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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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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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