纵轴式掘进机截割机构运动学研究

为了实现掘进机全断面自动成形截割,对纵轴式掘进机截割机构进行结构简化分析,建立截割头空间位置参数与巷道断面自动成形控制参数之间的数学模型,并对其进行空间运动学分析,利用Matlab仿真获得了纵轴式掘进机截割头轨迹与液压缸伸缩量之间的对应关系,得到了截割机构的运动规律,可为解决掘进机自动截割成形控制的关键问题提供理论依据。     

纵轴式掘进机截割机构仿真系统开发设计

根据纵轴式巷道掘进机截割头空间位置参数与巷道断面自动成形控制参数之间数学模型的空间运动分析,开发仿真系统进行仿真。获得纵轴式掘进机截割头轨迹与油缸伸缩量之间的对应关系,得到纵轴式巷道掘进机截割机构仿真结果的空间运动轨迹图和轨迹数据,对解决掘进机截割机构自动截割成形控制的关键问题具有很好的辅助作用。     

掘进机截割油缸平稳启停分析

本文针对悬臂式掘进机在截割过程中,由于截割油缸启动和停止的冲击,造成巷道超挖或欠挖的现象,对掘进机截割油缸冲击机理进行研究,并通过结合油缸内置缓冲结构、供油管路增加缓冲元件以及调整电磁阀控制信号等缓冲方式,实现油缸的平稳启动和停止,提高巷道断面成形质量,增加设备使用寿命。     

掘进机截割控制方法研究

研究一种掘进机截割控制系统,提出首先进行范围标定,而后进行断面实测记录的掘进机自学习方法,在监控过程中使用传感器相对数据,排除安装及器件误差。结合掘进机硬件构成及使用工况环境,给出了一种分级的多传感器数据融合模型。通过融合结果生成掘进机截割控制指令,提高掘进机智能化截割控制效果,降低超挖欠挖率。     

纵轴式掘进机巷道断面自动截割成形控制方法

为减少无用掘进量和充填量,提高掘进效率,提出了巷道断面自动截割成形控制方法.首先根据煤矿实际工况制定了巷道断面自动截割工艺流程;然后对断面自动截割成形控制进行运动学分析,进行截割头空间位置及其机构实现的几何分析,得出截割头空间位置坐标与油缸伸缩量及截割臂摆动角之间的几何关系式.研究结果表明,直接测量控制截割头摆角更简单有效.该方法在EBZ160和EBZ200机型上得到实施,试验效果较好,为进一步研究掘进机位姿检测及定向纠偏奠定了基础.     

基于巷道断面的掘进机截割头定位系统设计

针对无法精确定位掘进机截割头的位置、截割效率低及截割断面成形差的问题,提出了基于巷道断面的掘进机及截割头定位系统设计方法。结果表明,该定位系统在直线标准巷道内,可实现掘进机截割头准确定位,不仅提高截割效率和断面成形率,而且有利于安全生产,节约人力及支护成本。     

煤矿掘进机自动截割成形控制方法研究

针对目前煤矿井下综掘自动化控制存在的不足,提出了掘进自动截割成形控制方法。分析了掘进机截割头巷道断面截割工况,研究了截割头工作阻力与截割电机电流之间的关系,在此基础上,提出了一种综合慢开慢停与加减速控制及截割摆速分级自动调控的模型,研究结果表明,该模型能够在保证巷道断面成形质量的条件下,快速区分煤岩过渡区,自动调整截割臂摆速,提高截割臂摆动速度的利用率,且延长了截割电机、截割头及液压系统等元部件的使用寿命,确保了掘进机的安全、高效、可靠工作。     

基于PCC的任意巷道断面自动截割成形控制系统

为进一步提高自动截割成形控制精度,提出任意巷道断面自动截割成形控制方法。基于PCC（可编程计算机控制器）,提出断面轮廓概念,设计了系统控制功能、截割工艺路径及人机交互功能。研究结果表明：截割头空间位置检测装置精度高,对于巷道两帮的截割精度来说,其测量误差可忽略不计,控制方法的合理设计是巷道两帮截割精度的决定性因素;在自动截割过程中,慢停功能的设计可很大程度上减小截割臂惯性误差;垂直截割时回转与升降液压缸的联动可保证截割头沿断面边界运动;自动刷帮功能可取代人工修整断面边界,消除截割步距过大引起的表面粗糙度误差,提高断面成形质量。以EBZ200型掘进机为试验机型进行了地面性能试验与井下工业性试验,结果证明系统运行稳定可靠,控制精度较高,可保证所截割巷道两帮误差小于5 cm。     

悬臂掘进机巷道自动截割成形控制方法的探索

文章以EBZ-150型掘进机为研究对象,进行自动截割成形控制方法的探索。首先对摆动机构进行工作分析,明确悬臂运动关系;然后论述了自动截割成形控制方案,并强调在掘进机定位的基础上才能实现巷道断面自动截割成形控制。该方面的研究不仅顺应大型煤矿机械的发展趋势,而且有助于提高掘进机安全、有效工作,并为实现无人掘进奠定一定的实践基础。     

巷道掘进定位自动截割成形技术

掘进机是井下巷道成形的重要设备,为解决巷道工作面成形质量差,设备自动化程度低,工作环境恶劣影响工人身体健康的问题,设计了一套包含定位截割和记忆截割的巷道工作面定位自动截割成形技术。自动截割硬件系统由控制单元和执行单元组成,共同对巷道自动成形进行控制,取得断面自动切割成形边界检测最大误差小于10 cm,巷道成形误差小于20 cm的成形效果,达到煤矿巷道成形要求。     

基于DSP的悬臂式掘进机控制系统设计

目前悬臂式掘进机控制系统，存在数据实时采集难、通信不便以及控制系统自适应差的问题。文章设计了一种以DSP为核心的控制系统，该控制系统利用DSP丰富的外设资源和优越的数据处理能力完成掘进机工况数据的采集解算、与外围设备的实时通信，实现了掘进机截割部精确控制、断面自动成型及远程监控等功能，为掘进机适应自动化、智能化掘进提供技术支撑。     

机器人化掘进机的运动分析及车体定位

为实现对悬臂式掘进机的截割断面实时监测和自动控制,对其机器人化模型进行简化.采用平行坐标系法建立掘进机连杆坐标系和工作坐标系,通过坐标变换矩阵描述掘进机悬臂的姿态以及掘进机车体相对巷道坐标系的位姿变换关系,并基于闭环尺寸链实现了掘进机车体以及截割头在作业空间的姿态定位.在分析掘进机悬臂运动学的基础上,讨论了掘进作业控制的正向和逆向问题,并进行了仿真验证.分析表明,掘进机作业控制正解是截割断面监测的基础,逆解可指导掘进操作和实现掘进自动控制.     

煤柱影响下开切眼掘进冲击地压防治技术研究

以峻德煤矿21煤层一段开切眼掘进工作面为工程背景,通过现场实勘、模拟分析、震动场-应力场监测等手段,对煤柱影响下开切眼掘进冲击地压防治技术进行研究。结果表明：主要应力集中影响因素为上部煤柱向下延伸的自重应力和本层区段煤柱侧向支承压力升高段应力|利用数学公式计算了两部分煤柱模型各自的应力增高区域范围,得出了开切眼掘进期间的应力增高影响范围值138m,其中强冲击危险区52m|针对现场情况制定开切眼贯通未掘进卸压前期、掘进中期和贯通后期的具体防治方案,实现开切眼的安全贯通,该研究结果对类似情况下的开切眼掘进具有一定的指导意义。     

掘进机截割部运动行程的优化控制

在掘进机截割部的液压控制系统中引入流量再生回路,对不同供油条件下的升降缸有杆腔和无杆腔进行压力检测,结果表明,流量再生条件下的无杆腔平均压力降低了18.8%,节能效果显著,而且压力波动小,稳定性好。为确保截割头具有高可靠性的运动行程,采用PID控制,以截割头的位置偏差作为反馈控制信号实现自动掘进,实验测试表明,截割头运动坐标的测量值与目标值匹配性良好,高度方向的最大偏差为1.7%,水平方向的最大偏差为1.4%,有效地保证了掘进机截割部的运动行程精度。     

掘进工作面悬吊式机器人支护平台的设计研究

巷道掘进智能化是煤矿的发展方向,如何实现巷道掘进智能化是一个急待解决的问题。巷道支护是巷道掘进的关键工序,但是目前的掘进支护工作智能化水平低,很多操作仍需人工完成,劳动强度高、支护速度慢,巷道支护速度跟不上掘进机的截割速度,导致采掘失调。针对上述问题,设计了一种巷道掘进配套的悬吊式机器人支护平台,为实现巷道的安全、高效、智能掘进提出了一种新的方案。     

基于模糊控制的自动截割系统设计

针对数控截割掘进机自动截割过程中位置参数受井下恶劣环境干扰产生不准确性特点,采用模糊控制位置算法以实现截割位置偏差在合理范围之内。实验结果表明,用模糊控制位置算法计算数控截割掘进机自动截割位置效果较好。     

双臂截割机构掘锚一体机

综合现有掘锚产品类型,研究开发的掘锚一体机集全断面双臂截割、全断面装载、临时支护、锚杆支护、负压湿式除尘、自动截割等功能于一体,可实现掘进与锚杆支护交叉作业,满足煤及半煤岩、顶板破碎的中小断面巷道快速掘进。     

悬臂式掘进机空间位姿的运动学模型与仿真

为实现掘进断面自动截割成形控制,达到无人采掘装备自主巡航目标,研究了悬臂式掘进机空间位姿运动学模型并进行了仿真。将悬臂式掘进机的机械机构简化为一系列平移或旋转关节串联而成的运动链,建立了掘进机空间位姿坐标体系;利用齐次坐标变换和机器人运动学相关理论建立了掘进机机身位姿和截割头相对于大地坐标系的空间位姿矩阵。采用D-H法求解了正向运动学问题即截割头空间位姿精确定位;采用代数法分析研究了逆向运动学问题即截割头轨迹规划及控制的数学模型。以EBZ200机型为例,实验仿真了类S形自下而上矩形截割断面工艺路径,并进行了现场多组试验。试验结果表明：设定巷道断面4 500 mm×4 000 mm,两帮综合最大误差为65 mm,相对控制最大误差为1.4%,达到煤巷断面质量精度要求,且重复精度高、无累计偏差。     

冲击地压孤岛工作面智能化掘进工艺的探索与应用

高煤公司为冲击地压矿井,为达到“有冲无伤”、“安全生产”的目标,在3上1108运输巷引入智能化掘进工艺。本文通过探讨掘进工作面截割、运输、支护的智能化实现路径,装备智能型综掘机、大运力胶带输送机、防爆锂电单轨吊机车、液压锚杆钻车、通讯网络系统,实现掘进工作面远程遥控掘进和地面实时监控。在3上1108运输巷应用以来,实现人员远离迎头截割作业、辅助运输和皮带运输连续化、支护工艺流程化,在安全生产和减人提效方面取得了较大的进步,全面提升了掘进工作面智能化掘进工艺水平。