[發明專利]臂式掘進機工作機構及其截割狀態描述裝置和描述方法

在審

• 申請號: 202111336189.8
• 申請日: 2021-11-12
• 公開（公告）號: CN114135281A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 劉若涵;沈顯慶;任春平;劉春生;萬豐
• 申請（專利權）人: 黑龍江科技大學
• 主分類號: E21C25/00
• 分類號: E21C25/00;E21C31/02;E21C35/24;E21D9/10
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 鄧永紅

本發明公開了臂式掘進機工作機構及其截割狀態描述裝置和描述方法，包括智能控制決策模塊、用于檢測軌跡方案與軌跡位置的坐標參數模塊、用于檢測全截割還是部分截割和順逆截割自由面等的截割狀態模塊、用于感知截割位置與截割運動參數的截割狀態參數模塊、用于檢測刀具三向載荷和截割能耗及截割狀態參數的性能參數預測建模模塊、用于檢測煤巖截割阻抗和堅固性系數的煤巖性質分布描述模塊；坐標參數模塊、截割狀態模塊、截割狀態參數模塊、性能參數預測建模模塊和煤巖性質分布描述模塊與智能控制決策模塊連接。本發明可用來實現懸臂式掘進機機構的智能控制與截割狀態描述與評價，斷面煤巖性質預測及其分布，掘進效率提高50％以上。

技術領域

本發明屬于采掘裝備技術領域，尤其涉及臂式掘進機工作機構及其截割狀態描述裝置和描述方法。

背景技術

懸臂式掘進機是煤礦長臂工作面開采巷道掘進的主要裝備，分為縱軸式和橫軸式兩種類型。與現用于山體和地下交通隧道開拓用盾構式掘進機有所不同，盾構式掘進機采用多組盤形刀具切削巖土隧道，具有切削較硬的巖石的能力，如歐洲用于穿越阿爾卑斯山的大型隧道盾構機；而懸臂式掘進機采用旋轉滾筒上固定安裝的諸多截齒截割煤或半煤巖，適用于煤礦井下煤巷或軟巖巷道掘進。由于煤礦井下復雜多變的地質條件是大自然形成的，在臂式掘進機進行煤礦煤巷或軟巖巷道掘進過程中常會遇到較硬的煤巖，此時，臂式掘進機會遭遇截割硬巖的沖擊載荷，截齒的強度及耐磨性、截割部的抗沖擊振動性能變得非常重要，因而成為懸臂式掘進機研究開發的熱點及技術關鍵。

目前研究煤礦井下巷道盾構機也在進行中，但由于煤礦井下巷道比鐵路隧道狹小曲折，不適于大型裝備，而體積質量小的盾構機難以承受切割硬巖的沖擊振動。臂式掘進機在今后相當長時期仍是煤礦井下半煤巖巷道掘進不可替代的主力裝備，而對于堅硬的巖巷掘進，爆破、裝巖是唯一的選擇。針對懸臂式掘進機研究開發的熱點及技術關鍵問題，開展懸臂式掘進機工作機構自適應控制的截割狀態描述與評價的研究。

隨著國內建設事業的高速度增長，我國掘進機械也迎來了飛速的發展?，F有的掘進機沒有涉及截割頭橫向擺動角度指示功能和對擺動速度控制的功能，在掘進過程中可能出現超挖或欠挖現象，導致礦井不夠平整，挖掘質量不夠好，影響掘進進度；其中對橫擺速度的調節多是由人工控制調節，井下惡劣的工作環境會對掘進操作人員的身體健康和安全帶來很大的威脅。因此，一種臂式掘進機工作機構及其截割狀態自適應描述方法顯得尤為重要。

發明內容

本發明提供一種臂式掘進機工作機構及其截割狀態描述裝置和描述方法，能夠針對各種截割狀態，包括全截割還是部分截割、順逆截割自由面和截割層理等狀態進行控制，保證礦井煤巖的掘進效率和質量。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種臂式掘進機工作機構，包括截割頭、減速器、電機，所述截割頭與減速器連接，所述減速器與電機連接，所述電機在復合動力裝置內，所述復合動力裝置的一端設有懸掛臂，所述懸掛臂配置有驅動其水平擺動的水平擺動液壓缸，所述懸掛臂與減速器之間設有驅動截割頭上下擺動的上下擺動液壓缸。

作為上述技術方案的進一步描述：所述水平擺動液壓缸鉸接設置在支撐架上。

作為上述技術方案的進一步描述：所述上下擺動液壓缸鉸接在懸掛臂上。

作為上述技術方案的進一步描述：所述上下擺動液壓缸的輸出端與減速器鉸接。

一種懸臂式掘進機工作機構的截割狀態描述方法，包括智能控制決策模塊、用于檢測軌跡方案與軌跡位置的坐標參數模塊、用于檢測全截割還是部分截割和順逆截割自由面等的截割狀態模塊、用于感知截割位置與截割運動參數(如截割轉速、壓力等)的截割狀態參數模塊、用于檢測刀具三向載荷和截割能耗及截割狀態參數的性能參數預測建模模塊、用于檢測煤巖截割阻抗和堅固性系數的煤巖性質分布描述模塊，所述坐標參數模塊、截割狀態模塊、截割狀態參數模塊、性能參數預測建模模塊和煤巖性質分布描述模塊最后與智能控制決策模塊連接。