数字孪生驱动的悬臂式掘进机虚拟操控技术

针对悬臂式掘进机智能控制时面临的远程操控问题,结合数字孪生和虚拟仿真等技术,提出面向煤矿井下装备智能控制的"人—信息—物理系统"(HCPS)交互机制,实现掘进工作面物理空间与掘进信息虚拟空间的深度融合与交互;结合悬臂式掘进机模型,提出数字孪生驱动的悬臂式掘进机智能操控系统,从工况数据感知、数字孪生体构建、人—机—环交互3个方面实现地面虚拟掘进与井下实际掘进的深度融合;搭建悬臂式掘进机远程虚拟操控实验平台,以验证孪生数据驱动下的虚实同步等功能,截割轨迹跟踪测试表明,系统可实现掘进机虚实同步控制,截割头位置精度偏差小于40 mm,满足煤矿开采中巷道开拓的质量控制要求.基于数字孪生驱动和虚拟现实呈现的井下设备智能操控方法,在煤矿巷道可视化掘进系统和智能掘进机器人系统中应用效果良好,为煤矿井下综采综掘工作面设备的远程智能监测与控制提供了全新的思路,对促进工作面智能化系统发展重要的借鉴意义.     

掘进机在巷道自动掘进中的应用研究

对掘进机的自动化掘进方法、工艺进行研究分析,根据掘进机悬臂的结构特点研究掘进机与巷道顶板和两帮产生干涉的规律以及悬臂的碰撞干涉检测方法,完成了掘进机悬臂作业防干涉掘进规划、悬臂运动关节防干涉掘进规划以及悬臂与巷道之间的避碰处理,为实现掘进机的自动化掘进提供技术支持。     

悬臂式掘进机断面成形的几何尺寸检测转换模型

在分析悬臂式掘进机掘进断面成形控制原理的基础上,建立了基于角位移和线位移2种传感器的掘进断面几何参数检测及转换数学模型,得出掘进机巷道断面成形尺寸与传感器检测量的数学关系、断面成形精度与传感器精度之间的数学关系,并对其检测误差进行了分析,为断面成形控制中传感器精度的选择以及截割头截割轨迹、断面形状尺寸的可视化、数字化监控提供理论基础．     

面向掘进机的超宽带位姿检测系统精度分析

为实现悬臂式掘进机的无人化作业,提出了一种基于超宽带(UWB)测距技术的位姿检测方法;通过分析悬臂式掘进机工况环境及局域定位技术原理,设计了UWB位姿检测系统,该系统利用4个搭载UWB模块的移动基站机器人对机身节点进行测距,经过解算测距信息得到掘进机位姿参数;并开展了狭长封闭巷道中的UWB测距精度验证实验,仿真分析了基于直接解析法和基于Caffery算法的系统位姿精度。研究表明UWB模块在狭长封闭巷道中的测距精度可达2 cm,系统三轴定位精度在10~95 m的狭长封闭空间中从4 mm~3 cm呈线性增加,系统航向角、俯仰角、横滚角精度从0.2°~1.5°呈线性增加,满足悬臂式掘进机位姿检测精度要求,为掘进机自主巡航的实现提供了基础。     

煤矿巷道快速掘进技术及快速掘进装备发展现状研究

随着我国煤矿开采技术水平的提升,煤矿开采效率有了较大进步。但由于煤矿巷道的快速掘进技术与快速掘进装备发展缓慢,导致大部分煤炭企业采掘失调、煤巷掘进速度低等问题日趋严重。本文对煤矿巷道快速掘进技术中常见的机械化掘进工艺发展现状进行介绍,对三种掘进技术存在的问题进行了详细分析,指出了今后快进掘进技术与装备的发展趋势,重点介绍了掘锚机、悬臂式掘进机、悬臂式掘进机+超前支护三种快速掘进系统,智能化掘进机关键技术,以及国内外智能化掘进机发展现状。     

掘进机在巷道自动掘进中的应用思考

通过分析掘进机的组成及掘进机在巷道自动掘进的工作原理,对掘进机的执行机构和行走机构等主要机构进行了研究分析,并对掘进机在应用过程中存在的主要问题进行探讨,提出相应的改进措施和今后的发展方向。分析认为:在今后的研究设计中,应提高悬臂式掘进机结构的强度和稳定性,改进现有悬臂式掘进机掘进工艺,提高掘进机的自动化程度,为后续采煤作业提供更好的作业环境。     

悬臂式掘进机自动截割控制系统的设计分析

以某公司生产的EBZ200C型悬臂式掘进机为研究对象,设计了一套自动截割控制系统。其利用各类传感器进行数据采集,传输至控制面板进行数据处理,电液比例阀对截割钻头轨迹进行调整等实现悬臂掘进机的自适应截割作业,同传统人工截割技术相比,掘进效率更高,断面成型效果也更好。     

汽车制动检测系统的应用研究

汽车制动检测系统主要是完成对汽车行车制动系统和驻车制动系统制动效能与制动方向稳定性的检测,它是检测汽车安全的主要依据.该系统利用了三轴加速度传感器MMA7260作为检测传感器,设计了与之相适应的AD7705检测电路,通过ARM7核心单片机的处理,得到加速度的大小和方向,并用液晶显示器显示出曲线图,必要时可以链接PC机存储.文中详细介绍了该系统的硬件组成、加速度传感器的标定以及对相关数据的简要分析.     

预测算法在悬臂式掘进机悬臂控制中的应用

针对国内掘进机的悬臂控制系统进行了分析,并对悬臂控制精度差,不能满足煤矿开采中对采掘过程的要求,提出了基于小波神经网络预测控制悬臂的动作和位置。经实验验证该方法有效地提高了悬臂的采掘精度以及掘进作业的安全性、掘进效率。     

悬臂式掘进机定向掘进系统的设计

针对煤矿井下掘进机掘进过程中经常出现的偏离巷道中心,进而导致切割面超挖、欠挖等问题,结合矿井工作面实际工程特点,提出一种基于MEMS捷联惯性导航技术的悬臂式掘进机定向掘进系统.重点分析了系统的核心结构、掘进相关环节的建模过程、纠偏马达控制器的设计,并对路径进行仿真分析,结果显示,通过合理的参数设计,系统可有效控制掘进机掘进过程,实现定向掘进.