CN108020169B - 用于连续采煤机或掘锚机仿形截割的实验台及实验方法 - Google Patents

Abstract

一种用于连续采煤机或掘锚机仿形截割的实验台和实验方法，实验台由实验台框架、模拟煤壁、姿态调整平台和巷道形状测量小车组成。用该实验台能够对连续采煤机或掘锚机的运行姿态进行自动调整，使连续采煤机或掘锚机能以不同姿态在模拟煤壁上按设定的形状进行截割，并用激光精确测出截割后的巷道断面，通过与预设的巷道断面形状进行比对，得出连续采煤机或掘锚机截割巷道断面和设计断面的偏差，有效验证仿形截割的精度，为连续采煤机和掘锚机仿形截割控制技术的研究提供实验装置，促进该项技术的研究。

Description

用于连续采煤机或掘锚机仿形截割的实验台及实验方法

技术领域

本发明涉及煤矿机械，特别是一种用于连续采煤机或掘锚机仿形截割的实验台及实验方法，用于对煤矿井下连续采煤机或掘锚机仿形截割进行模拟实验和对截割巷道进行测量。

背景技术

随着煤矿机械领域的技术发展及对煤矿开采技术要求的日益提高，近年来出现了许多控制连续采煤机和掘锚机仿形截割(或定型截割)的新方法。

对于采用这些仿形截割控制的新方法形成的截割巷道的成型精度，目前尚无有效的自动检测手段，大都由人工使用米尺测量出仿形截割巷道的轮廓，将其与设计基准巷道轮廓进行比对，看偏差大小判断截割巷道的成型精度，受人的手工限制，测量误差大，测量精度低，不能有效验证各种仿形截割控制方法的精确性。

另外，目前也没有能够根据需要对连续采煤机或掘锚机在仿形截割(或定型截割)过程中自动调节其姿态的实验设备，靠人工调节费力费时且不够准确，不利于该项技术的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于连续采煤机或掘锚机仿形截割的实验台及实验方法，利用该实验台能够对连续采煤机或掘锚机的运行姿态进行自动调整，使连续采煤机或掘锚机能以不同姿态在模拟煤壁上按设定的形状进行截割，并用激光精确测出截割后的巷道断面，通过与预设的巷道断面形状进行比对，得出连续采煤机或掘锚机截割巷道断面和设定断面的偏差，有效验证仿形截割的精度。

为实现上述目的，本发明提供的用于连续采煤机或掘锚机仿形截割的实验台，包括实验台框架、模拟煤壁、姿态调整平台和巷道形状测量小车；其中模拟煤壁置于实验台框架的一端；姿态调整平台对应模拟煤壁固定于实验台框架的中部；巷道形状测量小车置于实验台框架的另一端；

所述实验台框架包括框架底盘、框架上平台、煤壁框架、加载油缸支撑板和加载油缸；其中框架上平台固定在框架底盘上；煤壁框架固定在框架底盘上，加载油缸通过加载油缸支撑板固定在煤壁框架上，加载油缸将煤壁框架中的实验用煤壁压紧；框架上平台上设有姿态调整平台活动空位和小车行走导向槽；

所述姿态调整平台包括姿态调整平台上平台、姿态调整平台旋转平台、姿态调整平台下平台、姿态调整油缸、扰动加载油缸、姿态调整平台上平台铰耳、摆动油缸、姿态调整平台旋转平台铰耳和扰动加载油缸支架；所述姿态调整平台上平台设有圆形导槽和纵向导槽；所述扰动加载油缸固定在扰动加载油缸支架上；扰动加载油缸支架能够沿着所述圆形导槽在姿态调整平台上做圆周运动，运动后通过螺栓固定在姿态调整平台上；所述姿态调整平台上平台铰耳固定在姿态调整平台上；所述姿态调整平台旋转平台铰耳与姿态调整平台旋转平台固定连接；所述摆动油缸的缸体固定在姿态调整平台旋转平台上，摆动油缸的缸杆与所述姿态调整平台下平台固定连接，摆动油缸缸体旋转能够带动姿态调整平台相对姿态调整平台下平台旋转；所述姿态调整平台上平台铰耳和姿态调整平台旋转平台铰耳连接，能够相对转动；姿态调整油缸的缸体和缸杆分别与姿态调整平台上平台和姿态调整平台旋转平台连接，通过姿态调整油缸的伸缩能够控制姿态调整平台上平台的俯仰和翻滚；

所述巷道形状测量小车包括小车底盘、小车框架、实验台控制台、小车行走装置、激光雷达支架、激光雷达、小车导向轨和步进电机；其中小车行走装置固定在小车底盘上；小车框架固定在小车底盘上；小车导向轨固定在小车底盘上，通过小车导向轨的限制使巷道形状测量小车在框架上平台上按直线行走；所述步进电机固定在小车行走装置上，用其控制小车行走装置，带动巷道形状测量小车在框架上平台上行走；所述实验台控制台固定在小车底盘上；所述激光雷达固定在激光雷达支架上，激光雷达支架固定在小车框架上。

利用上述用于连续采煤机或掘锚机仿形截割的实验台进行仿形截割的实验方法，按以下步骤进行：

步骤1、将加仿形截割程序后的连续采煤机或掘锚机驶入实验台的姿态调整平台上；

步骤2、利用姿态调整平台按以下方法调整连续采煤机或掘锚机的姿态：

(1)调整航向偏角：使摆动油缸旋转，驱动姿态调整平台旋转平台产生预定的航向偏角α，姿态调整平台旋转平台带动姿态调整平台上平台和平台上的连续采煤机或掘锚机同时旋转，完成连续采煤机或掘锚机的航向偏角调整；

(2)调整俯仰偏角：通过姿态调整油缸使姿态调整平台上平台相对于姿态调整平台旋转平台旋转，产生俯仰偏角β，完成连续采煤机或掘锚机的俯仰偏角调整；

(3)调整翻滚偏角：首先使摆动油缸旋转，驱动姿态调整平台旋转平台产生90°的航向偏角，然后通过姿态调整油缸使姿态调整平台上平台相对于姿态调整平台旋转平台旋转，产生翻滚偏角γ，完成连续采煤机或掘锚机的翻滚偏角调整；

步骤3、连续采煤机或掘锚机对模拟煤壁进行截割，形成模拟巷道，截割过程中根据需要按以下方法对连续采煤机或掘锚机机体施加截割扰动负载：

(1)使扰动加载油缸支架沿着圆形导槽滑动，根据设定的加载位置和加载角度到达指定位置后，用螺栓将扰动加载油缸39固定在姿态调整平台上；

(2)控制扰动加载油缸向连续采煤机或掘锚机机体输出设定的加载力和加载频率；

步骤4、完成截割后，将连续采煤机或掘锚机驶离姿态调整平台；然后通过姿态调整油缸和摆动油缸使姿态调整平台回到初始位置，并使纵向导槽与小车行走导向槽在一条直线上；

步骤5、用巷道形状测量小车测量截割巷道轮廓：由步进电机控制停留在实验台初始位置的巷道形状测量小车前进，激光雷达同时扫描截割巷道的轮廓，巷道形状测量小车每前进10mm记录一次激光雷达扫描的截割巷道轮廓，直至得到截割的整个巷道的三维轮廓，形成截割的巷道轮廓与设计巷道轮廓的比对图；

步骤6、完成巷道轮廓的测量后，使步进电机反转，巷道形状测量小车退回初始位置，结束实验。

本发明的有益效果：

1、采用巷道形状测量小车和激光雷达自动测量连续采煤机或掘锚机截割巷道断面和设计巷道断面的偏差，测量误差小，精确度高。

2、利用实验台上设置的扰动加载油缸能够为连续采煤机和掘锚机截割巷道时提供扰动负载。

3、通过姿态调整平台可根据需要自动调整连续采煤机或掘锚机的航线偏角、俯仰偏角和翻滚偏角，实现对连续采煤机或掘锚机在不同姿态下截割形成的巷道轮廓进行测量，为连续采煤机和掘锚机仿形截割控制技术的研究提供实验装置，促进该项技术的研究。

附图说明

图1为本发明实验台的总体结构示意图；

图2为图1中实验台框架的结构示意图；

图3(a)为姿态调整平台的俯视图，图3(b)为姿态调整平台的仰视图；

图4为图1中巷道形状测量小车的结构示意图；

图5为图4巷道形状测量小车测量巷道轮廓的工作参考图；

图6为图4巷道形状测量小车测量的巷道轮廓与设计巷道轮廓比对示意图；

图7为本发明实验台中姿态调整平台调整航线偏角的示意图；

图8为本发明实验台中姿态调整平台调整俯仰偏角的示意图；

图9为本发明实验台中姿态调整平台调整翻滚偏角的示意图。

附图符号说明：1-模拟煤壁；2-实验台框架；21-框架底盘；22-框架上平台；23-煤壁框架；24-加载油缸支撑板；25-加载油缸；221-姿态调整平台活动空位；222-小车行走导向槽；3-姿态调整平台；31-姿态调整平台上平台；32-姿态调整平台旋转平台；33-姿态调整平台下平台；34-姿态调整油缸；35-扰动加载油缸；36-姿态调整平台上平台铰耳；37-摆动油缸；38-姿态调整平台旋转平台铰耳；39-扰动加载油缸支架。311-圆形导槽；312-纵向导槽；4-巷道形状测量小车；41-小车底盘；42-小车框架；43-实验台控制台；44-小车行走装置；45-激光雷达支架；46-激光雷达；47-小车导向轨；48-步进电机；5-连续采煤机(或掘锚机)。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本实施例实验台，包括实验台框架2、模拟煤壁1、姿态调整平台3和巷道形状测量小车4；其中模拟煤壁置于实验台框架的左端；姿态调整平台对应模拟煤壁固定于实验台框架的中部；巷道形状测量小车置于实验台框架的右端。

如图2所示，所述实验台框架2包括框架底盘21、框架上平台22、煤壁框架23、加载油缸支撑板24和加载油缸25；其中框架上平台固定在框架底盘上；煤壁框架固定在框架底盘上，加载油缸通过加载油缸支撑板固定在煤壁框架上，加载油缸将煤壁框架中的实验用煤壁压紧；框架上平台上设有姿态调整平台活动空位221和小车行走导向槽222。

如图3(a)和图3(b)所示，所述姿态调整平台3包括姿态调整平台上平台31、姿态调整平台旋转平台32、姿态调整平台下平台33、姿态调整油缸34、扰动加载油缸35、姿态调整平台上平台铰耳36、摆动油缸37、姿态调整平台旋转平台铰耳38和扰动加载油缸支架39；所述姿态调整平台上平台设有圆形导槽311和纵向导槽312；所述扰动加载油缸固定在扰动加载油缸支架上；扰动加载油缸支架能够沿着所述圆形导槽在姿态调整平台上做圆周运动，运动后通过螺栓固定在姿态调整平台上；所述姿态调整平台上平台铰耳固定在姿态调整平台上；所述姿态调整平台旋转平台铰耳与姿态调整平台旋转平台固定连接；所述摆动油缸的缸体固定在姿态调整平台旋转平台上，摆动油缸的缸杆与所述姿态调整平台下平台固定连接，摆动油缸缸体旋转能够带动姿态调整平台相对姿态调整平台下平台旋转；所述姿态调整平台上平台铰耳和姿态调整平台旋转平台铰耳连接，能够相对转动；姿态调整油缸的缸体和缸杆分别与姿态调整平台上平台和姿态调整平台旋转平台连接，通过姿态调整油缸的伸缩能够控制姿态调整平台上平台的俯仰和翻滚。

如图4所示，所述巷道形状测量小车4包括小车底盘41、小车框架42、实验台控制台43、小车行走装置44、激光雷达支架45、激光雷达46、小车导向轨47和步进电机48；其中小车行走装置固定在小车底盘上；小车框架固定在小车底盘上；小车导向轨固定在小车底盘上，通过小车导向轨的限制使巷道形状测量小车在框架上平台上按直线行走；所述步进电机固定在小车行走装置上，用其控制小车行走装置，带动巷道形状测量小车在框架上平台上行走；所述实验台控制台固定在小车底盘上；所述激光雷达固定在激光雷达支架上，激光雷达支架固定在小车框架上。

利用上述实验台进行仿形截割的实验方法按以下步骤进行：

步骤1、如图1所示，将加仿形截割程序后的连续采煤机5(或掘锚机)驶入实验台的姿态调整平台上。

步骤2、利用姿态调整平台按以下方法调整连续采煤机或掘锚机的姿态(包括航向偏角、俯仰偏角和翻滚偏角)：

(1)调整航向偏角：如图7所示，使摆动油缸旋转，驱动姿态调整平台旋转平台产生预定的航向偏角α，姿态调整平台旋转平台带动姿态调整平台上平台和平台上的连续采煤机或掘锚机同时旋转，完成连续采煤机或掘锚机的航向偏角调整。

(2)调整俯仰偏角：如图8所示，通过姿态调整油缸使姿态调整平台上平台相对于姿态调整平台旋转平台旋转，产生俯仰偏角β，完成连续采煤机或掘锚机的俯仰偏角调整。

(3)调整翻滚偏角：如图9所示，首先使摆动油缸旋转，驱动姿态调整平台旋转平台产生90°的航向偏角，然后通过姿态调整油缸使姿态调整平台上平台相对于姿态调整平台旋转平台旋转，产生翻滚偏角γ，完成连续采煤机或掘锚机的翻滚偏角调整。

步骤3、连续采煤机或掘锚机对模拟煤壁进行截割，形成模拟巷道，截割过程中根据需要按以下方法对连续采煤机或掘锚机机体施加截割扰动负载：

(1)使两个扰动加载油缸支架沿着圆形导槽滑动，根据设定的加载位置和加载角度到达指定位置后，用螺栓将扰动加载油缸固定在姿态调整平台上。

(2)控制扰动加载油缸向连续采煤机或掘锚机机体输出设定的加载力和加载频率。

步骤4、完成截割后，将连续采煤机或掘锚机驶离姿态调整平台；然后通过姿态调整油缸和摆动油缸使姿态调整平台回到初始位置，并使纵向导槽与小车行走导向槽在一条直线上。

步骤5、用巷道形状测量小车测量截割巷道轮廓：如图5所示，由步进电机控制停留在实验台初始位置的巷道形状测量小车前进，激光雷达同时扫描截割巷道的轮廓，巷道形状测量小车每前进10mm记录一次激光雷达扫描的截割巷道轮廓，直至得到截割的整个巷道的三维轮廓，形成如图6所示截割的巷道轮廓与设计巷道轮廓的比对图。

步骤6、完成巷道轮廓的测量后，使步进电机反转，巷道形状测量小车退回初始位置，实验结束。

Claims (2)

1.一种用于连续采煤机或掘锚机仿形截割的实验台，其特征在于：包括实验台框架(2)、模拟煤壁(1)、姿态调整平台(3)和巷道形状测量小车(4)；其中模拟煤壁置于实验台框架的一端；姿态调整平台对应模拟煤壁固定于实验台框架的中部；巷道形状测量小车置于实验台框架的另一端；

所述实验台框架(2)包括框架底盘(21)、框架上平台(22)、煤壁框架(23)、加载油缸支撑板(24)和加载油缸(25)；其中框架上平台固定在框架底盘上；煤壁框架固定在框架底盘上，加载油缸通过加载油缸支撑板固定在煤壁框架上，加载油缸将煤壁框架中的实验用煤壁压紧；框架上平台上设有姿态调整平台活动空位(221)和小车行走导向槽(222)；

所述姿态调整平台(3)包括姿态调整平台上平台(31)、姿态调整平台旋转平台(32)、姿态调整平台下平台(33)、姿态调整油缸(34)、扰动加载油缸(35)、姿态调整平台上平台铰耳(36)、摆动油缸(37)、姿态调整平台旋转平台铰耳(38)和扰动加载油缸支架(39)；所述姿态调整平台上平台设有圆形导槽(311)和纵向导槽(312)；所述扰动加载油缸固定在扰动加载油缸支架上；扰动加载油缸支架能够沿着所述圆形导槽在姿态调整平台上做圆周运动，运动后通过螺栓固定在姿态调整平台上；所述姿态调整平台上平台铰耳固定在姿态调整平台上；所述姿态调整平台旋转平台铰耳与姿态调整平台旋转平台固定连接；所述摆动油缸的缸体固定在姿态调整平台旋转平台上，摆动油缸的缸杆与所述姿态调整平台下平台固定连接，摆动油缸缸体旋转能够带动姿态调整平台相对姿态调整平台下平台旋转；所述姿态调整平台上平台铰耳和姿态调整平台旋转平台铰耳连接，能够相对转动；姿态调整油缸的缸体和缸杆分别与姿态调整平台上平台和姿态调整平台旋转平台连接，通过姿态调整油缸的伸缩能够控制姿态调整平台上平台的俯仰和翻滚；

所述巷道形状测量小车(4)包括小车底盘(41)、小车框架(42)、实验台控制台(43)、小车行走装置(44)、激光雷达支架(45)、激光雷达(46)、小车导向轨(47)和步进电机(48)；其中小车行走装置固定在小车底盘上；小车框架固定在小车底盘上；小车导向轨固定在小车底盘上，通过小车导向轨的限制使巷道形状测量小车在框架上平台上按直线行走；所述步进电机固定在小车行走装置上，用其控制小车行走装置，带动巷道形状测量小车在框架上平台上行走；所述实验台控制台固定在小车底盘上；所述激光雷达固定在激光雷达支架上，激光雷达支架固定在小车框架上。

2.利用权利要求1所述用于连续采煤机或掘锚机仿形截割的实验台进行仿形截割的实验方法，其特征在于按以下步骤进行：

步骤1、将加仿形截割程序后的连续采煤机或掘锚机驶入实验台的姿态调整平台上；

步骤2、利用姿态调整平台按以下方法调整连续采煤机或掘锚机的姿态：

(1)调整航向偏角：使摆动油缸旋转，驱动姿态调整平台旋转平台产生预定的航向偏角α，姿态调整平台旋转平台带动姿态调整平台上平台和平台上的连续采煤机或掘锚机同时旋转，完成连续采煤机或掘锚机的航向偏角调整；

(2)调整俯仰偏角：通过姿态调整油缸使姿态调整平台上平台相对于姿态调整平台旋转平台旋转，产生俯仰偏角β，完成连续采煤机或掘锚机的俯仰偏角调整；

(3)调整翻滚偏角：首先使摆动油缸旋转，驱动姿态调整平台旋转平台产生90°的航向偏角，然后通过姿态调整油缸使姿态调整平台上平台相对于姿态调整平台旋转平台旋转，产生翻滚偏角γ，完成连续采煤机或掘锚机的翻滚偏角调整；

步骤3、连续采煤机或掘锚机对模拟煤壁进行截割，形成模拟巷道，截割过程中根据需要按以下方法对连续采煤机或掘锚机机体施加截割扰动负载：

(1)使扰动加载油缸支架沿着圆形导槽滑动，根据设定的加载位置和加载角度到达指定位置后，用螺栓将扰动加载油缸固定在姿态调整平台上；

(2)控制扰动加载油缸向连续采煤机或掘锚机机体输出设定的加载力和加载频率；

步骤4、完成截割后，将连续采煤机或掘锚机驶离姿态调整平台；然后通过姿态调整油缸和摆动油缸使姿态调整平台回到初始位置，并使纵向导槽与小车行走导向槽在一条直线上；

步骤5、用巷道形状测量小车测量截割巷道轮廓：由步进电机控制停留在实验台初始位置的巷道形状测量小车前进，激光雷达同时扫描截割巷道的轮廓，巷道形状测量小车每前进10mm记录一次激光雷达扫描的截割巷道轮廓，直至得到截割的整个巷道的三维轮廓，形成截割的巷道轮廓与设计巷道轮廓的比对图；

步骤6、完成巷道轮廓的测量后，使步进电机反转，巷道形状测量小车退回初始位置，结束实验。