纵轴式掘进机自动截割断面边界控制误差分析

为实现掘进装备的高精度自动截割、自主巡航,提出了一种纵轴式掘进机自动截割断面边界控制误差分析方法。明确了掘进机自动截割控制系统的误差来源,主要包括系统稳态误差、传感器精度、截割臂惯性、系统控制方法及其他非理论计算因素。对系统进行了仿真,结果表明负载干扰对系统的稳态特性影响较小,系统是稳定的。对各单项误差进行了计算,最终得到自动截割断面水平边界最大控制误差为71.30mm、垂直边界最大控制误差为55.27mm,达到《煤矿井巷工程质量检验评定标准》中规定的最高(优良)标准。进行了掘进机自动截割控制地面试验,实际测量得到系统断面水平边界最大控制误差为45mm、垂直边界最大控制误差为12mm。

截割机构延迟特性对巷道断面成型精度影响分析

由于执行元件响应时间差、负载干扰以及液压油液的压缩性等多因素的干扰,使得手动换向阀或电磁换向阀控制掘进机截割煤岩时存在较大延迟,断面成型精度较低。考虑截割部执行机构延迟特性对截割误差的影响,根据掘支锚机组截割部系统硬件组成和基本参数,使用D-H方法建立了截割机构的运动学模型。分析了机构动作延迟对截割控制方程的影响,建立了横摆和纵摆截割动作延时情况下的截割头中心在巷道断面坐标系上的运动误差模型。通过MATLAB数值计算软件进行截割控制误差的仿真研究,研究结果表明:本文仿真工况下,在横摆速度恒定的情况下,当延迟时间分别为50,100和200 ms时,横摆截割的截割轨迹误差分别为10,20,40 mm。当横摆速度分别为50,100和200 mm/s时,横摆截割的截割轨迹误差分别为5,10,20 mm。随着截割部横摆速度和动作延迟的增大,截割轨迹误差随之增大。由于普通的开关电磁换向阀不易于进行流量实时调控,因此无法做到对截割部横摆速度的缓冲控制。需要充分掌握截割执行机构的延迟特性,在控制系统中做好提前量,消除动作延迟带来的截割误差。通过课题组自行研制的掘支锚机组实验平台进行实验研究,研究结果表明,本实验台截割部执行机构存在53 ms的延迟,通过对控制系统进行提前量控制,即截割部位移传感器在到达指定位移之前的53 ms乘以横摆速度后的位置下达停止指令,可削减动作延迟带来的截割误差。