[发明专利]臂式掘进机工作机构及其截割状态描述装置和描述方法

说明书

本发明公开了臂式掘进机工作机构及其截割状态描述装置和描述方法，包括智能控制决策模块、用于检测轨迹方案与轨迹位置的坐标参数模块、用于检测全截割还是部分截割和顺逆截割自由面等的截割状态模块、用于感知截割位置与截割运动参数的截割状态参数模块、用于检测刀具三向载荷和截割能耗及截割状态参数的性能参数预测建模模块、用于检测煤岩截割阻抗和坚固性系数的煤岩性质分布描述模块；坐标参数模块、截割状态模块、截割状态参数模块、性能参数预测建模模块和煤岩性质分布描述模块与智能控制决策模块连接。本发明可用来实现悬臂式掘进机机构的智能控制与截割状态描述与评价，断面煤岩性质预测及其分布，掘进效率提高50％以上。

技术领域

本发明属于采掘装备技术领域，尤其涉及臂式掘进机工作机构及其截割状态描述装置和描述方法。

背景技术

悬臂式掘进机是煤矿长臂工作面开采巷道掘进的主要装备，分为纵轴式和横轴式两种类型。与现用于山体和地下交通隧道开拓用盾构式掘进机有所不同，盾构式掘进机采用多组盘形刀具切削岩土隧道，具有切削较硬的岩石的能力，如欧洲用于穿越阿尔卑斯山的大型隧道盾构机；而悬臂式掘进机采用旋转滚筒上固定安装的诸多截齿截割煤或半煤岩，适用于煤矿井下煤巷或软岩巷道掘进。由于煤矿井下复杂多变的地质条件是大自然形成的，在臂式掘进机进行煤矿煤巷或软岩巷道掘进过程中常会遇到较硬的煤岩，此时，臂式掘进机会遭遇截割硬岩的冲击载荷，截齿的强度及耐磨性、截割部的抗冲击振动性能变得非常重要，因而成为悬臂式掘进机研究开发的热点及技术关键。

目前研究煤矿井下巷道盾构机也在进行中，但由于煤矿井下巷道比铁路隧道狭小曲折，不适于大型装备，而体积质量小的盾构机难以承受切割硬岩的冲击振动。臂式掘进机在今后相当长时期仍是煤矿井下半煤岩巷道掘进不可替代的主力装备，而对于坚硬的岩巷掘进，爆破、装岩是唯一的选择。针对悬臂式掘进机研究开发的热点及技术关键问题，开展悬臂式掘进机工作机构自适应控制的截割状态描述与评价的研究。

随着国内建设事业的高速度增长，我国掘进机械也迎来了飞速的发展。现有的掘进机没有涉及截割头横向摆动角度指示功能和对摆动速度控制的功能，在掘进过程中可能出现超挖或欠挖现象，导致矿井不够平整，挖掘质量不够好，影响掘进进度；其中对横摆速度的调节多是由人工控制调节，井下恶劣的工作环境会对掘进操作人员的身体健康和安全带来很大的威胁。因此，一种臂式掘进机工作机构及其截割状态自适应描述方法显得尤为重要。

发明内容

本发明提供一种臂式掘进机工作机构及其截割状态描述装置和描述方法，能够针对各种截割状态，包括全截割还是部分截割、顺逆截割自由面和截割层理等状态进行控制，保证矿井煤岩的掘进效率和质量。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种臂式掘进机工作机构，包括截割头、减速器、电机，所述截割头与减速器连接，所述减速器与电机连接，所述电机在复合动力装置内，所述复合动力装置的一端设有悬挂臂，所述悬挂臂配置有驱动其水平摆动的水平摆动液压缸，所述悬挂臂与减速器之间设有驱动截割头上下摆动的上下摆动液压缸。

作为上述技术方案的进一步描述：所述水平摆动液压缸铰接设置在支撑架上。

作为上述技术方案的进一步描述：所述上下摆动液压缸铰接在悬挂臂上。

作为上述技术方案的进一步描述：所述上下摆动液压缸的输出端与减速器铰接。

一种悬臂式掘进机工作机构的截割状态描述方法，包括智能控制决策模块、用于检测轨迹方案与轨迹位置的坐标参数模块、用于检测全截割还是部分截割和顺逆截割自由面等的截割状态模块、用于感知截割位置与截割运动参数(如截割转速、压力等)的截割状态参数模块、用于检测刀具三向载荷和截割能耗及截割状态参数的性能参数预测建模模块、用于检测煤岩截割阻抗和坚固性系数的煤岩性质分布描述模块，所述坐标参数模块、截割状态模块、截割状态参数模块、性能参数预测建模模块和煤岩性质分布描述模块最后与智能控制决策模块连接。