[发明专利]一种变频泵控液压锚杆钻机钻臂摆角控制方法

说明书

本发明公开了一种变频泵控液压锚杆钻机钻臂摆角控制方法，基于钻机钻臂摆角控制要求，引入变频泵控技术，构建新型变频泵控锚杆钻机钻臂旋转系统。采用机理建模方法，建立新型钻机钻臂旋转系统的数学模型，分析系统特性，设计基于动态切换函数的钻臂摆角滑模自适应控制方法。本发明所达到的有益效果：本发明适用于综掘巷道支护中锚杆/锚索的精确位置控制，在变频泵控钻机钻臂旋转系统中具有较好的控制性能，能够有效克服系统中存在的诸多不确定性因素对系统的影响，鲁棒性更强，能够更好的满足煤炭规程中锚杆/锚索安装的偏转角控制需求，为实现锚杆/锚索的高精度定位与安装奠定实现基础。

技术领域

本发明涉及一种变频泵控液压锚杆钻机钻臂摆角控制方法，属于变频泵控技术领域。

背景技术

在巷道掘进过程中，准确有效地锚杆/锚索支护是保障后续煤炭开采过程安全可靠实施的关键环节，直接影响煤炭企业生产效率和工人生命安全。锚杆/锚索支护的有效性取决于巷道设计初期的锚护网络整体结构设计，以及锚杆钻机对所设计的锚杆/锚索最优位置的精确定位和准确钻进控制。为满足不同位置的锚杆/锚索安装需求，锚杆钻机的钻进控制包括沿巷道断面方向的水平位移控制、钻臂摆角控制和钻进深度控制。只有协同完成上述三个自由度下的钻进动作，才能实现对整个巷道断面的有效锚护。同时，锚杆钻机移动到锚杆/锚索最优设计位置的快速性和准确性，直接决定了巷道的围岩应力分布和锚护网络的有效性。

钻机钻臂摆角的有效控制直接决定了锚护网络中角锚杆和帮锚杆支护的准确性，如图1所示。传统的锚杆钻机钻臂摆角控制，完全依赖于钻机操作人员，依据其经验估计钻臂旋转角度，实现人工定位。显然，这种定位方式存在较大的定位误差，定位精度低。

针对其他类型钻机钻臂旋转系统，文献(何清华，李力争，周宏兵.双三角钻臂及其液压系统的机理建模与参数估计[J].中南工业大学学报，2001，32(5):519-522)采用阀控方式实现对钻臂运动轨迹的跟踪和定位。学位论文(姚丽明.机载锚杆钻机液压系统设计与研究[D].辽宁：辽宁工程技术大学，2012)通过调整侧翻液压缸的伸缩位移量，实现钻臂摆角控制。学位论文(贺立军.新型全液压多功能锚杆钻机关键技术的研究[D].湖北：中国地质大学，2010)利用钻机的主臂系统和变幅机构，调整钻臂摆角。专利(杨洁，付晓.钻臂控制系统及钻装机[P].CN 104453844A，2015.03.25)通过电磁比例阀，控制钻臂移动，但未给出具体的控制策略。综上所述，已有钻机钻臂控制系统主要采用阀控方式，虽然控制精度高、响应快，但是对油质要求较高、存在较大的溢流损失、控制效率低。另外，由于系统发热严重，为保证钻进控制性能，往往需要经常性的停机降温，从而影响掘进速度。