基于改进滑模控制的悬臂式掘进机轨迹跟踪技术

针对传统滑模控制在悬臂式掘进机轨迹跟踪中存在全局收敛速度慢、抖振显著等不足,提出了一种基于新型趋近律的改进滑模控制方法。通过在传统指数趋近律基础上引入掘进机机身的横向偏差、航向角偏差以及幂次趋近项,实现了掘进机轨迹偏差的快速收敛以及抖振的削弱;同时,采用边界层法进一步抑制抖振,解决了趋近律中符号函数乘积项易引起抖振的问题。分析了新型趋近律的存在性、可达性以及稳定性,并推导了干扰稳态误差的区间。考虑掘进机的不确定扰动,对传统滑模控制与改进滑模控制方法进行了仿真对比。结果表明,改进滑模控制的控制精度、收敛速度及抗干扰能力均优于传统滑模控制。最后,通过搭建实验平台测试了掘进机轨迹跟踪控制系统的性能,验证了改进滑模控制方法的可行性和有效性。研究结果可为煤矿井下恶劣环境中采掘装备的智能控制提供重要参考。

Upgrade and Renovation of Steel Billet Scalein front of High-speed Wire Furnace

This article briefly introduces the weighing device for steel billets in front of the heating furnace of the high-speed wire rod unit,and analyzes and summarizes the problems existing in the original weighing device for steel billets in production and use.Based on on-site installation conditions,design a new weighing method,match a large range weighing sensor,upgrade the automation control of the weighing device,and remotely transmit the billet weighing data to the MES system of the group.The automatic,stable,reliable,and accurate measurement of steel billet raw materials has been achieved,providing important guarantees for the accurate measurement of production line billet and product yield.

智能化掘进机悬臂和铲台机构关联位置干涉解算模型

智能化悬臂式掘进机在工作状态感知与控制过程中悬臂和铲台机构关联位置干涉,而现有悬臂式掘进机防干涉碰撞的研究主要是基于单一的控制方法,将防干涉碰撞条件融入到控制中的较少。针对上述问题,提出了一种悬臂和铲台机构关联位置干涉解算模型。基于多自由度悬臂式掘进机悬臂和铲台机构运动过程中的相对空间位置关系,将悬臂机构简化为分段空间直线、铲台机构简化为空间平面,根据悬臂边界等效分段空间直线上特定点和截割刀具边界点至铲台等效空间平面的距离,判断悬臂与铲台是否干涉。悬臂与铲台机构关联位置干涉解算模型应用实例表明:当铲台处在中位状态时,主悬臂和辅助悬臂无相对摆动下,悬臂和铲台不发生干涉碰撞的极限约束条件为主悬臂下摆动位置角不超过29.5°,截割刀具卧底量不超过42 mm;主悬臂和辅助悬臂协同摆动下,悬臂和铲台不发生干涉碰撞的极限约束条件为截割刀具卧底量不超过163 mm。悬臂和铲台机构关联位置干涉解算模型为悬臂与铲台干涉碰撞全域预测预警的数字化与智能自主控制奠定了基础。

考虑煤岩硬度的悬臂式掘进机截割控制

煤岩硬度显著影响悬臂式掘进机空间运行状态,分析掘进机空间运行状态与煤岩硬度变化的关联性,有助于更好地实现悬臂式掘进机自动化截割控制。为提高截割控制精度,提出了一种考虑煤岩硬度的悬臂式掘进机截割控制方法。根据动力学原理获得了悬臂式掘进机空间运行状态与煤岩硬度变化的关系,得出随着截割头与目标点之间的距离、运动范围半径及动态角度增大,截割头的运行稳定性会相应提高。采用加权平衡的方式确定自动化控制参数,采用PID控制和闭环模糊控制方法实现掘进机自动化截割控制。实验结果表明,该方法横向控制和纵向控制都表现出较好的性能,掘进机截割头摆速在2 s内达到稳定值,动态工作稳定性好;悬臂式掘进机截割头回转和升降角度变化轨迹与期望轨迹之间的吻合度较高,整体偏离程度较小,控制精度较高。

面向超宽带的巷道内掘进机定位算法研究

为提升煤矿综掘设备智能化和无人化水平,针对目前巷道内掘进多采用的激光指向法无法有效提供悬臂式掘进机自主导控和位姿参数的现状,以及由传感器同步偏移导致的定位精度降低和系统鲁棒性变差的问题,提出了一种基于超宽带(UWB)的正则化约束总体(RCTLS)最小二乘法和乘子交替方向法(ADMM)融合的掘进机到达时间差(TDOA)定位算法。根据UWB基站与安装在机身的标签距离信息,采用RCTLS与ADMM融合算法进行目标函数进行优化和多变量交替迭代,实现了掘进机机身关键节点定位。实验结果表明,当基站与标签测距误差较大时,算法定位精度和鲁棒性优于现有的几种TDOA定位方法。

掘进机智能化控制系统改造的实践研究

煤矿井下的巷道掘进工艺经历了从炮掘到机掘,从机械化到自动化的发展,但中国综掘机的智能化水平和技术水平仍存在很多短板。其中,悬臂式掘进机的智能化程度较低,造成综掘机与工作面其他设备的智能化应用水平低下,施工作业繁重,存在安全隐患等问题。为此,大阳煤矿决定对三采区大巷煤柱工作面开展智能化改造,投入使用EBZ160i型掘进机。该掘进机可实现远程智能操控,同时在地上能实时监控掘进机及迎头情况,依托智能遥感等技术使巷道断面自动成形。投产后,可大幅提升巷道掘进工作的智能化和机械化水平,单进水平可提至290 m/月,工作人员缩减至少50%,减人增效的效果显著。

煤矿掘进机智能控制与优化技术研究

目前国内大多数掘进机掘进作业存在巷道成形质量、掘进效率受人为因素影响较大等缺陷,通过研究,在山西西山中煤机械制造有限公司EBZ200型悬臂式掘进机上安装远程控制系统,控制掘进机截割部水平、垂直驱动油缸的伸缩量及摇臂摆动速度,实现自动截割及巷道断面一次成形,可为提高掘进机智能化运行水平提供有效技术支撑。

金属矿山悬臂式掘进机采掘配套设备选型分析

文章提出了一整套金属矿山悬臂式掘进机及配套设备的选型方案,通过工程条件筛选,建立岩石强度与截割力模型,引入富余系数,选出性能优越的机型。同时,计算通风除尘与供电系统关键参数,确保选型精准。应用实证表明,EBZ160型掘进机满足破岩要求,富余系数为209%,与传统的钻爆法相比,其单日出矿量提高了3.56倍,通风供电系统性能达标。

某中承式钢筋混凝土箱型拱桥危桥改造技术研究

某中承式钢筋混凝土箱型拱桥,因吊杆“超期服役”,吊杆、锚头均表现出严重锈蚀的病害,且受到建设年代设计手段及设计理念的局限性制约,桥面系结构缺陷,随着交通流量及超重车辆迅速增加,桥梁处于“危险”状态。经特殊检测,采取了立即封闭交通的措施,并按照抢险救灾方式对危桥进行了维修整治,早日消除了桥梁安全隐患。

数字孪生驱动的悬臂式掘进机虚拟示教记忆截割方法

针对当前掘进设备智能化程度低,掘进过程中超挖、欠挖和异常碰撞等情况难以具体描述,传统自动截割和记忆截割技术难以适应复杂地质条件等问题,提出了一种数字孪生驱动的悬臂式掘进机虚拟示教记忆截割控制方法。通过分析数字孪生技术在当前煤炭智能化开采领域的研究情况,设计了数字孪生驱动的悬臂式掘进机记忆截割控制系统总体方案,对复杂工况下悬臂式掘进机记忆截割关键技术进行研究。首先,充分利用数字孪生和虚拟现实技术的特性,研究复杂工况环境下的虚拟示教策略,基于Unity3D平台建立对应实体等尺寸的工作面及设备虚拟孪生模型、截割部运动学模型和虚拟碰撞检测模型,在虚拟端通过智能交互界面控制虚拟模型运动,结合工人经验设计示教轨迹并优化,使其作为轨迹跟踪的目标期望轨迹,弥补传统井下人工示教由于恶劣工况环境导致的过度依赖工人经验等问题;其次,为提高断面成形质量,研究记忆自动截割阶段示教轨迹跟踪再现控制方法,利用拉格朗日法建立截割部动力学模型,采用迭代学习与滑模控制相结合的方法提高末端执行器对示教轨迹的跟踪控制精度;最后,搭建悬臂式掘进机记忆截割仿真控制平台,通过虚拟空间与物理空间以及各模块之间的实时数据传输与交互,在虚拟空间中完成记忆截割虚拟示教与轨迹跟踪控制过程的三维可视化仿真,进而生成记忆自动截割轨迹跟踪控制指令并发送至悬臂式掘进机物理实体的末端执行器,驱动其按照示教轨迹进行断面成形截割,同时物理传感器采集悬臂式掘进机机身及截割臂位姿数据,反向驱动虚拟模型同步动作,实现对机器人虚拟模型和物理实体的闭环控制。在此基础上对系统的虚实同步性、虚拟样机与物理样机运动一致性和轨迹跟踪再现控制精度进行验证,实验结果表明,系统数据传输延迟较低,能够保证虚实一致性和同步性,且轨迹跟踪控制精度满足实际使用要求,该方法为掘进设备记忆截割与智能化控制提供了新的思路。

悬臂式掘进机自主调速截割控制系统

现有悬臂式掘进机截割控制采用较为单一的控制方法且截割头以定速完成巷道断面截割,未综合考虑轨迹规划和自主调速控制,在复杂地质条件下难以实现较高的巷道工程质量。针对上述问题,提出了一种悬臂式掘进机自主调速截割控制系统。首先,建立截割头和煤层的三维模型并导入ABAQUS软件进行有限元分析,获取截割头受到的反作用力与截割臂摆动速度之间的关系,进而得到截割臂摆动速度与截割头加速度之间的关系,利用k-means聚类方法对加速度进行分层。然后,采用层次包围盒算法建立截割头碰撞检测模型,规划合适的矩形巷道断面截割轨迹,经多次离散化生成离散截割轨迹规划点,对截割臂进行运动学逆解计算,获取截割头到达离散截割轨迹规划点所需的截割臂回转弧度、抬升弧度和伸长量,并利用全局最优速度模型求解截割头运动至离散截割轨迹规划点的速度。最后,利用加速度传感器采集截割臂振动信号,根据加速度分层结果确定截割臂目标摆动速度,并通过模糊PID控制使截割臂摆动速度及时准确地随截割头加速度的变化调整到目标摆动速度。实验结果表明:采用模糊PID控制可实现较为快速、无超调量的截割臂摆动速度调节;与定速截割控制相比,采用自主调速截割控制的巷道断面成形质量高,宽度规格偏差降低了37%,高度规格偏差降低了17%,满足MT/T 5009-1994《煤矿井巷工程质量检验评定标准》规定的巷道成形质量要求。

悬臂式掘进机截割轨迹控制联合仿真研究

为提高掘进机截割头轨迹跟踪控制精度及实现巷道断面自动截割成形,应用ADAMS和AMESim建立掘进机截割部机液联合仿真模型,进行悬臂水平和垂直摆动的运动学分析及逆运动学求解,提出根据截割头在机身坐标系中的坐标,经运动学逆解生成回转与升降液压缸的目标位移,再经回转与升降两个电液比例闭环控制系统实现对截割头运动轨迹控制的新方法。以矩形断面为例,提出了类S形截割路径规划,进行了截割头运动轨迹的跟踪控制仿真和给定断面参数的自动截割控制仿真。仿真结果表明:截割头轨迹跟踪控制仿真最大误差为3.52 mm,具有较高的控制精度。

悬臂式掘进机截齿系统维修与备件库存联合决策

为延长悬臂式掘进机截齿系统的使用寿命,降低运维费用,根据截齿系统的维修需求以及随之产生的备件需求,提出了一种基于定期检查的(m,τ,S,s)预防性维修与备件库存联合策略。以费用率最低为目标,考虑可用度约束,建立了截齿系统的维修与备件库存联合决策模型,以决策最优的预防性更换阈值m、检查周期τ、目标库存水平S和备件订购阈值s。基于工程数据,通过遗传算法获得了最优目标以及对应的决策变量,并对模型参数进行敏感性分析,验证了模型的有效性。结果表明,当预防性更换阈值为8把,检查周期为12 d,目标库存水平为75把,备件订购阈值为45把时,可用度为0.87,最低费用率为162.45元/h,截齿系统实现了全局最优的联合决策。因此,将维修与备件库存进行合理的整合优化,可进一步提高截齿系统运行的安全性和经济性。

悬臂式掘进机截割载荷与截割状态参数敏感关系研究

针对悬臂式掘进机截割过程中截割载荷无法直接测量,需利用机身截割状态参数来间接反映截割载荷变化的问题。根据掘进机截割工作原理和截割作业特性,选取了截割电机电流、驱动油缸压力、截割臂摆角位置、关键部位应力状态四个截割状态参数,采用数学建模、有限元分析等方法探究了不同截割状态参数与截割载荷变化的敏感关系。研究结果表明,截割电机电流、驱动油缸压力、关键部位应力状态三个参数对截割载荷变化敏感度较高。未来通过融合上述三种截割状态参数、可精准表征截割载荷变化,为悬臂式掘进机自主调控、故障诊断等研究奠定理论基础。

悬臂式掘进机自动截割技术研究

为实现煤矿掘进工作面的自动化作业,对悬臂式掘进机断面自动截割成形的需求日趋明显。采用截割臂升降、回转、伸缩油缸内置位移传感器的方式,对掘进机炮头位置坐标进行研究,再增加惯导系统获取机身位姿信息,采用PLC和微处理器相结合的方式实现掘进机软件控制系统开发,从而实现掘进机的自动截割。

大断面高铁隧道下穿既有铁路悬臂掘进机施工研究

当大断面高铁隧道长距离下穿既有运营铁路及岩溶发育复杂地层时,采用大型机械化作业容易导致隧道塌方(塌陷),影响既有线运营安全。文章以渝昆高铁引入昆明枢纽工程站前二标长水机场隧道下穿沪昆铁路施工为研究对象,针对大断面复杂地层高铁隧道下穿既有线铁路悬臂掘进机开挖工艺,对悬臂掘进机选型、开挖工法、工效分析等方面进行研究,根据研究结果采取科学的施工方法及有效措施,最终安全快速地完成下穿既有线路施工,为类似工程施工提供参考。

悬臂式掘进机隧道开挖施工技术研究

目前传统钻爆施工受地质情况、外部环境及人为因素影响较大,施工安全系数较低,且光面爆破对技术的要求很高,容易出现超欠挖等缺陷,因此提出在隧道横洞工程开展悬臂式掘进机施工技术研究。文章简要阐述悬臂式掘进机的工作原理和施工特点,然后对悬臂式掘进机隧道开挖技术要点进行分析,最后与钻爆法施工相比,总结出悬臂式掘进机隧道开挖施工能有效控制隧道超欠挖,具有对围岩扰动小、施工效率高等优势。

混合动力装载机动臂能量回收仿真研究

针对装载机动臂能量损耗大的问题,提出一种混合动力装载机动臂能量回收及再生系统,该系统采用蓄能器作为储能元件。首先分析混合动力装载机动臂能量回收及再生系统工作原理,其次对元件进行数学模型分析,最后运用多学科领域复杂系统建模仿真平台(AMESim)进行建模,以柳工ZL50C为仿真对象,在典型工况下进行仿真,并与传统系统进行比较分析。仿真结果表明:该混合动力系统动臂油缸响应速度快,能量回收效率达到66.9%,能量再生效率达到81.5%。该混合动力系统与传统系统相比,发动机为系统提供能量降低了21.3%,发动机油耗量降低了19.8%。该系统为装载机节能技术的研究提供思路,对于降低装载机作业成本有重要意义。

超高层外挂式动臂塔吊选型及施工技术研究

近年来,超高层建筑日益兴起,动臂塔吊在超高层建造领域得到了广泛的应用,为解决外挂式动臂塔吊在超高层建筑施工应用中的问题,论文结合招商局太子湾大厦项目,分析了外挂式动臂塔吊施工工艺流程,对外挂式动臂塔吊在超高层中的实际应用等问题进行详细叙述,并指出通过科学的管理方法,可以有效管控外挂式动臂塔吊施工工艺的全过程,减少现场技术问题及其他不确定性因素。

抗撕裂浮子式围油栏纤维增强层设计与整理的研究

日益频发的海上溢油事故不仅会造成巨大的经济损失,而且对环境影响恶劣,使用围油栏围油是目前全球清除溢油的主要方法。文章针对现有围油栏抗撕裂性差、耐低温性差、收放不便等缺陷,重点研究了浮子式围油栏纤维增强层的设计,将设计的纱罗织物编织技术应用其中,大幅提高围油栏的层间黏合强度和撕裂强度,解决了围油栏在冰面和岸边展放时易被划破的难题。对浮子进行结构设计和特殊处理,在浮子和围油栏裙体可分离的前提下,既能保证围油栏的漂浮性,又能保证浮子与裙体连接的可靠性,避免一般围油栏因使用过程中气室被扎破而影响围油效果。同时,重点探讨织物涂层材料整理过程中各工艺参数对围油栏裙体胶布成型整理的影响,在此基础上完成了抗撕裂可分离浮子式围油栏试制并形成整体设计工艺。产品较充气式围油栏和固体浮子式围油栏综合性能强、性价比高,成果具备技术推广和产业化条件。