基于机器人化掘支锚联合机组的折叠式钻车钻臂工作空间分析

针对现有掘进工艺仍然存在掘支比例失衡和掘进效率低下导致的掘进工作面安全事故频发等问题,提出了机器人化掘支锚联合机组及工艺,介绍了该机组的组成和工作原理,阐述了该机组中折叠式钻车钻臂的结构及运动学建模,并对该折叠式钻车钻臂的工作空间进行了详细的分析。通过对钻车钻臂关节参数进行反解,验证了该折叠式钻车钻臂能够满足实际工作的位置和姿态要求,为实现井下少人、无人化掘进作业奠定了基础。

掘支锚联合机组双截割部截割轨迹控制方法

为实现截割范围大、截割平整度好、截割功效高的巷道断面截割,提出一种基于模糊PID控制的掘支锚联合机组双截割部截割轨迹控制方法,以实现截割部升降油缸及摆动油缸的精确控制.根据掘进机巷道截割工艺和掘支锚联合机组截割影响因素设计了双截割部运动轨迹,结合双截割部结构参数和运动参数特征,建立了双截割部截割运动学模型;以截割部升降油缸、回转油缸位移误差和位移误差变化率为系统输入,选择三角函数为隶属度函数进行模糊化处理,根据PID整理规则分别建立PID参数的模糊推理规则,利用系数加权平均法对系统输出进行反模糊化处理;通过simulink数值模拟仿真,对比分析模糊PID控制算法和传统PID控制算法的轨迹控制效果.结果表明:模糊PID控制算法对截割臂复合运动控制效果更优,跟踪特性优良,能够实现巷道断面截割轮廓的精准成形控制.

掘支锚联合机组支撑油缸多目标优化设计

研发了一种适用于综掘巷道的掘支锚联合机组。为提高掘支锚联合机组支护机构的安全性与稳定性,根据参数化建模和分析方法研究了支护结构支撑油缸刚度对结构频响特性的影响,以各支撑油缸的刚度为设计变量,结构的最大位移振幅最小及最大应力振幅最小为优化目标函数,对支撑油缸刚度进行优化设计,确定了各弹簧的最佳刚度,并进行了实验验证。结果表明:优化后模型在3个轴向的最大应力响应比优化前分别减小了96.72%、95.87%、96.65%;优化后模型的最大位移响应在Z轴方向虽然比之前略有增大,但X轴和Y轴方向分别减小了98.17%和74.61%;实验结果与仿真结果的固有频率最大误差为8.6%,且频响曲线变化规律基本一致,证明了优化设计的有效性。

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。