悬臂掘进机自动截割控制关键技术_刘建功
悬臂式掘进机自主调速截割控制系统
悬臂式掘进机自主调速截割控制系统张旭辉1，2， 石硕1， 杨红强1， 杨文娟1，2， 张超1， 王甜1（1. 西安科技大学 机械工程学院，陕西 西安 710054；2. 陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室，陕西 西安 710054）摘要：现有悬臂式掘进机截割控制采用较为单一的控制方法且截割头以定速完成巷道断面截割，未综合考虑轨迹规划和自主调速控制，在复杂地质条件下难以实现较高的巷道工程质量。
针对上述问题，提出了一种悬臂式掘进机自主调速截割控制系统。
首先，建立截割头和煤层的三维模型并导入ABAQUS 软件进行有限元分析，获取截割头受到的反作用力与截割臂摆动速度之间的关系，进而得到截割臂摆动速度与截割头加速度之间的关系，利用k−means 聚类方法对加速度进行分层。
然后，采用层次包围盒算法建立截割头碰撞检测模型，规划合适的矩形巷道断面截割轨迹，经多次离散化生成离散截割轨迹规划点，对截割臂进行运动学逆解计算，获取截割头到达离散截割轨迹规划点所需的截割臂回转弧度、抬升弧度和伸长量，并利用全局最优速度模型求解截割头运动至离散截割轨迹规划点的速度。
最后，利用加速度传感器采集截割臂振动信号，根据加速度分层结果确定截割臂目标摆动速度，并通过模糊PID 控制使截割臂摆动速度及时准确地随截割头加速度的变化调整到目标摆动速度。
实验结果表明：采用模糊PID 控制可实现较为快速、无超调量的截割臂摆动速度调节；与定速截割控制相比，采用自主调速截割控制的巷道断面成形质量高，宽度规格偏差降低了37%，高度规格偏差降低了17%，满足MT/T 5009−1994《煤矿井巷工程质量检验评定标准》规定的巷道成形质量要求。
关键词：悬臂式掘进机；智能截割控制；截割臂；自主调速；自动截割控制；巷道断面成形中图分类号：TD632 文献标志码：ABoom-type roadheader autonomous speed regulation cutting control systemZHANG Xuhui 1,2, SHI Shuo 1, YANG Hongqiang 1, YANG Wenjuan 1,2, ZHANG Chao 1, WANG Tian 1(1. College of Mechanical Engineering, Xi'an University of Science and Technology, Xi'an 710054, China ；2. Shaanxi Key Laboratory of Mine Electromechanical Equipment Intelligent Monitoring, Xi'an 710054, China)Abstract : The existing boom-type roadheader cutting control adopts a relatively simple control method and the cutting head completes the roadway section cutting at a constant speed. There's no comprehensive consideration of trajectory planning and autonomous speed control. Therefore, it is difficult to achieve high roadway engineering quality under complex geological conditions. In order to solve the above problems, a boom-type roadheader autonomous speed regulation cutting control system is proposed. Firstly, the three-dimensional model of the cutting head and coal seam are established and imported to ABAQUS software for finite element analysis. The relationship between the reaction force on the cutting head and the swing speed of the cutting arm is obtained. Then the relationship between the swing speed of the cutting arm and the acceleration of the cutting head is obtained. The acceleration is stratified by k-means clustering method. Secondly, the collision detection model of the cutting head is established by using the bounding volume hierarchy algorithm. The appropriate收稿日期：2022-11-16；修回日期：2023-01-10；责任编辑：盛男。
悬臂掘进机自动截割路径研究
悬臂掘进机自动截割路径研究
宋煜栋
【期刊名称】《江西煤炭科技》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】基于常村矿2106工作面地质条件进行掘进机自动截割路径研究分析,建立矿井自动截割理论,即确定矿井采用“S形”截割方式,阐述特征点控制断面边界的方法,断面自动截割距离路径等,并针对矿井不同岩性条件,通过理论分析确定硬岩和软岩截割块体边长分别为2.97 m和3.50 m,相关研究结论可为矿井掘进机在多条件下巷道掘进施工提供理论依据。
【总页数】4页(P57-60)
【作者】宋煜栋
【作者单位】潞安化工集团常村煤矿
【正文语种】中文
【中图分类】TD623.32
【相关文献】
1.悬臂式掘进机记忆截割及自动截割控制方法的研究
2.悬臂式掘进机记忆截割及自动截割控制方法研究
3.悬臂式掘进机自动截割控制系统研究
4.悬臂式掘进机截割载荷与截割状态参数敏感关系研究
5.悬臂式掘进机自动截割技术研究
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悬臂掘进机自动截割控制关键技术探讨
悬臂掘进机自动截割控制关键技术探讨摘要：随着经济的快速发展，我国掘进机在煤巷中得到了广泛的应用，促进我国煤矿业的持续发展，对于推动我国现代化建设和煤矿开采技术水平的提升具有重要现实意义。
现代化建设中，我国悬臂掘进机截割控制技术正向着自动化、智能化和多功能化发展，大大提高了煤巷挖掘工作的安全性和可靠性。
本文就目前我国悬臂掘进机的现状进行分析，提出悬臂掘进机自动截割的控制技术，促进了我国煤矿企业经济效益的不断提升和长远发展。
近年来，随着高科技信息技术的推广和运用，我国煤矿业的开采规模越来越大，工作人员的安全问题成为了国家和政府关注的焦点。
因此，煤矿企业引进了大量的先进机械设备，以保证煤矿采矿工作的安全，提高企业的煤矿挖掘技术水平，促进企业经济效益的最大化。
1.我国悬臂掘进机的现状随着我国市场经济体制的不断改革和完善，我国煤矿生产中，掘进机成为了不可缺少的主要机械设备，悬臂掘进机正向着自动化、智能化、信息化和现代化发展，推动了我国社会主义现代化建设。
我国悬臂掘进机的现状主要有以下几个方面：一是，自动化控制技术应用越来越广泛。
在煤矿挖掘中，可以进行智能化监测、前方监控、记忆截割等。
二是，多功能集成化发展。
悬臂掘进机中具有机载临时支护系统、机载锚钻系统等，大大提高了煤巷挖掘的速度。
三是，截割范围不断增大。
在煤矿挖掘中，悬臂掘进机的截割硬度和断面随着煤矿的实际开采，范围在逐渐的增大。
四是，提高煤矿挖掘的安全可靠性。
悬臂掘进机的自动控制技术，使掘进机成为了全面的综合控制设备，控制技术水平得到有效的提高。
2.悬臂掘进机自动截割的控制技术目前，我国掘进机的研究核心是：提高掘进机的监测和控制有效性，重点研究悬臂掘进机的远程监控技术，实现我国煤巷悬臂掘进机截割控制技术的自动化，提高煤矿作业的安全性和可靠性。
现代化建设中，我国悬臂掘进机的自动截割控制关键技术有以下四个方面：（1）截割臂的控制技术在煤矿的开采中，掘进机会根据煤岩分布的不同，自动调节截割臂的摆动速度，从而提高掘进机的截割效率。
掘进机的断面自动截割控制的研究
• 43•为了自动控制矿井悬臂式掘进机截割断面，在巷道断面尺寸数学模型的基础上，推导了悬臂转角、液压缸位移和截割头空间坐标的函数关系，为悬臂式掘进机断面的自动截割控制奠定了理论基础。
掘进机的控制可根据位移传感器采集的实时液压缸位移数据，精确控制液压缸的位移，并通过液压缸控制悬臂的摆动行程，准确反馈截割头的位置坐标并和断面截割边距的范围比较，及时修正，调整控制液压缸伸缩位移，完成巷道断面截割的自动控制。
1.引言掘进机的自动控制关键是断面截割控制，在自动掘进机定位系统已解决的前提下，只有通过掘进机截割悬臂液压轴的位移量，才能对截割头位置进行准确定位，控制其在巷道截割断面的范围内，避免发生超挖和欠挖的现象。
2.掘进机悬臂运动分析掘进机的悬臂结构如图1所示，掘进机掘进臂的运动是一对同步升降液压缸执行的，根据并行控制原理，升降液压缸驱动掘进机悬臂，使其围绕中心铰接点在垂直面内作上下运动，以改变掘进头在巷道断面上的高度（李晓豁，掘进机纵向截割头运动学分析及简化计算：黑龙江矿业学院学报，1998）。
图1 EBZ-150型悬臂垂直摆动机构图掘进机臂的水平运动是通过一对水平液压缸驱动水平回转工作台实现的，如图2所示。
因此，通过升降液压缸和水平液压缸的复合运动，可以准确控制掘进悬臂在空间的任何位置，以完成预设尺寸的截割。
图2 掘进机悬臂水平摆动机构示意图3.工作机构的数学模型掘进机的截割过程，可分为纵向钻进、水平截割和垂直截割三种工作方式（张士勇，纵轴式悬臂掘进机断面成形控制基础研究：陕西理工学院学报，2005）。
掘进机在掘进过程中，主要通过悬臂的上下升降和水平移动完成。
因此，分析掘进机悬臂垂直面和水平面的运动状态，是控制掘进机截割的关键。
图3 掘进机悬臂截割头垂直摆动数学模型3.1 掘进臂垂直截割分析图3为掘进悬臂垂直摆动简化模型，图中C 点为升降液压缸与机架的铰接点，D 点为升降液压缸与悬臂的铰接点，A 为悬臂垂直摆动的中心，B 为水平回转台中心轴线与AX 1轴的交点，O 1为升降液压掘进机的断面自动截割控制的研究河北建材职业技术学院 童夏敏 高敬媛 姚 宏• 44•缸伸长为CD 时截割头在巷道断面上面的投影处（徐楠，童敏明，唐守锋，等.掘进机器人截割头截割运动与轨迹仿真研究：煤矿机械，2011）。
悬臂式掘进机智能截割控制系统研究与设计
悬臂式掘进机智能截割控制系统研究与设计作者：曹瑞来源：《中国化工贸易·上旬刊》2020年第06期摘要：为了提升悬臂式掘进机的掘进精度、以及对不同煤岩体智能识别截割，对悬臂式掘进机的控制系统进行智能化控制系统改造，提出掘进机智能控制系统的控制策略，并主要智能控制系统的软件系统和硬件系统进行设计，实践表明，智能控制系统的可靠性高、自适性好，能够对不同硬度煤岩体进行识别和截割。
关键词：悬臂式掘进机;智能截割;控制系统;煤岩体识别掘进机作为矿井巷道采掘的重要设备，由于矿井地质条件复杂，采用人工控制掘进机截割臂摆动速度来进行煤体截割，当设备电机负载较大时易发生故障影响设备的使用寿命。
为实现对煤岩体的智能识别截割，提高其自适应性，本文设计提出旋臂掘进机智能截割控制系统实现远程操控，根據电机负载情况智能调整掘进机的截割头转速，同时还可识别煤岩体的硬度进行智能截割，满足复杂的截割工况。
1 悬臂式掘进机智能截割控制系统的设计策略传统的悬臂式掘进机控制系统主要截割电机来驱动掘进机悬臂，智能截割控制系统主要的实现依赖于掘进机机身姿态与位置检测、掘进机截割头姿态测量、煤岩动态感知、掘进机的断面自动成形控制和远程监控等功能的实现。
掘进机机身姿态与位置检测是巷道成形的重要保证。
为了保证掘进巷道满足设计需求，必须保证实时了解掘进机的位置及截割状态，智能控制系统中采用捷联式惯导和地磁融合的方式实现机身位置及姿态的测量。
当掘进机机身和截割头都处于正确姿态时才可保证巷道的准确成形，截割头由掘进机的水平液压缸和垂直液压缸控制，为了实现实时监测截割头位置的目的，采用用磁致伸缩式位移传感器进行准确测量，同时借助倾角仪对角度进行测量，通过对采集数据进行计算，调整截割头的姿态，提升适应性。
在掘进机截割的过程中，对煤岩进行动态感知识别是重要的环节，当前，大部分矿井根据截割工艺进行煤岩的识别，这种方法会导致电机电压、电流以及电机速度的变化，本文中利用多个传感器对煤岩感知进行测量，结果准确且对截割电机影响较小。
悬臂掘进机自动截割控制关键技术
悬臂掘进机自动截割控制关键技术作者：刘建功， 吴淼， 魏景生， 田劼， 杨阳， 陈国强， 李睿， Liu Jiangong， Wu Miao，Wang Jingsheng， Tian Jie， Yang Yang， Chen Guoqiang， Li Rui作者单位：刘建功,Liu Jiangong(河北冀中能源集团,河北省邢台市中兴西大街191号,054021)， 吴淼,田劼,杨阳,陈国强,李睿,Wu Miao,Tian Jie,Yang Yang,Chen Guoqiang,Li Rui(中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院,北京市海淀区学院路,100083)， 魏景生,WangJingsheng(中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院,北京市海淀区学院路,100083;石家庄煤矿机械有限责任公司,河北省石家庄市跃进路111号,050031)刊名：中国煤炭英文刊名：CHINA COAL年，卷(期)：2008,34(12)1.李晓豁掘进机截割的关键技术研究 20082.田劫;汪胜陆;张立涛;王建民,吴淼悬臂掘进机巷道断面自动成形控制运动学分析[期刊论文]-煤炭科学技术2007(08)3.项阳;陈楠;胡应曦悬臂式掘进机摆动机构分析与研究[期刊论文]-煤矿机电 2001(03)4.Daobin Wang;Yi Chai;Rui Ling;Liang Li Research on Automatic Boom-type Roadheader Profiling 20085.宁仲良;陈加胜悬臂式掘进机智能化发展方向初探[期刊论文]-矿山机械 2006(34)6.路甬祥;胡大纮电液比例控制技术 19887.王志武国内外掘进机截割调速系统的分析[期刊论文]-煤矿机电 2004(03)本文链接：/Periodical_zgmt200812017.aspx。
悬臂式掘进机智能控制系统关键技术
悬臂式掘进机智能控制系统关键技术1.石家庄煤矿机械有限责任公司，河北石家庄 050000 2.河北省煤矿机械技术创新中心，河北石家庄 050000摘要：本文对悬臂式掘进机智能控制系统的几个关键技术进行了介绍，包括全参数感知系统、掘进机截割控制系统、掘进机自适应控制系统、掘进机远程操作系统等。
详细介绍了每个系统的功能和组成，为掘进机的智能化、自动化实现打下了坚实的基础。
1.引言悬臂式掘进机智能控制系统的关键技术主要包括掘进机全参数感知系统、智能测控软件系统、远程可视化智能操控平台，能实现掘进机井下远程可视化智能控制与井上可视化智能监控。
掘进机全参数感知系统通过激光位姿检测系统、行走轨迹及偏差感知系统、环境参数感知及预警系统和设备状态感知及报警系统对掘进机参数和工作面环境进行全方位的感知，并对异常信号进行报警。
掘进机远程智能测控软件系统能够实现机身位姿误差检测、截割头空间轨迹检测、巷道任意形状断面自动截割与记忆截割、巷道断面误差修正、截割臂防闷车、硬质点（矸石）识别与摆速自适应控制等智能化功能。
远程可视化智能操控平台可实现掘进机全参数监视、远程可视化手动控制和智能化控制。
在光照较弱或者粉尘较大等复杂工况条件下，通过热成像实现掘进机视频＋红外视频的监控作业2.掘进机全参数智能感知系统全参数感知系统主要包括三部分：机身位姿感知系统、作业环境感知系统、设备状态感知系统。
机身位姿感知系统包括捷联惯导、激光标靶、扇形激光发射器、二维里程检测装置、激光测距仪等。
作业环境感知系统包括防爆摄像仪、热成像仪、毫米波雷达、粉尘传感器等。
设备状态感知系统包括振动传感器、液压油温传感器、流量传感器、位移传感器、电流传感器、电压变送器、智能控制器等机身位姿感知系统能采集掘进机机身在巷道内的位置、方向、姿态，实时显示掘进机的行走轨迹与偏向角、偏距、俯仰角、横滚角、车前距5个掘进机机身位姿参数，准确反映掘进机实际掘进方向与巷道设计中线的偏离情况。
悬臂式掘进机截割控制系统的研究
悬臂式掘进机截割控制系统的研究柴怀玉【摘要】通过对掘进机截割机构工作原理的分析,在长期工作经验的基础上提出了一种新的悬臂式掘进机自动截割控制系统.该系统的开发极大提高了掘进机工作时的可靠性和稳定性,同时克服了现有截割控制技术的缺点,提高了掘进机工作的自动化程度和工作效率.【期刊名称】《机械管理开发》【年(卷),期】2018(033)010【总页数】2页(P226-227)【关键词】掘进机;截割;记忆;控制系统【作者】柴怀玉【作者单位】西山煤电西曲矿,山西古交030200【正文语种】中文【中图分类】TD421.5引言现有的悬臂式掘进机截割机构在工作时的截割动作和路径主要是依靠人工控制操作台上的各种控制手柄，实现控制油缸的升降，进而实现对结构机构工作状态的控制，但该控制方式对操作人员的技能水平要求较高，而且截割断面的质量难以保证，同时操作人员劳动强度大、易疲劳、截割断面质量差、工作效率低下，难以满足煤矿井下机械设备自动化、智能化的发展趋势和要求，因此需开发一种新的悬臂式掘进机截割控制系统，实现掘进机截割机构工作时的自动化、智能化。
1 掘进机截割机构工作原理掘进机的截割机构是掘进机用于切割岩壁的执行机构，其主要用于将岩石或者煤块从岩壁或者煤层中分离。
截割机构工作时的路径决定了截割面的形状和是否需要重复截割。
掘进机的截割机构主要包括液压驱动装置、驱动电机、截割臂及截割头，整个截割机构通过执行油缸安装在掘进机的机身上，在工作时利用两个相独立的液压控制系统控制截割机构进行上下、左右的摆动作业，同时也可以同时利用两套执行油缸控制掘进机的截割机构进行复合运动，从而使掘进机的截割机构能够适应各类型巷道和复杂断面的截割作业[1]。
掘进机截割臂在垂直方向上的运动主要是通过液压系统控制一对同步升降的执行油缸来完成的，当执行油缸的行程改变时，可以使截割臂围绕着截割臂和机身的销接点进行旋转，从而实现在垂直方向上的摆动。
掘进机截割臂在水平方向上的运动主要由两组对称布置的液压油缸控制，执行油缸的活塞杆与机身的回转机构相连，执行油缸的缸体与机身相连。
掘进自动截割成形智能控制系统[发明专利]
![掘进自动截割成形智能控制系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/1a6f13a7e518964bce847c72.png)
专利名称：掘进自动截割成形智能控制系统
专利类型：发明专利
发明人：刘建功,吴淼,魏景生,田劼,杨阳,陈国强,李睿,薛光辉,张敬凯,张兰胜,李树辉,张力涛,岳素青,耿凤肖
申请号：CN200810169563.8
申请日：20081008
公开号：CN101713975A
公开日：
20100526
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明是有关于一种掘进自动截割成形智能控制系统，包括截割头空间位置检测装置、截割电动机电流传感器、可编程控制器、比例放大器、负载敏感式比例多路换向阀组。
可编程控制器对截割头空间位置检测装置采集的信号进行数学运算处理，控制截割头在巷道规定范围内按设定轨迹运动，截割出规整断面。
截割电动机电流传感器采集截割电动机电流信号与额定电流比较，通过可编程控制器控制负载敏感式比例多路换向阀组阀口开度大小，对应不同煤质的截割电动机恒功率牵引速度，实现了巷道断面自动成形控制和截割电动机恒功率牵引调速智能控制。
本发明适用于悬臂式掘进机在煤矿巷道及工程隧道掘进时断面自动截割成形。
申请人：石家庄煤矿机械有限责任公司,中国矿业大学(北京)
地址：050031 河北省石家庄市跃进路111号
国籍：CN
代理机构：北京中原华和知识产权代理有限责任公司
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掘进机悬臂运动轨迹自动控制方法及装置[发明专利]
![掘进机悬臂运动轨迹自动控制方法及装置[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d71b0bb96429647d27284b73f242336c1eb93015.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011262768.8(22)申请日 2020.11.12(71)申请人 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司地址 030006 山西省太原市山西示范区科技创新城科荟路1号申请人 山西天地煤机装备有限公司(72)发明人 刘国鹏 靳明智 康永玲 范柄尧 范海峰 胡文芳 王光肇 杨勇 许连丙 郝亚明 曹建文 姜铭 虞飞 冯化 黄海飞 (74)专利代理机构 北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙) 11201代理人 韩海花(51)Int.Cl.B25J 9/16(2006.01)(54)发明名称掘进机悬臂运动轨迹自动控制方法及装置(57)摘要本申请公开了一种掘进机悬臂运动轨迹自动控制方法及装置，其中，方法包括：提取悬臂相对于掘进机机身的偏航角和俯仰角，并提取示教路径步数和示教数据；提取截割边界的位置信息，并提取悬臂的示教轨迹数据；根据实际姿态角、位置信息、示教轨迹数据及当前截割电流和当前悬臂振动信号生成悬臂运动轨迹的方向、位置和速度，并控制执行组件执行相应动作。
本申请实施例的掘进机悬臂运动轨迹自动控制方法，可以提高巷道成形质量，以保证巷道成形标准化。
权利要求书2页 说明书6页 附图3页CN 112454356 A 2021.03.09C N 112454356A1.一种掘进机悬臂运动轨迹自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：提取悬臂相对于掘进机机身的偏航角和俯仰角，并提取示教路径步数和示教数据；提取截割边界的位置信息，并提取所述悬臂的示教轨迹数据；根据所述实际姿态角、所述位置信息、所述示教轨迹数据及当前截割电流和当前悬臂振动信号生成悬臂运动轨迹的方向、位置和速度，并控制执行组件执行相应动作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提取截割边界的位置信息，包括：提取所述截割边界标定断面顶板、底板、左帮、右帮的偏航角和俯仰角；根据所述偏航角和俯仰角计算所述截割边界的位置信息。
悬臂掘进机巷道自动截割成形控制方法的探索
悬臂式掘进机自动截割控制系统设计
悬臂式掘进机自动截割控制系统设计李海斌【摘要】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.【期刊名称】《中国矿业》【年(卷),期】2016(025)010【总页数】4页(P150-153)【关键词】悬臂式掘进机;自动截割;PCC【作者】李海斌【作者单位】山西省同煤集团煤峪口矿,山西大同037041【正文语种】中文【中图分类】TD421悬臂式掘进机自动截割控制是提升截割效率以及精度的重点部分，完成其自动以及智能化具有很好地保障煤矿的安全运转，在很大程度生缩减工人劳动强度的同时提升采煤效率等优势。
本文设计了自动截割控制方法以完成悬臂式掘进机的精确以及自动截割。
将悬臂式掘进机的截割头及每个工作结构部件简化成球体和刚性杆件[1]，分别建立掘进机截割结构垂直及水平平面的数学几何模型，如图1(a)、图2(b)所示。
通过建立的数学模型可以获得升降及回转右侧液压缸伸缩量l1、l2 以及巷道坐标系内截割头的横纵坐标间的数学表达式[2]，然后就能获取截割头的确切位置。
根据图1(a)可得，截割头和升降油缸伸缩量l1间可通过其在巷道中的纵坐标建立关系，见式(1)。
式中：z及Δl分别表示截割头纵坐标及其伸缩油缸伸长量；L表示截割臂长度；L1、L2分别表示截割臂垂直运动中心O2到升降油缸和机架的铰接节点A及升降油缸和机架的铰接节点B的距离；L0表示截割臂在水平位置时点A到点B的距离；φ0表示截割臂在水平位置时的角∠AO2X2；θ0表示截割臂和O2B的夹角。
EBZ318(H)悬臂式掘进机技术资料
➢ 本体部技术参数 ➢ 行走部技术参数
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➢ 润滑系统技术参数
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➢ 液压系统技术参数
46
➢ 电气系统技术参数
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谢谢！
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➢液压油箱配备油温、油位、 回油污染等报警器。确保 液压系统良好运行。
➢与电气系统配合，实时监 控液压油相关参数，例如： 油温是否过高、油位过低、 滤芯污染等状况。
回油污染报警器
➢若液压油某个参数，超出 系统设定值，电气系统将 提示操作者进行相关检修 操作。
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液位报警器
油温报警器
➢采用液压先导控制，手柄操作灵活、舒适，与多路阀配合实现无级调速； ➢使用单独的液压泵为先导手柄供油，避免了多个动作同时动作，造成大排量马达 运转波动，提高系统稳定性。
截割范围 5.46 m(高)× 6.81m(宽)
截割头转速
31.8r/min
最大/经济截割 岩石单向抗压强度 130MPa/100MPa
8
二 EBZ318H悬臂式掘进机关键技术
9
关键技术一：截割头截齿排布改进优化设计，提高破岩能力
优化前截割头
优化后截割头
优化前
优化后
优化后的优势
形状 圆弧+直线 平头+椭圆弧+直线
➢配套的长压短抽风幕式除尘系统，其总除尘效率≥95%，呼吸性粉尘的除尘效率 ≥75%，矿工在工作区域可不戴器口罩工作。彻底解决了全岩巷道掘进时粉尘大、无 法工作的难题，有效地保障了掘进工作面矿工的身体健康。
➢新研发的矿用防尘供吸系统为煤炭机械行业首创，解决了高瓦斯岩巷施工时粉尘对 施工人员健康危害的问题。
品质改变世界
截割部
改进前
改进后，采用从回转 台上安装油杯润滑
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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n 煤炭科技#机电与信息化n悬臂掘进机自动截割控制关键技术刘建功1 吴 淼2 魏景生2,3 田 劼2 杨 阳2 陈国强2 李 睿2(11河北冀中能源集团,河北省邢台市中兴西大街191号,054021;21中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院,北京市海淀区学院路,100083;31石家庄煤矿机械有限责任公司,河北省石家庄市跃进路111号,050031摘 要 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EBH 300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。
关键词 悬臂掘进机 位姿检测 定向掘进 断面自动成形 恒功率调速中图分类号 T D42115 文献标识码 AS tudy on the key technologies of automatic cutting control of boom -type roadheadersLiu Jiang ong 1,Wu Miao 2,Tian Jie 2,Yang Yang 2,Chen Guoqiang 2,Li Rui 2(11H eb ei Jizhong Energy Group,Xingtai,H eb ei plovince,054021,Ch ina;21School of M echanical Electronic and Inform ation Engineering,Chin a University of M ining an d T echnology(Beijing),Beijing 100083,C hina)Abstract Fo ur key techno log ies on automat ic cutting contro l of boom-ty pe r oadheaders w ere presented in this pa per,i 1e 1mine lanew ay sect ion automatic fo rming co nt ro l,cutting head const ant pow er speed regulation contr ol,po sitio n detection co nt ro l and directional ex cavatio n contr ol o f boo m-type roadheaders 1W here the anterio r tw o key technolog ies had been put in practice in EBZ160and EBZ200boom -type roadheaders,and effects o f ex periment wer e ver y well 1Wr iters think that the research on abov e fo ur key technolog ies laid a fo undatio n for realizing the in -telligentizatio n,automatizatio n,infor matio nization and unmanned operating at driv ing face 1Key words boo m -type ro adheader;position detect ion;dir ect ional ex cavatio n;automatic form ing contr ol;constant pow er speed r eg ulation*国家高技术研究发展计划(863计划)重点项目(2008A A062201)掘进机主要用于巷道的挖掘,是现代化矿井生产不可缺少的设备,掘进机的发展方向是操作控制方式的智能化、自动化、信息化和无人化,未来的矿山机械将全面装备融合电子化、自动化、机器人化为一体的机电一体化技术,逐渐发展为掘进机器人。
目前国内外已开始该方面的研究,但仍处于理论研究、试验调试阶段,都没有达到市场化水平。
为此,国家设立863重点项目/煤矿井下采掘装备遥控关键技术0。
其中课题一/掘进机远程控制技术及监测系统0研究目标为:以掘进机远程监测和控制的关键技术为核心,重点研究煤巷悬臂式掘进装备可视化远程监控技术,开发出配装国产自主研发的悬臂式掘进机及远程监控系统,以满足我国煤矿井下采掘装备远距离遥控和安全作业的需要,研制的掘进机可视化遥控装备能满足煤矿井下掘进作业和煤矿安全规程的要求。
总之,实现巷道掘进的自动化,需解决4个方面的关键理论和技术问题。
1 掘进巷道断面自动成形控制悬臂式掘进机截割头在空间的行走轨迹决定截割断面形状。
由截割臂相对于掘进机机体的垂直摆动、水平摆动以及截割头的伸缩实现。
垂直摆动与水平摆动是2个分别独立的液压控制系统,既可以单独实现截割头垂直或水平运动,也可以实现复合54中国煤炭第34卷第12期2008年12月运动,从而完成任意断面形状截割。
截割臂垂直摆动由一对同步升降油缸完成。
一对同步升降油缸分别与掘进机的机架和截割臂进行铰接,在机器中心线对称布置。
升降油缸行程改变时,截割臂将绕其与机架的铰接点在垂直面内摆动。
当升降油缸伸长时,截割臂向巷道上方摆动;反之亦然,见图2。
截割臂水平摆动依靠水平回转工作台回转实现,机架整体安装在水平回转工作台上,回转台由对称布置的水平回转油缸推动。
活塞杆与回转台相连,缸筒与机架相连。
工作时,一侧油缸伸长,另一侧由于刚性连接相应缩短,油缸一伸一缩,推动回转台带动截割臂绕水平摆动中心左右摆动,见图2。
建立截割臂与垂直摆动工作台铰接点O 1及水平回转工作台中心O 2为原点的2个直角坐标系(O 1-X 1Y 1Z 1)、(O 2-X 2Y 2Z 2),对截割头空间位置进行运动学分析。
截割头中心在巷道断面投影上的位置坐标为(y ,z ),通过分析确定截割头空间位置坐标与油缸伸缩量之间及摆角之间的几何关系式,该控制系统传递函数关系式为:y =f 1(l 1,l 2,$l),z =f 2(l 1,l 2,$l)或者:y =f 3(A 1,B 1,$l),z =f 4(A 1,B 1,$l)式中:l 1,l 2,$l )))控制系统所要控制的水平回转油缸、升降油缸及截割头伸缩油缸的行程;A 1,B 1)))控制系统所要控制的截割臂水平及垂直摆角。
通过几何关系式比较得出:直接测截割臂的摆角更为简便。
因此确定断面自动成形控制策略为:倾角传感器测截割臂垂直倾角,测速传感器测截割臂水平摆角,行程传感器测截割头伸缩量,计算得到截割头空间位置坐标,可编程控制器对截割头空间位置检测装置采集的信号进行处理,控制截割头在巷道规定范围内按设定轨迹运动,截割出规整断面,避免超挖和欠挖现象。
自动成形控制框图如图3所示。
图3 自动成形控制框图掘进断面通常为矩形、梯形或半圆拱形等3种标准形状。
因截割对象(煤与岩石等)的软硬和分布的随机性,掘进机截割路径的选择原则是:利于钻进开切、装载转运和顶板维护,截割阻力小,截割比能耗低,工作效率高。
一般正确的截割方式是:较均匀的中硬煤层,先扫底,自下而上横向截割;硬煤层,先扫底,自上而下横向截割;层理发达的软煤层,采用中心开钻,四边刷帮等。
本文采取矩形自下而上截割,截割路径设定如图4所示,H 为截割断面高度值、B 为截割断面宽度值、d 为截割距,断面初始截割前要对这3个断面参数值进行设定。
图4 截割路径设定示意图巷道断面形状及尺寸不尽相同,但截割工艺具有相似性,对于不同机型改动相应参数即可实现断面自动控制,具有一定通用性。
2 截割头恒功率自动牵引调速控制根据断面煤岩硬度分布的不同自适应调节截割臂摆动速度,在不超过截割电机电流额定值的情况下,提高截割效率。
截割臂摆动速度取决于掘进机截割对象。
这是55悬臂掘进机自动截割控制关键技术悬臂式掘进机一个重要工况参数,不仅与掘进机自身参数有关,还和煤岩硬度、钻入深度和切削厚度有关,切削厚度与截割臂摆动速度成反比。
悬臂式掘进机截割机构调速系统调速方法多种多样,主要有节流调速、变量泵-负载反馈无级调速(包括截割电机电流反馈和液压系统压力反馈两种调速方式)及定量泵-分流合流有级调速等。
对控制器来说截割电机电流反馈方式控制简单易行。
控制原理为:当掘进机外负载变化时,截割电机电流随之变化,电流变送器采集截割电机电流信号,在信号比较与可编程控制器的作用下,控制电液比例阀阀口开度,控制水平和升降液压缸伸缩量对时间的变化率d l 1/d t 和d l 2/d t 。
合理调整其大小能有效减少功率损耗,降低液压系统发热,延长液压元部件使用寿命,使掘进机能可靠工作。
截割头恒功率自动牵引调速示意图如图5所示。
图5 截割头恒功率自动牵引调速示意图3 掘进机位姿检测控制掘进工作面环境恶劣、照明严重不足,对掘进机位姿检测限制的条件很多。
环境中的尘埃使得无法使用视觉导航定位;巷道无法使用全球定位系统,所以比较适用非视觉传感器定位技术。
目前煤巷通常只是在掘进机后方巷道顶板上安装激光指向仪,司机通过断面上的激光光斑指示操作掘进,主观误差较大、工作效率较低。
掘进机在截割断面时,会出现机身的偏摆,包括偏离巷道标准中心线及前俯后仰、左右摇动,引起机身位姿偏差。
掘进机运行位姿检测需确定掘进机的位置(三维坐标x ,y ,z )、姿态角(包括方位角A 、俯仰角B 、横滚角C 、坡度角B0等)、掘进机中心轴线与设计轴线的偏距a ,图6为简化掘进机结构后的位姿偏差示意图。
所以掘进机运行位姿检测坐标描述包括:x ,y ,z ,A ,B ,C ,B 0,a ,截割臂相对于掘进机身的位姿信息为:水平摆角A 1,垂直摆角B 1。
掘进机出现任意一种位姿偏差,掘进施工质量都将受到直接影响。
例如,当掘进机机身出现/方位角A 0时,将导致巷道实际掘进方向偏离原设计掘进方向,影响巷道的正确贯通以及井下采区的布置;当掘进机机身出现/俯仰角B 0或/横滚角C 0时,将导致巷道断面C 截割质量下降。
为有效检测掘进机位姿偏差需建立大地坐标系、机身坐标系、回转台坐标系和截割臂坐标系。
图6 掘进机位姿偏差示意图煤巷地质测绘部门可提供激光指向仪安装位置在大地坐标系中的绝对坐标:X ,Y,Z ,及巷道坡度角B 0,根据激光指向仪绝对坐标可测得掘进机机身感应标靶的初始位置坐标x ,y ,z ,因此掘进机机身位姿信息只需检测A ,B ,C ,a 。