自动锚杆钻车三角钻臂轨迹规划方法研究

发布时间：2020-12-30 12:43

　　随着我国经济的发展,人们对煤炭的需求量愈来愈多,对煤矿生产的要求也愈来愈高。2020年2月,为深入贯彻落实国家“四个革命、一个合作”能源安全新战略,加快推进煤炭行业供给侧结构性改革,推动智能化技术与煤炭产业融合发展,提升煤矿智能化水平,八部委联合制定了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》,指出煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。而锚杆支护自动定位是煤矿智能化的“卡脖子”问题之一。因此,为符合国家发展趋势,加快掘支过程的自动化控制进程;也为了加快煤矿开采的智能化与自动化的发展进程,非常有必要开展自动锚杆钻车三角钻臂运动学、轨迹规划等关键技术的研究工作。论文的主要研究内容如下:(1)建立了锚杆钻车钻臂的运动学模型。使用两步法对本课题研究的自动锚杆钻车三角钻臂建立运动学模型,进行钻臂正向运动学分析,然后使用解析法对钻臂各关节进行逆运动学求解,与此同时对支臂缸伸缩量与关节角的关系进行求解,最后验证模型的正确性;(2)研究了自动锚杆钻车钻臂点位轨迹规划方法。通过对三次多项式、五次多项式和三次B样条曲线插值算法的研究,对钻臂的关节变量进行点位轨迹规划,并进行了仿真实验。实验结果表明,三次... 

【文章来源】：煤炭科学研究总院北京市

【文章页数】：99 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

MGJ-1型锚杆钻车Fig.1.1MGJ-1roofbolter

1绪论3自2004年以来,煤炭科学研究总院太原研究院在对引进钻机的消化、吸收的基础上，结合我国的具体情况进行创新设计,研发出了CMM25-4型四臂锚杆钻车，如图1.2所示，该种钻车能够与连续采煤机配合使用。并在神东公司的补连塔煤矿井下对此种钻车进行了工业性试验,其各项性能指标均能够满足预定的各项指标,现已对该种钻车进行批量生产。为了能够适应煤矿的地质条件且与掘进工艺进行配合使用，山西晋城无烟煤矿业集团研发出了CMM2-36型两臂液压锚杆钻车,并为此申请了实用新型专利。而后几年,为了能够在煤矿巷道的大采高掘进工作面进行锚杆支护作业,该集团与本地厂家共同研发了CMM2-18型液压锚杆钻车，并于2009年在煤矿中进行的工业性试验中取得初步成功。佳木斯煤机公司正在研制一种窄锚杆钻车,该种钻车能够与悬臂式掘进机进行配合使用，使其可以从掘进机的一侧通过,进行锚杆支护作业。图1.1MGJ-1型锚杆钻车图1.2CMM25-4型四臂锚杆钻车Fig.1.1MGJ-1roofbolterFigure1.2CMM25-4four-armroofbolter（3）存在问题我国对锚杆钻车的研究距离国际领先水平还有些距离。国外研制的锚杆钻车已经实现了高度智能化，其锚杆支护作业基本可以通过计算机远程控制；而我国对锚杆钻车的研制还处于半自动化状态，对锚杆钻车智能化的研究还未全面展开。1.2.2钻臂类型概述锚杆钻车钻臂是实现钻锚支护作业的主要工作部位，它的定位精度及控制效果对钻锚杆孔和安装锚杆的效率有很大影响，是锚杆钻车的主要研究内容之一。为了使锚杆钻车钻臂在狭窄的煤矿巷道中能够灵活地进行锚杆支护作业，锚杆钻车通常使用多自由度关节耦合钻臂。

煤炭科学研究总院硕士学位论文4钻臂的划分种类众多，按运动方式可分为以下四种：直接定位式钻臂、直角坐标式钻臂、极坐标式钻臂以及直角坐标式与极坐标式相结合的复合坐标式钻臂[9][10]：直角坐标式钻臂不适于单臂钻车，在其运动时，末端投影在工作面上的轨迹依次沿着X轴与Y轴的方向移动,其具有结构设计简单、定位比较直观、操作起来比较容易、可以独立控制各个关节的运动等优点,但此种钻臂会使用较多的油缸、凿岩区域也会存在着盲区。极坐标式钻臂适于单臂钻车，在其运动时，末端投影在工作面上的轨迹先沿着旋转弧线移动，然后再沿着半径方向移动,其缺点是具有较大的转动惯量、不利于操作等。因此这种钻臂在中国被采用的越来越少;复合坐标式钻臂适于单臂钻车，在其运动时，末端在工作面的投影轨迹是直角坐标式和极坐标式的结合；直接定位式钻臂适于单臂钻车，在其运动时，末端投影在工作面上的轨迹可以沿任意方向移动,因而可使末端直接运动到预定位置,以此来缩短钻臂运动的时间,这种钻臂具有操作方便性好、运动平稳、凿岩区域无盲点、可以空间平移等优点,但在对各关节的运动进行控制时会出现耦合,这会使控制的难度增加。图1.3钻臂移位过程示意图Fig1.3schematicdiagramofboommovementprocess表1.1钻臂比较表Table1.1drillarmcomparisontable钻臂类型是否适于单臂钻车可钻范围利用率转动惯量大小适于打何种掏槽孔操作方便性直角坐标式XY否高最小任意好极坐标式R是低最大直线、锥形及部分可大垂直楔形较差复合坐标式XY-R是高稍大任意较好RXY是低最大任意较好直接定位式A-V是低最小任意最好A-R是低稍大任意好

【参考文献】：
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本文编号：2947662