悬臂掘进机纵轴式截割头运动学分析

根据悬臂掘进机的工作过程,导出了纵同式截割头齿尖的轨迹曲线方程,速度方程与加速度方程,编制程序框图,为截割头的研究和设计提供了理论依据。     

悬臂掘进机截割头牵引速度和牵引力的变化规律

本文根据悬臂掘进机工作机构的液压回转装置，导出了截割头纵向与横向牵引速度和牵引力的表达式，分析了在采用不同的液压回转装置时，截割头牵引速度和牵引力的变化规律。     

悬臂掘进机截割功率和运动参数的选择

本文从保持截割头较高的截割能力、良好的截割工况和较低的截割能耗的观点出发，分析了悬臂掘进机的截割功率、截割速度和牵引速度的合理范围和匹配关系。     

悬臂式掘进机仿形截割控制机理

为了解决悬臂式掘进机截割中超挖和欠挖问题,采用空间机构运动学和系统仿真的方法,建立了仿形截割的数学模型,确立了悬臂偏移最大角度和油缸伸长量的关系,提出了使用数字液压缸来实现按照所给巷道运动时各个油缸伸长量的自动掘进控制机理,采用MATLAB仿真验证了截割头运动.研究表明,仿真结果曲线符合实际工况.研究结论科学地分析了掘进机仿形截割过程,为复杂环境下掘进机器人自动控制研究提供了理论依据.     

横轴式掘进机水平截割的动力学建模

横轴式掘进机的水平截割状态,对机器的受力、截割性能、振动、工作可靠性等有直接的影响.在分析掘进机运动的基础上,通过必要的假设与简化,分析、建立了横轴式掘进机水平截割工况的动力学模型,为研究掘进机的振动、改进机器设计、提高该型掘进机工作的稳定性创造了条件.     

横轴式截割头截割过程的运动学仿真

分析横轴式截割头摆动截割时截齿的运动轨迹,建立了其几何模型和运动方程。在此基础上,编制了计算机程序,对该型截割头的运动学特征进行了仿真研究。     

纵轴式掘进机截割头随机截割载荷识别方法研究

针对纵轴式掘进机截割头随机截割载荷难以准确测定的问题,根据随机过程理论,推导出截割头随机截割载荷的自功率谱表达式,并根据截割功率谱结合虚拟激励法确定截割头的虚拟激励;然后利用求得的响应结合精细积分算法反向推导识别截割头随机截割载荷的表达式,由此建立了精确的截割头时域随机截割载荷的反演数学模型;最后由最小二乘法计算出截割头随机截割载荷的时间历程,并通过正则化方法来减小噪声的干扰。实例验证结果表明,该方法能有效减小噪声干扰,准确地识别截割头的随机截割载荷。     

纵轴式掘进机截割系统模态仿真及试验研究

为了研究纵轴式掘进机截割系统动态响应特性,基于Pro/E和ADAMS联合建立了截割系统振动分析动力学模型,并通过施加简谐激励对截割系统进行受迫振动特性分析,得到3处响应敏感的共振频率;采用锤击法对掘进机截割系统施加激振力,进行试验模态研究,选取复模态单自由度拟合法进行数据拟合,得到截割系统在竖直方向上的前5阶试验模态参数。研究结果表明：第1阶、第2阶试验模态固有频率分别与20 Hz、120 Hz仿真共振频率相近,第3阶、第4阶和第5阶试验模态固有频率则没有相近的仿真共振频率与其对应,这说明采用简谐激励进行振动仿真并不能完全激励出截割系统的共振响应频率,而采用试验模态分析法,在验证仿真分析结果的同时,还可获得更为完整的截割系统模态参数。     

纵轴式掘进机截割方法、路线与受力分析

随着煤矿行业的迅速发展,对掘进机的需求量也随之增多,如今掘进机的发展已由煤岩向半煤岩和岩巷的方向发展。本文重点介绍纵轴式掘进机截割方法、路径与截割部受力分析。     

悬臂式掘进机断面轮廓监控系统

为了有效控制掘进机截割断面的准确性,建立了截割机构工作参数和巷道断面尺寸关系的数学模型,推导了悬臂转角、液压缸行程及截割头空间坐标的位置关系,并以8051f系列单片机为核心.开发了悬臂式掘进机断面轮廓的监控系统.该系统能够根据传感器采集的实时数据,精确控制悬臂的摆动行程,及时准确地计算截割头的位置和断面截割情况,实现了巷道断面截割的自动控制.     

悬臂式掘进机悬臂水平摆动机构的建模与仿真

根据悬臂式掘进机水平摆动机构液压系统的原理特点,分析了主要运行参数之间的数学关系,建立了悬臂水平摆动机构的静态和动态数学模型.利用所建立的数学模型,采用计算机模拟的方法,得到了主要参数间的静态关系曲线,并分析了系统动态特性.为进一步改进系统静态性能和系统动态响应特性提供理论分析的数学基础,同时为实现程序控制或自动控制提供了实用的简化模型.     

非接触式及浅近切割式牛顿环装置的工作原理

提出并分析了两种与传统牛顿环装置不同的变形牛顿环装置的工作原理——非接触式牛顿环装置和浅近切割式牛顿环装置；给出了两种变形的牛顿环装置的理论推导公式，理论推导证明非接触式和浅近切割式牛顿环装置与传统牛顿环装置具有相同的干涉规律及测量公式；并给出了非接触式、浅近切割式及相切式牛顿环的统一的光程差，牛顿环半径及凸透镜曲率半径测量公式。     

不同形状截割头截齿排列的参数化设计

通过对螺旋升角的定义,建立截割头包络面螺旋线的数学模型,提出等螺旋升角的截齿排列理论,给出不同形状截割头包络面母线的截齿空间位置模型。通过编制程序进行实例设计,获得两种不同形状的截割头及其截齿的排列和切屑图。结果表明,该模型设计的截齿排列分布均匀,截线距从截割头大端向小端递减,各截齿的切削面积均匀,截齿受力状况良好,满足截齿排列的要求,为截割头设计及截齿排列的参数化奠定了基础。     

纵轴式掘进机截割头结构参数模糊优化模型

选择截割头钻进速度作为优化设计的目标,选取截割头直径、截割头锥角、叶片螺旋升角等作为设计变量,讨论了其隶属函数。运用最优化水平截集法将掘进机截割头结构参数的模糊优化问题转化为非模糊优化问题,建立了非模糊优化数学模型,使截割头结构参数的设计更能符合工作实际,从而提高掘进机的工作效率。     

悬臂式掘进机工作机构功率模糊调速系统的研究

根据悬臂式掘进机的工作特点及被切割的煤岩特性而设计的一种模糊控制器,实现了悬臂式掘进机工作机构进给速度的模糊控制。其数字仿真结果表明,控制效果良好,有一定的实际参考价值．     

基于一维卷积神经网络的掘进机截割部磁场辅助定位技术

为了解决悬臂式掘进机当截割部被机身遮挡或粉尘比较严重时引发的视觉定位失效问题,以磁场强度分量和双目立体视觉技术获取的位姿数据作为训练数据,获得网络参数,提出一种基于一维卷积神经网络（1D-CNN）的辅助定位方法。结果表明,1D-CNN对截割部轨迹预测较好,空间角度俯仰角、偏航角的预测精度达到99%以上,总体精度满足悬臂式掘进机位姿的测量要求。所提方法可以有效预测掘进机截割部的空间位姿信息,与BP全连接神经网络相比,具有能自动提取特征、避免过拟合的优点,为掘进机截割部定位提出了新思路。     

一种改善激光切割表面质量的预估控制方法

激光切割质量的优劣是指切割尺寸精度高低和切割表面质量的好坏,而切割表面质量又以切口宽度及切口表面粗糙度、热影响区的宽度、切口断面的波纹和切口断面或下表面有无挂渣等为衡量指标.为进一步提高激光切割表面的质量,通过对激光切割的加工件表面轨迹进行数据采集和分析,提出了随加工物件平整度动态调整激光切割喷嘴位置的系列预估控制算法,以达到补偿提高切割精度的目的.并利用计算机仿真实验,验证了该方法能够有效地修正实际切割轨迹,从而提高激光切割的精度和质量,证明该方法可行.     

基于能耗最低的截割头结构参数模糊优化设计

以纵轴式部分断面掘进机的截割比能耗为目标函数,取截割头的直径、锥角、螺旋叶片升角等作为设计变量,给出了各参数的模糊约束条件,运用最优化水平截集法将掘进机截割头结构参数的模糊优化问题转化为非模糊优化问题,建立了基于能量消耗最低的截割头结构参数的非模糊优化的数学模型.利用该模型确定截割头的结构参数,可使截割头的结构参数设计更加合理,能进一步改善掘进机的截割性能,明显提高掘进机截割的经济效益.