截齿截割角度对截割性能的影响研究

以悬臂式掘进机为主的机械开挖是实现金属矿山连续化开采、推动智能矿山建设的重要手段,截齿截割角度是影响截齿受力情况的重要参数,从而影响掘进机掘进效率。为了优化截齿参数,采用Rhino软件和PFC3D软件建立了截齿截割岩石模型,在对试验数据进行验证的基础上,开展了不同截割角度(45°、50°、55°、60°和65°)下截齿截割花岗岩数值模拟试验研究。结果表明:基于PFC3D软件的截齿模拟试验具有可靠的精度,模拟试验与室内试验结果之间的相对误差分别为13.59%和16.92%。同时,不同截割角度下截齿的受力情况不同,在55°时截齿截割角度能够得到较好的改善。

悬臂式掘进机镐形截齿磨损应力分布影响因素研究

为进一步探究悬臂式掘进机镐型截齿的磨损问题,以某镐型截齿为研究对象,从应力分布角度着手,分别探究齿尖锥角、截割速度和截割深度对应力分布的影响,确定该镐型截齿的最优参数组合为截齿锥角75°,截割速度2.0m/s,截割深度30mm。在此基础上,将优化后的镐型截齿参数组合应用于实践,结果显示,截齿寿命显著提升,证明截齿磨损问题得到有效改善,表明此研究具有一定的现实意义。

鑫顺煤业EBZ-135悬臂式掘进机截齿优化分析

鑫顺煤业EBZ-135悬臂式掘进机在实际使用中截齿损伤频繁,影响安全高效生产。针对这一问题,对该矿EBZ-135悬臂式掘进机截割部进行有限元分析。通过ANSYS软件构建出掘进机截齿模型,分别从横切与钻进两种工况条件出发,模拟分析了截割头的受力情况,据此对截齿设计进行优化。优化方案实施后,改善了截割头受力效果,降低了所有截齿间合外力的差值,有利于提升整个煤矿截割作业的效率与质量。

悬臂式掘进机截割机构伸缩形式的研究

分析并比较了现有3种悬臂式掘进机截割机构的伸缩结构。部分伸缩式结构由于伸缩行程短、结构复杂、整体强度较差等原因已被逐渐取代;外部整体伸缩式结构掏槽笨重,伸缩灵活性较差,目前使用较少;内部整体伸缩式结构使用较多,但需设置抱闸装置进行辅助抱紧以减小截割机构的振动。

悬臂式掘进机截割头空间定位方法研究

针对悬臂式掘进机截割头定位困难、定位不准确的问题,提出一种悬臂式掘进机截割头空间定位方法。结合自动全站仪、惯性导航单元、倾角传感器、角度传感器等多种传感器采集机身位姿及截割头姿态参数,建立空间定位坐标系,通过分析掘进机各组成变量的变换关系,获取截割头在巷道的空间位置坐标。该方法不改变掘进机机身原有机械结构,为掘进机截割控制提供数据支撑,提升掘进效率和掘进机自动化、智能化水平。

悬臂式掘进机导航定位及自动截割方法研究

针对悬臂式掘进机自主导航定位不准确、巷道超欠挖现象严重等问题,提出一种悬臂式掘进机导航定位及自动截割方法。由捷联惯性导航、自动全站仪模块、测距传感器建立组合导航定位系统,通过捷联惯性导航测量的机身位姿与自动全站仪测量的位置相融合,有效提高掘进机定位定向精度。通过建立悬臂垂直摆动和水平摆动模型,获取截割头精确位置信息,使截割头按照工艺路径自动截割。该方法能够实现悬臂式掘进机精确定位定向,实现巷道断面自动截割及远程控制,提高人员操作安全性。

掘进机综采中截割控制系统的优化分析

在矿采机械化水平不断提高的背景中,要求各煤矿结合实际开采工况对掘进机的截割控制系统进行优化,不断提高掘进机的自动化程度。某矿开采中,由于受井下多方面因素干扰,掘进机截割系统中的截割方式存在不足,为了保证该矿主采2110综采面的开采进度,需要应用自动截割理论,分析“S”形截割方式的应用。为此,在概述案例煤矿后,先分析截割控制系统中自动截割的优化方案,然后讨论不同岩性下掘进机的截割尺寸,以期可以提高掘进机的截割效率,保证综采效率。

悬臂式掘进机截割减速器传动系统有限元分析及优化

以EBZ160型悬臂式掘进机为研究对象,介绍一种掘进机截割减速器传动系统拓扑优化方法。具体拓扑优化方法中引入有限元仿真分析法,从静力学分析和模态分析两个角度实施悬臂式掘进机截割减速器传动系统有限元仿真分析,根据有限元分析结果,采用拓扑优化方法实施传动系统拓扑优化。为验证传动系统拓扑优化方法的可行性,将拓扑优化方法应用于工程实践,对比传统数值计算方法优化结果,证明拓扑优化方法具有较强的可行性和应用优势。

煤矿悬臂式掘进机关键结构特性研究

悬臂式掘进机的切削性能会对煤矿巷道开挖的能耗和效率产生影响。以华阳智矿新景公司悬臂式掘进机为工程背景,采用数值模拟研究了悬臂式掘进机截割头截割深度、旋转速度、后续截割距离对截割性能的影响。研究得出:当截割深度为截割头长度的1/2~2/3时,截割性能最佳;在能耗方面,截割深度对截割性能的影响比截割速度更敏感;截割性能指标在后续截割距离超过截割头直径之前趋于稳定。研究结果可为悬臂式掘进机的结构优化设计提供参考和借鉴。

煤矿智能化掘进关键技术研究

介绍了近年来煤矿巷道掘进主要技术(悬臂式掘进机综掘技术、连续采煤机掘进技术及掘锚一体化掘进技术)的研究成果,分析了这3种主要巷道掘进技术在我国的适用性及推广价值,指出:(1)悬臂式掘进机综掘技术仅能“前掘后锚”,掘进与支护的过程不能同时进行,限制了掘进效率。(2)连续采煤机掘进技术仅可在近水平煤层条件下进行,且对顶板的稳定程度有一定要求,适用性不强。(3)掘锚一体化掘进技术仅适用于巷道断面大的单巷快速掘进,所用到的掘锚一体机机身大且价格昂贵,并对所掘进巷道的底板稳定性有一定的要求。相比连续采煤机掘进技术,掘锚一体化掘进技术在我国有较好的应用前景。将原有掘进机的掘进功能拓展为掘进兼支护的功能,这对掘锚一体化掘进技术的研究与普及可起到推动作用。分析了近年来煤矿巷道机器人化智能掘进技术中智能截割、远程智能监控、智能协同控制3个方面的研究成果,得出:(1)智能截割技术主要集中在对煤岩自适应识别方面的研究。(2)远程智能监控技术已从远程实时监测向远程可视化监控方向发展,虚拟仿真技术的发展将井下掘进巷道的情况可视化地展现在地面,并将控制信号反馈到掘进工作面来对掘进工作面掘进机组进行远程同步控制,成为当前巷道掘进远程监控智能化的重要标志。(3)目前针对智能协同控制技术的研究较少。探讨了煤矿巷道掘进智能化的发展方向:加强掘进设备集成协同化、设备模块化组合、5G矿用无线网络设备、掘进远程智能监控系统及难掘慢掘巷道掘进工程等方面的研究。

基于振动模型的掘进机截割系统稳定性预测

掘进机截割过程受动态径向和轴向载荷影响,截割臂会产生水平和竖直方向的摆动,摆动截割过程由煤岩反作用力产生的截割振动对截齿冲击最大,其振动量大小直接影响截割头的稳定性。为判断截割过程截割载荷是否稳定,首先,基于岩石断裂力学和煤岩破碎理论,建立掘进机截割系统物理本构模型,构建截齿和截割头截割载荷谱函数;其次,基于牛顿差值多项式方法进行截割过程截割稳定性预测,构建多因素耦合的非线性截割系统动力学方程,求解动态振动稳定域截割曲线(截割稳定性叶瓣图);然后,提出一种基于相关系数的无量纲截割振动判定准则,从理论和实际两方面判定截割头不同时刻的截割状态;最后,通过搭建截割系统实验台,进行截割系统模态参数辨识实验,测试破岩过程截割头截齿随机载荷特性,研究不同截割参数组合下截割载荷变化规律,得出截割头转速与截割深度的最佳匹配关系,从而证明截割稳定性叶瓣图的正确性。

基于改进离散方法的截割稳定性预测分析

为了研究悬臂式掘进机截割头煤岩多重交互与速度效应对截割头颤振稳定性的影响,考虑煤岩物理特性、截割头结构参数、截割头运动参数,拟合截割头截割深度与参与截割截齿的函数表达,建立了截齿动态截割的截割状态力学特性方程,并基于截齿截割头映射关系,构建了包含截割头煤岩多重交互与速度效应的截割动力学模型。提出了一种基于牛顿拉格朗日混合插值的改进离散方法,阐明了截割状态下再生效应与速度效应的耦合作用对截割颤振稳定性的影响规律。将改进全离散方法与全离散法、半离散法进行对比,证明了基于混合插值方法的改进全离散法的优越性。基于改进全离散法研究了不同截割系统动力学参数对稳定性的影响。基于相似试验理论,搭建截割头煤岩系统截割实验台,进行了截割系统颤振模拟实验。结果表明,构建的改进全离散方法能够很好地预测实际截割状态。

基于虚实融合数据的悬臂式掘进机截割部故障预警技术研究

目前悬臂式掘进机截割部故障预警技术依赖于传统的数据采集方法,在掘进机截割部实际运行过程中存在信号获取困难、噪声较多等问题,导致掘进机截割部故障预测预警能力受到限制。针对上述问题,提出一种基于虚实融合数据的悬臂式掘进机截割部故障预警方法。对悬臂式掘进机截割部进行三维实体建模,利用机械系统动力学自动分析软件(ADAMS)获取截割部机械系统虚拟数据,构建其动力学仿真模型以获取虚拟数据,并采用余弦相似度函数表征其与真实数据的相似度,验证虚拟数据的可信度。将虚拟、真实数据分别采用贝叶斯估计与自适应互补加权融合方法进行相似关联与互补关联融合,获得虚实融合数据。针对传统自组织映射(SOM)神经网络学习效率易受学习速率的影响问题,建立了基于改进SOM神经网络的故障预警模型,引入关于时间的单调递减函数对SOM神经网络进行训练,在保证学习速率的同时,兼顾模型的稳定性。将融合数据输入基于SOM神经网络的故障预警模型以确定获胜神经元并进行权值调整,计算真实数据与获胜神经元间的距离并进行权值调整,进而实现故障预警。实验结果表明,改进SOM神经网络的平均运行效率可提高35.84%;基于虚实融合数据的悬臂式掘进机截割部故障预警方法可成功实现单一故障和复合故障的类型预测,其预测准确率达83.33%。

悬臂式掘进机截割机构动力学特性研究

截割机构是悬臂式掘进机的工作机构,其性能的好坏直接影响到整机的工作性能。利用CREO4.0建立EBZ160型掘进机的三维实体模型;通过结构简化、载荷和驱动分析,运用ADAMS建立动力学模型,对截割机构横摆截割工况进行动力学仿真分析,得出截割头的运动变化曲线和截割机构关键零部件的受力变化规律,为掘进机设计和研究提供理论依据和设计参考。

主动激振作用下截割载荷影响因素研究

为减小截齿磨损,提高截割效率,基于截齿破煤理论,进行了单一截齿截割过程受力状态分析,构建了横摆工况单一截齿截割载荷和截割头截割载荷的随机载荷谱函数。并基于主动激振辅助破岩理论,构建了截齿破岩过程受振动激力作用的力学模型;最后通过搭建截齿截割试验台进行了有无激振作用和不同激振频率下的截割载荷实验验证。研究结果表明,主动激振作用降低了截割过程截割头截割载荷,减小了对截割头的冲击损伤,且激振频率与截割载荷不存在线性关系,随着激振频率的增加,截割载荷呈现先减小后增大变化,激振频率为30 Hz时的截割载荷达到最小。该实验结果验证了理论分析的可行性,有益于完善现有截割破岩理论。

掘进机智能化控制系统的设计及关键技术分析

简要介绍了掘进机设备构成及控制系统设计流程,详细论述了控制系统的硬件设计及软件设计,并探讨其实际应用效果。通过掘进机智能化控制系统的设计,实现了掘进机的自动切割作业,从而促进掘进作业的安全稳定进行。

悬臂式掘进机自动截割控制系统的设计分析

以某公司生产的EBZ200C型悬臂式掘进机为研究对象,设计了一套自动截割控制系统。其利用各类传感器进行数据采集,传输至控制面板进行数据处理,电液比例阀对截割钻头轨迹进行调整等实现悬臂掘进机的自适应截割作业,同传统人工截割技术相比,掘进效率更高,断面成型效果也更好。

悬臂式掘进机煤矸智能截割控制系统与方法

随着时代的发展我国综合国力稳定提升,煤炭行业也飞速发展,煤炭开采规模、数量与日俱增,针对煤炭开采过程中遇到的实际问题,国家制定一系列发展目标和实施策略。尤其是煤炭开采过程中的采掘失衡问题,要求煤矿掘进机向更智能化、自动化方向发展。为实现这一目标,进一步提升裁割煤矸工作效率,研究出一种悬臂式掘进机煤矸智能截割控制系统。基于此,本文从煤矸智能截割系统原理出发,对这种悬臂式掘进机煤矸智能截割控制系统与方法展开详细探讨,并进行具体验证,以供相关人员参考。

悬臂式掘进机视觉伺服截割控制系统研究

悬臂式掘进机的自动化、智能化程度低严重制约着煤矿巷道施工技术的发展,智能掘进技术成为目前国内外研究的热点。针对煤矿悬臂式掘进机自动截割控制问题,将视觉测量传感器应用于悬臂式掘进机截割头的控制系统中,提出了悬臂式掘进机视觉伺服截割控制系统。根据悬臂式掘进机的运动学,利用视觉测量系统有效实时反馈截割头位姿,融合惯性导航系统、超声波测距等传感器得到有效信息,采用PID控制方法建立悬臂式掘进机视觉伺服截割控制模型,可根据巷道断面截割施工工艺规划的截割轨迹实现巷道断面的截割成形。介绍了悬臂式掘进机视觉伺服截割控制系统的工作原理以及主要模块,工作人员在规划好截割头在巷道断面的截割轨迹后,系统根据各传感器的测量结果以及误差信息控制掘进机截割头按照规划的轨迹进行自动截割,保存并显示机身位姿及截割头的截割轨迹。试验结果表明:悬臂式掘进机视觉伺服截割控制试验中,掘进机截割头可按照规划的截割轨迹进行自动截割,并且截割头姿态角的变化在0.7°以内,截割头中心点位置误差在18 mm以内,满足巷道掘进的精度要求,并且截割运动过程具有较好的稳定性。

悬臂式掘进机断面成型轨迹多目标优化方法研究

断面成型是掘进过程的重要工序,传统的断面轨迹仅以轨迹最短为目标,且一旦确定不再改变,制约掘进机器人的发展。为此,本文针对常见及复杂构造断面,提出了悬臂式掘进机断面成型轨迹多目标优化方法。首先,以效能和安全为目标,建立了截割轨迹多目标优化模型,考虑实际截割工况,确定了模型中决策变量、目标函数以及约束条件;其次,为进一步提高优化解的收敛性及分布性,提出了基于知识库精简的多目标粒子群算法(FDMOPSO算法);最后,基于FDMOPSO算法对截割轨迹多目标优化模型进行求解。经仿真验证,算法的收敛性提高了约90%、分布性提高了约40%,且对于不同形状、大小的复杂构造巷道断面都可以规划得到截割轨迹解集,并以效率、安全和截割平滑性为依据,最终决策得出最优轨迹。优化之后的截割轨迹,既能提高截割效率,同时可以做到避免夹矸,增加了截割的安全性。