煤矿机电装备智能化 被引量：5

1

作者 马宏伟 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2020年第5期F0002-F0002,共1页

人类社会已经进入第四次工业革命,自动化、数字化、信息化精彩纷呈,智能化扑面而来。2015年5月,国务院颁布了《中国制造2025》,制定了三步走发展战略,描绘了中国从制造大国迈向制造强国的宏伟蓝图,创新引领,两化融通;五大工程,绿色智能... 人类社会已经进入第四次工业革命,自动化、数字化、信息化精彩纷呈,智能化扑面而来。2015年5月,国务院颁布了《中国制造2025》,制定了三步走发展战略,描绘了中国从制造大国迈向制造强国的宏伟蓝图,创新引领,两化融通;五大工程,绿色智能;十大领域,追赶并领;中国智造,强国美梦。被誉为“工业的粮食”和“黑色的金子”的煤炭,是中国最为重要的战略资源,是建设现代化强国的坚实基础,具有不可替代的地位。 展开更多

关键词 第四次工业革命 中国智造 制造强国 煤矿机电 现代化强国 五大工程 不可替代 三步走

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欠约束临时支护机器人几何静力耦合模型及运动控制研究

2

作者 刘鹏 朱延 +6 位作者 马宏伟 曹现刚 张旭辉 段学超 周昊晨 乔心州 夏晶 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第8期346-361,共16页

护盾式智能掘进机器人系统有效的解决了煤矿开采中“采掘失衡、采快掘慢”难题。临时支护机器人作为该系统的重要组成部分,尽管在提升作业效率上发挥了重要作用,但由于结构限制,仅能实现竖直方向的升降运动,难以有效应对复杂巷道的临时... 护盾式智能掘进机器人系统有效的解决了煤矿开采中“采掘失衡、采快掘慢”难题。临时支护机器人作为该系统的重要组成部分,尽管在提升作业效率上发挥了重要作用,但由于结构限制,仅能实现竖直方向的升降运动,难以有效应对复杂巷道的临时支护作业。为解决临时支护机器人运动受限难题,设计了一种欠约束临时支护机器人,并提出了一种基于RBF神经网络分块逼近的终端滑模控制方法,以实现欠约束临时支护机器人的高精度运动控制。首先,利用修正的G-K公式对该机器人的自由度进行了分析,针对欠约束临时支护机器人正运动学难以求解问题,建立了几何静力耦合模型,提出了一种改进的蜣螂优化算法,对正/逆几何静力问题进行求解,并对几何静力问题进行了仿真;其次,设计了一种基于RBF神经网络分块逼近的终端滑模控制器。针对末端支护平台参数矩阵的不确定,使用多组RBF神经网络对其逼近,根据自适应律在线调整权值,实现了动力学模型的重构,并设计鲁棒项消除模型重构误差和外部扰动。为缓解控制器存在的抖振问题,设计了模糊系统自适应逼近切换增益来代替鲁棒项,并利用Lyapunov准则证明了控制系统的稳定性。最后,以平面圆轨迹为例进行仿真。结果表明:改进的蜣螂优化算法对正/逆运动学单点验证精度均小于10-20,连续运动学求解结果良好。使用RBF神经网络分块逼近的终端滑模控制方法对预定轨迹的位置跟踪误差为0~0.011m,姿态跟踪误差为0~0.0031°,与RBF神经网络整体逼近和PD控制相比最大跟踪误差分别减少了99.0%、95.5%,均方根误差分别减少了98.3%、96.5%。证明了基于RBF神经网络分块逼近的终端滑模控制方法能进一步提高欠约束临时支护机器人的运动控制精度,在受到外界干扰的情况下具有更强的鲁棒性。 展开更多

关键词 欠约束并联机器人 临时支护 运动控制 优化算法 神经网络 模糊系统

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煤矿巷道智能掘进机器人系统关键技术研究 被引量：62

3

作者 马宏伟 王鹏 +8 位作者 张旭辉 曹现刚 毛清华 王川伟 薛旭升 刘鹏 夏晶 董明 田海波 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2020年第5期751-759,共9页

按照国家“加快煤矿智能化发展”的战略部署,贯彻“采掘并重,掘进先行”方针,针对煤矿巷道掘进存在地质条件复杂、工艺装备落后、作业人员偏多、操作环境恶劣、安全风险严竣、采快掘慢失衡等问题,深入总结分析国内外煤矿巷道智能掘进技... 按照国家“加快煤矿智能化发展”的战略部署,贯彻“采掘并重,掘进先行”方针,针对煤矿巷道掘进存在地质条件复杂、工艺装备落后、作业人员偏多、操作环境恶劣、安全风险严竣、采快掘慢失衡等问题,深入总结分析国内外煤矿巷道智能掘进技术的研究动态,指出存在的不足和亟待解决的问题。针对煤矿复杂地质条件下的巷道掘进难题,研发了一种全新的集截割、临时支护、钻锚和锚网运输等并行智能协同的煤矿巷道掘进机器人系统。通过研究进展分析、理论方法探索以及研发实践,提出构建煤矿巷道智能掘进机器人系统的3大关键技术问题及其研究内涵,创建解决关键技术问题的研究体系架构:煤矿巷道掘进机器人系统建模与围岩耦合机理;煤矿巷道掘进机器人系统智能协同控制技术,提出数字孪生驱动的虚拟现实远程智能控制方法;煤矿巷道快速掘进机器人系统精确定位定向和定形技术,提出机器人系统全局和局部精准定位定向及断面截割精准定形控制方法。破解复杂地质条件下的煤矿巷道智能掘进机器人系统关键技术难题,对于研发高质量、高可靠、高效率、高智能的煤矿巷道智能掘进机器人系统,从根本上改善掘进工作面环境,解放生产力,全面提高煤矿巷道掘进效率和质量。 展开更多

关键词 煤矿巷道 智能掘进机器人 精准定位定向 定形控制 智能协同控制

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强噪声下工程装备轴承信号的稀疏重构研究 被引量：4

4

作者 张泽宇 石泽 +2 位作者 惠记庄 任余 张旭辉 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2021年第9期1361-1369,共9页

工程装备轴承故障工况特征常被外在信息淹没,为了对故障数据有效提取,提出了粒子群寻优与稀疏重构相结合的降噪滤波方法,选取Laplace小波基进行参数寻优与字典预构,进而对轴承的振动信号进行稀疏重构。通过对实验数据施加2 dB的高斯白... 工程装备轴承故障工况特征常被外在信息淹没,为了对故障数据有效提取,提出了粒子群寻优与稀疏重构相结合的降噪滤波方法,选取Laplace小波基进行参数寻优与字典预构,进而对轴承的振动信号进行稀疏重构。通过对实验数据施加2 dB的高斯白噪声模拟工程环境下的轴承信号,将优化的稀疏重构算法与巴特沃斯滤波器、小波阈值去噪算法进行对比。结果显示:在峰值信噪比与波形相似性等参数上,所提方法的效果更优,所得的重构信号内外圈故障特征频率与理论特征频率相接近,在充分过滤噪声后,可保留原始特征信息,为后期的故障诊断提供良好的数据基础。 展开更多

关键词 Laplace小波 稀疏重构 粒子群算法 工程装备轴承

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煤矿智能掘进机器人数字孪生系统研究及应用 被引量：44

5

作者 张超 张旭辉 +10 位作者 毛清华 马宏伟 杜昱阳 陈晓晶 夏晶 谢兵 王川伟 薛旭升 曹现刚 田海波 刘鹏 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2020年第5期813-822,共10页

针对煤矿井下巷道掘进过程中环境复杂多变,存在掘进效率低下、智能化程度不高等问题,论文提出了一种基于数字孪生技术的煤矿井下智能掘进机器人监控技术。在数字孪生体技术通用参考框架的指导下搭建了智能掘进数字孪生系统参考框架,分... 针对煤矿井下巷道掘进过程中环境复杂多变,存在掘进效率低下、智能化程度不高等问题,论文提出了一种基于数字孪生技术的煤矿井下智能掘进机器人监控技术。在数字孪生体技术通用参考框架的指导下搭建了智能掘进数字孪生系统参考框架,分析了面向掘进的数字孪生系统成熟度模型,通过对智能掘进机器人系统及其组件进行数字孪生实例化设计,实现智能掘进机器人群掘-支-运平行作业协同控制。为了适应陕北地区的复杂地质条件,设计了盾体式临时支护+横轴式掘进机的智能掘进机器人并介绍了其各组成部分工作原理。设计了智能掘进机器人数字孪生系统控制架构,详细描述了其数据感知模型。并以小保当矿业有限公司智能掘进机器人系统为应用案例,展示了智能掘进机器人数字孪生系统的研究和应用情况。研究显示该系统可适应复杂地质条件下多机器人掘-支-运平行作业协同控制,结合虚拟现实有效整合多源数据,可实现多机器人掘进过程的智能感知与远程控制,有效提升巷道掘进的智能化水平,保障巷道掘进效率和成型质量。 展开更多

关键词 智能掘进机器人 掘-支-运协同控制 数字孪生 数据感知 远程控制

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基于同步提取广义S变换的机械故障诊断方法研究 被引量：1

6

作者 葛丽英 李志农 +2 位作者 胡志峰 毛清华 张旭辉 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期254-262,共9页

现有的同步提取变换(synchroextracting transform, SET)窗函数固定缺乏灵活性,在进行故障诊断时很难有效获取到高时频精度和高抗干扰性能的瞬时频率,针对此问题,结合广义S变换可以自适应调节窗函数宽度的优点,提出一种基于同步提取广义... 现有的同步提取变换(synchroextracting transform, SET)窗函数固定缺乏灵活性,在进行故障诊断时很难有效获取到高时频精度和高抗干扰性能的瞬时频率,针对此问题,结合广义S变换可以自适应调节窗函数宽度的优点,提出一种基于同步提取广义S变换(synchroextracting generalized Stransform, SEGST)的机械故障诊断方法。SEGST方法的特点在于将Rényi熵作为度量时频聚集性的标准,通过在高斯窗函数中引入2个尺度调节因子来选择参数的最佳值,对得到的广义S变换二维时频谱构造出同步提取算子来提取时频脊线处的时频系数,该算子能保留与信号的时变特征最相关的TF信息,剔除多余的模糊时频能量,从而得到高时频分辨率的时频能量特征。仿真结果表明,所提方法不论在时频分辨率方面,还是在噪声鲁棒性方面,都优于传统时频分析方法,并且保持了良好的重构性。最后,将所提方法应用于航空发动机高速滚动轴承故障诊断中,结果表明,该方法能够准确识别故障信号中的特征频率。 展开更多

关键词 同步提取变换 广义S变换 时频分析 机械故障诊断 航空发动机

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两级自适应调频模式分解-同步提取变换的故障诊断方法 被引量：1

7

作者 葛丽英 李志农 +2 位作者 胡志峰 毛清华 张旭辉 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2024年第2期88-94,155,共8页

同步提取变换(Synchroextracting Transform,SET)处理强干扰信号分量时缺乏自适应性而易发生频率模糊,导致难以精确提取快速波动的瞬时频率。针对此问题,结合自适应调频模式分解(Adaptive Chirp Mode Decomposition,ACMD)的自适应先验... 同步提取变换(Synchroextracting Transform,SET)处理强干扰信号分量时缺乏自适应性而易发生频率模糊,导致难以精确提取快速波动的瞬时频率。针对此问题,结合自适应调频模式分解(Adaptive Chirp Mode Decomposition,ACMD)的自适应先验信息和贪婪算法的优势,将ACMD引入到SET中,构造一种两级ACMD-SET故障诊断方法。在提出的方法中,将基于基尼指数(Gini Index,GI)最大化准则的分量选择重组算法和第一级ACMD结合,提取出强干扰下的多模态故障脉冲信号的模式。然后,利用SET对第二级ACMD分离出的时变频率故障特征进行高精度的时频表示。将此方法应用到仿真调频-调幅信号中,得到高分辨率的故障特征,方法的有效性得到验证。最后,将所提方法应用于航空发动机高速滚动轴承的振动信号分析中,结果表明,所提方法能有效地提取高速滚动轴承振动信号的时变故障特征频率,其结果明显优于SET方法。 展开更多

关键词 故障诊断 同步提取变换 自适应调频模态分解 滚动轴承

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基于数字孪生的煤矿掘进机器人纠偏控制研究 被引量：13

8

作者 薛旭升 任众孚 +3 位作者 毛清华 张旭辉 马宏伟 王悦 《工矿自动化》 北大核心 2022年第1期26-32,共7页

针对复杂巷道环境下掘进机器人自主纠偏控制难题,通过分析掘进机器人偏移原因,明确了掘进机器人纠偏控制功能需求,提出了一种基于数字孪生的煤矿掘进机器人纠偏控制系统,介绍了系统组成;以掘进机器人对中纠偏为例,分析了系统纠偏控制机... 针对复杂巷道环境下掘进机器人自主纠偏控制难题,通过分析掘进机器人偏移原因,明确了掘进机器人纠偏控制功能需求,提出了一种基于数字孪生的煤矿掘进机器人纠偏控制系统,介绍了系统组成;以掘进机器人对中纠偏为例,分析了系统纠偏控制机理,提出了基于双目视觉图像信息的掘进机器人纠偏控制方法,以双目视觉检测的巷道图像为基础数据,通过提取巷道图像特征及分析巷道坐标系与掘进机器人坐标系关系,解算出掘进机器人相对于巷道空间的位姿参数,根据解算结果对掘进机器人进行纠偏控制;构建了掘进机器人及巷道数字模型和定位定向参数数据库,通过虚实映射关系,实现了掘进机器人虚拟远程纠偏控制。实验结果表明,基于数字孪生的煤矿掘进机器人纠偏控制系统在不同工况下均可有效补偿掘进机器人偏航角和偏移距离,纠偏过程可实时显示在监测监控界面,且纠偏路径规划仿真结果与实际工况一致。 展开更多

关键词 智能掘进 掘进机器人 纠偏控制 虚实同步控制 数字孪生 虚拟现实 双目视觉

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煤矿履带巡检机器人多体动力学建模及越障仿真 被引量：19

9

作者 王川伟 马宏伟 +2 位作者 薛旭升 杨林 王岩 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2020年第5期790-796,共7页

针对煤矿井下底板路面变化多样,履带巡检机器人行走机构行驶动态特性复杂,底板路面对履带行走机构响应较大,表征和模拟履带-底板路面相互作用的行驶特性较困难。特别是台阶型路面,履带行走装置在越障时其机身上仰姿态过高、落地时履带... 针对煤矿井下底板路面变化多样,履带巡检机器人行走机构行驶动态特性复杂,底板路面对履带行走机构响应较大,表征和模拟履带-底板路面相互作用的行驶特性较困难。特别是台阶型路面,履带行走装置在越障时其机身上仰姿态过高、落地时履带受到的冲击较大。基于履带地面力学理论,通过一定数量的经验常数确定煤矿底板路面参数,采用柔性体多体动力学的有限段模型方法建立履带行走机构虚拟样机模型,完成巡检机器人在水平底板路面及台阶型路面环境下的多体动力学仿真实验,其履带与地面的接触力、履带内部的轴套力及履带变形情况与机器人行驶、越障过程相一致,表明建模方法正确;同时得到巡检机器人在不同底板路面状况下,其滑转及滑移率也会随之发生变化,在水平底板路面其履带滑转率较小,但在越障过程中,履带理论速度与实际速度相差较大,特别是履带刚接触到障碍瞬间、以及机器人刚越过台阶型障碍瞬间可达0.78,研究结果可为履带巡检机器人在煤矿井下的智能控制提供理论依据。 展开更多

关键词 履带巡检机器人 多体动力学 滑转率 行驶力学 建模仿真

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非线性调频模态分解-同步提取变换方法及其在滚动轴承故障诊断中的应用 被引量：8

10

作者 李志农 胡志峰 +2 位作者 毛清华 张旭辉 陶俊勇 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1324-1330,共7页

传统同步提取变换(SET)方法在处理多分量非平稳复杂信号时,各相邻分量的瞬时频率差要大于窗函数频率支撑范围的2倍,否则时频结果易发生频率混叠,而工程信号常常难以满足。此外,在处理高噪的复杂信号时,其时频分辨率往往不理想。针对此不... 传统同步提取变换(SET)方法在处理多分量非平稳复杂信号时,各相邻分量的瞬时频率差要大于窗函数频率支撑范围的2倍,否则时频结果易发生频率混叠,而工程信号常常难以满足。此外,在处理高噪的复杂信号时,其时频分辨率往往不理想。针对此不足,将非线性调频模态分解(VNCMD)引入SET中,提出一种VNCMD-SET的故障诊断方法。利用VNCMD通过结合解调手段以及变分模态分解的联合优化方案来有效处理频率临近甚至交叉的非平稳信号,对故障信号进行分解重构,对该重构信号进行SET处理。将所提方法与传统SET方法进行对比研究,并进行实验验证。仿真和实验结果表明:VNCMD-SET方法明显优于传统SET方法,克服了传统SET方法的不足;VNCMD-SET方法能有效提取出故障信号的频率特征,且不发生混叠,同时具有一定的抗噪性能。 展开更多

关键词 滚动轴承 非线性调频模态分解 同步提取变换 故障诊断

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基于双目视觉的掘进机器人定位定向方法研究 被引量：16

11

作者 薛旭升 张旭辉 +2 位作者 毛清华 郑健康 王曼 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2020年第5期781-789,共9页

随着煤矿采掘装备智能化需求日益迫切,煤矿掘进装备机器人化关键技术成为重要研究内容,确保掘进机器人的高精度定位定向是实现掘进机器人高效自主运行的重要基础,然而,受到掘进作业空间地质条件复杂、作业环境恶劣等因素影响,使得掘进... 随着煤矿采掘装备智能化需求日益迫切,煤矿掘进装备机器人化关键技术成为重要研究内容,确保掘进机器人的高精度定位定向是实现掘进机器人高效自主运行的重要基础,然而,受到掘进作业空间地质条件复杂、作业环境恶劣等因素影响,使得掘进机器人精确定位定向较为困难。基于双目视觉感知技术的掘进机器人定位定向方法,通过双目视觉传感器获取巷道空间环境特征,基于最大类间方差法建立巷道空间环境图像特征分割处理模型;分析巷道空间图像特征,构建掘进机器人及巷道空间环境特征识别模型;基于巷道空间环境图像识别信息,建立掘进机器人与巷道空间之间的坐标关系模型,推导并解算出掘进机器人在巷道空间中的位姿信息。经过仿真及实验验证表明,在实验室模拟巷道空间环境中,解算出的掘进机器人定位定向参数精度较好,算法误差较小,空间定位定向模型合理,仿真计算可靠,提高了掘进机器人对巷道空间环境信息的获取与特征识别能力,为掘进机器人的定位定向技术提供理论基础。 展开更多

关键词 掘进机器人 双目视觉 特征提取 定位 定向

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基于ELM神经网络的采煤机截割载荷软测量建模方法 被引量：14

12

作者 毛清华 赵健博 +2 位作者 李亚周 马宏伟 薛旭升 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2020年第5期769-774,共6页

采煤机是煤矿综采工作面的关键设备,由于煤层结构复杂,导致截割载荷复杂多变,并且截割载荷难以直接测量。因此,针对采煤机截割载荷难以直接检测难题,研究了采煤机交流异步电机的机械特性,提出了基于软测量建模技术的截割载荷预测方法。... 采煤机是煤矿综采工作面的关键设备,由于煤层结构复杂,导致截割载荷复杂多变,并且截割载荷难以直接测量。因此,针对采煤机截割载荷难以直接检测难题,研究了采煤机交流异步电机的机械特性,提出了基于软测量建模技术的截割载荷预测方法。首先,通过分析采煤机交流异步电机的机械特性,得出截割载荷与截割电机的转速、电流符合非线性关系,运用软测量建模方法可以预测截割载荷。然后,以截割电机的转速和电流作为输入变量,运用ELM神经网络的软测量建模方法建立采煤机截割载荷软测量模型。最后,运用ELM,BP,RBF3种神经网络软测量建模方法对采煤机电机载荷进行预测,以均方误差和相关系数作为预测评价指标,结果表明:ELM神经网络软测量建模方法在预测精度和预测速度方面都优于BP神经网络和RBF神经网络软测量建模方法。运用ELM神经网络软测量建模方法能够准确、快速预测采煤机截割载荷,为采煤机恒功率截割和牵引智能调速提供了理论基础。 展开更多

关键词 采煤机 截割载荷 软测量建模 ELM

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柔索驱动拣矸机器人分拣轨迹跟踪控制研究 被引量：3

13

作者 刘鹏 龚莉 +4 位作者 马宏伟 曹现刚 张旭辉 乔心州 夏晶 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期280-290,共11页

柔索驱动并联机器人具有运动速度快、工作空间大以及动态承载能力强等优点而被用于煤矸石的快速精准分拣。然而,由于柔索的柔性和单向受力特性,在运动过程中柔索必须时刻保持张紧,使得柔索驱动拣矸机器人的精准分拣控制面临着巨大挑战... 柔索驱动并联机器人具有运动速度快、工作空间大以及动态承载能力强等优点而被用于煤矸石的快速精准分拣。然而,由于柔索的柔性和单向受力特性,在运动过程中柔索必须时刻保持张紧,使得柔索驱动拣矸机器人的精准分拣控制面临着巨大挑战。同时,拣矸置矸过程所导致的动态冲击和动力学参数的不确定、以及外界干扰等因素势必会影响拣矸机器人末端抓斗的运动精度,甚至导致目标矸石的抓取工作失败。因此,提出了一种能够保障拣矸机器人末端抓斗运动精度的鲁棒自适应模糊控制策略,以克服拣矸置矸过程所产生的动力学参数扰动和外界干扰等因素的影响。基于Lyapunov稳定性理论,证明了所提控制策略的稳定性。并通过空间螺旋轨迹和实用的分拣轨迹对所提出控制策略的控制效果进行了仿真分析。结果表明:末端抓斗对预定运动轨迹的跟踪效果良好,最大位置跟踪误差和均方根误差分别为2×10^(-2) m和8.9867×10^(-4) m;柔索驱动力光滑连续且满足柔索驱动力约束条件。证明了文中鲁棒自适应模糊控制策略对柔索驱动拣矸机器人轨迹跟踪控制有效且可靠。研究能够为柔索驱动拣矸机器人的进一步应用奠定良好的理论基础。 展开更多

关键词 柔索驱动并联机器人 煤矸分拣 跟踪控制 稳定性

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4-1型柔索驱动并联机器人稳定性度量及其灵敏度分析 被引量：3

14

作者 刘鹏 曹现刚 +1 位作者 张旭辉 乔心州 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第14期180-188,共9页

4-1型柔索驱动并联机器人性能优越具有较好的应用潜力,但评价并保证机器人末端执行器的稳定性任务艰巨。为此,对4-1型柔索驱动并联机器人的稳定性度量方法进行研究,提出一种融合机器人末端执行器位置和约束力影响因子的稳定性度量方法... 4-1型柔索驱动并联机器人性能优越具有较好的应用潜力,但评价并保证机器人末端执行器的稳定性任务艰巨。为此,对4-1型柔索驱动并联机器人的稳定性度量方法进行研究,提出一种融合机器人末端执行器位置和约束力影响因子的稳定性度量方法及其指标;建立4-1型柔索驱动并联机器人稳定性灵敏度分析模型,探索并分析末端执行器位置和柔索驱动力等因素对机器人稳定性的影响程度,提出采用关联度研究和分析末端执行器位置及柔索驱动力等参数对机器人稳定性的影响程度。以4索驱动拣矸机器人为例,对所建立的稳定性度量模型及其敏感度分析模型进行仿真研究,得出了能够保证拣矸机器人末端抓斗满足预定稳定性要求的位置点集。稳定性敏感度研究结果表明:拣矸机器人稳定性对驱动力影响因素的敏感度较大,关联度为0.9387~0.9647;其次为位置影响因素,关联度为0.5439~0.7743。 展开更多

关键词 柔索驱动并联机器人 点质量 稳定性 灵敏度

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煤矿机械在役轴类零件超声检测现状及展望 被引量：4

15

作者 董明 许如意 +2 位作者 陈渊 张广明 万翔 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2020年第5期775-780,共6页

随着工业4.0和中国制造2025的全面推进,为应对装备制造业发展的新形势,确保质量为先,未来对煤矿机械智能检测与评价技术的需求将会越来越多。全国煤矿兴起智能化建设的高潮,煤矿装备将向着高转速、高功率方向发展,关键零部件的无损检测... 随着工业4.0和中国制造2025的全面推进,为应对装备制造业发展的新形势,确保质量为先,未来对煤矿机械智能检测与评价技术的需求将会越来越多。全国煤矿兴起智能化建设的高潮,煤矿装备将向着高转速、高功率方向发展,关键零部件的无损检测技术将面临新的挑战。总结了煤矿机械轴类零件无损检测现状,指出了在役轴非拆卸检测存在的问题,主要是因为缺陷回波、结构回波和转换回波在时域上混叠造成缺陷漏检,因为界面压力改变超声波的传播行为造成缺陷定量误差。分析了超声无损检测技术的发展现状和趋势,超声检测将向着无损定量评价、大数据分析、在役检测和计算超声学的方向发展,指出了煤矿机械在役轴类零件超声非折卸检测面临的关键难题,要对在役条件下超声回波产生机理、超声信号反卷积处理和基于大数据的缺陷智能评价这3方面进行深入研究,为缺陷信号提取和缺陷准确定量分析提供理论支持,实现在役轴类零件缺陷检测和剩余寿命预测,以确保煤矿机械安全运行。 展开更多

关键词 智能检测 中国制造2025 超声无损检测 煤矿机械 超声非拆卸检测

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轴-径向混合磁轴承动态特性及控制研究 被引量：2

16

作者 肖玲 赵晨曦 +2 位作者 窦经纬 程文杰 郑善栋 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第3期640-647,656,共9页

为了减小三自由度轴-径向混合磁轴承(ARHMB)的涡流损耗并增加轴向磁力,提出轴向采用软磁复合材料(SMCs)制备的推力轴承,在推力盘与转子的气隙处引入Halbach阵列以增强轴向气隙磁密,径向采用叠片结构.首先,基于动态磁通分布及等效磁路法... 为了减小三自由度轴-径向混合磁轴承(ARHMB)的涡流损耗并增加轴向磁力,提出轴向采用软磁复合材料(SMCs)制备的推力轴承,在推力盘与转子的气隙处引入Halbach阵列以增强轴向气隙磁密,径向采用叠片结构.首先,基于动态磁通分布及等效磁路法,建立综合考虑涡流、漏磁及交叉耦合效应的等效磁阻模型;其次,对比分析了材料类型及交叉耦合效应对等效磁阻频率响应、动态刚度的影响;最后,采用计及涡流、漏磁及交叉耦合效应不完全微分PID控制对ARHMB进行研究.研究结果表明:SMCs制备的ARHMB相比碳钢材料可以提供更大、更稳定的磁力以及更大的工作带宽,在高频条件下具有更好的动态特性;考虑交叉耦合效应时,SMCs制备的ARHMB动态特性在高频时变化率较大,不可忽略;对于低带宽工作的碳钢轴承,交叉耦合效应不明显;电磁轴承系统响应速度很快、超调量小、稳态误差近似为0,具有良好的控制特性. 展开更多

关键词 磁轴承 磁路 漏磁 交叉耦合效应 动态特性 不完全微分PID控制

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基于CARS与PCA的高光谱煤岩特征信息检测方法 被引量：9

17

作者 张旭辉 张楷鑫 +1 位作者 张超 杜昱阳 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2020年第5期760-768,共9页

针对采煤机智能化截割时存在煤岩识别精度低、稳定性差等问题,提出一种基于高光谱成像技术的煤岩检测方案。使用8种不同类型的煤岩样本(训练集800块、预测集200块)进行分析,利用竞争性自适应重加权算法将光谱全波段降维至11个特征波长... 针对采煤机智能化截割时存在煤岩识别精度低、稳定性差等问题,提出一种基于高光谱成像技术的煤岩检测方案。使用8种不同类型的煤岩样本(训练集800块、预测集200块)进行分析,利用竞争性自适应重加权算法将光谱全波段降维至11个特征波长形成光谱特征向量;通过灰度共生矩阵来描述煤岩的纹理特征,选取对比度、能量、同质性3个特征参数值作为纹理特征向量;通过主成分分析融合剔除光谱与纹理特征中解释能力较差的特征信息,利用预测集样本分别对光谱全波段、CARS提取特征波长、图像纹理、CARS提取特征波长融合纹理特征、光谱全波段融合纹理特征和PCA融合特征波长与特征纹理特征的特征向量建立偏最小二乘回归模型,通过对比6种特征向量的建模预测性能,选出煤岩最优特征向量。PCA算法融合后特征向量预测性能的R2,RMSE,平均绝对误差MAE和准确率分别为0.912,0.201,0.151和94%.该方法可改善煤岩特征信息检测的稳定性与可靠性,为煤岩识别提供有效的特征信息,对实现采煤机智能化开采具有重要意义。 展开更多

关键词 煤岩特征信息 高光谱 纹理 竞争性自适应重加权 主成分分析

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转子在线主动平衡技术发展现状与研究展望 被引量：1

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作者 樊红卫 薛策译 邵偲洁 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2022年第2期1-9,共9页

转子动平衡伴随旋转机械的诞生而出现,是一种旋转机械常用的振动控制手段。纵观其技术发展,转子动平衡经历了机上平衡、现场停机平衡和在线不停机平衡等主要阶段,目前处于三者共存状态。以机床电主轴应用为例,转子在线主动平衡通过传感... 转子动平衡伴随旋转机械的诞生而出现,是一种旋转机械常用的振动控制手段。纵观其技术发展,转子动平衡经历了机上平衡、现场停机平衡和在线不停机平衡等主要阶段,目前处于三者共存状态。以机床电主轴应用为例,转子在线主动平衡通过传感检测、驱动控制和平衡机构组成闭环系统,实现对运行中转子智能平衡。通过总结现有文献,认为转子在线主动平衡核心技术包括平衡装置、失衡检测和平衡控制三个方面,机械、液压和基于电磁原理的平衡装置是目前主流平衡执行机构,基于信号的特征提取和基于数据的智能识别是目前失衡检测两条主要思路,基于影响系数在线估计的频域和时域平衡是目前关注最多的平衡方法,其中电磁平衡装置和时域平衡方法仍需进一步深入研究。总体而言,转子在线主动平衡技术在精密机床、过程机械和军工装备等领域已取得诸多研究成果,但鉴于其技术复杂性在实际应用中仍存在诸多难题亟待解决。展望转子在线主动平衡技术未来发展方向和研究课题,可为从事转子动平衡技术研究的国内外同行提供有益参考。 展开更多

关键词 振动与波 转子 电主轴 动平衡 平衡装置 平衡方法

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基于小波包分解和PSO-BPNN的滚动轴承故障诊断 被引量：22

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作者 鞠晨 张超 +3 位作者 樊红卫 张旭辉 杨一晴 严杨 《工矿自动化》 北大核心 2020年第8期70-74,共5页

针对现有煤矿旋转机械滚动轴承故障诊断方法存在信号有效特征提取不完全、故障诊断精度不高及效率低等问题,提出了一种基于小波包分解和粒子群优化BP神经网络的滚动轴承故障诊断方法。该方法包括信号特征提取和故障类型识别两部分:在信... 针对现有煤矿旋转机械滚动轴承故障诊断方法存在信号有效特征提取不完全、故障诊断精度不高及效率低等问题,提出了一种基于小波包分解和粒子群优化BP神经网络的滚动轴承故障诊断方法。该方法包括信号特征提取和故障类型识别两部分:在信号特征提取部分,对采集的滚动轴承振动信号进行小波包分解,得到各子频带能量及信号总能量,经归一化处理后获得表征滚动轴承状态的特征向量;在故障类型识别部分,通过粒子群优化算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,以加速网络收敛速度,避免陷入局部极小值。实验结果表明,该方法提高了滚动轴承故障诊断效率和准确率。 展开更多

关键词 煤矿旋转机械 滚动轴承 故障诊断 小波包分解 粒子群优化 BP神经网络

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方管中超声导波的传播特性及缺陷检测 被引量：2

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作者 刘美茹 万翔 +5 位作者 张旭辉 陈渊 董明 樊红卫 毛清华 马宏伟 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2022年第1期143-151,共9页

针对基于点对点检测方式的传统体波方法在检测长距离方管时效率低下的问题,利用超声导波高效检测的优势,提出基于超声导波的方管检测方法。首先利用半解析有限元法求解出方管的相速度和群速度频散曲线,选择群速度频散曲线上群速度最大... 针对基于点对点检测方式的传统体波方法在检测长距离方管时效率低下的问题,利用超声导波高效检测的优势,提出基于超声导波的方管检测方法。首先利用半解析有限元法求解出方管的相速度和群速度频散曲线,选择群速度频散曲线上群速度最大、相对平坦,频率范围在54~74 kHz的L(0,6)作为激励模态。其次分别采用有限元仿真和实验的方法,在方管中激励出中心频率为64 kHz的超声导波,研究导波在正常、面上存在圆孔缺陷和边缘存在槽缺陷的方管中的散射特性。在实验过程中,通过对压电晶片进行阻抗匹配来提高信噪比。仿真和实验结果表明,能够在方管中有效激励出L(0,6)模态超声导波,而且利用L(0,6)模态的缺陷反射回波,能够快速地检测出方管中的圆孔和槽缺陷,并定位缺陷的轴向位置。同时,阻抗匹配后信号的幅值是未阻抗匹配的2~3倍。纵向L(0,6)模态超声导波能够对方管中缺陷进行高效检测,为方管的检测提供了一种新的方法。 展开更多

关键词 超声导波 方管 半解析有限元法 有限元仿真 阻抗匹配

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