悬臂式掘进机电控系统的自动化升级研究与设计

文章通过对EBZ260型悬臂式掘进机电控系统进行硬件系统和软件系统的升级设计,实现了掘进机全遥控操作、截割头定位及截割断面监视、截割电机恒功率工值,自动截割等功能。对自动化升级设计的悬臂式掘进机进行模拟试验,确定升级设计后悬臂式掘进机升级后能够有效提高矿井工作面掘进自动化水平,降低人工作业误差,提高巷道断面掘进质量,为矿井安全高效生产奠定基础。     

煤矿悬臂式掘进机截割头位置精确控制方法

针对煤矿悬臂式掘进机截割断面自动成形控制问题,建立了截割头控制系统传递函数模型,并提出了一种基于PID控制的悬臂式掘进机截割头位置精确控制方法。根据悬臂式掘进机截割部结构及其运动学分析,建立了掘进机截割头控制系统传递函数模型。为了验证建立的截割头控制系统传递函数模型的正确性和PID控制方法的效果,进行了仿真实验分析和在悬臂式掘进机实验平台上进行加入PID与否的对比实验验证。实验结果表明:在加入PID反馈控制后,截割头位置控制精度大大提高,竖直截割实验最大误差约为1%,水平截割最大误差约为1.7%,矩形断面截割高度和宽度最大误差均约为1%。因此,根据建立的控制系统传递函数模型和基于PID的控制方法实现了煤矿悬臂式掘进截割头位置的精确控制,对于实现掘进机的智能化和确保煤矿安全高效生产具有重要意义。     

悬臂式掘进机姿态检测及记忆截割控制系统研究

为实现悬臂式掘进机定向截割和断面截割自动控制,进一步提高自动截割成形控制精度,提出了悬臂式掘进机机身的姿态检测技术和记忆自动截割技术。通过对悬臂式掘进机机身位姿进行自动检测,提高了截割精度,并结合可编程计算机控制器PCC设计了记忆自动截割控制系统,提高了掘进机的自动化控制精度。通过井下工业性试验结果表明,该系统运行稳定可靠,控制精度较高。     

悬臂式掘进机巷道位置及机身姿态检测方法

掘进机在煤矿巷道中的位置及姿态检测是实现煤矿巷道自动化掘进的基础,因此提出了悬臂式掘进机位置及姿态检测方法及实现,即通过在悬臂式掘进机上安装超声波传感器、油缸行程传感器、陀螺仪传感器等检测装置,实现悬臂式掘进机在煤矿掘进工作面位置及姿态的检测,为掘进机自动控制提供实时数据。该设计方案中超声波传感器通过在靖远煤电某矿井下EBZ160推进机进行测试,总体在可接受范围之内,陀螺仪在电气车间通过试验,可满足试验需求。     

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。     

悬臂式掘进机智能化控制系统研究

悬臂式掘进机智能化控制系统融合无线通信、数字视频处理、光纤通信和工业网络等先进技术,通过三维定位截割、截割轨迹在线监测、自动控制、补偿、截割姿态检测、截割轨迹监测以及远程可视化和超视距控制等技术,实时观测掘进工作面迎头各系统的运行情况,为安全生产提供直观的图像信息和数据信息,提出掘进成套装备智能化控制系统的设计思路和总体技术框架。在中煤科工山西华泰阳坡泉煤矿进行试验和应用,效果良好,研究成果可为掘进工作面成套装备智能化技术发展提供借鉴和参考。     

悬臂式掘进机机身及截割头位姿视觉测量系统研究

针对煤矿井下悬臂式掘进机机身及截割头位姿测量难题,提出一种基于激光束和红外光斑特征的悬臂式掘进机机身及截割头位姿视觉测量系统。在掘进工作面的巷道顶部安装3个激光指向仪,通过固定安装在掘进机机身上的防爆相机对激光束图像进行采集,利用改进的随机Hough变换对激光束进行直线检测,通过建立的基于两点三线的掘进机位姿解算模型得到掘进机机身在巷道坐标下的位姿。同时,通过防爆相机对截割部所安装的红外标靶图像进行采集,利用高斯曲面拟合算法对光斑进行中心定位,通过建立的基于对偶四元数的掘进机截割头位姿解算模型得到截割头在机身坐标系下的位姿,结合得到的机身坐标系与巷道坐标系间的转换关系,得到巷道坐标系下的截割头中心点位姿。最终,在实验室搭建了掘进机机身及截割头位姿视觉测量平台,并在该平台上模拟掘进机的实际工况位姿,结果表明,该方法测得的掘进机截割头中心点在巷道坐标系下的姿态测量误差在0.5°范围以内,位置测量误差在40 mm以内,可以满足掘进机机身及截割头位姿自动、准确、实时测量的要求。     

EBZ260掘进机在贵阳排水隧道施工中的应用

选择悬臂式掘进机掘进的隧洞挖掘方式施工。施工过程中,掘进机集截割、装碴、转运和自行于一身,施工快速、机动简便、运行灵活,可以做到截割、装运同步进行。隧道开挖质量好,截割断面整齐,减少超欠挖,便于施工综合配套,对后续支护、二衬带来较大方便,是掘挖围岩理想的开挖设备。     

掘进机远程控制技术及监测系统研究与应用

综合应用自动化、智能化和信息化等高新技术研制开发了适合煤矿综掘工作面地质与环境条件的掘进机远程控制技术及监测系统,实现了掘进机工作过程的定向、定位和定形的自动化远程控制.实现了掘进机位姿参数在线自动检测、自动定向掘进、断面自动截割成形和截割臂摆速自适应控制,首次在我国井下煤巷掘进工况中实现悬臂式掘进机机身位姿误差的绝对法测量,避免了相对法测量过程中误差积累的问题,保证了高精度定向掘进;在井下实现了远程监控、无线遥控和视频监控,实现了在多尘、振动条件下掘进机工况多角度可视化一键式遥控;在井下环网或地面任何网络接入点,实现了掘进机运行状态参数包括位姿参数等信息的实时监测与显示,并具有远程故障诊断和报警等功能.     

煤巷悬臂式掘进机快速截割工艺探讨

本文介绍了悬臂式掘进机"蛇形"、"回形"和"螺旋线形"三种截割方式及特点;以常村矿为工程背景,运用数值模拟法对煤巷悬臂式掘进机不同截割方式下的巷道受力状况及稳定性进行分析.结果表明,"蛇形"自下而上截割工艺为最佳方式,既实现掘进机的快速掘进,又能维护巷道围岩的稳定性;可为矿井快速掘进与安全高效生产提供一定的经验借鉴.     

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。     

悬臂式掘进机截割头摆动力与截割力的匹配关系

根据悬臂式掘进机截割头在不同工况下截齿的受力状况,研究了截割头摆动力与截割力的匹配关系及其一般取值范围,以此为掘进机悬臂回转机构的设计提供理论依据。     

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。     

基于岩石截割试验的悬臂式掘进机设备优化选型

如何将悬臂式掘进机与金属矿岩体特性、采矿方法、采矿工艺相结合,进行合适的设备选型,成为制约掘 进机顺利使用及效率发挥的重点。通过分析悬臂式掘进机截齿截割破岩过程,以金属矿掘进机机械采矿为研究背 景,提出了悬臂式掘进机设备优化选型方法。以实际矿山为研究对象,获取矿山现场岩样来开展单截齿截割破岩试 验,测试截齿破岩的最大截割力与比能耗。将１６０、２００、２６０、３８０型号悬臂式掘进机截割头截齿截割力转化为单截齿 截割破岩力,并与截齿截割破岩试验结果进行对比,以此推荐满足破岩能力要求的掘进机截割功率。基于上述研究 成果,对实际工况下截割效率与生产能力进行预测,详细测算其采矿作业技术经济指标,从而实现对悬臂式掘进机进行 优选,最终推荐适用于矿山的悬臂式掘进机设备型号为２６０型。通过上述方法创新了地下非煤矿山掘进机设备选型方 法,弥补了传统仅靠岩石单体强度经验推荐掘进机的缺陷,适用于我国非煤金属矿山的悬臂式掘进机设备优化选型。     

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。     

煤矿井下巷道掘进与支护同步作业技术及装备研究

针对我国煤矿巷道掘进速度慢、作业人员多、安全性较差的问题,提出了以摇臂式掘进机为龙头的掘进与支护同步作业系统,介绍了该系统的主要装备构成及工艺。阐述了摇臂式掘进机、运锚机、可调速转载机、自移机尾的结构组成及技术特点。结合自主导航技术、自适应截割技术、工况检测及故障诊断技术,构建了成套装备的自动控制系统。     

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.     

基于故障树的掘进机截割部液压系统故障分析

针对掘进机液压系统故障难以定位的问题,以掘进机截割部液压系统为例,提出一种基于故障树的掘进机液压系统故障定位方法。首先采用故障树分析法对掘进机截割部升降失效的原因进行逻辑分析并建立故障树;其次结合故障树和部件失效率求出顶事件的故障概率,并结合底事件和顶事件的故障率求出底事件的概率重要度和关键重要度;最后对部件的关键重要度进行排序。工程计算结果表明,维修人员可以根据排序结果进行顺序排查,可准确地定位故障并提出解决方案,避免盲目操作,提高了维修效率。