横轴式硬岩掘进机振动信号测试及分析

改善掘进机的振动特性一直是掘进机研究的重点,尤其是硬岩掘进机.根据掘进机实际工况,对EBH300(A)型硬岩掘进机进行了井下振动实测,研究了整机振动强度分布并对振动频率结构进行了分析.由于回转台在掘进机结构中起着举足轻重的作用,因此重点分析了回转台处的振动特性.结论对于了解和研究掘进机的振动特性提供了实测数据的支持.     

悬臂式掘进机自动控制系统设计

针对目前悬臂式掘进机机身定位存在精度低、自动化控制性能差和工作效率低等问题,设计了悬臂式掘进机自动控制系统,详细介绍了系统硬件、软件的设计。该系统采用姿态检测技术和自动截割技术,实现了对悬臂式掘进机的精确截割与自动控制。     

悬臂式掘进机虚拟仿真平台设计

悬臂式掘进机广泛应用于煤矿井下巷道施工,掘进机的培训包括传统的书本教学方法和基于井下实际操作的训练方法,但是由于其场地和安全的局限性,无法满足训练要求.针对这一现状,利用虚拟现实技术和交互仿真技术构建了悬臂式掘进机虚拟仿真平台.该平台采用三维建模技术,使用多边形建模方法制作了悬臂式掘进机、转载机、供电系统等三维模型;运用Unity3D引擎驱动三维模型组成的虚拟场景,采用场景优化技术实时渲染出沉浸式的虚拟场景;在脚本语言C#编程环境下实现操作流程顺序控制、操作描述、三维模型驱动等,实现悬臂式掘进机虚拟仿真培训.培训结果表明,沉浸式人机交互可达到与实物培训相类似的效果,提高使用者学习和操作悬臂式掘进机的效率.     

悬臂式掘进机切割头位置检测方法研究

分析、比较了几种常用的悬臂式掘进机切割头位置检测方法,得出了如下结论:基于编码器的位置检测方法便于在现有掘进机上安装,是目前比较成熟的检测方法,但现场防护困难;基于油缸行程的位置检测方法现场所需空间小,维护量少,但要对现有掘进机油缸重新设计,对油缸的可靠性要求较高。这一结论对采掘设备回转机构的位置检测有一定的借鉴意义。     

悬臂式掘进机巷道位姿监测系统设计

实现煤矿井下巷道的无人化自动掘进,需要实时掌握掘进机的空间姿态参数.结合巷道和掘进机本身特点,设计了一种基于图像识别的掘进机位姿监测系统.掘进机空间姿态发生变化时,双十字激光在2个激光标靶上的图像出现中心点偏移和角度偏转,对其进行数字图像处理得到精确的特征点、特征光线参数,即可求出掘进机位姿参数.基于Matlab软件GUI模块开发的监测软件具有图形用户界面,通过对标靶的图像识别,实时显示掘进机位姿参数,方便用户使用.模拟环境下的试验测试结果表明,在测量范围＜40 m时,位移误差＜5 mm.该系统测量精度高,实时性强,能够满足测量需求,实现煤矿并下掘进过程中的位姿监测.     

悬臂式掘进机自动调速控制技术的研究

针对通用悬臂式掘进机截割控制存在无法实现截割轨迹规划与自动调速控制的问题,本文研究了悬臂式掘进机自动调速控制技术,借助PCC与工控机实现悬臂式掘进机的自动调速控制,利用ABAQUS软件对截割头与煤层三维模型进行有限元分析,以获取相关工况信息的关系,采用改进S形切割线路规划截割轨迹,构建截割臂摆动全局最优速度模型,最终采用模糊PID控制算法实现控制量计算,获取截割臂的最优控制,并通过反馈至工控机,由工控机下达可获取截割臂最佳摆动速度的控制指令。     

机器人化悬臂式掘进机液压行走驱动系统建模

为了解决机器人化悬臂式掘进机行走控制问题,在对该掘进机液压行走驱动系统的工作原理分析的基础上,建立了该系统的数学模型。该数学模型悬臂式掘进机行走驱动系统中电液比例方向阀的电压与阀芯位移关系式和流量方程、液压马达的流量与扭矩方程、比例方向阀的阀芯位移与液压马达角速度关系方程以及方向阀的输入电压与液压马达角速度的传递函数。仿真实验结果表明,所建立数学模型与实际基本吻合,为机器人化悬臂式掘进机性能分析和控制系统设计提供了实用的数学模型。     

悬臂式掘进机俯仰角调控系统仿真研究

目前掘进机俯仰角检测误差主要通过人工控制掘进机前铲板、后支撑来补偿,补偿范围十分有限,且效率低下,控制精度与自动化程度较低。针对该问题,建立了悬臂式掘进机俯仰角与执行机构数学模型,确定了通过PID控制器控制掘进机前铲板与后支撑液压缸位移实现掘进机位姿调整的方法;利用AMESim建立掘进机执行机构的完整液压模型,仿真结果表明,俯仰角调控系统响应时间小于3s,液压缸位移控制误差小于2mm,验证了系统的基本性能;Simulink仿真结果验证了俯仰角调控系统响应时间短、跟踪误差小,且具有较好的动态跟踪性能。     

悬臂式掘进机导航技术现状及其发展方向

阐述了悬臂式掘进机导航定位问题,并分析了其特殊性,给出了其数学描述;详细分析了掘进机光电导航和位姿检测技术现状、掘进机惯性导航技术现状、基于多信息融合的掘进机导航定位技术现状,并进行了比较与评价。得出结论:光电导航装备技术成熟、精度高,但在煤矿井下应用存在较严重的环境适应性问题;惯性导航技术环境适应性强、姿态检测精度较高,但长时定位精度差;将光电导航技术和惯性导航技术相结合的多信息多传感器融合的导航技术可能是解决悬臂式掘进机空间位姿检测问题的较优途径,实现信息融合的关键在于解决多信息多传感器带来的测量基准统一问题,且需要鲁棒性更强的融合算法。     

基于激光导向器的悬臂式掘进机位置姿态自动测定方法

掘进机位置及姿态的自动测定是掘进机自动控制中的关键问题之一。文章结合悬臂式掘进机的结构和工作方式,分析了悬臂式掘进机位置及姿态对巷道掘进的影响,提出了一种基于激光导向器的悬臂式掘进机位置姿态自动测定方法,并分析了该方法的可行性。     

纵轴式掘进机随机振动响应分析

为研究纵轴式掘进机在随机截割载荷作用下的随机振动特性,利用ADAMS软件建立了纵轴式掘进机多刚体动力学模型,利用该模型模拟了掘进机轴向钻进、垂直截割、水平截割工作方式下截割头、悬臂、机体的振动特征。仿真结果表明:轴向钻进工作方式对掘进机各部件的振动影响最大,且随机振动的纵向位移响应大于横向位移响应;垂直截割和水平截割时随机振动的横向和纵向位移响应相差不大,且水平截割对机体的振动影响最小。     

基于奇异值分解的掘进机振动信号特征量提取

针对掘进机动载荷识别难度大的问题,提出了基于奇异值分解的掘进机振动信号特征量提取方法。对采集的振动信号进行小波包分解,重构底层各频带节点系数,进而构造时频矩阵;对该矩阵进行奇异值分解,并基于Fisher判据,利用基于散度矩阵的类可分性准则,选择对不同截割岩壁硬度较为敏感的奇异值作为振动信号的特征量,并利用散度矩阵准则值来解决无法定量衡量各阶奇异值对截割硬度敏感程度的问题。与小波包频带能量法提取的特征向量进行比较,结果表明,对于掘进机水平截割、垂直截割和纵向钻进3种工况下的振动信号,基于奇异值分解法提取的特征向量都具有更好的类可分性。     

煤岩特性对掘进机截割头载荷的影响分析

针对煤岩条件对掘进机截割头载荷的影响问题,提出采用有限元仿真方法对截割头截割过程进行动态仿真分析。以煤岩普氏系数为煤岩特性参数,经仿真得到不同煤岩条件下的截割头动态载荷,通过分析得到了截割头三向力随煤岩普氏系数的变化规律,即截割头载荷随煤岩普氏系数的增加而增大,且当煤岩的普氏系数增大到一定程度时,截割头的牵引阻力将成为截割头的最大载荷,而侧向力一直处于较低的水平。     

基于振动加速度信号与应力信号的掘进机载荷识别方法

针对煤矿井下工作面设备的动态载荷难以直接获得的问题,提出了一种基于振动加速度信号与应力信号的掘进机载荷识别方法,介绍了该方法的基本原理及实现步骤;以EBZ260型掘进机在地面开展的假岩壁截割为实验对象,选取掘进机从开始截割到停止共11s的数据进行分析,得出掘进机在截割过程中振动加速度平均能量与平均应力的对应关系,采用最小二乘法得出振动加速度平均能量与平均应力的拟合曲线,由拟合曲线即可得到振动加速度平均能量与平均应力的函数表达式。该方法为通过振动加速度间接测试掘进机动态载荷提供了新途径。     

基于最优小波基选取的掘进机振动信号去噪方法

为了提高掘进机振动信号小波包去噪的效果,最大限度避免噪声对信号特征提取的影响,提出了基于最优小波基选取的掘进机振动信号去噪方法。该方法以信号频谱为分析依据,首先确定了小波包分解的最优分解层数,再选择最优小波基函数,实现了对掘进机振动信号的实时处理,去噪效果达到了最佳。现场试验结果也验证了该方法的有效性。     

岩巷掘进机截割机构动载荷识别装置设计

针对现有超重型岩巷掘进机自动截割能力差、稳定性差以及截割动载荷实时识别难度大等问题,结合巷道开采的特点,设计了一种基于RBF神经网络的岩巷掘进机截割机构动载荷识别装置,详细介绍了该识别装置的硬件和软件设计。该装置以工控机为分析中心,通过对截割电动机电流和截割头振动的实时监测,利用多传感器融合技术和RBF神经网络方法进行信号处理和智能分析,实现截割岩石动载荷特征提取及识别,以达到对不同硬度岩石的有效区别。     

煤矸振动信号小波奇异性-Fisher判别规则研究

针对综采放顶煤开采过程中的放煤阶段,煤和矸石下落撞击刮板运输机产生的振动信号差异,采用小波变换研究振动信号的奇异性特征.根据信号奇异性特征,提出Fisher判别规则,用于识别放煤过程中煤或是矸石下落.将算法移植于硬件设备中,实验结果表明,该算法识别率高,抗干扰能力强,能够实时判断出下落物是煤还是矸石,可以实现动态的煤矸...