悬臂式掘进机截割轨迹可视化监控

为解决悬臂式掘进机工作时产生的超挖和欠挖问题,设计了悬臂式掘进机截割过程可视化监控系统.该系统采用PC_Based Control技术的设计思想,建立了掘进机的截割坐标系,并给出了截割断面超限报警限的确定方法.利用数据采集卡PCI-1711L及VB可视化语言实现了悬臂式掘进机截割轨迹的可视化监控.该系统使操作者可以观察到截割头实际工作位置,从而减小超挖和欠挖,降低巷道施工成本,提高施工质量.     

纵轴式掘进机工作机构机械-液压耦合建模与仿真

针对掘进机掘进过程中,选择和调整掘进参数以适应不均衡的地质环境问题,依据截割机构、升降机构和回转机构之间工作参数的关系,将液压缸运动的非线性动态特性考虑在内,建立了机械-液压耦合的动力学模型,并应用Matlab软件仿真了截割最为恶劣状况下各机构的振动情况.研究结果表明:升降油缸的振动情况较回转油缸严重,且回转半径对回转台振动影响较大.     

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.     

悬臂式掘进机断面轮廓监控系统

为了有效控制掘进机截割断面的准确性,建立了截割机构工作参数和巷道断面尺寸关系的数学模型,推导了悬臂转角、液压缸行程及截割头空间坐标的位置关系,并以8051f系列单片机为核心.开发了悬臂式掘进机断面轮廓的监控系统.该系统能够根据传感器采集的实时数据,精确控制悬臂的摆动行程,及时准确地计算截割头的位置和断面截割情况,实现了巷道断面截割的自动控制.     

基于ADAMS的纵轴式掘进机模态分析

为了分析纵轴式掘进机的振动特性,利用ProE/ADAMS联合仿真方法建立了纵轴式掘进机整机多刚体动力学模型,采用ADAMS/vibration振动模块对掘进机整机进行模态分析,在PostProcessing中绘制各阶模态坐标图、二维和三维频响图,得到了前19阶整机动态响应特性和模态振型。分析表明,各阶模态下机器不会发生共振,但第6阶模态对模型振动影响较大,主要是机身带动回转台及履带机构振动;在0.8 Hz左右悬臂和伸缩油缸振动较明显,截割头、悬臂及伸缩油缸的振动在超过4.0 Hz后趋于稳定。在5.0 Hz左右,机身、回转油缸、履带振动明显。超过5.0 Hz以后,升降油缸以及履带机构的振动变得明显。所得结果为改进纵轴式掘进机设计、改善机器工作性能提供了依据。     

不完全概率信息掘进机截割头可靠性鲁棒设计

为提高掘进机的截割效率和运行可靠性,降低截割能耗、载荷波动率及截割产尘量,以纵轴式掘进机截齿个数、截线间距、截割转速、摆动速度以及周向分布角为设计变量,采用掘进机的截割比能耗、载荷波动率、截割单位产尘量最小为优化目标,将可靠性灵敏度融入不完全概率信息的截割头可靠性鲁棒设计中,利用随机摄动法和Edgeworth级数方法对掘进机截割头参数进行可靠性优化,采用混合粒子群算法进行模拟可靠性运算,研究结果表明:该方法解决了不完全概率信息的掘进机截割头鲁棒设计问题,在不降低掘进机截割效率和可靠性条件下,截割头的载荷波动率下降31.8%和比能耗降低4.0%,单位产尘量降低14.2%.     

纵横轴式掘进机截割头载荷的模拟分析

为了深入了解掘进机截割特性,以截割头载荷为研究对象,采用模拟分析的方法,通过对纵、横轴式掘进机截割头受力分析,建立了这两种掘进机截割头载荷的数学模型,利用Matlab仿真软件编程,模拟得出了截割头的载荷谱,并对其进行了比较分析,得到了两种掘进机截割头载荷变化特性,为纵、横轴式掘进机性能比较以及合理选型提供了理论依据.分析结果表明,掘进机工作方式、截割头的型式以及截齿排列方式是影响掘进机的载荷大小及其变化的主要因素.     

纵轴式掘进机截割过程动力学建模与仿真

为掌握纵轴式掘进机在截割岩石过程中性能综合分析各种影响因素,建立了截割系统的动力学模型,应用Matlab进行仿真,得到了工作状态下掘进机截割头的转速和转矩的变化.研究结果表明,掘进机截齿排列方式和岩石性质对掘进机截割头的转速和转矩影响较明显,而截齿截割过程中的间隙非线性因素对截割头影响较小,为掘进机优化设计提供了理论依据.     

掘进机纵向截割头的运动学分析及简化计算

针对掘进机纵向截割头的不同工作状态，讨论了运动的简化问题，揭示了截割头各工况时的运动过程及速度变化规律，找出了各种情况下磨损最快的截齿在截割头上所处的位置。这对规划截割头的最佳截割路线、提高截割效率和掘进速度，都具有十分重要的意义。     

悬臂掘进机截割功率和运动参数的选择

本文从保持截割头较高的截割能力、良好的截割工况和较低的截割能耗的观点出发，分析了悬臂掘进机的截割功率、截割速度和牵引速度的合理范围和匹配关系。     

轻量化掘进机截割臂工作性能的离散元分析

针对纵轴式掘进机截割臂惯性大、结构稳定性差、姿态调节有限等问题,运用机器人拓扑结构分析设计出4RPU+R一平移三转动轻量化截割臂。针对截割臂遮护板遮护面积不足、缺乏保护等问题,运用TRIZ发明创造原理设计伸缩式遮护板。利用离散元数值模拟方法分析该机构对煤岩断面成形质量的影响,结果表明：矩形断面掘进成形率可达77.96 %,该一平移三转动轻量化截割臂用于矩形煤岩断面成形的效果较好,验证了机构设计的合理性,为掘进机截割部件轻量化设计提供参考,并对掘进设备的优化和支护环境的改善提出展望。     

纵轴式掘进机钻进工况切屑图模拟研究

说明了纵轴式部分断面掘进重要工况机钻进状态的复杂性，在详细地分析了截割头钻进过程的基础上，通过编制计算机程序，利用模拟的方法，求得了反映截割头钻进性能的截齿切屑图，并分析了不同煤岩、不同钻进速度和不同截割头转速下的钻进性能，为正确地设计掘进机工作机构的结构和合理地选择机器的截割参数奠定了基础。     

基于能耗最低的截割头结构参数模糊优化设计

以纵轴式部分断面掘进机的截割比能耗为目标函数,取截割头的直径、锥角、螺旋叶片升角等作为设计变量,给出了各参数的模糊约束条件,运用最优化水平截集法将掘进机截割头结构参数的模糊优化问题转化为非模糊优化问题,建立了基于能量消耗最低的截割头结构参数的非模糊优化的数学模型.利用该模型确定截割头的结构参数,可使截割头的结构参数设计更加合理,能进一步改善掘进机的截割性能,明显提高掘进机截割的经济效益.     

横向截割头摆动截割时切屑图的模拟研究

利用切削图可分析和评价截割头的设计质量和掘进机的截割性能特点，通过建立数学模型，实现对切削图的模拟，利用计算机辅助设计，替代设计中的人工绘制。并结合实例对这种掘进机进行了模拟与分析，给出了横轴式掘进机截割头摆动截割时切屑图的模拟方法，为研究该型掘进机的截割性能提供了一种简捷、有效的方法。     

基于一维卷积神经网络的掘进机截割部磁场辅助定位技术

为了解决悬臂式掘进机当截割部被机身遮挡或粉尘比较严重时引发的视觉定位失效问题，以磁场强度分量和双目立体视觉技术获取的位姿数据作为训练数据，获得网络参数，提出一种基于一维卷积神经网络（1D-CNN）的辅助定位方法。结果表明，1D-CNN对截割部轨迹预测较好，空间角度俯仰角、偏航角的预测精度达到99%以上，总体精度满足悬臂式掘进机位姿的测量要求。所提方法可以有效预测掘进机截割部的空间位姿信息，与BP全连接神经网络相比，具有能自动提取特征、避免过拟合的优点，为掘进机截割部定位提出了新思路。     

悬臂式巷道掘进机结构件载荷确定方法的研究

运用作业仿真方法计算悬臂式巷道掘进机的作业载荷，将作业过程离散化，引入整机切割阻力的概念，对结构件在各种工况下的工作载荷进行普查和统计，选取最不利的工况载荷，用于结构件静强度计算。实用结果表明，本方法更真实和全面地反映了机器各结构件的工作载荷。     

纵轴式掘进机钻进工况的运动学模型

为了解决纵轴式部分断面掘进机在钻进过程中,截割头几何参数、运动参数对截齿的速度、加速度影响问题.通过分析,给出掘进机钻进时截齿的运动轨迹,建立了掘进机在钻进工况下单个截齿的螺旋线方程,并导出其运动速度和加速度的方程,所建立的运动学模型为研究掘进机钻进工况的运动学、动力学特征,改善机器工作性能奠定基础.     

纵轴式掘进机截割头结构参数模糊优化模型

选择截割头钻进速度作为优化设计的目标,选取截割头直径、截割头锥角、叶片螺旋升角等作为设计变量,讨论了其隶属函数。运用最优化水平截集法将掘进机截割头结构参数的模糊优化问题转化为非模糊优化问题,建立了非模糊优化数学模型,使截割头结构参数的设计更能符合工作实际,从而提高掘进机的工作效率。     

纵轴式悬臂掘进机断面成形控制基础研究

以EBJ-132A型纵轴式悬臂掘进机为例,在分析其截割部主要构造和工作特点的基础之上,建立了悬臂式掘进机在截割作业时,其主要工作机构参数与巷道断面尺寸之间的数学模型,并针对实际生产中几种常见的巷道断面形状,分别编制了相应的工作机构参数计算程序,同时在计算机上显示出了和实际情况相符合的截割头截割作业包络线图,验证了数学模型的正确性。