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。     

交替测量式掘进机定位系统误差建模与分析

交替测量式掘进机定位技术在多次交替测量过程中会产生累计测量误差,从而影响掘进机定位精度。目前主要围绕单次测量误差产生原因、误差分布规律及误差减小方法展开研究,未有针对多次交替测量误差分布规律的研究成果。通过分析交替测量式掘进机定位系统工作原理及定位过程,构建了掘进机定位误差模型。采用作图法验证误差模型的正确性,结果表明作图法与误差模型得到的定位误差基本一致,二者仅存在10^-3数量级误差。通过误差模型研究了角度测量误差、测距误差、推移步长及掘进机与测量平台间距对掘进机定位误差的影响,结果表明:角度测量误差越大,定位误差曲线的曲率越大,即误差增大越快,且Y_T轴定位误差增大速度远大于X_T轴;测距误差对X_T轴定位误差影响较大,测距误差越小,初始X_T轴定位误差越小,但误差变化速度不受影响;随着推移步长增大,Y_T轴定位误差曲线曲率增大,即Y_T轴定位误差增大速度加快;掘进机与测量平台间距和推移步长对掘进机定位误差的影响基本是等效的。采用正交试验方法分析了各因素对掘进机定位误差的影响程度,结果表明:测距误差对X_T轴定位误差影响最大,其次为角度测量误差,推移步长和掘进机与测量平台间距影响最小且二者影响程度一致;角度测量误差对Y_T轴定位误差影响最大,其次为推移步长和掘进机与测量平台间距且二者影响程度一致,测距误差影响最小。通过极差分析方法得到了降低定位误差的最优参数组合。     

锚固钻机力学特性分析及参数优化设计

为保证巷道快速掘进系统的安全、稳定、高效进行，钻机锚固单元的结构强度及设计合理性至关重要；首先根据实际工况条件，构建锚固单元钻进过程力学模型，得到钻杆钻进阻力及阻力矩相互关系；利用Ansys对锚固单元结构强度进行可靠性分析，验证结构设计合理性；通过构建钻进过程钻杆振动学模型，利用Abaqus分析锚固单元在有预应力下的模态规律，与Matlab联合求解钻进过程横向振动位移、速度及加速度，验证钻杆钻进不同岩层时，其速度、加速度可作为判别煤岩属性的数值特征；利用DesignExploer优化模块对锚固单元结构进行优化，优化后的锚固单元在保证应力、形变及共振频率皆满足要求情况下，质量降低了6.24%,实现了锚固单元结构的优化；通过锚固钻进相似试验验证，可得到优化后的锚固部件满足强度要求；钻进不同围岩时，锚固钻进钻杆振动响应明显，该结论可作为煤岩识别的理论基础，为实现自动锚固提供先行条件。     

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。     

超前支护装备与掘进机协同作业干涉性分析

在掘进机与超前支护协同作业过程中，为避免超前支护与掘进机发生碰撞，要求掘进机与超前支护在各种工况下的转动角度保持在某一范围内。因此，分析了超前支护与掘进机在协同转弯工况下的碰撞情况，并根据发生碰撞时的几何关系，建立了超前支护与掘进机转动一角度后的移动步长数学模型，推导该步长的计算公式。并以最大移动步长为指标，研究了避免干涉前提下设备转角对移动步长的影响规律。研究表明：当仅掘进机转向移动时，掘进机的转角越大，可移动的范围越小；当掘进机铲板滞后于超前支护且超前支护先转向进给时，设备转角越小掘进机的最大移动距离越大；当掘进机铲板超前于超前支护且掘进机先转向进给时，设备转角越小超前支护的最大进给距离越大。     

自动平衡遥控塔式起重机的研究

为了提高塔机的工作效率及塔机操作人员的安全系数,在保证稳定安全的前提下,作者研究了自动平衡遥控塔式起重机.论文介绍了自动平衡遥控塔式起重机的工作原理,以及塔机无线遥控的工作原理和构成.经过实验验证,该自动平衡遥控塔式起重机有很好的推广应用价值.     

巷道超前支架的电液伺服位置压力复合控制方法

考虑到综掘巷道液压迈步式超前支架的工作原理,以及超前支架在支撑过程中的实际工作特点,以提高支撑效率、减小超前支架在支撑过程对顶板扰动影响为控制目标,提出了一种电液伺服位置压力复合控制方法。该方法采用模糊切换控制器进行电液位置与电液压力控制的转换。对该方法进行了数字模拟仿真与样机模拟实验,理论分析与实验结果表明,该控制方法能够有效地使超前支架在从未支撑态以最快速度转换到支撑态,并且能够在位置控制与压力控制之间实现无冲击切换,以降低支架对顶板的扰动。研究结果为综掘巷道液压迈步式超前支架装备的研发及控制策略的研究提供了理论依据。     

迈步过程接触刚度变化对超前支架动态响应影响分析

通过数值仿真和实验方法对超前支架迈步过程的动态响应特性进行研究。使用块系覆岩理论构造超前支架与顶板的耦合动力学模型。以超前支架与顶板接触刚度变化模拟超前支架的迈步过程。将超前支架迈步过程与顶部接触刚度设定为阶跃突变方式、指数型、直线型和对数型方式进行变化,研究此过程顶板、第一和第二支撑组的动态响应。使用MATLAB建立超前支架迈步过程动力学微分方程,并使用四阶龙格库塔计算方法对超前支架迈步过程的动力学问题进行求解。仿真和实验结果表明,使用阶跃突变方式进行支架迈步过程接触刚度的控制时,会引起顶板和各个支撑组的剧烈振动。使用对数型、直线型和指数型刚度变化方式进行迈步过程控制,能够减小顶板、第一和第二支撑组的振动量,并且三种方式减小振动量的效果逐渐递增。     

基于图像识别的喷嘴流量试验台油位检测系统

考虑到使用静态容积法的喷嘴流量试验台采用的磁致伸缩液位传感器在常温下具有较高的温度,但是温度高于常温时,会产生极大温度漂移无法保证试验系统的测量精度,本文将图像识别应用于喷嘴流量测量系统中,对从喷嘴排出滑油体积进行自动识别,忽略掉温度变化、传感器精度等对测量精度的影响。通过图像滤波、分割、刻度数字识别、刻度线识别以及油位识别实现对油位的自动测量。通过实验方法与人工读数、磁致伸缩液位传感器读数以及温度补偿后的传感器读数进行对比。结果表明,使用图像识别技术的流量试验台的试验结果与真实值最为接近,能够有效提高检测的精度和效率,降低试验台成本和测试人员的工作量,其试验结果最为可靠。     

探顶煤机械手钻孔特性分析及设计

本文在对软岩类煤岩性质分析的基础上,探究双刃钻头在该条件下的受力情况。首先,分析了钻杆钻进煤岩时的破岩速度及受力情况。探讨了煤岩互层、孔壁间隙、钻探进给力等因素对钻孔的影响,并给出计算分析。其次,依照分析结果通过对钻机主要技术参数的确定对钻机型号进行匹配,在提出一种针对回采巷道的行走式钻探装置的条件下,对综采工作面回采媒层旋转式探顶煤坑道钻机结构及液压系统进行配套设计。最后结合ansys分析软件对配套结构进行优化,减小应力集中现象,确定结构合理性和方案可行性。