悬臂式掘进机自主调速截割控制系统
张旭辉1
石硕2
杨红强2
杨文娟1
张超2
王甜2
1.西安科技大学 机械工程学院,陕西 西安 710054;陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室,陕西 西安 7100542.西安科技大学 机械工程学院,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
分类号：TD632(矿山电工)
资助基金：国家自然科学基金(52104166)国家自然科学基金(52174150)陕煤联合基金项目(2021JLM-03)
论文发表日期：2023-01-10
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 80-89 )
英文信息