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MEMS加速度计在采煤机摇臂上的倾角检测研究
1
作者 陈子千 庄德玉 《电子测量与仪器学报》 北大核心 2025年第3期256-265,共10页
为满足采煤机在井下开采工况的安全采高控制需求,解决传统摇臂倾角检测方法如油缸行程位移法和编码电位器旋转测距法,存在因摇臂铰接轴长期磨损导致精度和可靠性下降,且维修困难的问题。因此,提出了基于微机电系统(MEMS)加速度计的采煤... 为满足采煤机在井下开采工况的安全采高控制需求,解决传统摇臂倾角检测方法如油缸行程位移法和编码电位器旋转测距法,存在因摇臂铰接轴长期磨损导致精度和可靠性下降,且维修困难的问题。因此,提出了基于微机电系统(MEMS)加速度计的采煤机摇臂倾角检测方法。首先,为抑制强振动工况下的高频高幅值振动噪声,提高倾角测量精度,采用临界阻尼法和组合积分法对加速度计三轴原始数据进行滤波处理,成功分离并提取出有效的重力加速度数据并得到角度;其次,通过搭建摇臂振动模拟实验台获取滤波处理后的数据,实现了振动环境下的动态倾角辨识,有效地提高了角度测量精度。实验结果表明,在5g振动环境下,两种滤波器设计具备较快的响应速度,能够迅速跟踪输入信号变化,经过组合积分滤波器后角度误差小于0.3°,经过临界阻尼滤波器后角度误差小于0.1°,测量精度能够满足实际摇臂采高需求,为实现摇臂倾角检测提供一种可行的方法。 展开更多
关键词 采煤机摇臂 MEMS加速度计 组合积分滤波 临界阻尼滤波 倾角检测
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基于STM32的采煤机振动信号采集系统终端设计
2
作者 刘子亮 《工矿自动化》 北大核心 2025年第S1期94-97,共4页
采煤机振动信号包含大量内部器械零件运行状态信息,能够准确有效表征其健康状态,基于STM32微控制器设计了一种稳定性强、精度高的采煤机振动信号采集终端。使用三轴加速度传感器ADXL375采集加速度信号,利用时域积分和最小二乘法对加速... 采煤机振动信号包含大量内部器械零件运行状态信息,能够准确有效表征其健康状态,基于STM32微控制器设计了一种稳定性强、精度高的采煤机振动信号采集终端。使用三轴加速度传感器ADXL375采集加速度信号,利用时域积分和最小二乘法对加速度信号进行处理,准确快速得到采煤机速度和位移数据,利用快速傅里叶变换(FFT)变换将信号在LCD液晶屏上显示频谱。实验结果表明,本终端采集处理的得到的振动信号加速度、速度和位移值与测试值的误差分别为0.16%、0.21%和0.18%,时延为57 ms,证明了本终端具有准确率高、实时性强的优势,有进一步面向市场推广和应用的潜力。 展开更多
关键词 STM32 采煤机 振动信号 ADXL375
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强噪声干扰下采煤机行星齿轮故障诊断方法 被引量：1
3
作者 李勇 张启志 +2 位作者 庄德玉 邱锦波 程刚 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第6期142-149,共8页
采煤机摇臂截割部行星齿轮的健康状态直接影响截割效率。针对采煤机截割煤岩过程中受多重冲击引起的强噪声干扰、齿轮结构复杂且传递路径多变导致故障特征难以提取等特点,提出了一种基于频谱平均降噪和相关谱的采煤机行星齿轮故障诊断... 采煤机摇臂截割部行星齿轮的健康状态直接影响截割效率。针对采煤机截割煤岩过程中受多重冲击引起的强噪声干扰、齿轮结构复杂且传递路径多变导致故障特征难以提取等特点,提出了一种基于频谱平均降噪和相关谱的采煤机行星齿轮故障诊断方法。根据信号频谱分布特征及噪声随机特性,采用频谱平均降噪方法抑制噪声对信号频谱的干扰,获得信号降噪频谱。构建相关谱以建立少样本降噪频谱和多样本降噪频谱的内在联系,减少频谱平均降噪对样本数量的需求。采用一维卷积神经网络(1D CNN)建立相关谱与故障类别之间的精确映射关系,以相关谱为输入、故障类别为输出,实现行星齿轮故障分类识别。在DDS传动系统故障诊断实验台对基于频谱平均降噪和相关谱的采煤机行星齿轮故障诊断方法进行实验验证,结果表明该方法能够增强表征故障特征的关键频率,对正常、断齿、磨损、缺齿和裂纹5种行星齿轮健康状态信号的整体识别率达96%,在信噪比不低于15 dB时可有效、准确地实现齿轮故障诊断。 展开更多
关键词 采煤机 齿轮故障诊断 强噪声干扰 频谱平均降噪 相关谱
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矿井机械设备信号干扰下5G网络覆盖技术研究
4
作者 刘子亮 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第S2期124-126,131,共4页
针对矿井内部环境复杂、机械设备噪声干扰导致5G网络覆盖不全面的问题,对矿井机械设备信号干扰下5G网络覆盖技术进行了研究。分析了井下机械设备噪声类别与抗干扰方法,建立了矿井机械设备信号干扰下的5G网络传播模型,使用最小二乘法对... 针对矿井内部环境复杂、机械设备噪声干扰导致5G网络覆盖不全面的问题,对矿井机械设备信号干扰下5G网络覆盖技术进行了研究。分析了井下机械设备噪声类别与抗干扰方法,建立了矿井机械设备信号干扰下的5G网络传播模型,使用最小二乘法对模型进行校正;基于Q学习对5G网络覆盖进行了优化,解决了高噪声区域5G网络覆盖率低的问题;最后设计了矿井机械设备信号干扰下5G网络布置方案,为井下5G网络部署设计提供借鉴。 展开更多
关键词 5G网络覆盖 5G网络传播模型 抗干扰 SPM Q学习
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非均匀热流密度条件下脉动热管运行特性分析 被引量：4
5
作者 张东 侯宏艺 +4 位作者 李庆亮 邬江昊 徐宝睿 安周建 王林军 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期126-135,共10页
为深入探究在非均匀热流密度条件下不同操作参数对脉动热管传热特性的影响,进而拓宽脉动热管使用场景,设计并搭建了一种非均匀热流密度下脉动热管传热性能的测试装置。该装置包括脉动热管主体装置、加热装置、冷却水循环装置、数据测量... 为深入探究在非均匀热流密度条件下不同操作参数对脉动热管传热特性的影响,进而拓宽脉动热管使用场景,设计并搭建了一种非均匀热流密度下脉动热管传热性能的测试装置。该装置包括脉动热管主体装置、加热装置、冷却水循环装置、数据测量采集装置、充注工质及抽真空装置。之后进行了实验稳定性测试,保证实验结果的可靠性。在充液率为50%和70%的情况下,选用乙醇、HFE-7100两种工质,分别进行了加热功率为40~140 W、无量纲热差为0~0.56的实验测试,对脉动热管的传热性能、蒸发段温度及内部压力波动特性进行实验研究。结果表明:均匀热流密度下,当加热功率较小时HFE-7100工质表现出更低的运行热阻;随着加热功率的增加,乙醇和HFE-7100工质在50%和70%充液率下运行热阻逐渐接近。非均匀热流密度下,随着无量纲热差的增加,脉动热管表现出低于和接近均匀热流密度下的运行热阻,且高充液率的脉动热管在启动和运行时,能够表现出更好的稳定性及传热性能。在非均匀热流密度下,70%充液率的脉动热管装置存在一个无量纲热差临界值0.33,大于该值后,管内不同热流密度侧气液相工质能够较快地打破平衡,改善管内循环流动状态,并降低运行热阻。乙醇工质在均匀热流密度加热时,高充液率下管内存在大量长液塞,容易出现工质流动停滞现象。非均匀热流密度加热时,由于装置加热段存在高热流密度侧,使得不同弯头的管内工质移动方向具有一致性,减少内部流体流动过程中的停滞和反向,从而可以在一定无量纲范围内提升脉动热管装置的传热性能。 展开更多
关键词 脉动热管 传热 无量纲热差 充液率 气液两相流 气化
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采煤机摇臂齿轮箱故障诊断研究现状及展望 被引量：14
6
作者 尹玉玺 周常飞 +3 位作者 史春祥 徐卫鹏 慕杰 许志鹏 《煤炭工程》 北大核心 2022年第11期107-112,共6页
摇臂齿轮箱是采煤机核心动力传递机构,其可靠性对煤炭高效生产具有重要意义。文章对采煤机摇臂齿轮箱故障机理及故障诊断方法进行综述。首先,归纳了摇臂齿轮箱轴承和齿轮在不同故障状态下的故障机理。其次,剖析了现有采煤机故障诊断技... 摇臂齿轮箱是采煤机核心动力传递机构,其可靠性对煤炭高效生产具有重要意义。文章对采煤机摇臂齿轮箱故障机理及故障诊断方法进行综述。首先,归纳了摇臂齿轮箱轴承和齿轮在不同故障状态下的故障机理。其次,剖析了现有采煤机故障诊断技术存在的主要问题。最后,指出了未来应致力于精确故障机理、复合故障分析、微弱故障识别、基础数据收集、算法融合创新和多源信息利用等方面的研究,为摇臂齿轮箱故障诊断提供参考。 展开更多
关键词 采煤机 摇臂齿轮箱 故障机理 故障诊断
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薄煤层采煤机摇臂行星传动齿轮优化设计 被引量：7
7
作者 慕杰 翟雨生 +1 位作者 王成志 高振帮 《机械设计与制造》 北大核心 2023年第3期88-91,共4页
针对薄煤层采煤机摇臂行星传动齿轮优化设计问题,以优化设计理论为基础,以渐开线圆柱齿轮设计原则、齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度、行星传动齿轮配齿要求等为约束条件,以行星传动齿轮体积最小为优化设计目标。从具体问题抽象出5... 针对薄煤层采煤机摇臂行星传动齿轮优化设计问题,以优化设计理论为基础,以渐开线圆柱齿轮设计原则、齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度、行星传动齿轮配齿要求等为约束条件,以行星传动齿轮体积最小为优化设计目标。从具体问题抽象出5个变量,7类边界约束条件和3个关联条件组成的复杂数学模型,分别运用fmincon非线性规划方法和遗传算法,在MATLAB软件上实现问题求解。结果表明,非线性规划和遗传算法两种优化方法都能够达到减小行星减速器体积,提高功率密度的设计目标;遗传算法相比非线性规划方法在寻找全局最优解方面,更有优势。 展开更多
关键词 摇臂行星传动齿轮 优化设计 非线性规划 遗传算法 薄煤层采煤机 MATLAB
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基于改进1DCNN的煤岩识别模型研究 被引量：3
8
作者 尹玉玺 周常飞 +2 位作者 许志鹏 史春祥 胡文渊 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第1期116-122,共7页
随着煤矿智能化建设的加速推进,煤岩高效识别已成为煤炭智能化开采亟待解决的技术难题。针对复杂煤矿地质条件下现有煤岩识别方法精度低、通用性差且难以工程应用等问题,提出了一种基于改进一维卷积神经网络(1DCNN)的煤岩识别模型。以1D... 随着煤矿智能化建设的加速推进,煤岩高效识别已成为煤炭智能化开采亟待解决的技术难题。针对复杂煤矿地质条件下现有煤岩识别方法精度低、通用性差且难以工程应用等问题,提出了一种基于改进一维卷积神经网络(1DCNN)的煤岩识别模型。以1DCNN为基础,使用多个连续卷积层提取一维振动信号特征,通过全局均值池化(GAP)层代替全连接层,以减少模型训练参数,节省计算资源,同时采用带有线性热启动的余弦退火衰减方法优化学习率,以避免模型训练陷入局部极小值区域,提升训练质量。为直观描述改进1DCNN模型对煤岩截割振动数据的特征提取过程和分类能力,采用t-分布随机近邻嵌入(t-SNE)流形学习算法对模型的特征学习过程进行可视化分析,结果表明,改进1DCNN模型通过逐层特征学习,很好地实现了对煤岩截割状态的识别。以陕西某矿MG650/1590-WD型采煤机截割煤岩时的实测振动数据为样本进行模型训练,结果表明,改进1DCNN模型在训练集上的准确率为99.91%,在测试集上的准确率为99.32%,可直接用于采煤机截割煤岩时的原始振动信号分类,并能够有效识别煤岩截割状态。与传统机器学习、集成学习及未改进的1DCNN模型相比,改进1DCNN模型具有明显优势,平均识别准确率达99.56%,同时大大节约了计算成本,提高了模型识别速度。 展开更多
关键词 煤岩识别 卷积神经网络 1DCNN 振动信号 余弦退火 t-分布随机近邻嵌入
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基于音频识别的采煤机滚筒载荷识别方法 被引量：2
9
作者 庄德玉 《工矿自动化》 北大核心 2022年第1期16-20,共5页
针对现有采煤机滚筒载荷识别方法相关算法实施难度大、工程实现方式复杂、应用难度高等问题,通过分析采煤机工作时音频信号的特征,提出一种基于音频识别的采煤机滚筒载荷识别方法。为确保每个分析周期内的音频信号具有同一运行标准下的... 针对现有采煤机滚筒载荷识别方法相关算法实施难度大、工程实现方式复杂、应用难度高等问题,通过分析采煤机工作时音频信号的特征,提出一种基于音频识别的采煤机滚筒载荷识别方法。为确保每个分析周期内的音频信号具有同一运行标准下的负载工况,将截割电流与牵引速度作为变量引入到动态能量计算中,采用动态能量归一化算法(DENA)对采煤机原始音频信号进行归一化处理;将归一化后的信号与标准工况库中的信号进行对比分析,通过最大相异系数判断两者之间的差异性,从而确定滚筒载荷特征,实现滚筒载荷识别判断。试验结果表明:DENA可有效抑制音频信号中的噪声能量,提升音频信号中关键特征值的分辨率,采煤机在截割煤、岩时的音频信号特征参数界限明显,未出现交叉混叠现象;在理想情况下,即最大相异系数小于0.189时,总的煤岩界面识别率可达到78.6%。 展开更多
关键词 采煤机 滚筒载荷识别 音频识别 煤岩界面识别 动态能量归一化 最大相异系数
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基于温差发电的采煤机摇臂传感器供电技术研究
10
作者 蔡治华 罗一民 +2 位作者 刘聪 张启志 郑祝平 《煤炭工程》 北大核心 2023年第4期129-134,共6页
为研究采煤机工作时,摇臂部位高功率密度机械传动系统之间存在温差,利用热电效应将该部分热能转换成电能为摇臂传感器供电的问题。基于能量收集技术与采煤机的实际工况和摇臂温度分布特点,设计了一种适应于采煤机的温差发电系统,改进了... 为研究采煤机工作时,摇臂部位高功率密度机械传动系统之间存在温差,利用热电效应将该部分热能转换成电能为摇臂传感器供电的问题。基于能量收集技术与采煤机的实际工况和摇臂温度分布特点,设计了一种适应于采煤机的温差发电系统,改进了温差发电片结构和散热装置,采用LTC3108能量收集管理芯片管理收集到的能量,为传感器提供稳定的电能。最后通过实验研究了该温差发电系统在实际应用中的性能,证明了该系统的可行性,为解决采煤机传感器供电问题提供了新的思路。 展开更多
关键词 采煤机 热能 温差发电 LTC3108 传感器
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