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孪生数据驱动的大型矿井提升机主轴承随机振动系统的设计可靠性分析
1
作者 曹爽 卢昊 +1 位作者 朱真才 张义民 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期915-927,共13页
设计阶段的大型矿井提升机主轴承随机振动系统的设计可靠性分析因试验样本不足,无法获取振动加速度响应的完备概率信息。提出了概率信息不完备下大型矿井提升机主轴承设计可靠性分析的技术路线:滚动轴承多尺度耦合系统动力学模型-振动... 设计阶段的大型矿井提升机主轴承随机振动系统的设计可靠性分析因试验样本不足,无法获取振动加速度响应的完备概率信息。提出了概率信息不完备下大型矿井提升机主轴承设计可靠性分析的技术路线:滚动轴承多尺度耦合系统动力学模型-振动加速度概率密度演化-概率密度演化路径随机过程建模-振动功率谱密度的概率分布-基于条件概率的设计可靠度计算。运用已采集的工况数据驱动建立滚动轴承多尺度耦合系统动力学模型,开展了振动加速度概率密度演化研究;基于概率密度演化和Karhunen-Loève展开,提出了滚动轴承振动加速度的非平稳随机过程建模方法,获得了滚动轴承振动加速度随机序列的孪生数据;研究了大型矿井提升机主轴承振动加速度功率谱密度的概率分布,并计算了大型矿井提升机主轴承在服役时间上的设计可靠度指标。 展开更多
关键词 随机振动 设计可靠性分析 孪生数据 大型矿井提升机主轴承 概率信息不完备
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矿井提升机主轴承的振动磨损可靠性分析 被引量：9
2
作者 卢昊 朱真才 +1 位作者 曹爽 王志华 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期657-663,822,共8页
以提升机NCF18/600V主轴承为研究对象,针对滚动轴承随机振动系统参数和随机结构尺寸影响下的不确定性问题,开展了滚动轴承振动磨损可靠性研究。首先,基于滚动轴承点蚀故障动力学模型,结合Holm⁃Archard滑动磨损方程,建立了滚动轴承振动... 以提升机NCF18/600V主轴承为研究对象,针对滚动轴承随机振动系统参数和随机结构尺寸影响下的不确定性问题,开展了滚动轴承振动磨损可靠性研究。首先,基于滚动轴承点蚀故障动力学模型,结合Holm⁃Archard滑动磨损方程,建立了滚动轴承振动磨损模型;其次,将振动磨损模型以子程序的形式嵌入ABAQUS有限元软件中,实现了滚动体表面磨损深度及形貌的仿真;然后,联合使用拉丁化分层抽样技术和自适应Kriging代理模型,开展了滚动轴承振动磨损的不确定性量化研究;最后,使用高阶L矩可靠性方法开展了滚动轴承的振动磨损可靠性分析。对比滚动轴承正常磨损与振动磨损下的可靠度曲线表明,滚动轴承的振动不仅加剧了磨损的可靠性退化过程,而且增大了磨损的可靠度退化速率。 展开更多
关键词 滚动轴承 振动磨损 可靠度 不确定性量化 L矩
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NbSe_(2)/Ag纳米复合材料的制备及其作为煤矿机械机用润滑油添加剂摩擦学行为的研究 被引量：11
3
作者 李剑锋 朱真才 +2 位作者 彭玉兴 沈刚 李翔 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期230-242,共13页
采用化学还原法成功制备出NbSe_(2)/Ag纳米复合材料,即在NbSe_(2)纳米片表面沉积1层纳米Ag颗粒.采用UMT-2摩擦磨损试验机以及扫描电子显微镜(SEM)研究了NbSe_(2)/Ag纳米复合材料添加到煤矿机械机用润滑油中的摩擦学行为.结果表明:相比... 采用化学还原法成功制备出NbSe_(2)/Ag纳米复合材料,即在NbSe_(2)纳米片表面沉积1层纳米Ag颗粒.采用UMT-2摩擦磨损试验机以及扫描电子显微镜(SEM)研究了NbSe_(2)/Ag纳米复合材料添加到煤矿机械机用润滑油中的摩擦学行为.结果表明:相比于纳米Ag颗粒和NbSe_(2),NbSe_(2)/Ag纳米复合材料添加到润滑油中更加有效地改善了润滑油的润滑承载效果.NbSe_(2)/Ag纳米复合材料所表现出最优良的摩擦学行为.原因主要可能在于4个方面:第一,根据理论计算得出NbSe_(2)、Ag和NbSe_(2)/Ag纳米复合材料产生滑移的最大抗剪切强度按从小到大顺序排列为NbSe_(2)/Ag纳米复合材料、Ag、NbSe_(2)。NbSe_(2)/Ag纳米复合材料抗剪切强度最小,润滑效果最好;第二,NbSe_(2)/Ag纳米复合材料中的NbSe_(2)由于纳米Ag负载相比于纯NbSe_(2)具有更好的分散性,更利于形成完整均匀的润滑膜;第三,Ag质软润滑且弹性模量小,NbSe_(2)/Ag纳米复合材料受到摩擦热以及剪切作用形成的润滑膜由于Ag的存在提高了脆性破坏能力,使得润滑膜在摩擦副上硬凸点的刮擦作用下不易破裂;第四,部分纳米Ag球状颗粒可能存在接触界面上有效的滚动,起到"微轴承"的作用从而降低摩擦系数.然而,润滑油的润滑效果与所添加的NbSe_(2)/Ag纳米复合材料含量并非呈现正相关关系,而是随着添加含量的增加呈现先降低后增加的趋势,在质量分数为1.5%时,效果最佳. 展开更多
关键词 化学还原技术 NbSe_(2)/Ag纳米复合材料 摩擦学行为 弹性模量 微轴承
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原位合成M_(23)C_(6)-WC双相碳化物协同增强激光熔覆层摩擦磨损行为的研究 被引量：11
4
作者 李剑锋 朱真才 +2 位作者 彭玉兴 沈刚 李翔 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期843-857,共15页
选用W-Fe60-C合金粉末作为原材料,利用激光熔覆技术以最佳工艺参数(激光功率1.5 kW、扫描速度4 mm/s和送粉率10 g/min)在16Mn钢表面制备M_(23)C_(6)-WC(M:Cr,W,Fe)双相碳化物增强铁基熔覆层,并对其微观结构与物相进行表征,以及在商用铁... 选用W-Fe60-C合金粉末作为原材料,利用激光熔覆技术以最佳工艺参数(激光功率1.5 kW、扫描速度4 mm/s和送粉率10 g/min)在16Mn钢表面制备M_(23)C_(6)-WC(M:Cr,W,Fe)双相碳化物增强铁基熔覆层,并对其微观结构与物相进行表征,以及在商用铁基合金数据库的基础上,使用Thermo-Calc软件进行热力学计算来研究熔覆层的凝固过程.此外,还对比研究了纯Fe60合金熔覆层、WC增强铁基熔覆层和M_(23)C_(6)-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的显微硬度和摩擦磨损行为.结果显示:M_(23)C_(6)-WC双相碳化物增强铁基熔覆层主要以α-Fe枝晶为基体、W、WC和M_(23)C_(6)复合碳化物为增强相.M_(23)C_(6)碳化物以连续网状结构分布在α-Fe枝晶间,WC颗粒以残留W为形核核心生长成块状分布在熔覆层中.微观结构结合热力学计算结果表明:激光熔覆过程中M_(23)C_(6)-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的凝固过程为液态+W→液态+W+WC→液态+W+WC+γ-(Fe,Ni)枝晶→W+WC+γ-(Fe,Ni)枝晶+M_(23)C_(6)→W+WC+α-Fe枝晶+M_(23)C_(6).根据显微硬度和磨损率测试可知:M_(23)C_(6)-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的平均显微硬度为835.3 HV_(0.5),比纯Fe60合金涂层(604.6 HV_(0.5))和WC增强铁基熔覆层(658.9 HV_(0.5))分别增加了约230 HV_(0.5)和180 HV_(0.5).M_(23)C_(6)-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的磨损率为3.44×10^(−6)mm^(3)/(N·m),比纯Fe60合金熔覆层[8.51×10^(−5)mm^(3)/(N·m)]和WC增强铁基熔覆层[7.98×10^(−6)mm^(3)/(N·m)]分别减少了约24.7倍和2.3倍. 展开更多
关键词 激光熔覆技术 M_(23)C_(6)-WC双相碳化物 热力学 凝固过程
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采煤机作业区域人员精确检测方法研究 被引量：7
5
作者 魏东 王忠宾 +2 位作者 司垒 谭超 路绪良 《工矿自动化》 北大核心 2022年第2期19-28,共10页
当前智能化采煤机已具有三维定位、记忆截割和远程监控等功能,但缺少采煤机作业区域误入人员的检测和预警保护功能,人员精确检测是亟待解决的关键问题之一。受综采工作面低照度、工况环境复杂多变影响,基于激光、射频、超声波等传感器... 当前智能化采煤机已具有三维定位、记忆截割和远程监控等功能,但缺少采煤机作业区域误入人员的检测和预警保护功能,人员精确检测是亟待解决的关键问题之一。受综采工作面低照度、工况环境复杂多变影响,基于激光、射频、超声波等传感器的煤矿机电装备主动防撞预警技术应用受限,基于可见光传感器的防撞技术难以满足准确性和稳定性要求。搭建了基于红外热成像技术的采煤机作业区域人员精确检测系统架构,进而提出了人员精确检测方法:针对综采工作面红外图像噪声的高强度、不均匀特点,采用基于高斯掩码改进的多级导向滤波模型有效滤除红外图像噪声,并保留边缘信息;基于Lucas-Kanade光流法提取动态背景下的移动前景目标运动信息;采用基于图像局部信息权重的直觉模糊C均值聚类算法对采煤机作业区域红外图像信息进行分割,获取移动目标位置信息;基于形态学加权投票法对移动目标运动信息提取结果和红外图像信息分割结果进行融合,实现采煤机作业区域人员精确检测。在耿村矿21208综采工作面进行井下工业性试验,结果表明采煤机作业区域人员精确检测方法对现场人员的跟踪偏差平均值为0.1065像素,重叠比平均值为96.10%,平均单次处理时间为0.4908 s,满足现场应用需求。 展开更多
关键词 综采智能化 采煤机 人员精确检测 红外热成像 光流法 运动信息提取 图像分割 图像形态学
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基于集成式因子图优化的煤矿巷道移动机器人三维地图构建 被引量：11
6
作者 邹筱瑜 黄鑫淼 +3 位作者 王忠宾 房东圣 潘杰 司垒 《工矿自动化》 北大核心 2022年第12期57-67,92,共12页
煤矿井下移动机器人作业精度严重依赖于同步定位与建图(SLAM)技术的准确性。井下长直巷道存在特征缺失、光照条件差等问题,导致激光里程计和视觉里程计易失效,因而限制了传统SLAM方法在煤矿巷道的有效应用,且目前SLAM方法的研究主要聚... 煤矿井下移动机器人作业精度严重依赖于同步定位与建图(SLAM)技术的准确性。井下长直巷道存在特征缺失、光照条件差等问题,导致激光里程计和视觉里程计易失效,因而限制了传统SLAM方法在煤矿巷道的有效应用,且目前SLAM方法的研究主要聚焦于多传感融合建图方法,较少关注激光SLAM方法建图精度的提升。针对上述问题,面向移动机器人在煤矿巷道的建图需求,提出了一种基于集成式因子图优化的煤矿巷道移动机器人三维地图构建方法,采用前端构建和后端优化的策略,设计了前端点云配准模块和基于滤波、图优化的后端构建方法,使建图结果更准确、适应性更强。针对煤矿长直巷道环境退化导致三维激光点云配准精度低的问题,融合迭代最近点(ICP)和正态分布变换(NDT)算法,兼顾点云几何特征和概率分布特征,设计了集成式前端点云配准模块,实现了点云的精确配准。针对三维激光SLAM后端优化问题,研究了基于位姿图和因子图优化的后端构建方法,构建了集成ICP和NDT相对位姿因子的因子图优化模型,以准确估计移动机器人位姿。分别利用公开数据集KITTI和模拟巷道点云数据集对三维地图构建方法在不同工况下的性能进行了实验验证。公开数据集KITTI上的实验结果表明:在全局一致性上,该方法与传统基于特征点匹配的A−LOAM方法和基于平面分割及特征点提取的LeGO−LOAM方法具有相似的性能,在建图局部精度上优于其他2种方法。模拟巷道点云数据集上的实验结果表明:该方法具有显著优势,通过因子图优化,可得到一致性较高的三维地图,提升了煤矿巷道三维地图构建的精度及鲁棒性,解决了井下长直巷道特征点缺失、激光里程计失效的难题。 展开更多
关键词 煤矿移动机器人 巷道三维地图 同步定位与建图 激光雷达 集成式因子图优化 迭代最近点 点云配准 SLAM
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基于固定方差展开的提升机主轴装置可靠性优化设计 被引量：2
7
作者 任冯斌 曹爽 卢昊 《机械设计与制造》 北大核心 2021年第2期88-90,共3页
针对概率信息不完备条件下提升机主轴装置的可靠性优化设计问题,提出了一种基于固定方差展开的提升机主轴装置可靠性优化设计方法,首先,通过将提升机主轴装置强度失效的可靠性功能函数进行方差展开,获得了可靠性功能函数的前三阶矩;其次... 针对概率信息不完备条件下提升机主轴装置的可靠性优化设计问题,提出了一种基于固定方差展开的提升机主轴装置可靠性优化设计方法,首先,通过将提升机主轴装置强度失效的可靠性功能函数进行方差展开,获得了可靠性功能函数的前三阶矩;其次,采用基于矩的鞍点逼近方法,计算得到了主轴装置的失效概率;最后,结合优化设计方法,建立了以可靠度为约束的可靠性优化设计模型。数值算例表明,这里方法可有效开展提升机主轴装置的可靠性分析及优化设计。 展开更多
关键词 固定方差 可靠性 鞍点逼近 可靠性优化 提升机主轴装置
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