论文部分内容阅读
【摘 要】随着经济的迅速发展以及科学技术水平的不断提高，我国的煤矿业取得了很大程度上的进步，为我国国民经济的发展做出重要贡献。而在煤矿开采的过程当中，掘进机是一种十分重要的工具，其主要功能是对煤矿巷道进行开拓。除此之外，从掘进机可以看出一个煤炭生产企业的机械化程度。近几年来，随着新科学、新技术的不断引进，掘进机的智能化程度也越来越高，得到了业内人士的广泛好评。本文主要针对掘进机自动化截割技术进行一定程度的研究与分析。主要从掘进机在巷道中的定位、截割断面尺寸的确定、截割断面参数以及切割轨迹的设置以及DSP控制器通信方案四个方面展开论述。
【关键词】掘进机；巷道；自动化
1.引言
近几年来，随着新科学、新技术的不断引进，掘进机的智能化程度也越来越高，得到了业内人士的广泛好评。目前状况下，在对煤矿巷道进行除尘时，普遍采用湿式除尘风机除尘法，这样方法主要是对长压短抽的原理进行了一定程度上的利用。运用硬岩掘进机对煤矿巷道的开拓时，往往会产生大量的粉尘。除此之外，当掘进机在进行截割操作时，本身也存在着一定程度的问题，主要表现在存在视觉盲点，截割不彻底。为了对上述两个问题进行有效的解决，对原来的掘进机技术进行了一定程度的发展与创新，并引进了自动截割功能。这样一来，不仅可以对当前状况下掘进机在施工中存在的问题进行一定程度的弥补，同时又可以对施工的安全性以及工作效率进行有效的提高。本文主要针对掘进机自动化截割技术进行一定程度的研究与分析。主要从掘进机在巷道中的定位、截割断面尺寸的确定、截割断面参数以及切割轨迹的设置以及DSP控制器通信方案四个方面展开论述。
2.自动截割技术的研究
2.1 掘进机在巷道中的定位
对于掘进机的定位来说，它在施工过程中有着十分重要的作用，甚至会对掘进机的工作效率造成很大程度的影响。在对掘进机进行定位时，需要对巷道的特点以及实际工况进行充分的考虑与有效的结合，一般情况下，主要存在着两种基本定位（如图1所示），分别是对心工作以及偏心工作，其他的定位方法都是这两种基本定位的发展与演化。值得注意的是，偏心工作方式因为处于一个偏心工作的状态，掘进机在水平截割的问题.也可以提高工作安全性和工作效率。本文的最大回转角度和最小回转角度时，掘进机所受到的倾覆力矩存在着较大的差异。这样一来，掘进机在工作的过程之中，会发生较为强烈的振动，所产生的噪声也很大，进而对掘进机截割硬岩产生一定程度的消极影响。推荐采用掘进机的智能掘进机。对心工作状态，或偏心距e尽量小。
注：a指巷道宽度参数；e指掘进机轴线与巷道轴线的偏心距离；α指掘进机水平截割时的回转角度；β指掘进机水平截割时最大回转角度
2.2 截割断面尺寸的确定
图2主要显示的是掘进机截割的断面图。在此图中，对不伸缩式硬岩掘进机的理论截割范围以及实际截割范围进行了分别标注。而在这其中，理论上的截割面积主要指的是截割部以回转台为中心的工作切削球面在垂直巷道方向上的投影。一般情况下，如果实际的截割范围没有超出理论的截割范围，那么对于截割机来说，它能够实现一个工作循环的截割。在截割的过程当中，所选用的截割路线主要采用预编程的方式，然后将相应的截割参数进行有效的存储，存储对象为DSP中的ROM/RAM中。这样一来，相关人员只需对巷道断面参数进行一定程度上的结合，以此来实现工作线路以及工作循环次数的有效判断。
注：1指的是掘进机实际的截割范围；2指的是掘进机理论的截割范围；A、B、C、D为拱形巷道的断面参数；H指的是巷道的高度；h指的是掘进机卧底深度；a指宽度；e指的是掘进机中心与巷道中心距离。
根据相关资料表明：只要具备了巷道的断面尺寸参数A、B、C、D四点的参数坐标的条件，就可以凭借此在复平面之内通过对坐标进行一定程度的变换来实现圆心坐标的计算，这样一来，就可以为后续的圆弧差别计算提供一定的基础。对A點、B点的坐标以及巷道的高度H进行一定程度的结合，可以有效的对定圆弧差别的路径进行确定。
2.3 截割断面参数以及切割轨迹的设置
在掘进机的截割头开始进行截割操作时，首先设置一个初始位置，并命名为A点，相应的系统会对这一坐标的信息进行有效的存储，存储对象为RAM。然后对截割头的高度进行一定程度上的结合，系统对上截割工作循环次数N与下截割工作循环系数M进行自动计算。当有效的完成上截割的操作时，系统就会对截割头的初始外置坐标进行一定程度的调用，并自动将之恢复为初始值，随之系统对下截割曲线进行调用。直到最后，系统有效的完成截割轨迹。其主要情况如图3所示：
注：1指的是上截割工作循环轨迹；2指的是下截割工作循环轨迹；3指巷道修边，弧顶插补截割轨迹；M指上截割工作循环次数。
2.4 DSP控制器通信方案
首先由终端遥控器发出相应的运动指令，运动控制器对这一指令进行搜集并对其进行一定程度的解析，解析完成之后将之送入到FPGA的RAM/ROM之中。这样一来，DSP上的数据线就可以对这些数据进行有效的读取，并对读取之后的数据进行一定程度的插补计算。除此之外，DSP就可以从范围装置上对相应的掘进机截割部实际位置的反馈值进行有效解读，然后将两个值进行比较并计算出它们之间的误差。控制器再根据误差的大小对其进行一定程度的调节与校正，直至给出下一步的运动输出量。而在这其中，计数器的主要作用是对反馈装置反馈回来的计数脉冲量以及方向信号进行有效的读取。而对于控制信号来说，它的主要作用是接受读取信号以及适中信号。同时，在这一过程之中，对闭环控制方法进行有效的利用，可以实现对系统控制精度的有效提高。通信方式具体情况如图4所示：
3.结束语
近几年来，随着新科学、新技术的不断引进，掘进机的智能化程度也越来越高，得到了业内人士的广泛好评。本文主要针对掘进机自动化截割技术进行研究与分析，主要从掘进机在巷道中的定位、截割断面尺寸的确定、截割断面参数以及切割轨迹的设置以及DSP控制器通信方案四个方面展开论述。综上所述，将数控加工技术、传感器技术、运动控制器DSP技术进行一定程度的结合，并将之统一应用于掘进机之上，增强了掘进机的机械化、自动化程度，形成了智能化掘进机。该设备除具有以往掘进机的功能外，还拥有截割路线记忆截割功能，巷道断面显示功能，巷道自动修形功能、岩石自动判别功能。希望我们的研究能够给读者提供参考并带来帮助。
【关键词】掘进机；巷道；自动化
1.引言
近几年来，随着新科学、新技术的不断引进，掘进机的智能化程度也越来越高，得到了业内人士的广泛好评。目前状况下，在对煤矿巷道进行除尘时，普遍采用湿式除尘风机除尘法，这样方法主要是对长压短抽的原理进行了一定程度上的利用。运用硬岩掘进机对煤矿巷道的开拓时，往往会产生大量的粉尘。除此之外，当掘进机在进行截割操作时，本身也存在着一定程度的问题，主要表现在存在视觉盲点，截割不彻底。为了对上述两个问题进行有效的解决，对原来的掘进机技术进行了一定程度的发展与创新，并引进了自动截割功能。这样一来，不仅可以对当前状况下掘进机在施工中存在的问题进行一定程度的弥补，同时又可以对施工的安全性以及工作效率进行有效的提高。本文主要针对掘进机自动化截割技术进行一定程度的研究与分析。主要从掘进机在巷道中的定位、截割断面尺寸的确定、截割断面参数以及切割轨迹的设置以及DSP控制器通信方案四个方面展开论述。
2.自动截割技术的研究
2.1 掘进机在巷道中的定位
对于掘进机的定位来说，它在施工过程中有着十分重要的作用，甚至会对掘进机的工作效率造成很大程度的影响。在对掘进机进行定位时，需要对巷道的特点以及实际工况进行充分的考虑与有效的结合，一般情况下，主要存在着两种基本定位（如图1所示），分别是对心工作以及偏心工作，其他的定位方法都是这两种基本定位的发展与演化。值得注意的是，偏心工作方式因为处于一个偏心工作的状态，掘进机在水平截割的问题.也可以提高工作安全性和工作效率。本文的最大回转角度和最小回转角度时，掘进机所受到的倾覆力矩存在着较大的差异。这样一来，掘进机在工作的过程之中，会发生较为强烈的振动，所产生的噪声也很大，进而对掘进机截割硬岩产生一定程度的消极影响。推荐采用掘进机的智能掘进机。对心工作状态，或偏心距e尽量小。
注：a指巷道宽度参数；e指掘进机轴线与巷道轴线的偏心距离；α指掘进机水平截割时的回转角度；β指掘进机水平截割时最大回转角度
2.2 截割断面尺寸的确定
图2主要显示的是掘进机截割的断面图。在此图中，对不伸缩式硬岩掘进机的理论截割范围以及实际截割范围进行了分别标注。而在这其中，理论上的截割面积主要指的是截割部以回转台为中心的工作切削球面在垂直巷道方向上的投影。一般情况下，如果实际的截割范围没有超出理论的截割范围，那么对于截割机来说，它能够实现一个工作循环的截割。在截割的过程当中，所选用的截割路线主要采用预编程的方式，然后将相应的截割参数进行有效的存储，存储对象为DSP中的ROM/RAM中。这样一来，相关人员只需对巷道断面参数进行一定程度上的结合，以此来实现工作线路以及工作循环次数的有效判断。
注：1指的是掘进机实际的截割范围；2指的是掘进机理论的截割范围；A、B、C、D为拱形巷道的断面参数；H指的是巷道的高度；h指的是掘进机卧底深度；a指宽度；e指的是掘进机中心与巷道中心距离。
根据相关资料表明：只要具备了巷道的断面尺寸参数A、B、C、D四点的参数坐标的条件，就可以凭借此在复平面之内通过对坐标进行一定程度的变换来实现圆心坐标的计算，这样一来，就可以为后续的圆弧差别计算提供一定的基础。对A點、B点的坐标以及巷道的高度H进行一定程度的结合，可以有效的对定圆弧差别的路径进行确定。
2.3 截割断面参数以及切割轨迹的设置
在掘进机的截割头开始进行截割操作时，首先设置一个初始位置，并命名为A点，相应的系统会对这一坐标的信息进行有效的存储，存储对象为RAM。然后对截割头的高度进行一定程度上的结合，系统对上截割工作循环次数N与下截割工作循环系数M进行自动计算。当有效的完成上截割的操作时，系统就会对截割头的初始外置坐标进行一定程度的调用，并自动将之恢复为初始值，随之系统对下截割曲线进行调用。直到最后，系统有效的完成截割轨迹。其主要情况如图3所示：
注：1指的是上截割工作循环轨迹；2指的是下截割工作循环轨迹；3指巷道修边，弧顶插补截割轨迹；M指上截割工作循环次数。
2.4 DSP控制器通信方案
首先由终端遥控器发出相应的运动指令，运动控制器对这一指令进行搜集并对其进行一定程度的解析，解析完成之后将之送入到FPGA的RAM/ROM之中。这样一来，DSP上的数据线就可以对这些数据进行有效的读取，并对读取之后的数据进行一定程度的插补计算。除此之外，DSP就可以从范围装置上对相应的掘进机截割部实际位置的反馈值进行有效解读，然后将两个值进行比较并计算出它们之间的误差。控制器再根据误差的大小对其进行一定程度的调节与校正，直至给出下一步的运动输出量。而在这其中，计数器的主要作用是对反馈装置反馈回来的计数脉冲量以及方向信号进行有效的读取。而对于控制信号来说，它的主要作用是接受读取信号以及适中信号。同时，在这一过程之中，对闭环控制方法进行有效的利用，可以实现对系统控制精度的有效提高。通信方式具体情况如图4所示：
3.结束语
近几年来，随着新科学、新技术的不断引进，掘进机的智能化程度也越来越高，得到了业内人士的广泛好评。本文主要针对掘进机自动化截割技术进行研究与分析，主要从掘进机在巷道中的定位、截割断面尺寸的确定、截割断面参数以及切割轨迹的设置以及DSP控制器通信方案四个方面展开论述。综上所述，将数控加工技术、传感器技术、运动控制器DSP技术进行一定程度的结合，并将之统一应用于掘进机之上，增强了掘进机的机械化、自动化程度，形成了智能化掘进机。该设备除具有以往掘进机的功能外，还拥有截割路线记忆截割功能，巷道断面显示功能，巷道自动修形功能、岩石自动判别功能。希望我们的研究能够给读者提供参考并带来帮助。