基于数字孪生的矿井提升机天轮结构性能监测
作者
张文豪1，2，3 ，吴娟1，2，3，阮锴燚4
作者单位
1. 太原理工大学 机械与运载工程学院，山西 太原 030024；2. 太原理工大学 山西省矿山流体控制工程实验室，山西 太原 030024；3. 太原理工大学 矿山流体控制国家地方联合工程实验室，山西 太原 030024；4. 北京理工大学 机械与车辆学院，北京，100081
一
研究背景
目前矿井提升机天轮的监测研究大多侧重于天轮的振动、温度、偏摆，对天轮结构性能监测的研究较少。本文提出一种基于数字孪生的矿井提升机天轮结构性能监测方法。
二
研究内容
1）基于数字孪生五维模型，结合矿井提升机天轮运行过程中的实际状况，构建了天轮数字孪生监测系统，包括物理实体层、孪生模型层、孪生数据层、应用层及各层之间的连接5个部分。其中预测数据是矿井提升机天轮运行过程中通过预测模型实时预测的结构性能数据，包括应力和应变数据。
2）采用组合代理模型建立矿井提升机天轮结构性能预测模型：采用处理后的有限元数据训练得到径向基函数（RBF）单一代理模型，基于广义均方误差求得单一代理模型在组合代理模型中的权重，从而得到天轮结构性能预测模型。
三
实验研究
在天轮4个测试点处粘贴应变片。设置天轮以7.8 m/s的速度缓慢正转1圈多，再以相同速度逆转相同距离，采用NI数据采集仪采集应变数据。试验结果表明：在运行过程中，3条应变曲线有相同的趋势，预测得到的应变与实际测得的应变结果较为吻合，预测曲线与仿真曲线几乎重合。
4个测试点的测量应变与预测应变平均决定系数为0.973 98，接近1，说明测量应变与预测应变具有较高的相关性。
作者简介
吴娟，教授，博导，主要从事机器人、机电液一体化等方面的教学与科研工作。主持完成国家自然科学基金等多项国家级、省部级科技项目。获国家技术发明二等奖及多项省部级科技奖。获得山西省学术技术带头人、山西省新兴产业领军人才、山西省131领军人才、山西省三晋英才等称号。
第一作者：张文豪（1998—），男，河南周口人，硕士研究生，主要研究方向为煤矿智能化建设，E-mail：zwhao185@163.com。
引用格式
张文豪，吴娟，阮锴燚. 基于数字孪生的矿井提升机天轮结构性能监测[J]. 工矿自动化，2024，50（8）：69-75.
ZHANG Wenhao, WU Juan, RUAN Kaiyi. Structural performance monitoring of mine hoist head sheave based on digital twins[J].Journal of Mine Automation，2024，50（8）：69-75.
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