30.70mm,满足刮板输送机水平面形态检测要求。     

基于灰色理论和BP神经网络的多绳摩擦提升机钢丝绳张力不平衡预测

对多绳摩擦提升机钢丝绳张力不平衡进行预测和预警,既有利于保证生产安全,又能节约成本,合理安排生产计划。提出了新陈代谢GM(1,1)灰色模型和BP神经网络相结合的混合模型,对钢丝绳张力不平衡程度进行预测。试验结果证明了该模型的有效性,为钢丝绳张力不平衡预测研究提供参考依据。     

采煤机破碎装置锥销轴优化分析

基于疲劳寿命理论,利用ANSYS有限元分析软件,对采煤机破碎装置的锥销轴进行了疲劳寿命仿真。通过完善边界条件处理方式,保证仿真结果与实验结果一致,得到了该零件危险部位的应力及寿命安全系数。利用有限元优化模块与灵敏度方法相结合,对锥销轴的外形结构尺寸进行了优化,优化后锥销轴重量减轻了4.5%,疲劳使用率提高了61.4%。     

基于UG的采煤机零件参数化设计系统研究

为了避免采煤机零件的重复设计,减少采煤机新产品设计开发工作量,对采煤机零件的参数化设计方法进行了研究,并综合应用UG二次开发工具UG/Open API、UG/Open MenuScript、UG/Open UIStyler和Microsoft Visual C++6.0编程软件开发了基于UG的采煤机零件参数化设计系统。以采煤机截割部摇臂油位计壳体为例详细地介绍了系统开发设计的具体过程,通过实例验证了该方法的有效性。研究表明,参数化设计系统缩短了零件设计分析周期,减少了设计分析人员的工作量。     

采煤机概念设计的知识表示与知识推理

为实现采煤机概念设计知识和经验的重用,针对采煤机设计领域知识的可分解性、多样性和模糊性等特点,提出了以面向对象为主、产生式规则为辅的知识表示方法,建立了采煤机概念设计实例库和规则库,并将基于实例和规则推理的集成推理机制应用于采煤机概念设计知识推理中.最后以UG为平台开发了采煤机概念设计系统,实现了知识驱动的采煤机概念设计自动化,积累了设计经验和知识,缩短了产品设计周期.通过工程应用实例验证了该方法的有效性与可靠性.