综采工作面采运装备虚拟运行关键技术研究

发布时间：2020-07-30 15:51

【摘要】：煤炭在很长一段时间内仍然是我国的重要能源和工业原料,在“中国制造2025”和“互联网+”战略的持续推进下,煤炭开采正朝着智能化、无人化、绿色化的方向发展。近年来,虚拟现实技术与煤炭开采结合日益紧密,并在煤矿安全培训与综采装备虚拟监测领域取得了一些成果。但是,模型定位定姿方法考虑不周全、仿真画面卡顿、模型仿真理想化等问题依然存在。针对这些问题,本文基于虚拟现实技术,以采煤机与刮板输送机为主要研究对象,深度剖析其在真实环境中的动态配套关系,对综采工作面采运装备虚拟协同运行关键技术进行研究,试图构建一种姿态运行准确、画面清晰流畅、接近工程实际的虚拟现实仿真系统,真实再现综采工作面采运装备的运行状态。主要研究内容:首先在工作面底板平整的理想工况下对采运-支护装备虚拟运行进行研究,包括单机姿态控制及采运-支护装备的虚拟协同运行等;其次在工作面底板不平的复杂工况下对采运装备虚拟运行进行研究,包括虚拟模型的定位定姿方法、关键参数求解、模型实时驱动等;接着结合现有的记忆截割原理对采煤机的虚拟记忆截割方法进行研究,包括虚拟截割曲线生成、高度数据的实时读取及高度补偿、采煤机滚筒的自动调高等;然后进行人机交互设计,并在局域网环境下建立传感数据在组态王KingView6.55、SQL Server2008数据库、Unity3D之间的传输方法;最后开发原型系统,并对仿真系统进行测试与验证。主要研究成果:(1)在理想工况下,分析了采运-支护装备之间的动态配套关系,实现采运-支护装备虚拟协同运行仿真,包括刮板输送机虚拟弯曲、采煤机虚拟运行、液压支架动作及各装备之间的相互感知等;(2)在复杂工况下,提出了虚拟采运装备的定位定姿方法,实现采运装备虚拟运行仿真。该仿真可以更加真实的模拟采运装备在工作面底板不平整工况下的运行状态,接近工程实际;(3)提出一种虚拟现实环境下采煤机记忆截割方法,实现采煤机虚拟记忆截割仿真。该仿真可以真实再现虚拟采煤机的示教与执行过程,并按照示教信息往复循环执行,直至人为控制停止;(4)构建了局域网环境下基于组态王KingView6.55、数据库SQL Server2008、Unity3D的数据传输方法,为综采设备虚拟远程监测与控制提供技术支持。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD421.8
【图文】：

综采工作面

作面采运-支护装备（采煤机、刮板输送机、液压支架）是煤炭开采煤、运煤和支护任务[62]。本章将在理想工况下对其进行虚拟协同况是指不考虑综采工作面的地形因素，认为综采设备的工作底板运-支护装备的构造及运动原理，在 CAD 软件中进行三维模型建ity3D 引擎下对采运-支护装备模型进行单机虚拟运行和水平理想条同运行仿真。场景搭建作面地理环境复杂，设备繁多，本次研究只对采煤机、刮板输送场景搭建。以山西省重点实验室煤矿综采装备成套试验系统的采象进行分析，如图 2-1 所示，其型号等信息如表 2-1 所示：

模型图,采煤机,模型

立、修补及导入采运-支护设备的结构及运动特性对其进行实体建模，重点进行精确建模，对一些内部结构可以适当简化。为了保证模有相对运动关系的部分进行模型修补，如在旋转运动关系中 Unity3D 中各部件的高保真性，经过查阅资料总结出模型建 UG 中进行三维模型建立与装配并定义装配体的运动关系，x 软件中，进行模型修补、单位设置与坐标轴调整，然后以 f中。在模型转化过程中，为了保证各部件行对位置及运动关常在有运动关系的地方作为部件的分割点，将装配体按该分分别导出。采运-支护装备的虚拟模型如下：拟采煤机模型包括：机身、摇臂、滚筒、调高油缸、支撑滑靴机身内部的传动结构等进行简化。如图 2-2 所示。

模型图,液压支架,模型,子对象

图 2-4 虚拟液压支架模型Fig.2-4 Virtual model of hydraulic support及实例化实环境中的模型进行精确控制，需要对模型进行父关系，操作父对象会直接影响到子对象，即子对象不影响父对象的动作，为编程带来极大的方便[64]图中建立各部件的父子关系。接着通过 C#语言采本，控制虚拟环境中的模型运行，在脚本中需要对，并在初始化 Start()函数中通过程序语句建立场景现场景物体的实例化。子关系建立及实例化的运动关系如下：机身移动，带动所有零件移动；轴有微小旋转，同时推动摇臂绕摇臂销轴旋转，摇

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