CN111220402B - 一种柔性工作面模拟试验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性工作面模拟试验平台，包括：底板、固定设置于底板的两个固定框、设置于两个固定框之间且相对于底板可升降移动的若干活动框、用于带动底板转动的倾角模拟装置以及控制装置；任一活动框下部均设置有用于带动其升降的升降驱动装置，升降驱动装置安装于底板的上表面，倾角模拟装置与底板的下表面连接；升降驱动装置、倾角模拟装置均与控制装置连接。本发明提供的柔性工作面模拟试验平台可以很好的模拟工作面顶板、底板的起伏变化，工作面倾角、工作面仰采、俯采，以满足工作面设备布置条件和工作面实际开采要求。且平台采用自动化控制，实现工作面条件的智能模拟，操纵方便、稳定、安全可靠且模拟准确。

Description

一种柔性工作面模拟试验平台

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，更具体地说，涉及一种柔性工作面模拟试验平台。

背景技术

现有技术中，煤矿在开采时需要人工进入工作环境进行操作，存在一定的危险系数，鉴于自动化技术的不断发展，因此考虑研发一批重点岗位煤矿机器人，加快智能化采掘工作面建设；但是现有技术中，在对煤矿机器人进行研发的过程中，需要对所研发设备及煤矿机器人进行试验，试验过程中如果真正进入矿井工作面会具有一定的风险且影响正常的开采工作，但是在外部环境直接试验，又不能满足对试验环境的要求。

综上所述，如何提供一种可满足试验环境要求的柔性工作面模拟试验平台，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种柔性工作面模拟试验平台，能够模拟工作面顶板、底板的起伏变化，工作面倾角，工作面仰采、俯采，以及工作面设备布置条件，满足工作面实际开采要求，提高试验效果。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种柔性工作面模拟试验平台，包括：底板、固定设置于所述底板的两个固定框、设置于两个所述固定框之间且相对于所述底板可升降移动的若干活动框、用于带动所述底板转动的倾角模拟装置以及控制装置；

任一所述活动框下部均设置有用于带动其升降的升降驱动装置，所述升降驱动装置安装于所述底板的上表面，所述倾角模拟装置与所述底板的下表面连接；

所述升降驱动装置、所述倾角模拟装置均与所述控制装置连接。

优选的，所述固定框为由固定地梁、两个固定立梁、固定连接梁围成的矩形框，所述固定地梁与所述底板固定连接，两个所述固定立梁竖直设置；

所述活动框为由活动地梁、两个活动立梁、活动连接梁围成的矩形框，所述活动立梁和与其相邻的所述活动立梁或所述固定立梁滑动连接。

优选的，所述固定立梁和与其相邻的所述活动立梁中的一者设置有垂直于所述底板的第一滑槽，另一者设置有用于与所述第一滑槽配合、且可在所述第一滑槽内滑动的第一凸起。

优选的，相邻两个所述活动立梁中的一者设置有垂直于所述底板的第二滑槽，另一者设置有与所述第二滑槽配合、且可在所述第二滑槽内滑动的第二凸起。

优选的，所述第一滑槽和所述第二滑槽均为矩形槽。

优选的，所述升降驱动装置为升降千斤顶，所述升降千斤顶的一端固定设置于所述底板的上表面，另一端与所述活动框连接，以驱动所述活动框升降；

所述升降千斤顶与所述控制装置连接。

优选的，所述固定地梁、所述固定立梁、所述固定连接梁、所述活动地梁、所述活动立梁以及所述活动连接梁均为横截面为300mm*300mm的箱形梁。

优选的，所述倾角模拟装置包括支撑梁以及若干用于驱动所述底板转动的转动驱动装置；

所述支撑梁的一端固定设置，另一端与所述底板宽度方向的一侧铰接连接，所述转动驱动装置的一端固定设置，另一端与所述底板宽度方向的另一侧的下表面连接；

所述转动驱动装置与所述控制装置连接。

优选的，所述转动驱动装置包括与所述底板铰接连接的连杆结构以及地面推移千斤顶；

所述地面推移千斤顶的一端固定设置，另一端与所述连杆结构铰接连接；

所述地面推移千斤顶与所述控制装置连接。

优选的，连杆结构包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的一端、所述第二连杆的一端均铰接连接于所述地面推移千斤顶的活动端，所述第一连杆的另一端铰接连接于所述底板的下表面，所述第二连杆的另一端铰接连接于固定面。

本发明提供的柔性工作面模拟试验平台，包括：底板、固定设置于底板的两个固定框、设置于两个固定框之间且相对于底板可升降移动的若干活动框、用于带动底板转动的倾角模拟装置以及控制装置；任一活动框下部均设置有用于带动其升降的升降驱动装置，升降驱动装置安装于底板的上表面，倾角模拟装置与底板的下表面连接；升降驱动装置、倾角模拟装置均与控制装置连接。

使用本发明提供的柔性工作面模拟试验平台时，可以通过控制升降驱动装置的升降，来控制活动框的升降，由于任一活动框的下部均设置有升降驱动装置，因此可以控制不同的活动框升降的高度不同，以使若干活动框的上下表面起伏不平或形成台阶状，可以用于模拟工作面顶板、底板的起伏；将升降驱动装置依次按一定的高度差伸出，这样组合框架就沿水平方向形成一定的角度，可以用于模拟工作面倾角；也可以通过倾角模拟装置带动底板转动，底板转动的过程中，会带动其上部的固定框与活动框组成的组合框架整体转动，使组合框架整体向上或向下转动移动角度，用于模拟仰采或俯采。

因此，本发明提供的柔性工作面模拟试验平台可以很好的模拟工作面顶板、底板的起伏变化，工作面倾角、工作面仰采、俯采，以满足工作面设备布置条件和工作面实际开采要求。另外，平台采用自动化控制，实现工作面条件的智能模拟，操纵方便，稳定、安全可靠且模拟准确，实现了智能工作面模拟试验室，具有广泛的推广应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供柔性工作面模拟试验平台的具体实施例的正视图；

图2为图1中柔性工作面模拟试验平台的俯视图；

图3为图1中柔性工作面模拟试验平台的侧视图；

图4为本发明所提供的柔性工作面模拟试验平台模拟工作面仰采时的示意图；

图5为本发明所提供的柔性工作面模拟试验平台模拟工作面俯采时的示意图；

图6为固定框的正视图；

图7为固定框中固定地梁的俯视图；

图8为固定框中固定立梁的侧视图；

图9为活动地梁与活动立梁的结构示意图；

图10为活动立梁的侧视图；

图11为活动连接梁的正视图；

图12为活动连接梁的侧视图；

图13为底板的俯视图；

图14为底板的侧视图；

图15为组合框架及底板的侧视图；

图16为组合框架及底板部分结构的正视图；

图17为倾角模拟装置的结构示意图。

图1-17中：

1为底板、11为倾角连接点、12为连杆固定点、13为安装点、14为维修孔、2为组合框架、21为固定框、21A为第一滑槽、211为固定地梁、212为固定立梁、2121为第一固定孔、213为固定连接梁、2131为锚固点、22为活动框、22A为第二滑槽、22B为第二凸起、221为活动地梁、222为活动立梁、223为活动连接梁、2231为第二固定孔、3为升降千斤顶、41为支撑梁、42为第一连杆、43为第二连杆、44为地面推移千斤顶。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种柔性工作面模拟试验平台，可以用于模拟工作面顶板、底板的起伏变化，工作面倾角，工作面仰采、俯采，以及工作面设备布置条件，满足工作面实际开采要求，提高试验效果。

请参考图1-17。

本具体实施例提供的柔性工作面模拟试验平台，包括：底板1、固定设置于底板1的两个固定框21、设置于两个固定框21之间且相对于底板1可升降移动的若干活动框22、用于带动底板1转动的倾角模拟装置以及控制装置；任一活动框22下部均设置有用于带动其升降的升降驱动装置，升降驱动装置安装于底板1的上表面，倾角模拟装置与底板1的下表面连接；升降驱动装置、倾角模拟装置均与控制装置连接。

需要进行说明的是，活动框22的数量需要根据柔性工作面模拟试验平台的尺寸进行确定，优选的，活动框22的布置长度为45米，活动框22的数量为150个。

倾角模拟装置可以固定设置于地面，也可以固定设置于与地面固定连接的固定板，具体根据实际情况确定。

使用本发明提供的柔性工作面模拟试验平台时，可以通过控制升降驱动装置的升降，来控制活动框22的升降，由于任一活动框22的下部均设置有升降驱动装置，因此可以控制不同的活动框22升降的高度不同，以使若干活动框22的上下表面起伏不平或形成台阶状，可以用于模拟工作面顶板、底板1的起伏；将升降驱动装置依次按一定的高度差伸出，这样组合框架2就沿水平方向形成一定的角度，可以用于模拟工作面倾角；也可以通过倾角模拟装置带动底板1转动，底板1转动的过程中，会带动其上部的固定框21与活动框22组成的组合框架2整体转动，使组合框架2整体向上或向下转动移动角度，用于模拟仰采或俯采。

因此，本具体实施例提供的柔性工作面模拟试验平台可以很好的模拟工作面顶板、底板1的起伏变化，工作面倾角、工作面仰采、俯采，以满足工作面设备布置条件和工作面实际开采要求。另外，平台采用自动化控制，实现工作面条件的智能模拟，操纵方便，稳定、安全可靠且模拟准确，实现了智能工作面模拟试验室，具有广泛的推广应用价值。

在上述实施例的基础上，可以使固定框21为由固定地梁211、两个固定立梁212、固定连接梁213围成的矩形框，固定地梁211与底板1固定连接，两个固定立梁212竖直设置；活动框22为由活动地梁221、两个活动立梁222、活动连接梁223围成的矩形框，活动立梁222和与其相邻的活动立梁222或固定立梁212滑动连接。

如图1所示柔性工作面模拟试验平台中底板1的上部为组合框架2，组合框架2长度方向的两端为固定框21，两固定框21之间均为活动框22。

优选的，固定框21与活动框22的尺寸相同，且安装时所有固定框21以及活动框22的侧边平齐。

固定框21中用于与底板1连接的为固定地梁211，固定地梁211的两端竖直连接有固定立梁212，固定连接梁213连接两固定立梁212，优选的，固定地梁211通过螺栓与底板1连接，固定地梁211设置有用于与底板1连接的固定锚固点2131，且固定锚固点2131的数量需要根据实际情况确定，固定立梁212上设置有第一固定孔2121，优选的，第一固定孔2121可以用于固定销轴，以限制固定连接梁213的安装位置。

活动框22中位于下部的为活动地梁221，活动地梁221的两端设置有活动立梁222，位于上部的为活动连接梁223，活动连接梁223设置于第二固定孔2231，第二固定孔2231可以用于固定销定，以限制活动连接梁223与活动立梁222的相对位置。

为了限制活动框22的升降方向，可以使固定立梁212和与其相邻的活动立梁222中的一者设置有垂直于底板1的第一滑槽21A，另一者设置有用于与第一滑槽21A配合、且可在第一滑槽21A内滑动的第一凸起。

优选的，第一滑槽21A和第一凸起均设置于活动立梁222与固定立梁212贴合的表面。

当然，也可以在相邻两个活动立梁222中的一者设置有垂直于底板1的第二滑槽22A，另一者设置有与第二滑槽22A配合、且可在第二滑槽22A内滑动的第二凸起22B。

当升降驱动装置驱动活动框22升降时，活动框22会相对于与其相邻的固定框21或活动框22升降，使第一凸起相对于第一滑槽21A沿第一滑槽21A的长度方向滑动，或使第二凸起22B相对于第二滑槽22A沿第二滑槽22A的长度方向滑动。

需要进行说明的是，同一活动框22或同一固定框21中可以既设置滑槽也设置凸起，也可以只设置滑槽或凸起，当然同一活动框22或同一固定框21中的同一侧可以既设置滑槽也设置凸起，也可以只设置滑槽或凸起，具体根据实际情况确定。

优选的，第一滑槽21A设置于固定框21，第一凸起设置于活动框22，且同一活动框22中两活动立梁222的一侧均设置第二滑槽22A，另一侧均设置第一凸起或第二凸起22B。

优选的，可以在同一活动框22的下部沿活动框22的长度方向对称设置两个升降驱动装置，以使活动框22平稳升降。

优选的，第一滑槽21A和第二滑槽22A均为矩形槽，当然，也可以是其它形状的滑槽，具体根据实际情况确定。

在上述实施例的基础上，可以使升降驱动装置为升降千斤顶3，升降千斤顶3的一端固定设置于底板1的上表面，另一端与活动框22连接，以驱动活动框22升降；

升降千斤顶3与控制装置连接。

如图13所示，底板1上表面宽度方向的两侧对称设置有若干用于安装升降千斤顶3的安装点13，若活动框22的数量为150个，则升降千斤顶3的质量为300个。

需要进行说明的是，升降千斤顶3的一端与底板1固定连接，另一端可以与活动框22的活动地梁221，或活动立梁222，或活动连接梁223连接。

优选的，可以使固定地梁211、固定立梁212、固定连接梁213、活动地梁221、活动立梁222以及活动连接梁223均为横截面为300mm*300mm的箱形梁。且组合框架2内宽9200mm，高2800mm。

在上述实施例的基础上，可以使倾角模拟装置包括支撑梁41以及若干用于驱动底板1转动的转动驱动装置；

支撑梁41的一端固定设置，另一端与底板1宽度方向的一侧铰接连接，转动驱动装置的一端固定设置，另一端与底板1宽度方向的另一侧的下表面连接；转动驱动装置与控制装置连接。

如图17所示，支撑梁41铰接连接于底板1的倾角连接点11，转动驱动装置连接于底板1的连杆固定点12。

可以使转动驱动装置包括与底板1铰接连接的连杆结构以及地面推移千斤顶44；地面推移千斤顶44的一端固定设置，另一端与连杆结构铰接连接；地面推移千斤顶44与控制装置连接。

为了方便操作，可以使连杆结构包括第一连杆42和第二连杆43，第一连杆42的一端、第二连杆43的一端均铰接连接于地面推移千斤顶44的活动端，第一连杆42的另一端铰接连接于底板1的下表面，第二连杆43的另一端铰接连接于固定面。

优选的，第一连杆42与第二连杆43均铰接连接于地面推移千斤顶44的同一位置。

在正常状态下，底板1处于水平状态，如图3所示，当地面推移千斤顶44向前伸出时，第一连杆42与第二连杆43之间的夹角增加，且推动底板1向上转动，使组合框架2整体具有一定的向上的倾角。当地面推移千斤顶44收缩时，第一连杆42与第二连杆43之间的夹角减小，且拉动底板1向下转动，使组合框架2整体具有向下的倾角。

需要进行说明的是，由于底板1的尺寸较大，可以设置多个地面推移千斤顶44，以使底板1的转动过程平稳进行；也可以将底板1设置为由多个分体单元组成的分体式结构，一个地面推移千斤顶44伸出时，只能带动一块分体单元转动，可以通过控制装置，控制多个地面推移千斤顶44同步动作。为了方便维修，可以在底板1设置多个维修孔14。

优选的，控制装置可以为液压站。

在使用本申请文件提供的柔性工作面模拟试验平台进行试验的过程中，需要模拟整个工作面的地质条件，综采工作面配套设备由采煤机、刮板输送机、液压支架等设备组成，工作面采用后退式割煤，采煤机进行割煤、刮板机进行煤炭运输，支架用于对工作面顶板的支护，形成安全的工作空间。工作面顶底板1起伏不平，工作面有一定的倾角，还有各别特殊情况下进行仰俯采。

模拟试验平台液压支架布置：支架中心距1.5米，5个活动框22上布置一个支架，平台上布置30架支架。

模拟试验平台模拟顶底板1起伏：以5个活动框22为一组，控制升降千斤顶油缸，使升降千斤顶3伸出，活动升起一定高度，这样活动架与相邻活动框22之间就有了高度差，再操作其余各组升降千斤顶3伸出一定高度，这样就形成了工作面的顶板、底板1的起伏，如图1所示。

模拟试验平台模拟工作面倾角：将升降千斤顶3依次按一定的高度差伸出，这样组合框架就沿水平方向形成一定的角度，模拟工作面倾角。

模拟试验平台模拟工作面仰采、俯采：操纵地面推移千斤顶44伸出，使模拟试验平台向上倾斜5°或其他角度，模拟工作面仰采；操纵地面推移千斤顶44收回，使模拟试验平台向下倾斜5°或其他角度，模拟工作面俯采5°或其他角度。

需要进行说明的是，本申请文件中提到的第一滑槽21A和第二滑槽22A，第一凸起和第二凸起22B，第一连杆42和第二连杆43，第一固定孔2121和第二固定孔2231中的第一和第二只是为了区分位置的不同，并没有先后顺序之分。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。

以上对本发明所提供的柔性工作面模拟试验平台进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种柔性工作面模拟试验平台，其特征在于，包括：底板(1)、固定设置于所述底板(1)的两个固定框(21)、设置于两个所述固定框(21)之间且相对于所述底板(1)可升降移动的若干活动框(22)、用于带动所述底板(1)转动的倾角模拟装置以及控制装置；

任一所述活动框(22)下部均设置有用于带动其升降的升降驱动装置，所述升降驱动装置安装于所述底板(1)的上表面，所述倾角模拟装置与所述底板(1)的下表面连接；

所述升降驱动装置、所述倾角模拟装置均与所述控制装置连接；

所述固定框(21)为由固定地梁(211)、两个固定立梁(212)、固定连接梁(213)围成的矩形框，所述固定地梁(211)与所述底板(1)固定连接，两个所述固定立梁(212)竖直设置；

所述活动框(22)为由活动地梁(221)、两个活动立梁(222)、活动连接梁(223)围成的矩形框，所述活动立梁(222)和与其相邻的所述活动立梁(222)或所述固定立梁(212)滑动连接；

所述固定立梁(212)和与其相邻的所述活动立梁(222)中的一者设置有垂直于所述底板(1)的第一滑槽(21A)，另一者设置有用于与所述第一滑槽(21A)配合、且可在所述第一滑槽(21A)内滑动的第一凸起。

2.根据权利要求1所述的柔性工作面模拟试验平台，其特征在于，相邻两个所述活动立梁(222)中的一者设置有垂直于所述底板(1)的第二滑槽(22A)，另一者设置有与所述第二滑槽(22A)配合、且可在所述第二滑槽(22A)内滑动的第二凸起(22B)。

3.根据权利要求2所述的柔性工作面模拟试验平台，其特征在于，所述第一滑槽(21A)和所述第二滑槽(22A)均为矩形槽。

4.根据权利要求1-3任一项所述的柔性工作面模拟试验平台，其特征在于，所述升降驱动装置为升降千斤顶(3)，所述升降千斤顶(3)的一端固定设置于所述底板(1)的上表面，另一端与所述活动框(22)连接，以驱动所述活动框(22)升降；

所述升降千斤顶(3)与所述控制装置连接。

5.根据权利要求1-3任一项所述的柔性工作面模拟试验平台，其特征在于，所述固定地梁(211)、所述固定立梁(212)、所述固定连接梁(213)、所述活动地梁(221)、所述活动立梁(222)以及所述活动连接梁(223)均为横截面为300mm*300mm的箱形梁。

6.根据权利要求1-3任一项所述的柔性工作面模拟试验平台，其特征在于，所述倾角模拟装置包括支撑梁(41)以及若干用于驱动所述底板(1)转动的转动驱动装置；

所述支撑梁(41)的一端固定设置，另一端与所述底板(1)宽度方向的一侧铰接连接，所述转动驱动装置的一端固定设置，另一端与所述底板(1)宽度方向的另一侧的下表面连接；

所述转动驱动装置与所述控制装置连接。

7.根据权利要求6所述的柔性工作面模拟试验平台，其特征在于，所述转动驱动装置包括与所述底板(1)铰接连接的连杆结构以及地面推移千斤顶(44)；

所述地面推移千斤顶(44)的一端固定设置，另一端与所述连杆结构铰接连接；

所述地面推移千斤顶(44)与所述控制装置连接。

8.根据权利要求7所述的柔性工作面模拟试验平台，其特征在于，连杆结构包括第一连杆(42)和第二连杆(43)，所述第一连杆(42)的一端、所述第二连杆(43)的一端均铰接连接于所述地面推移千斤顶(44)的活动端，所述第一连杆(42)的另一端铰接连接于所述底板(1)的下表面，所述第二连杆(43)的另一端铰接连接于固定面。

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