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智能化掘进机悬臂和铲台机构关联位置干涉解算模型

刘若涵 刘永立 刘爽

刘若涵,刘永立,刘爽. 智能化掘进机悬臂和铲台机构关联位置干涉解算模型[J]. 工矿自动化,2024,50(3):114-121.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2023090014
引用本文: 刘若涵,刘永立,刘爽. 智能化掘进机悬臂和铲台机构关联位置干涉解算模型[J]. 工矿自动化,2024,50(3):114-121.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2023090014
LIU Ruohan, LIU Yongli, LIU Shuang. A calculation model for the associated position interference between the boom and shovel table mechanisms of intelligent roadheader[J]. Journal of Mine Automation,2024,50(3):114-121.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2023090014
Citation: LIU Ruohan, LIU Yongli, LIU Shuang. A calculation model for the associated position interference between the boom and shovel table mechanisms of intelligent roadheader[J]. Journal of Mine Automation,2024,50(3):114-121.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2023090014

智能化掘进机悬臂和铲台机构关联位置干涉解算模型

doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2023090014
基金项目: 国家自然科学基金青年基金资助项目(52104130);国家自然科学基金面上资助项目(51974111)。
详细信息
    作者简介:

    刘若涵(1987—),女,山东莱阳人,讲师,博士研究生,研究方向为矿山机械电气传动与智能控制,E-mail:wzdq_2011@126.com

  • 中图分类号: TD632

A calculation model for the associated position interference between the boom and shovel table mechanisms of intelligent roadheader

  • 摘要: 智能化悬臂式掘进机在工作状态感知与控制过程中悬臂和铲台机构关联位置干涉,而现有悬臂式掘进机防干涉碰撞的研究主要是基于单一的控制方法,将防干涉碰撞条件融入到控制中的较少。针对上述问题,提出了一种悬臂和铲台机构关联位置干涉解算模型。基于多自由度悬臂式掘进机悬臂和铲台机构运动过程中的相对空间位置关系,将悬臂机构简化为分段空间直线、铲台机构简化为空间平面,根据悬臂边界等效分段空间直线上特定点和截割刀具边界点至铲台等效空间平面的距离,判断悬臂与铲台是否干涉。悬臂与铲台机构关联位置干涉解算模型应用实例表明:当铲台处在中位状态时,主悬臂和辅助悬臂无相对摆动下,悬臂和铲台不发生干涉碰撞的极限约束条件为主悬臂下摆动位置角不超过29.5°,截割刀具卧底量不超过42 mm;主悬臂和辅助悬臂协同摆动下,悬臂和铲台不发生干涉碰撞的极限约束条件为截割刀具卧底量不超过163 mm。悬臂和铲台机构关联位置干涉解算模型为悬臂与铲台干涉碰撞全域预测预警的数字化与智能自主控制奠定了基础。

     

  • 图  1  传统的悬臂式掘进机

    Figure  1.  Traditional boom-type roadheader

    图  2  巷道修复机

    Figure  2.  Roadway repair machine

    图  3  多自由度悬臂式掘进机

    Figure  3.  Multi-degree of freedom boom-type roadheader

    图  4  悬臂机构控制原理

    Figure  4.  Control principle of boom mechanism

    图  5  悬臂与铲台机构位置关联

    Figure  5.  Position correlation between boom mechanism and shovel table mechanism

    图  6  悬臂和铲台工作摆动范围

    Figure  6.  Working swing range of boom and shovel table

    图  7  主悬臂随铲台的极限摆动位置角

    Figure  7.  The ultimate swing angle of main boom with shovel table

    图  8  辅助悬臂随主悬臂的极限摆动位置角

    Figure  8.  The ultimate swing angle of auxiliary boom with main boom

    表  1  悬臂和铲台极限摆动位置角

    Table  1.   Limit swing angle of boom and shovel table

    机构 位置角/(°)
    水平摆动 向上摆动 向下摆动
    主悬臂 δ=40 β2=30 β2=34
    辅助悬臂 δ1=50 β1=35 β1=25
    铲台 β4=6.5~15 β4=15~21.7
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    表  2  各液压缸长度

    Table  2.   Length of each hydraulic cylinder mm

    液压缸最小长度最大长度最大行程
    辅助悬臂摆动液压缸L10=915L10+S1=1 365S1=450
    主悬臂水平摆动液压缸L00=1 336L00+ S0=2 044S0=708
    主悬臂上下摆动液压缸L20=950L20+ S2=1 400S2=450
    铲台上下摆动液压缸L30=950L30+ S3=1 400S3=450
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  • [1] 叶旺盛,步跃跃,吴晓华. 掘进机液压防干涉装置的设计研究[J]. 煤矿机械,2022,43(8):130-131.

    YE Wangsheng,BU Yueyue,WU Xiaohua. Design and research on hydraulic anti-interference device of roadheader[J]. Coal Mine Machinery,2022,43(8):130-131.
    [2] 刘送永,刘强,崔玉明,等. 煤矿悬臂式掘进机多信息监测系统设计与研究[J]. 煤炭学报,2023,48(6):2564-2578.

    LIU Songyong,LIU Qiang,CUI Yuming,et al. Design and research on multi-information monitoring system for roadheader[J]. Journal of China Coal Society,2023,48(6):2564-2578.
    [3] 张超,张旭辉,杜昱阳,等. 基于双目视觉的悬臂式掘进机位姿测量技术研究[J]. 煤炭科学技术,2021,49(11):225-235.

    ZHANG Chao,ZHANG Xuhui,DU Yuyang,et al. Measuring technique of cantilever roadheader position based on binocular stereo vision[J]. Coal Science and Technology,2021,49(11):225-235.
    [4] 朱殿烨. 基于SolidWorks Animator的掘进机升降油缸阀块运动干涉分析[J]. 煤矿机械,2012,33(5):228-230.

    ZHU Dianye. Analyzing motion interference of valve block of roadheader lifting cylinder based on solidworks animator[J]. Coal Mine Machinery,2012,33(5):228-230.
    [5] 左夺,李忠豹. 掘进机铲板防碰撞液压系统[J]. 中国新技术新产品,2022(3):85-87.

    ZUO Duo,LI Zhongbao. Hydraulic system for anti collision of excavator shovel[J]. New Technology & New Products of China,2022(3):85-87.
    [6] 马源,符世琛,张子悦,等. 悬臂式掘进机位姿检测方法研究现状[J]. 工矿自动化,2020,46(8):15-20.

    MA Yuan,FU Shichen,ZHANG Ziyue,et al. Research status of pose detection methods of boom-type roadheader[J]. Industry and Mine Automation,2020,46(8):15-20.
    [7] 刘涛. 基于截割轨迹的悬臂式掘进机防干涉问题研究[J]. 机械管理开发,2018,33(8):193-195,220.

    LIU Tao. Research on interference prevention of cantilever roadheader based on cutting track[J]. Mechanical Management and Development,2018,33(8):193-195,220.
    [8] 姬魁. 悬臂式综掘机干涉问题分析与解决措施[J]. 机电工程技术,2020,49(6):171-173.

    JI Kui. Analysis and solution of interference problem of cantilever type mining machine[J]. Mechanical & Electrical Engineering Technology,2020,49(6):171-173.
    [9] 刘春生,漆利平,赵汗青. 悬臂式掘进机的机械干涉[J]. 矿山机械,2007(8):44-46.

    LIU Chunsheng,QI Liping,ZHAO Hanqing. Mechanical interference of cantilever roadheader[J]. Mining & Processing Equipment,2007(8):44-46.
    [10] 李飞,张林,尚宇琦,等. 煤矿智能化掘进关键技术研究[J]. 工矿自动化,2023,49(4):33-41.

    LI Fei,ZHANG Lin,SHANG Yuqi,et al. Research on key technologies of coal mine intelligent excavation[J]. Journal of Mine Automation,2023,49(4):33-41.
    [11] 王鹏江,杨阳,王东杰,等. 悬臂式掘进机煤矸智能截割控制系统与方法[J]. 煤炭学报,2021,46(增刊2):1124-1134.

    WANG Pengjiang,YANG Yang,WANG Dongjie,et al. Intelligent cutting control system and method of coal and gangue in robotic roadheader[J]. Journal of China Coal Society,2021,46(S2):1124-1134.
    [12] 张旭辉,张超,王妙云,等. 数字孪生驱动的悬臂式掘进机虚拟操控技术[J]. 计算机集成制造系统,2021,27(6):1617-1628.

    ZHANG Xuhui,ZHANG Chao,WANG Miaoyun,et al. Digital twin-driven virtual control technology of cantilever roadheader[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems,2021,27(6):1617-1628.
    [13] 秦彦博. 悬臂式掘进机自动截割技术研究[J]. 煤矿机械,2023,44(12):52-55.

    QIN Yanbo. Study on automatic cutting technology of boom-type roadheader[J]. Coal Mine Machinery,2023,44(12):52-55.
    [14] 张杰. 悬臂式掘进机装载机构优化设计[J]. 煤炭技术,2022,41(4):161-162.

    ZHANG Jie. Optimization design of loading mechanism of cantilever roadheader[J]. Coal Technology,2022,41(4):161-162.
    [15] 吴淼,沈阳,吉晓冬,等. 悬臂式掘进机行走轨迹及偏差感知方法[J]. 煤炭学报,2021,46(7):2046-2056.

    WU Miao,SHEN Yang,JI Xiaodong,et al. Trajectory and deviation perception method of boom-type roadheader[J]. Journal of China Coal Society,2021,46(7):2046-2056.
    [16] 雷振廷. 悬臂式掘进机的干涉分析及结构改造研究[D]. 西安:西安科技大学,2015.

    LEI Zhenting. Research on interference analysis and structure improved of boom-type roadheader[D]. Xi'an:Xi'an University of Science and Technology,2015.
    [17] 华洪涛,马宏伟,毛清华,等. 基于捷联惯导和推移油缸信息融合的智能掘进机器人位姿测量方法[J]. 煤炭工程,2021,53(11):140-145.

    HUA Hongtao,MA Hongwei,MAO Qinghua,et al. Pose measurement of intelligent roadheader based on strapdown inertial navigation and oil cylinder movement[J]. Coal Engineering,2021,53(11):140-145.
    [18] 马宏伟,王鹏,张旭辉,等. 煤矿巷道智能掘进机器人系统关键技术研究[J]. 西安科技大学学报,2020,40(5):751-759.

    MA Hongwei,WANG Peng,ZHANG Xuhui,et al. Research on key technology of intelligent tunneling robotic system in coal mine[J]. Journal of Xi'an University of Science and Technology,2020,40(5):751-759.
    [19] 朱彦秋,朱军帅,刘玉涛. 悬臂式掘进机的防干涉设计方法[J]. 煤矿机电,2012(6):84-85.

    ZHU Yanqiu,ZHU Junshuai,LIU Yutao. Anti-interference design methods for boom roadheader[J]. Colliery Mechanical & Electrical Technology,2012(6):84-85.
    [20] 刘春生,刘爽,刘若涵,等. 多自由度悬臂截割机构碟盘刀具的空间位姿模型[J]. 黑龙江科技大学学报,2022,32(5):641-648.

    LIU Chunsheng,LIU Shuang,LIU Ruohan,et al. Space pose of disc cutter based on multi-degree freedom cantilever cutting mechanism[J]. Journal of Heilongjiang University of Science and Technology,2022,32(5):641-648.
    [21] 臧富雨,王凯硕,吉晓冬,等. 悬臂式掘进机俯仰角调控系统仿真研究[J]. 工矿自动化,2019,45(5):62-67.

    ZANG Fuyu,WANG Kaishuo,JI Xiaodong,et al. Simulation research on pitch angle control system of boom roadheader[J]. Industry and Mine Automation,2019,45(5):62-67.
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-09-04
  • 修回日期:  2024-03-19
  • 网络出版日期:  2024-04-11

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