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论文研究-悬臂式掘进机自动截割控制的研究 .pdf 评分:

悬臂式掘进机自动截割控制的研究,徐楠,童敏明,本文以EBZ-150Ⅱ型臂式掘进机为例,主要探讨截割头的自动控制问题,实现巷道断面截割的自动化和智能化,以截割出高质量规整的巷道��
国武技论文在线 http:/www.paper.edu.cn 60实际巷道断面会形成个内凹的断面。巷道面轮廓是否符合工程设计要求是我们关注的问 题,因此将截割形成的内凹面向巷道方向直投影,即得到巷道断面的投影轮廓2。如图3 所示: 矩形断面 拱形所面 可截割最大高度 极限斯 1梯形断「 可截割最天宽度 图3极限断血和几种标准截割断血情况 65 截割作业时,掘进机截割头逐渐切入巷道断面,掘进机截割头的截割作业运动可简化为 水平摆动和高速旋转的复合运动;理想情况下,即可假定截割头截割运动形成的包络线就可 以认为是巷道断面的轮廓,即可将悬臂式掘进机截割头物理中心在巷道断面上投影的位置 坐标和巷道断面特征参数紧密的关联在一起,为截割头数学模型的建立和巷道断山的成形进 步奠定了基础。 截割头数学模型的建立 截割作业时,截割头运动位置是通过调整截割悬臂的运动来控制的,升降液压油缸和水 平回转液压油缸的伸缩运动控制着截割悬臂的运动,悬臂式掘进机的机身中心线两侧分别对 称安装着一对升降液压油缸和一对水平回转液压油缸,分别实现在垂直平面和水平面的自由 75摆动。通过以上分析,简化工作机构的部分部件后,符合几何投影的求解条件,分别在垂直 平面内和水平面内对恳臂式掘进机的工作机构进行投影,通过儿何关系分析可以得出截割头 的投影位置亼标与工作液压汨缸伸缩位移量间的数学公式,由此可以得出截割头的中心位置 坐枟与⊥作液压油缸的伸缩位移量的·对应关系。根据数学模型得知,截割头在以坐标 原点为参考的三维坐标系中,坐标为 (( cos a) cos B, Po-Bo Z= Sin arccos 1) 数学模型的建立,可将巷道断面的特征参数和掘进头在巷道断面投影上的位置巫标关联 起来,为进一步计算、仿真悬臂和截割头在仟意时刻的空间位置和俯仰角、水平旋转角的数 学关系,及控制截割头按照规划路径截割出规整断面奠定基础。 3 国武技论文在线 http://www.paper.edu.cn 85巷道截割路线仿真及数据采集 断面自动成形仿真 用 MATLAB语言编写主程序和人机界面图。在人机界面图中输入掘进巷道断面的各种 参数,动态显示掘进机巷道断面截割的自动控制。同时,人机界面为参数直输化设计,柔性 更强,程序的可移植性更强S。下面用 MATLAB对其编程仿真,并生成液压油缸位移量及 ∞0俯倾角和旋转角等参数数据。根据上述FB7-150臂式掘进结构图的相关参数,对式(1) 中的各个常量值进行计算,根据比例关系计算得出L=525m,L1-0.68m,L2-1.615m, d=0.655m,LO=1.36m,Φ0=51.317*pi/180,0=6*pi/180,θ-81.2*pi180,n=1.25m,r=0.48m, 0=1.5m:;同时,根据计算和参考文献可以求得悬臂升降的俯仰角∈(-18°,44°),水 平回转台的水平转角 B∈(-17°,17° ,为了计算的方便,对于数值小数点后的部分进行略 95去,悬臂升降液压缸的位移量程0~614mm,水平回转台液压缸的位移量程0~77%m。利 用以上数据,同时带入前章所建立的数学模型,通过 MATLAB进行编程计算,结果如下图 所示 梯形作业笆搭线医 巷道宽度r 图4榜形断面包终线图 梯形作业络图 5 巷道完度M 图5梯形断面包络线仿真图 4 国武技论文在线 http://www.paper.edu.cn 截割头实时位置坐标计算 105 以式(1)数学模型为基础,在以水平旋转平台的中心为坐标原点建立三维坐标系,对 截割头实时位置进行了计算,并根据位置坐标进行绘图,截割头实时位置坐标如表1表所示。 表1梯形巷道截割作业时截割头位置及悬臂转台角度和油缸量程 水平 水平转 运动心轴坐乐心Y轴坐标盘剧头中心2仰角水平转角缸量程台油缸 次数 y (m) 5.401 3.0.58 8. 0.000 0.000 12345 5.424 6.057 0.100 18.000 16.200 0.000 0.760 5.433 2.996 0.023 -17.000 0.010 0.005 5.464 5.975 -0.023 17.000 15.700 0.010 0.749 5.566 2.720 11.000 00 0.287 0.009 5.597 5.510 2,078 11.000 15.500 0.744 5.558 2.618 2.150 12.000 -16.300 0.297 0,016 5.493 2,150 12.000 15.600 0.29 4.318 1.771 4.229 43,000 -16.100 0.604 0,021 10 3.85 4.229 43.000 16.100 0.604 11 4.262 -1.691 1.288 14.000 15.900 0.614 0.025 4,210 3.851 1.288 11.000 16.900 0.614 0.776 l10 结论 由以上仿真图形可知,简化后的截割头运动轨迹与设计的巷道断面的包络线形状尺寸基 本吻合,由此证明截割头运动的路径规划是正确的,同时,“S”形路径规划,对截割头的 作业具有较高的效率。在以水平旋转平台中心为坐标原点建立三维坐标系中,实时计算得出 截割头位置的三维亼标,因数据庞大,根据截割特点选择具有代表性的第一次截割,即扫底, 115第二次截割,巷道中部的截割及巷道顶部的截割等几组典型位置数据,数据根据进度有规律 变化,并且各项数佰均没有超出初始范围值,达到没计要求。在以YZ轴为平面的二维图中, 截割头坐标的轨迹图投影至该平面成梯形,与巷道断面的包络线相符合,证明轨迹规划的科 学性和正确性,实现掘进机截割头巷道截割的自动控制。 120参考文献 [1]宁忠良,陈加珄.悬臂式掘进机智能化发展方向初探[.矿山札械,2006,34(6:34-35 [2]张上勇悬膏掘进机巷道断山成形控制研究,.西安:西安科技大学,2004. 「3]丁国宫吴晓,王金诺杋机器人化液压挖攝机的运动学建模和仿頁研究「肌机械科学与技术,2000(9 「4田劼汪胜陆,张立涛笭.悬臂掘进机巷道凘面自动成形控制运动学分析[煤灰科技术,2007(8):86-88 125[5] MATLAB时尚创作百例[ML机械工业出版社,2002

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