多臂凿岩机器人的碰撞检测方法研究

针对多臂凿岩机器人在隧道工作中易发生碰撞事故的问题,提出了一种多臂凿岩机器人的碰撞检测算法.该算法通过对机器人各机械臂间、钻臂与隧道间的实时距离进行计算和碰撞判别,实现凿岩机器人的碰撞检测.以空间圆柱体包络盒作为凿岩机器人各机械臂的碰撞检测模型,将凿岩机器人各机械臂间的碰撞检测问题转化为空间圆柱体包络盒距离求解问题,提出了一种空间两圆柱体碰撞判别方法.将钻臂与隧道轮廓的碰撞问题转化为钻臂在隧道壁面的投影矩形与隧道壁面的干涉问题,提出了一种钻臂与隧道轮廓的碰撞判别方法.最后在MATLAB软件和实际多臂凿岩机器人上进行实验,实验结果表明:该算法能实时检测凿岩机器人各机械臂间、钻臂和隧道间的碰撞情况,在钻臂进入非安全范围时及时给出碰撞信号,使系统及时预警从而避免碰撞干涉事故的发生.     

双三角钻臂及其液压系统的建模与参数估计

双三角钻臂具有结构紧凑、运行平稳、凿岩无盲区等优点,被凿岩机器人所采用.为了控制钻臂,对轨迹进行跟踪和精确定位,要求建立钻臂及其液压系统的数学模型.然而,该系统十分复杂,具有非线性和快时变的特点,要建立其精确的模型很困难,也没有必要.作者从液压系统的流量方程、连续性方程和力平衡方程入手,对双三角钻臂及其液压驱动系统机理建模.在建模过程中,忽略一些对模型精度影响不大的次要因素,获得了系统的简化模型.通过对钻臂的结构和受力进行分析,导出了模型中的参数、液压缸负载力的估算公式和估算方法,为实现钻臂的轨迹跟踪和精确定位控制打下了基础.     

机器人化钻锚车钻臂工作空间分析及轨迹规划

针对深部危险煤层综掘工作面事故率高、效率低的工程难题以及锚杆支护自动化、智能化需求,提出一种与智能掘支锚联合机组配套的机器人化钻锚车,并对其进行工作空间分析和轨迹规划。首先,基于D-H法建立钻锚车顶板和侧帮钻臂结构的运动学模型,基于蒙特卡洛伪随机数方法对4个钻臂进行工作空间分析;其次,针对左右钻臂协同分工作业、变位过程中避障的需求,编排顶板和侧帮钻臂的关节运动谱,基于五项式插值法得到各关节随时间的运动轨迹方程,并结合运动学模型解算各钻机末端的运动轨迹。研究结果表明:机器人化钻锚车工作空间能满足长×宽为5 500 mm×3 600 mm的试验巷道的支护要求;钻机末端轨迹到临时支护支架最小距离为100 mm,顶板钻臂和侧帮钻臂变位过程中均不会与支架发生干涉。     

我国首创的SQZ-1型潜孔钻车及其稳定性分析

本文介绍了SQZ-1型潜孔钻车的结构,工作原理以及管锥式锚杆锚固轨床时钻车工作稳定性的分析。该钻车设计新颖,结构紧凑,集液压、电气、机械、操纵系统在同一钻车上。钻车采用轨轮非自行式。工作时采用直角座标移换孔位和管锥式锚杆锚固轨床;钻车一次“定位”后,即能钻凿同一方位,同一倾角的平行深孔。钻车工作稳定,操作简便。运输时可进入4号罐笼,可通过设置漏斗的巷道,进出峒室无需道岔。该钻车适应于深孔分段爆破法掘进天井,溜井和下向前倾60～90°,下向左右70～90°,采幅为2400mm的采场深孔。     

远程控制平面钻车执行机构设计

矿井巷道掘进工作面钻孔包括光爆平面钻孔、锚杆支护钻孔、瓦斯排放钻孔等,是一项劳动强度很大的工作,一直以来主要是工人用笨重的手持钻机实现,安全性差,效率低,粉尘也非常大,对工人的身体健康造成极大的危害。我们设计的二维平面钻车,利用液压控制系统控制钻车执行机构自动捕捉钻孔位置,可以将液压阀控制台总成安放在距离工作面一定距离来控制钻机工作,并通过防爆监控系统远程监控工作面情况,且可以在车体一次安放后实现平面内多孔打钻。这样就可以让工人操作钻孔作业时远离工作面,有效减少粉尘对工人身体造成危害,同时减少工作面塌方造成的危险。     

巷道与钻孔交叉三维数值建模方法

针对FLAC~(3D)建模难度高,效率低的问题,提出一种具有复用性、参数化特点的网格变形建模法,且依照该方法编写了基于FISH语言建模程序。该程序首先用块状单元生成模型网格,接着根据巷道钻孔交叉的几何关系计算各节点坐标,通过程序依次调整模型各部分网格形状,从而准确地建立巷道钻孔交叉计算模型。通过本煤层瓦斯抽采钻孔的计算实例,研究含有巷道影响下的钻孔应力。计算结果能够较为准确地反应钻孔的应力状态,验证了所述方法的可行性与准确性。该方法原理简单,能够快速地建立不同参数的大量模型,有助于理解FLAC~(3D)巷道钻孔交叉几何建模原理,为深入研究复杂建模机制提供参考,降低研究巷道钻孔交叉问题的难度,提高抽采钻孔问题研究效率。     

金家渠煤矿工作面顶板富水性分析及疏放水对策

金家渠煤矿110301工作面水文地质条件复杂,顶板富水性强,严重影响工作面安全回采。为准确分析工作面顶板富水性区域,采用瞬变电磁探测技术探明工作面横向范围与纵向顶板上方80 m范围岩层富水性,圈定了富水异常区段及等级。对工作面范围内钻场、钻孔数量、钻孔深度、角度等参数优化,确定工作面切眼300 m附近钻场间距100 m,设计2个钻场共计5个钻孔,其他区域钻场间距200 m,每个钻场布置2~4个钻孔,每个钻场设置一个平行于巷道的钻孔,一个垂直于巷道的钻孔,另外的两个钻孔与巷道成60°夹角,钻孔倾角15°~55°。通过涌水量观测累计疏放水36.2万m~3,单孔最大涌水量154 m~3/h,半衰期约20天;后稳定在76 m~3/h,有效降低顶板含水层涌水量、水位与水压,保证工作面安全回采。     

双三角钻臂的定位控制及仿真

推导双三角机械臂的关节变量到支臂油缸长度计算的增量公式，运用该式提出一种新的钻臂定位的控制系统结构，即直接以关节变量（而不是油缸长度）为目标的闭环控制系统。在MATLAB环境下对以上算式及控制系统结构进行仿真验证。先在ADAMS中建立双三角臂的动力学模型，然后将该模型导出成为MATLAB．m计算模型，最后在MATLAB中实现钻臂定位的闭环控制系统仿真。针对某实际钻臂的仿真结果表明，增量算式尽管是在微变情况下推导的，在偏差较大的范围内应用时其计算误差对定位过程影响不大，体现在钻臂轨迹于隧道断面的投影不是直线，同时不会影响最终的控制精度，可以用于实际控制。     

锚杆钻机机械臂设计及动力学仿真分析

针对井下巷道支护人工打锚索安全性差且效率低的问题,锚杆钻机设计新增了锚杆机械臂。根据机械臂的实际尺寸建立了三维模型,并且以机器臂设计运动学理论为基础,推导出锚杆钻机机械臂动力学方程。由于锚杆钻机机械臂在实际运动下受力相对复杂,并且对整机稳定性有较大的影响,故将机器臂的虚拟样机模型导入多体动力学软件ADAMS中进行动力学仿真,观察钻架在恒定外负载作用下,通过调整两个油缸之间的行程是否能实现钻架在整个工作空间的所有工作位置,找到整机在不同姿态打锚索时的最恶劣工况,查看该工况下油缸受力变化及伸缩臂受力状况。在仿真时刻3s时,机械臂升降油缸受力超过该油缸的许用极限抗压力1.9×10~5 N,需要运用Ansys Work Bench对伸缩臂承受扭转力较大处进行扭转静强度校核,以保证机械臂的动力学需求,为日后"工业机械臂"动力学分析提供一定的理论基础和实践经验。     

煤矿用掘进钻车故障分析与排除

煤矿用掘进钻车作为煤矿井下岩巷连续凿岩钻孔机械已经广泛的应用于各大煤矿,在使用过程中钻车经常出现一些故障。本文是笔者根据多年现场经验,从使用者角度出发,分析此类产品常见的故障原因并提出了一些排除方法。     

组合式PDC钻头设计与分析

为解决深井上Φ311井段、深层井段的机械钻速低、周期长、钻井成本高的问题,设计出组合式PDC钻头。在SolidWorks环境下创建复合钻头模型,使用合理的链接并装配,然后以iges文件导出,在导入有限元分析软件。对复合钻头设置载荷、约束及边界条件,确定初始条件,模拟钻头和地层相互运动、接触性分析。对复合钻头的几何设计和性能设计提供了丰富的、有用的信息,同时叙述了组合钻头的破岩原理。采用新型PDC复合片、钻头结构和钻头设计参数,能够提高Φ311井眼及深层的机械钻速。     

内外钻井液作用下的旋转钻柱涡动分析

在理论上研究了内、外钻井液流体作用下的钻柱涡动问题．分析了钻柱内钻井液随钻柱旋转时的流体动压力和钻柱弯曲变形等所产生的扰动压力之和对钻柱运动的影响，推出了在这种情况下保持钻柱规则涡动的动力学条件；进一步分析了钻柱外环空钻井液流体对旋转钻柱所产生的反作用自激现象，通过对其数学模型的建立和求解，得到了钻柱涡动失稳的临界条件．较详细地探讨和论述了内、外钻井液作用下钻柱涡动过程的力学机理和运行规律     

Kinematic equations to grind a helical drill point on a virtual axis drill sharpener

The basic structure of a virtual axis drill grinder is presented in terms of the spatial vectors and thegrinding parameters calculated according to the geometry of a helical drill point. The kinematic equations for sharpening the drills on the virtual axis grinder are deduced using the grinding parameters via vector-matrix txansformation.     

PDC钻头切削表面流场挟沙能力分析

针对PDC石油钻头在使用过程中产生泥包的问题，进行了岩屑的受力情况和起动条件的分析，建立了计算模型，通过计算机数值模拟计算，可以得到井底流场的速度分布规律，为分析PDC钻头的排屑能力以及有效抑制泥包生成提供理论依据。     

平面包络刃磨横刃形成特性的研究

对平面包络后刀面刃磨法的横刃特性进行了研究，通过计算得出了一些有参考意义的钻头刃磨参数。     

不同钻型的钻削力的对比试验

为了优化钻轴承钢群钻的钻型，在三种钻型的寿命对比试验基础上，进行了钻削力的对比试验和分析。     

Kinematic equations to grind a helical drill point on a virtual axis drill sharpener

The basic structure of a virtual axis drill grinder is presented in terms of the spatial vectors and the grinding parameters calculated according to the geometry of a helical drill point. The kinematic equations for sharpening the drills on the virtual axis grinder are deduced using the grinding parameters via vector-matrix transformation.     

直线刃钻头后刀面可加工性研究(英文)

针对钻头的后刀面在标准和手册中均没有给出明确的定义,在实际生产中使用了各种不同的刃磨方法,试图从数学上利用可展直纹面的高斯曲率特性,研究采用圆锥面、圆柱面和平面砂轮刃磨直线刃圆锥后刀面和螺旋面后刀面钻头的可加工性。证明了直线刃圆锥面后刀面的可取性,并对直线刃螺旋面后刀面钻头几何的数学描述以及刃磨所存在的问题作了详细的分析。     

一种新的钻头刃磨方法研究

在分析目前八种钻尖基本形式的基础上,针对普通麻花钻加工精度低耐用度低和原锥面四刃钻头半精加工效率低,主刃负荷分布不合理等缺点,首次提出理论刃形曲线和摆线刃刃磨法,将之用于四刃钻头设计取得了良好的效果。