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掘锚机机载钻机姿态调整分析

吴迪 符宝鼎 孙博 康乐 刘治翔 邹康

吴迪,符宝鼎,孙博,等. 掘锚机机载钻机姿态调整分析[J]. 工矿自动化,2024,50(1):104-114.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2023060016
引用本文: 吴迪,符宝鼎,孙博,等. 掘锚机机载钻机姿态调整分析[J]. 工矿自动化,2024,50(1):104-114.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2023060016
WU Di, FU Baoding, SUN Bo, et al. Analysis of attitude adjustment for airborne drilling rig of anchor excavator[J]. Journal of Mine Automation,2024,50(1):104-114.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2023060016
Citation: WU Di, FU Baoding, SUN Bo, et al. Analysis of attitude adjustment for airborne drilling rig of anchor excavator[J]. Journal of Mine Automation,2024,50(1):104-114.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2023060016

掘锚机机载钻机姿态调整分析

doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2023060016
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51904142);辽宁省应用基础研究计划项目(2023JH2/101600061)。
详细信息
    作者简介:

    吴迪(1983—),女,辽宁锦州人,讲师,硕士,主要研究方向为掘进机动态特性研究与控制,E-mail:643116324@qq.com

    通讯作者:

    邹康(1998—),男,江西瑞金人,硕士研究生,研究方向为煤矿智能掘进成套装备及技术,E-mail:zk451056@163.com

  • 中图分类号: TD421

Analysis of attitude adjustment for airborne drilling rig of anchor excavator

  • 摘要: 探放水作业前后,前探钻机的部署需耗费大量时间。在掘锚机上装载超前钻探设备可减少设备部署时间,提高钻探效率。目前针对集掘、锚、探于一体的掘进机机组的研究大多聚焦于设备的结构设计及液压控制系统设计,对于不同结构间干涉特性的研究相对较少。分析了机载钻机姿态调整过程中的干涉情况,根据姿态调整时的几何位置关系,建立了掘锚机与机载钻机发生干涉时的数学模型,并推导出掘锚机与机载钻机发生干涉时的最大转角计算公式。以掘锚机和机载钻机发生干涉时的最大转角为指标,研究了掘锚机与机载钻机各个尺寸参数对机载钻机各个方向最大转角的影响。结果表明:① 掘锚机龙骨倾角越大,机载钻机的俯仰调节角度越大,通过调节掘锚机龙骨能有效改变探水钻机工作时仰角的调节范围。② 龙骨高度的变化对俯仰角的影响均很小,龙骨高度的变化不会影响俯角的变动,而对仰角的影响较大,且呈正比关系;龙骨连接绞耳到龙骨尾部长度的增大使俯仰角均增大,但对仰角的影响效果不明显。若要改动仰角,可优先考虑改变龙骨高度;若要改动俯角,可优先考虑改变龙骨连接绞耳到龙骨尾部长度。③ 当掘锚机龙骨护板间距越大,机载钻机的最大水平转角度越大,当增大到一定程度时,最大水平转角度不再受掘锚机龙骨护板间距增大的影响;当掘锚机龙骨护板间距大于某一值时,掘锚机支撑油缸中心距越大,机载钻机的最大水平转角度越大;掘锚机龙骨护板间距对机载钻机最大水平转角度的影响较掘锚机支撑油缸中心距大。 ④ 当机载钻机钻头后端宽度较小时,不影响最大水平转角;当机载钻机钻头后端宽度增大到某一值时,机载钻机钻头后端宽度越大,最大水平转角越小;当机载钻机钻头后端宽度小于某一值时,机载钻机钻头部分前端宽度越大,最大水平转角越小。实例验证结果表明:增大龙骨倾角、龙骨连接螺栓高度、龙骨高度、龙骨连接绞耳到龙骨尾部长度,并减小机载钻机钻头上缘与机载钻机框架连接绞耳的高度差、龙骨上护板长度,机载钻机的最大俯仰角得到了有效增加。

     

  • 图  1  机载钻机在掘锚机上的安装位置及设备结构

    Figure  1.  The installation position of the airborne drilling rig on the anchor excavator and the structure of the equipment

    图  2  机载钻机工做流程

    Figure  2.  Drilling rig work flow

    图  3  钻机与掘锚机的干涉

    Figure  3.  Interference between drilling rig and the anchor excavator

    图  4  不同龙骨倾角对干涉特性的影响

    Figure  4.  Influence of different keel inclination angles on interference features

    图  5  h1h2L1对俯仰角的影响

    Figure  5.  Effects of h1, h2 and L1 on pitch angle

    图  6  CD横坐标对仰角的影响

    Figure  6.  The effect of C and D on elevation

    图  7  BJ1BJ2同步变化对θ的影响

    Figure  7.  The influence of synchronous changes between BJ1 and BJ2 on θ

    图  8  BZ1BZ2均变化对θ的影响

    Figure  8.  The influence of change of BZ1 and BZ2 on θ

    表  1  机载钻机俯仰调整时与掘锚机干涉的具体描述

    Table  1.   Specific description of interference with the anchor excavator during pitch adjustment of airborne drilling rig

    调整方向干涉判别转动角度
    逆时针C与直线F1F2碰撞D与直线F1F2碰撞F1与直线CD碰撞F2与直线CD碰撞依据注释确定
    以点A为圆心,点A到点C的距离为半径作圆,交直线F1F2于点m,连接Am,∠CAm即为该点与龙骨碰撞时的最大转角β1

    注:仅当xmxF2h3h2时,存在此类碰撞
    以点A为圆心,点A到点D的距离为半径作圆,交直线F1F2于点n,连接An,∠DAn即为该点与龙骨碰撞时的最大转角β2

    注:仅当xnxF1h3h2时存在此类碰撞
    以点A为圆心,点A到点F1的距离为半径作圆,交直线CD于点u,∠F1Au即为该点与龙骨碰撞时的最大转角β3

    注:仅当xuxDh3h2时存在此类碰撞
    以点A为圆心,点A到点F2的距离为半径作圆,交直线CD于点v,∠F2Av即为该点与龙骨碰撞时的最大转角β4

    注:仅当xvxCh3h2时存在此类碰撞
    顺时针直线BE与点G 碰撞γ
    以点A为圆心,点A到直线BE的垂直距离为半径作圆A,过点G作圆A的下切线,直线BE与该切线的夹角为掘锚机的最大俯角
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    表  2  机载钻机水平调整时与掘锚机干涉的具体描述

    Table  2.   Specific description of interference with anchor excavator during pitch adjustment of airborne drilling rig

    干涉判别 最大水平转角θ
    直线MK与圆J的碰撞 I与钻机龙骨护板碰撞 min(θ1θ2
    以点H为圆心,BZ2/2为半径作圆H,再作圆H与圆J的公切线,该切线与直线MK的夹角θ1即为钻机前端与掘锚机支撑发生碰撞时的最大转角 以点H为圆心,HI为半径作圆,交龙骨护板于点k
    IHk即为该点与龙骨护板碰撞时的最大转角θ2
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    表  3  基本尺寸取值区间

    Table  3.   Value range of basic size

    参数 取值区间/mm 参数 取值区间/mm
    h0 (310,350) h1 (230,270)
    h2 (120,160) h3 (−100,350)
    h4 (480,520) L2 (6 000,6 500)
    L1 (2 100,2500) L4 (7 500,8 000)
    L3 (2 000,2400) l1 (1 600,2 100)
    l0 (1 500,2000) BZ1 (500,700)
    l2 (500,800) BJ1 (800,1 200)
    BZ2 (250,350) S0 (4 000,4 500)
    BJ2 (1 400,1 500) R2 (55,75)
    S (5 500,6 500)
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    表  4  优化前后的尺寸

    Table  4.   Dimensions before and after optimization

    参数 优化前 优化后
    h0/m 320 320
    h1/m 250 310
    h2/m 140 190
    h3/m 300 220
    h4/m 500 500
    L1/m 2 300 2 600
    L2/m 6 300 6 300
    L3/m 2 185 1 600
    L4/m 7 830 7 830
    l0/m 1 740 1 740
    l1/m 1 890 1 890
    l2/m 670 670
    α/(°) 11 16
    S/m 5 775 5 775
    BZ1/m 500 500
    BZ2/m 280 280
    R2/m 65 65
    BJ1/m 1 200 1 200
    BJ2/m 1 460 1 460
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-06-06
  • 修回日期:  2024-01-10
  • 网络出版日期:  2024-01-31

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