ZG20SiMn铸钢摇臂壳体铸造过程数值仿真及工艺优化

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作者 赵国超 张一鸣 +2 位作者 王慧 赵丽娟 周国强 《材料科学与工艺》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期78-86,共9页

摇臂壳体是采煤机的重要组成部件,具有多级壁厚、变截面等异形特征。为提高采煤机摇臂壳体铸造质量,解决因铸造工艺不成熟导致的缩松、缩孔等缺陷问题。以MG325型采煤机摇臂壳体为研究对象,设计顶注式和底注式两种铸造工艺方案,采用ProC... 摇臂壳体是采煤机的重要组成部件,具有多级壁厚、变截面等异形特征。为提高采煤机摇臂壳体铸造质量,解决因铸造工艺不成熟导致的缩松、缩孔等缺陷问题。以MG325型采煤机摇臂壳体为研究对象,设计顶注式和底注式两种铸造工艺方案,采用ProCAST软件探究不同浇注工艺方案下摇臂壳体铸件充型及凝固过程,分析铸件温度场、凝固场及缩松、缩孔铸造缺陷位置。基于Niyama判据和应力场分布对底注式铸造工艺方案进行优化。结果表明:优化后摇臂壳体铸件在凝固冷却过程中保持温度梯度递增,促进铸件实现顺序凝固,铸件缺陷率明显降低且充型效果更佳,缩孔体积仅占摇臂壳体体积的0.0049%,电机孔薄壁端面应力优化量为38.47%,输出端孔处应力优化量达到91.08%。本文研究成果为采煤机摇臂壳体的铸造工艺提供了理论基础和数据支撑。 展开更多

关键词 采煤机 摇臂壳体 铸造缺陷 工艺优化 残余应力

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含夹矸煤层条件下采煤机螺旋滚筒优化设计 被引量：5

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作者 李明昊 郝哲 +2 位作者 范佳艺 赵丽娟 乔捷 《山东科技大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第1期119-126,共8页

采煤机截割夹矸煤层时,螺旋滚筒易失效。为提高螺旋滚筒的可靠性,基于刚柔耦合技术、灵敏度设计理论和相关失效性理论进行优化设计;基于破煤机理,对螺旋滚筒的瞬时负载进行数值模拟,建立采煤机刚柔耦合虚拟样机联合仿真模型,通过刚柔耦... 采煤机截割夹矸煤层时,螺旋滚筒易失效。为提高螺旋滚筒的可靠性,基于刚柔耦合技术、灵敏度设计理论和相关失效性理论进行优化设计;基于破煤机理,对螺旋滚筒的瞬时负载进行数值模拟,建立采煤机刚柔耦合虚拟样机联合仿真模型,通过刚柔耦合虚拟样机仿真获得螺旋滚筒的薄弱区域、应力和振动性能指标;结合可靠性灵敏度理论,分析了关键零件的应力可靠度、振幅可靠度及其动态与渐变灵敏度结果;基于相关失效性理论,得到了螺旋滚筒相关多失效模式可靠度及螺旋滚筒设计变量的可靠性灵敏度,建立改进遗传算法对螺旋滚筒进行可靠性优化设计。结果表明,滚筒综合可靠度由0.888 5提高到0.977 5。优化后的螺旋滚筒设计变量灵敏度绝对值均降低,综合可靠性得到提升。将刚柔耦合技术、可靠性灵敏度设计理论和相关失效性理论相结合,提出一种适用于含夹矸煤层的采煤机螺旋滚筒优化设计方法,为设计高效螺旋滚筒提供了一种有效途径。 展开更多

关键词 含夹矸煤层 采煤机 螺旋滚筒 优化设计 遗传算法

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采煤机螺旋滚筒辅助设计软件开发及综合性能分析 被引量：3

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作者 张美晨 赵丽娟 +2 位作者 张凯 王斌 杨子越 《煤矿机械》 2024年第1期174-178,共5页

为解决采煤机螺旋滚筒截割性能与装煤性能欠佳等实际问题,基于MATLAB GUI与Excel软件开发采煤机螺旋滚筒辅助设计及性能分析系统。该系统利用MATLAB GUI平台实现滚筒辅助设计及性能分析,输入的参数以及计算后的数据可实现GUI与Excel双... 为解决采煤机螺旋滚筒截割性能与装煤性能欠佳等实际问题,基于MATLAB GUI与Excel软件开发采煤机螺旋滚筒辅助设计及性能分析系统。该系统利用MATLAB GUI平台实现滚筒辅助设计及性能分析,输入的参数以及计算后的数据可实现GUI与Excel双向保存,为设计数据的二次利用与开发提供了便利的条件。以大采高采煤机为例,分析采煤机的综合性能,通过最优设计参数生成大采高采煤机螺旋滚筒最佳模型,螺旋滚筒在整个试验过程中安全可靠,为采煤机的高效设计提供了有效途径。 展开更多

关键词 螺旋滚筒 辅助设计 综合性能 设计变量

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基于改进遗传算法的采煤机牵引部行走轮优化设计

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作者 李明昊 郝哲 +2 位作者 赵丽娟 牛昊 韩哲一 《煤炭技术》 CAS 2024年第4期234-237,共4页

行走轮是采煤机牵引部的重要零件,其可靠性对采煤机的工作效率和可靠性有着直接的影响。基于采煤机虚拟样机模型的仿真数据,利用机械优化设计理论建立煤机牵引部行走轮动态可靠性,选取行走轮齿根圆角和花键轴段倒圆角为设计变量,行走轮... 行走轮是采煤机牵引部的重要零件,其可靠性对采煤机的工作效率和可靠性有着直接的影响。基于采煤机虚拟样机模型的仿真数据,利用机械优化设计理论建立煤机牵引部行走轮动态可靠性,选取行走轮齿根圆角和花键轴段倒圆角为设计变量,行走轮等效应力为目标函数,构建行走轮的优化设计函数。利用改进遗传算法求得行走轮结构尺寸的最优解。仿真结果表明:行走轮优化后的最大应力395.09 MPa,降低20.008%,有效地提高了行走轮的综合性能。 展开更多

关键词 采煤机 虚拟样机 行走轮 遗传算法 优化设计

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复杂煤层条件下采煤机自适应截割控制策略 被引量：33

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作者 赵丽娟 王雅东 +2 位作者 张美晨 金鑫 刘宏梅 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期541-563,共23页

采煤机是综采工作面的核心装备,复杂煤层条件下,其工况恶劣、环境复杂,采掘装备智能化程度不高,导致我国煤矿开采灾害多、煤机适应性不强、故障率高、效率低,提高煤机装备的可靠性与适应性是煤矿智能化发展的主要任务之一。采煤机工作... 采煤机是综采工作面的核心装备,复杂煤层条件下,其工况恶劣、环境复杂,采掘装备智能化程度不高,导致我国煤矿开采灾害多、煤机适应性不强、故障率高、效率低,提高煤机装备的可靠性与适应性是煤矿智能化发展的主要任务之一。采煤机工作机构与复杂煤层耦合作用机理及煤岩截割状态与动力传递系统的导控机制,是实现采煤机智能高效截割的关键。基于虚拟样机技术、模糊控制技术,结合数据自适应加权融合算法、深度强化学习算法,采用多领域建模与协同仿真及试验分析相结合的方法,构建机-电-液-控一体化的采煤机自适应截割系统模型,研究其自适应截割控制策略。利用AMEsim建立调高液压系统模型,并与EDEM-RecurDyn煤岩截割双向耦合模型集成;根据煤层实际赋存条件划分煤岩坚固性系数等级范围,以采煤机综合性能最优为目标,利用改进的MOGWO(Multi-Objective Grey Wolf Optimizer)算法对采煤机的牵引速度和滚筒转速进行分级优化。以采煤机截割部的时域振动信号作为煤岩截割状态识别的特征参数,运用数据自适应加权融合算法对其进行融合处理;以特征参数融合值为依据利用模糊控制实现煤岩截割状态的智能识别;利用Simulink搭建基于深度确定性策略梯度算法DDPG(Deep Deterministic Policy Gradient)的采煤机牵引速度-滚筒转速(v_(q)-n)协同调速和自适应调高控制系统模型,利用接口技术实现EDEM-RecurDyn-AMEsim-Simulink耦合,构建机-电-液-控一体化的采煤机自适应截割控制系统模型并进行仿真。研究结果表明:系统以煤岩截割仿真数据流为主线,能够实现对煤岩截割动态过程的感知分析、信号特征处理和自适应调节的决策控制。利用物理试验验证了基于EDEM-RecurDyn耦合仿真的可行性与结果可靠性;在保证煤机综合性能最优且动态可靠的前提下,当螺旋滚筒位于上位,且识别到煤岩体坚固性系数f>7时,首先按滚筒截顶工况界定,采用v_(q)-n协同调速及自适应调高控制策略,并可根据调高过程中采样时间(2 s)内滚筒截割阻力方向振动加速度波动的变化趋势,进一步判断其是处于截顶亦或截割坚硬煤岩层或硬结核(f>7且非顶底板),若识别结果为后者或煤岩体f≤7时,仅采用v_(q)-n协同调速策略;当识别到煤岩体坚固性系数f值减小的工况时,选用v_(q)-n同时调控策略可全面考虑采煤机各性能指标;当识别到煤岩体坚固性系数f值增大的工况时,为保证采煤机的动态可靠性,选用牵引速度优先于滚筒转速的顺序调控策略,其相比于同时调控策略能够使滚筒受载降低23.7%、载荷波动减小28.1%;仿真过程验证了系统能够按照预期的调控策略对采煤机牵引速度、滚筒转速及滚筒高度进行精准调控,最长仅经0.64 s即能感知到截割工况的变化,具有调节的实时性和响应的快速性,实现了复杂煤层条件下的采煤机自适应截割,并通过物理试验验证了所搭建的采煤机自适应截割控制系统及仿真结果的正确性,可有效提高采煤机对复杂煤层的适应性。 展开更多

关键词 自适应截割控制 多领域建模与协同仿真 双向耦合 自适应加权融合 模糊控制 DDPG 机-电-液-控一体化

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基于人工鱼群算法的螺旋钻采煤机二次破碎率最低的参数优化设计 被引量：15

6

作者 李晓豁 郭继文 +1 位作者 邓云 朴京爱 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期346-350,共5页

为了减小螺旋钻采煤机二次破碎率,选择螺旋输送机构的内径、螺旋叶片导程、螺旋叶片升角以及螺旋叶片厚度为设计参数,以螺旋输送机构二次破碎率最低为优化目标,采用人工鱼群算法(AFSA)对螺旋输送机构进行参数优化。优化结果表明,在输送... 为了减小螺旋钻采煤机二次破碎率,选择螺旋输送机构的内径、螺旋叶片导程、螺旋叶片升角以及螺旋叶片厚度为设计参数,以螺旋输送机构二次破碎率最低为优化目标,采用人工鱼群算法(AFSA)对螺旋输送机构进行参数优化。优化结果表明,在输送机构外径不变、且保证结构强度与刚度要求和不堵塞等条件下,螺旋钻采煤机的二次破碎率减少了11.56%,煤流循环系数降低了3.65%。 展开更多

关键词 AFSA 螺旋钻采煤机 二次破碎 螺旋输送机构

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激光辐照热裂破岩规律及力学性能 被引量：9

7

作者 郭辰光 孙瑜 +3 位作者 岳海涛 李强 何顺之 张寅 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期1734-1742,共9页

分析了激光辐照热裂破岩工艺参数对岩石力学性能的影响规律,以提高激光辐照热裂破岩效率。开展了激光辐照热裂破岩正交实验研究,分析了激光功率、辐照时间及辐照距离对激光辐照热裂破岩温度变化及岩石形貌损伤的影响规律,基于X-ray diff... 分析了激光辐照热裂破岩工艺参数对岩石力学性能的影响规律,以提高激光辐照热裂破岩效率。开展了激光辐照热裂破岩正交实验研究,分析了激光功率、辐照时间及辐照距离对激光辐照热裂破岩温度变化及岩石形貌损伤的影响规律,基于X-ray diffraction(XRD)物相图谱分析了激光辐照热裂破岩后岩石不同区域物相成分及含量,探讨了激光功率、辐照时间及辐照距离对激光辐照区物相含量变化的影响趋势,研究了激光功率、辐照时间及辐照距离对岩石强度的弱化程度。研究表明:随着激光功率和辐照时间增加及辐照距离减小,岩石反应区温度变大,热裂纹生成数量增多且裂纹深度变大,岩石热破碎反应增强;激光高温辐照后岩样所含高脆性、低强度、低导热率和低热膨胀系数的石英和钙长石含量占比增加,且随着激光功率和辐照时间增加及辐照距离减小,岩样烧灼孔内所含石英和钙长石成分增多;激光辐照后岩样烧灼孔内冷凝沉积物主要成分为石英和钠长石,且冷凝沉积物中部分晶体在激光辐照作用下转变为非晶体结构;激光辐照时间对岩石强度弱化程度影响最大,激光辐照距离次之,而激光功率对岩石强度弱化程度影响最小;随着激光功率和辐照时间增加及辐照距离减小,岩石抗压强度由83.89 MPa显著降低至36.13 MPa,岩石轴向挤压形变量变大,挤压破碎效果增强,岩石强度弱化程度变大。结果表明,激光辐照岩石可以有效降低岩石强度,提高激光辐照热裂破岩效率。 展开更多

关键词 热裂破岩 力学性能分析 激光辐照 温度分布 岩石强度弱化

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液压支架导向套再制造修复温度场及应力场分析 被引量：2

8

作者 郭辰光 王磊 +1 位作者 岳海涛 赵丽娟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S02期1105-1113,共9页

导向套是保证液压缸活塞杆和缸筒同轴度,同时为缸口油封提供支座的关键零件,为节约修复成本,延长液压支架导向套再服役寿命,利用激光增材再制造技术对导向套的再制造修复工艺进行了探索。基于数值模拟方法,建立了导向套激光增材再制造... 导向套是保证液压缸活塞杆和缸筒同轴度,同时为缸口油封提供支座的关键零件,为节约修复成本,延长液压支架导向套再服役寿命,利用激光增材再制造技术对导向套的再制造修复工艺进行了探索。基于数值模拟方法,建立了导向套激光增材再制造修复瞬态热分析数值模型,研究了不同激光能量密度下导向套熔覆层上各节点处温度场及应力场的演化规律,探讨了激光能量密度对温度场、应力场及残余应力分布的影响,通过工艺性试验优选了加工参数,采用Cu-8Sn-3Zn粉末对磨损失效导向套的外圆周面进行再制造修复,并测定了熔覆层上不同节点处残余应力分布情况。结果表明,不同激光能量密度下,熔覆层各节点温度与应力演化都经过多次往复循环,沉积过程结束后,逐渐趋于稳定;随着激光能量密度的增大,熔覆层温度逐渐升高,等效应力也随之增大,当激光能量密度为31.8 J/mm^(2),残余应力峰值出现在熔覆层终止端,为278.54 MPa;对优选激光能量密度31.8 J/mm^(2),即激光功率P=1000 W,扫描速度v_(s)=10 mm/s进行实验验证,发现熔覆层外观形貌良好,无明显裂纹等缺陷;熔覆层显微组织均匀致密,无孔隙、未熔粉末的夹杂。冷却后熔覆层终止端残余应力峰值为212.89 MPa,但由于残余应力受激光冲击、光粉作用机制等多因素交互影响,导致实验测试值与数值模拟结果存在误差,但整体变化趋势一致,具有较好的工程价值与指导意义,本研究为导向套激光增材再制造修复成形质量调控和工艺参数优化提供了参考。 展开更多

关键词 导向套 再制造 温度场 应力场 残余应力

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交变配流阀控电液激振方法及振动特性分析 被引量：1

9

作者 赵国超 李南奇 +2 位作者 王慧 张建卓 张长帅 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第18期143-149,156,共8页

为探索实现主动激振的新途径,丰富电液激振方法的多样性,提出一种利用交变配流阀控制液压缸的电液激振方法。对交变配流阀进行结构设计并建立配流过程的数学模型,分析交变配流阀控电液激振系统的振动机理,结合MATLAB软件数值计算获得交... 为探索实现主动激振的新途径,丰富电液激振方法的多样性,提出一种利用交变配流阀控制液压缸的电液激振方法。对交变配流阀进行结构设计并建立配流过程的数学模型,分析交变配流阀控电液激振系统的振动机理,结合MATLAB软件数值计算获得交变配流阀的配流信号,建立交变配流阀控电液激振系统的AMESim仿真模型,研制交变配流阀控电液激振试验台进行试验测试,分析供油压力和电机转速对电液激振系统振动特性的影响规律。研究结果表明:供油压力、电机转速对电液激振系统振动特性具有明显影响,供油压力升高,电液激振系统的振动位移、加速度幅值分别提高了8.14%和5.57%;电机转速增加,电液激振系统的振动位移、加速度幅值分别降低了79.71%和58.21%;电液激振系统AMESim仿真和试验结果平均误差为8.72%,整体趋势基本一致,验证了仿真模型的正确性和激振方法的可行性。 展开更多

关键词 交变配流阀 电液激振 振动特性 AMESIM仿真 试验研究

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旋转配流激振阀输出特性分析及试验验证

10

作者 赵国超 周国强 +2 位作者 王慧 张建卓 李南奇 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第11期90-96,132,共8页

提出一种旋转配流激振阀,为研究进口压力和阀芯换向频率对旋转配流激振阀输出特性的影响规律,采用多参考系方法(multiple reference frame,MRF)进行流场动态仿真,获得旋转配流激振阀输出压力和流量的动态特性曲线,并搭建电液激振试验台... 提出一种旋转配流激振阀,为研究进口压力和阀芯换向频率对旋转配流激振阀输出特性的影响规律,采用多参考系方法(multiple reference frame,MRF)进行流场动态仿真,获得旋转配流激振阀输出压力和流量的动态特性曲线,并搭建电液激振试验台对仿真结果进行验证。研究结果表明:进口压力由14 MPa增至16 MPa,旋转配流激振阀输出压力、流量峰值分别提高了1.16%和6.98%;阀芯换向频率由100 Hz增至180 Hz,输出压力、流量峰值分别降低了1.24%和18.6%;进口压力工况下,输出压力、流量的仿真和试验结果的平均误差分别为0.18%、2.14%;换向频率工况下,输出压力、流量的仿真和试验结果的平均误差分别为0.10%、1.76%。仿真和试验结果整体趋势基本一致,证实了旋转配流激振阀结构的合理性及仿真模型的正确性。 展开更多

关键词 旋转配流激振阀 多参考系(MRF)模型 流场 输出特性 试验验证

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采煤机自适应调高控制策略 被引量：16

11

作者 王雅东 赵丽娟 张美晨 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期3505-3522,共18页

针对采用理想化信号模拟滚筒受载进行采煤机调高液压系统性能分析准确性差、基于传统优化控制算法难以实现对采煤机滚筒调高的自适应控制、响应速度和跟踪性能不好等问题,提出一种基于深度确定性策略梯度算法DDPG(Deep Deterministic Po... 针对采用理想化信号模拟滚筒受载进行采煤机调高液压系统性能分析准确性差、基于传统优化控制算法难以实现对采煤机滚筒调高的自适应控制、响应速度和跟踪性能不好等问题,提出一种基于深度确定性策略梯度算法DDPG(Deep Deterministic Policy Gradient)的采煤机滚筒自适应调高控制策略,并利用虚拟样机技术、深层卷积神经网络(DCNN)与深度强化学习等机器学习算法搭建了采煤机自适应调高机-液-控一体化系统。利用Pro/E及RecurDyn建立采煤机调高系统刚柔耦合动力学仿真模型,根据某采煤工作面实际赋存条件,利用EDEM建立离散元煤壁模型,基于DEM-MFBD接口构建EDEM-RecurDyn双向耦合调高机构机械系统模型,基于AMEsim建立调高机构液压系统模型,利用Simulink搭建了集信号处理模块(Signal processing)、时频谱图生成模块(Continuous wavelet transform System)、数据样本扩充模块(Fancy PCA System)、截割状态识别模块(Alexnet Transfer Learning System)、调高控制决策模块(Height Control decision)和DDPG高度调节模型模块(DDPG Height Adjustment Model)6个模块于一体的采煤机自适应调高控制系统模型,基于接口技术搭建EDEM-RecurDyn-AMEsim-Simulink多领域协同仿真的采煤机自适应调高机-液-控一体化系统模型。利用该系统模型进行仿真并对其调高性能分析,研究结果表明:基于连续小波变换、Fancy PCA和Alexnet网络迁移学习能够实现煤岩截割状态的精准识别,识别准确率可达95.58%,所搭建系统的仿真过程能够更真实地模拟采煤机截割煤岩破碎过程,系统仅经0.6 s左右即能感知到截割工况的变化,且能够快速识别出煤岩截割状态并准确地将滚筒调整至目标高度,响应速度快,能够根据工况变化自适应调节活塞运动速度;相比于模糊PID控制,基于DDPG控制的采煤机自适应调高系统的活塞缩回位移稳态误差最大仅为0.002 1 mm,为前者的0.66%;对比调高前后稳定阶段的控制性能,模糊PID控制的系统活塞运动速度和液压缸腔室流量波动显著增大,而DDPG控制的系统则差别较小,表明后者具备更强的自适应性,更适于复杂煤层赋存条件下采煤机调高液压系统的自适应控制;通过试验验证了采煤机自适应调高控制策略及仿真结果的正确性,可有效提高采煤机对复杂煤层的适应性,促进煤矿智能化的发展进程。 展开更多

关键词 自适应调高 DDPG控制 机-液-控一体化 迁移学习 Alexnet网络 多领域建模与协同仿真 采煤机

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基于CPS感知分析的煤岩截割状态识别系统 被引量：10

12

作者 张美晨 赵丽娟 王雅东 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期4071-4087,共17页

煤岩截割状态识别是实现采煤工作面"无人化"开采的关键技术,为了实现煤岩截割状态信息的实时感知与精准判别,结合虚拟样机技术,提出基于CPS(Cyber Physical Systems)理念的煤岩截割状态识别方案,将煤岩截割状态信息的获取、... 煤岩截割状态识别是实现采煤工作面"无人化"开采的关键技术,为了实现煤岩截割状态信息的实时感知与精准判别,结合虚拟样机技术,提出基于CPS(Cyber Physical Systems)理念的煤岩截割状态识别方案,将煤岩截割状态信息的获取、处理、识别等异构数据进行多领域融合。开发不同赋存条件的煤岩离散元模型,建立采煤机截割部刚柔耦合虚拟样机模型,利用DEM-MFBD(Discrete Element Method-Multi Flexible Body Dynamics)双向耦合技术确保运动信息与煤岩状态特征信号数据的实时传递,获取采煤机截割煤岩的振动信号,并通过STFT(Short-Time Fourier Transform)算法将其转化为二维时频图像。结合时频域信息特征,实现煤岩截割状态信息识别模块的搭建。构建一种基于DCGAN-RFCNN(Deep Convolutional Generative Adversarial Networks-Random Forest Convolutional Neural Networks)网络模型的煤岩截割状态识别方法,通过使用改进的DCGAN网络进行时频图像的扩充,采用增加梯度惩罚项的方式提升合成样本维持原始样本特性的能力,生成每类仿真工况包含5 000个合成样本的煤岩时频图像数据集,将仿真原始数据集与合成样本数据集混合作为煤岩截割状态识别网络的训练集与测试集,采用改进的RFCNN算法对模型进行训练,得到模型识别结果。选取不同数量合成样本的数据集以及不同识别方法的网络模型进行对比分析,结果表明,当RFCNN识别网络中未添加合成样本时,其平均识别率为89.74%,随着合成样本数量的增加,煤岩截割状态的识别率提升,当添加合成样本数量达到5 000时,识别效果最佳,平均识别率达到98.09%,验证了采用改进的DCGAN网络丰富数据集的优越性。RFCNN网络模型与CNN,PSO-BP,BP网络模型相比收敛速度快、泛化能力强、识别率高,在煤岩截割状态识别中效果显著,可对软岩硬煤、夹矸层较多等复杂赋存条件做出准确判断。通过构建的煤岩时频谱图像数据集对DCGAN-RFCNN网络进行试验验证,利用混淆矩阵统计煤岩截割状态的识别率为98.41%,与仿真结果接近,验证了该方法的可行性。依托Simulink仿真平台,成功构建基于CPS感知分析的煤岩截割状态识别系统,实现实时数据共享、在线感知与控制,使采煤机具备智能截割能力。 展开更多

关键词 煤岩截割状态识别 CPS感知分析 STFT变换 DCGAN-RFCNN网络模型 深度学习

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采煤机螺旋滚筒装煤性能优化 被引量：14

13

作者 李明昊 牛昊 +2 位作者 范佳艺 赵丽娟 乔捷 《工矿自动化》 北大核心 2022年第10期129-135,共7页

螺旋滚筒是采煤机截割煤岩的直接机构,螺旋滚筒几何参数和截割策略的优化设计对提高滚筒装煤性能有重要影响。现有基于有限元和二维离散元法的螺旋滚筒优化设计大多基于单一或部分因素,未综合考虑多设计变量对螺旋滚筒装煤性能的影响,... 螺旋滚筒是采煤机截割煤岩的直接机构,螺旋滚筒几何参数和截割策略的优化设计对提高滚筒装煤性能有重要影响。现有基于有限元和二维离散元法的螺旋滚筒优化设计大多基于单一或部分因素,未综合考虑多设计变量对螺旋滚筒装煤性能的影响,难以同时得到几何参数及运动学参数最优解。针对该问题,基于煤的物理力学特性参数测试结果,利用离散元分析软件EDEM构建采煤机螺旋滚筒截割煤壁耦合模型,对采煤机螺旋滚筒的装煤性能进行数值模拟,采用单因素法分析了螺旋滚筒螺旋升角、直径、筒毂直径、截割深度、转速及牵引速度对装煤性能的影响;基于离散元分析结果设计螺旋滚筒三因素三水平正交试验,通过极差分析得出几何参数中滚筒直径、筒毂直径、螺旋升角,运动学参数中截割深度、滚筒转速、牵引速度对螺旋滚筒装煤性能的影响依次减小;根据正交试验结果得出螺旋滚筒最优几何参数方案为13°螺旋升角、1 300 mm滚筒直径、475 mm筒毂直径,最优截割策略为600 mm截割深度、58 r/min滚筒转速、8 m/min牵引速度,最优参数下螺旋滚筒装煤率为76.39%,较优化前提高了15.82%。 展开更多

关键词 采煤机 螺旋滚筒 装煤性能优化 离散元法 正交试验

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MG400/951-WD型采煤机螺旋滚筒可靠性灵敏度优化设计 被引量：6

14

作者 李明昊 赵丽娟 乔捷 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期2106-2119,共14页

为提高含夹矸煤层赋存条件下采煤机螺旋滚筒的可靠性,以“MG400/951-WD”采煤机为研究对象,对含夹矸煤层的试样进行物理力学参数测试。基于破煤理论,模拟得到含夹矸煤层赋存条件下螺旋滚筒的冲击载荷。结合刚柔耦合虚拟样机技术建立以... 为提高含夹矸煤层赋存条件下采煤机螺旋滚筒的可靠性,以“MG400/951-WD”采煤机为研究对象,对含夹矸煤层的试样进行物理力学参数测试。基于破煤理论,模拟得到含夹矸煤层赋存条件下螺旋滚筒的冲击载荷。结合刚柔耦合虚拟样机技术建立以螺旋滚筒为模态中性文件的采煤机刚柔耦合虚拟样机模型,得到螺旋滚筒的应力分布规律和振动特性。对采煤机刚柔耦合模型进行受迫振动分析,得到系统模态频率。在可靠性干涉理论和共振失效准则分析的基础上,利用神经网络,讨论相关失效理论的采煤机螺旋滚筒可靠性灵敏度优化设计问题。分析牵引速度v_(q)、螺旋滚筒直径D、螺旋升角a、螺旋滚筒宽度B和截线距t对螺旋滚筒应力可靠性、振动频率可靠性和振幅可靠性的影响。构建螺旋滚筒多目标优化设计状态函数,利用结构进化优化算法,得到螺旋滚筒设计变量的最优解。结果表明:优化后螺旋滚筒最大应力为770.0351 MPa,较优化前降低11.42%;优化后的螺旋滚筒固有频率得到提升;优化后螺旋滚筒振幅为0.3616 mm,较优化前降低20.12%,动力学指标得到改善,螺旋滚筒设计变量对其可靠性的影响程度降低;优化后螺旋滚筒可靠度由0.8324提高至0.9885。将刚柔耦合虚拟样机技术与基于相关失效模式的可靠性灵敏度设计理论和结构进化算法相结合,为设计含夹矸煤层赋存条件下的高可靠性采煤机螺旋滚筒提供更快速、可靠的技术手段。 展开更多

关键词 可靠性灵敏度 螺旋滚筒 采煤机 夹矸煤层 共振失效

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薄煤层采煤机截割部齿轮疲劳可靠性分析 被引量：6

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作者 李明昊 赵丽娟 乔捷 《山西焦煤科技》 CAS 2022年第3期10-13,共4页

截割部齿轮作为采煤机传动系统的重要机构,其疲劳可靠性对采煤机的可靠性和综采工作面的效率有着重要的影响。构建采煤机截割部的虚拟样机仿真平台,加载螺旋滚筒瞬时动态载荷,得到齿轮副的接触力动态载荷。利用有限元软件ANSYS和疲劳耐... 截割部齿轮作为采煤机传动系统的重要机构,其疲劳可靠性对采煤机的可靠性和综采工作面的效率有着重要的影响。构建采煤机截割部的虚拟样机仿真平台,加载螺旋滚筒瞬时动态载荷,得到齿轮副的接触力动态载荷。利用有限元软件ANSYS和疲劳耐久性分析软件FE-SAFE分析得到齿轮副的最大等效应力为550.481 MPa,最低循环寿命为1.8836×10^(5)次。基于对数正态分布和应力-强度干涉理论,得到齿轮副疲劳寿命可靠度为0.961.分析滚筒转速和牵引速度对齿轮副疲劳寿命可靠度的影响,在保证采煤机工作效率及其他关键零件可靠性的前提下,合理的提高滚筒转速、降低牵引速度,可以提高截割部齿轮副可靠性,达到保护采煤机截割部的目的。 展开更多

关键词 采煤机截割部齿轮 动态载荷 疲劳寿命可靠性 牵引速度 滚筒转速

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采煤机扭矩轴不同类型卸荷槽断裂特性数值模拟 被引量：4

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作者 李明昊 赵丽娟 +1 位作者 乔捷 马小英 《煤矿机械》 2022年第11期170-173,共4页

采煤机截割部电机扭矩轴是保护截割部的关键零件,扭矩轴的卸荷槽类型对其断裂特性有着直接且重要的影响。基于破煤理论,利用MATALB数值模拟得到了螺旋滚筒的瞬时负载。建立U形、V形和二次曲线形卸荷槽的扭矩轴模型。基于采煤机刚柔耦合... 采煤机截割部电机扭矩轴是保护截割部的关键零件,扭矩轴的卸荷槽类型对其断裂特性有着直接且重要的影响。基于破煤理论,利用MATALB数值模拟得到了螺旋滚筒的瞬时负载。建立U形、V形和二次曲线形卸荷槽的扭矩轴模型。基于采煤机刚柔耦合模型的仿真结果,利用断裂分析软件Franc3D,对不同类型卸荷槽的扭矩轴进行断裂力学特性分析,得到扭矩轴的应力强度因子、裂纹扩展规律和疲劳寿命。将刚柔耦合技术、有限元法和断裂力学相结合,可为采掘机械关键零件的断裂特性分析提供技术支撑和有效的途径。 展开更多

关键词 采煤机 扭矩轴 卸荷槽 断裂力学 疲劳寿命

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薄煤层采煤机截割部壳体疲劳可靠性分析 被引量：3

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作者 李明昊 赵丽娟 +1 位作者 乔捷 罗冰 《煤矿机械》 2022年第10期72-76,共5页

截割部壳体作为采煤机的关键零件,其疲劳寿命可靠性对采煤机的可靠性有着重要的影响。基于刚柔耦合虚拟样机技术,构建了采煤机联合仿真平台。分析得到了截割部壳体的等效应力值为234.984 6 MPa,为疲劳寿命分析提供数据支撑。基于应力-... 截割部壳体作为采煤机的关键零件,其疲劳寿命可靠性对采煤机的可靠性有着重要的影响。基于刚柔耦合虚拟样机技术,构建了采煤机联合仿真平台。分析得到了截割部壳体的等效应力值为234.984 6 MPa,为疲劳寿命分析提供数据支撑。基于应力-强度干涉理论、对数正态分布、蒙特卡洛法和疲劳寿命分析方法,得到了壳体的疲劳寿命可靠度。分析滚筒转速和牵引速度对滚筒装煤率及疲劳寿命可靠度的影响,分析结果可为采煤机关键件的可靠性研究提供理论基础与数据支撑。 展开更多

关键词 采煤机 截割部 疲劳寿命 可靠性 对数正态分布

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煤岩识别及采煤机自适应控制技术研究进展 被引量：1

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作者 张美晨 张凯 +2 位作者 赵丽娟 史百胜 王宇洋 《山西焦煤科技》 CAS 2023年第12期4-10,共7页

煤矿井下环境恶劣、事故多发,实现采煤机智能化开采既是煤矿安全生产的需求,也是减轻作业人员劳动强度和改善作业环境的必要条件。研发推广智能化采煤机是实现煤矿智能无人化的重要环节,而煤岩识别技术的开发与实施是实现采煤机智能无... 煤矿井下环境恶劣、事故多发,实现采煤机智能化开采既是煤矿安全生产的需求,也是减轻作业人员劳动强度和改善作业环境的必要条件。研发推广智能化采煤机是实现煤矿智能无人化的重要环节,而煤岩识别技术的开发与实施是实现采煤机智能无人化的关键条件。本文综述了当前煤岩识别技术的研究现状,分析了其技术研发历程和未来技术发展趋势。概括了多种煤岩识别技术的研发途径、科技创新及应用效果等;总结了基于煤岩识别技术的采煤机自适应调高、调速系统的设计理论与创新成果,并针对当前其存在的问题,提出解决的办法。通过对基于煤岩识别技术的采煤机调高、调速系统的研究,制定采煤机调高-调速协同控制方案。结合目前煤岩识别技术领域的先进发展水平,提出了其研发过程中实用性差、普适性弱的问题。并在此基础上,针对我国目前面临煤岩界面在线识别准确、稳定性差、系统及设备可靠性难以得到验证等新的难题,重点对实验环节准确化、技术开发精准化、平台应用快速化、系统整体可靠化的创新研究内容进行了展望,提出开发多领域耦合技术、保证装备安全可靠的新思路。 展开更多

关键词 采煤机智能化 煤岩识别 自适应控制

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掘进机截割部一级行星盘疲劳可靠性优化设计 被引量：1

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作者 李明昊 赵丽娟 +1 位作者 乔捷 罗冰 《煤矿机械》 2022年第5期104-107,共4页

行星盘作为掘进机的关键零部件,其疲劳可靠性对掘进机的可靠性有着重要的影响。基于虚拟样机技术,构建掘进机刚柔耦合联合仿真平台。分析截割部行星盘的动力学特性,获得行星盘的薄弱环节。基于应力-强度干涉理论,利用蒙特卡洛法模拟得... 行星盘作为掘进机的关键零部件,其疲劳可靠性对掘进机的可靠性有着重要的影响。基于虚拟样机技术,构建掘进机刚柔耦合联合仿真平台。分析截割部行星盘的动力学特性,获得行星盘的薄弱环节。基于应力-强度干涉理论,利用蒙特卡洛法模拟得到行星盘的疲劳寿命可靠度。构建行星盘的优化设计评价函数,利用遗传算法得到行星盘设计变量的最优解。优化后的行星盘可靠性得到提升。将刚柔耦合虚拟样机技术、应力-强度干涉理论和遗传算法相结合,为设计高可靠性的采掘机械关键零件提供理论方法和重要的数据支撑。 展开更多

关键词 掘进机 刚柔耦合 行星盘 可靠性 遗传算法 优化设计

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掘进机截割部行星轴疲劳寿命分析 被引量：2

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作者 李明昊 牛昊 +2 位作者 乔捷 赵丽娟 孙勇 《晋控科学技术》 2022年第5期55-58,62,共5页

掘进机截割部行星轴作为掘进机传动系统的关键零件,掘进机所受的交变载荷对行星轴的可靠性和疲劳寿命有着重要的影响。构建掘进机整机的刚柔耦合虚拟样机联合仿真模型,仿真得到了截割部行星轴的等效应力、等效应力极大值的位置和应力变... 掘进机截割部行星轴作为掘进机传动系统的关键零件,掘进机所受的交变载荷对行星轴的可靠性和疲劳寿命有着重要的影响。构建掘进机整机的刚柔耦合虚拟样机联合仿真模型,仿真得到了截割部行星轴的等效应力、等效应力极大值的位置和应力变化规律。利用NSOFT(疲劳寿命分析软件)对一级行星轴和二级行星轴进行疲劳寿命分析,得到行星轴的疲劳寿命循环次数。 展开更多

关键词 掘进机 截割部 行星轴 疲劳寿命

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