悬臂式掘进机自动截割控制系统研究

以煤矿 EBZ220 型悬臂式掘进机悬臂机构为研究对象,建立悬臂机构的截割运动在巷道断面的数学模 型,确定截割头在巷道断面投影的位置坐标与截割机构升降油缸、回转油缸伸缩长度及截割机构摆动角度之间的几 何关系。 经控制单元计算出掘进机截割头在巷道空间下的实时位置坐标,并与上位机设定的巷道边界参数进行比 较,提出具有反馈控制的巷道断面自动截割控制方案。 针对常见的矩形、梯形及半圆拱形 3 种巷道断面形状设计了控 制程序、截割工艺路径及人机交互界面功能。 以 EBZ220 型悬臂式掘进机为样机进行地面和井下试验,应用结果表 明,该控制系统可靠性高、实时性强,控制精度高,能满足巷道掘进工作面自动截割控制的要求,巷道断面自动成形控 制精度≤15 cm / 20 m,悬臂机构动态俯仰角和偏航角测量精度≤0. 1°,为实现煤矿掘进工作面智能化、无人化提供一 些技术研究基础。     

纵轴式掘进机截割轨迹规划及边界控制方法研究

为实现无人化掘进装备自主作业、完成既定任务,开展了截割轨迹规划及边界控制方法研究。通过分析煤岩硬度与截割臂摆速、截割电动机转速之间的数学关系模型,提出了基于多传感器参数判断的煤岩硬度环境信息描述方法;采用栅格法对环境模型进行建模,构建了栅格地图;针对截割的扫底、自动截割及自动扩帮3个过程,分别规划了截割轨迹;并提出边界控制方法,对规划后的轨迹进行精准自动控制。研究结果表明:提出的截割轨迹规划方法,可使截割头从任意起点躲避夹矸所在位置截割完整个断面,经过试验验证,设计的边界控制方法控制精度较高,可保证巷道边界成形质量,为实现整条巷道的自主定向掘进提供了重要技术基础。     

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.     

悬臂掘进机巷道断面自动成形控制运动学分析

煤巷悬臂掘进机正向大型化,智能化方向发展。断面自动成形控制是在截割过程中控制掘进机悬臂带动截割头运动,按设定的工艺流程切割出规整断面,减少无用掘进量和充填量。以EBZ -150型悬臂掘进机为例,主要进行巷道断面自动成形控制的运动学分析,通过截割头空间位置及其机构实现的几何分析,建立截割头空间位置坐标与油缸伸缩量之间的关系;简要阐述通过可编程控制器实现断面自动成形控制的思路,为巷道断面自动成形控制的进一步研究奠定基础。     

煤矿掘进机自动截割成形控制方法研究

针对目前煤矿井下综掘自动化控制存在的不足,提出了掘进自动截割成形控制方法。分析了掘进机截割头巷道断面截割工况,研究了截割头工作阻力与截割电机电流之间的关系,在此基础上,提出了一种综合慢开慢停与加减速控制及截割摆速分级自动调控的模型,研究结果表明,该模型能够在保证巷道断面成形质量的条件下,快速区分煤岩过渡区,自动调整截割臂摆速,提高截割臂摆动速度的利用率,且延长了截割电机、截割头及液压系统等元部件的使用寿命,确保了掘进机的安全、高效、可靠工作。     

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。     

悬臂式掘进机自动截割控制系统设计

针对目前悬臂式掘进机自动化及智能化控制程度低等问题,提出了自动截割控制技术。通过建立截割头空间位置数学模型,设计了悬臂式掘进机自动控制系统,同时以可编程计算机控制器PCC模块化功能为基础完成对自动截割控制系统的程序设计。针对目前其可视化程度低的缺陷,设计了上位机监控,并与PCC进行实时通讯,以实现掘进机运行状态的实时监测。最后进行了井上井下实验,其结果证明:该控制系统运行可靠、稳定,重复精度高、无累计偏差,完成自动截割及刷帮功能后,巷道两帮无明显误差,能够很好地实现自动截割功能。     

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。     

纵轴式掘进机截割机构仿真系统开发设计

根据纵轴式巷道掘进机截割头空间位置参数与巷道断面自动成形控制参数之间数学模型的空间运动分析,开发仿真系统进行仿真。获得纵轴式掘进机截割头轨迹与油缸伸缩量之间的对应关系,得到纵轴式巷道掘进机截割机构仿真结果的空间运动轨迹图和轨迹数据,对解决掘进机截割机构自动截割成形控制的关键问题具有很好的辅助作用。     

纵轴式掘进机截割机构运动学研究

为了实现掘进机全断面自动成形截割,对纵轴式掘进机截割机构进行结构简化分析,建立截割头空间位置参数与巷道断面自动成形控制参数之间的数学模型,并对其进行空间运动学分析,利用Matlab仿真获得了纵轴式掘进机截割头轨迹与液压缸伸缩量之间的对应关系,得到了截割机构的运动规律,可为解决掘进机自动截割成形控制的关键问题提供理论依据。     

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。     

薄煤层“110工法”成巷质量影响因素分析

为解决留巷过程中遇到的局部巷道成形差的问题,提高留巷效果,以便于更好地服务于下区段综采工作面,进行了切顶卸压自动成巷设计并完成了工程实践。通过分析成巷质量的影响因素,提出了相应的应对方法和管理措施。切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术首次在黄陵矿业瑞能煤业公司实施,并得到成功应用,填补了黄陇矿区无煤柱开采技术的空白,为类似工程提供了参考经验。     

EBZ160Z自动化掘进机设计

根据国内外自动化掘进机的发展状况,阐述了EBZ160Z自动化掘进机的设计,设计内容主要包括掘进机遥控和远程控制、巷道断面自动成形、掘进走向的路径规划、瓦斯溢出浓度联动控制、粉尘浓度联动协调控制、故障诊断及处理。自动化掘进机能够实现采掘工作面无人化或少人化,改善作业环境,提高生产效率。     

悬臂掘进机自动截割控制关键技术

阐述了悬臂掘进机巷道自动截割控制的4个关键技术,即掘进巷道断面自动成形控制、截割头恒功率自动牵引调速控制、掘进机位姿检测控制以及掘进机定向掘进控制。其中前2个关键技术已在EBZ160、EBZ200和EBH300机型上得到实施,试验效果很好。认为,该关键技术的研究为实现掘进工作面智能化、自动化、信息化和无人化奠定了基础。     

矿井掘进机自动截割成形控制技术研究

随着科学技术的发展,自动化控制在煤矿开采中得以广泛应用。以纵轴掘进机为研究对象,建立了截割臂运动的动力学模型,通过PLC编程设计实现了井下巷道掘进工作中的断面自动成形功能。研究为掘进机定向纠偏、位姿检测等研究提供了参考,为井下无人掘进提供了科学依据。     

掘进机器人截割头截割运动与轨迹仿真研究

针对煤矿井下掘进机控制过程中,容易出现超挖、欠挖等问题。以掘进机在复杂的倾斜环境中,采用几何投影法,建立截割头的空间实时位置与巷道断面范围的空间数学模型。利用MATLAB软件平台,对断面成形进行控制仿真,验证了截割运动建模的正确性,为掘进机器人断面截割成形的准确控制奠定了基础。     

城郊煤矿大深度中厚煤层切顶卸压自动成巷无煤柱开采技术研究

依据21304工作面大深度中厚煤层的具体工程地质条件,对切顶卸压自成巷技术进行了研究,并配套研发出相关实用的关键技术。主要研究了深部工程地质条件,大深度中厚煤层恒阻大变形锚索支护机理及关键技术,大深度中厚煤层预裂爆破切缝机理及关键参数设计,大深度中厚煤层切顶卸压自动成巷工艺及设备配套,大深度中厚煤层切顶卸压远程监控系统设计及矿压显现规律,大深度中厚煤层切顶卸压岩石碎胀规律,研究改变传统的开采模式,提高资源采出率,缓解采掘接替紧张局面,为工作面瓦斯治理和防治水工程开展赢得时间。