基于虚拟样机的掘进机模拟操纵系统研究

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掘进机广泛应用于采矿工程和地下工程中。目前,掘进机的操作主要是人在作业现场通过操作台来实现的,现场的环境比较恶劣。随着科学技术的发展和人民生活水平的提高,掘进机的智能化、无人化发展趋势越来越受到人们的重视。本文以某型悬臂式掘进机为对象,对掘进机截割机构模拟操纵控制进行了研究。论文分析断面形状与截割臂姿态之间的关系,根据煤矿巷道断面的成形过程,提出截割头在断面成形过程中的截割路径规划方案。并将路径离散化成一个点序列,从而将断面的截割路径分成若干小段,每一小段看作直线段。论文针对掘进机截割臂的运动特点,推导出其运动的空间几何模型,并进行抽象简化。构建了掘进机构虚拟样机模型,并进行了运动学仿真分析。论文进行了控制数据与样机模型之间的接口程序开发。数据文件是独立于ADAMS模型存在的,要实现外部数据文件的驱动仿真,需要编写用户接口函数,实现读取外部数据文件生成样条曲线的功能。ADAMS提供了开放的用户接口,通过自定义子函数,经过编译连接后得到ADAMS动态连接库函数,仿真过程中调用库函数实现外部控制数据驱动虚拟样机模拟操纵的功能。论文最后部分,通过掘进机截割机构虚拟样机仿真试验验证研究方案的正确性。
摘要第2-3页
ABSTRACT第3-4页
1. 绪论第7-13页
    1.1 引言第7页
    1.2 掘进机的分类第7-9页
    1.3 悬臂式掘进机目前国内外的发展状况第9-11页
        1.3.1 国外发展概况第9-10页
        1.3.2 国内发展概况第10-11页
    1.4 课题的提出第11-12页
    1.5 研究内容与方法第12-13页
2 纵轴式悬臂掘进机主要构造和工作机构分析第13-19页
    2.1 EBJ-132A 型掘进机主要结构及主要技术特征第14-15页
    2.2 EBJ-132A 型掘进机行走部简介第15-17页
    2.3 EBJ-132A 型掘进机截割部工作机构分析第17-18页
        2.3.1 悬臂垂直摆动机构分析第17-18页
        2.3.2 悬臂水平摆动机构分析第18页
    2.4 本章小结第18-19页
3 掘进机截割机构数学模型的建立第19-24页
    3.1 掘进机截割头运动轨迹的简化及截割工艺路线的规划第19-21页
        3.1.1 掘进机截割头运动轨迹的简化第19页
        3.1.2 截割工艺路线的规划第19-21页
    3.2 掘进机截割机构的运动学分析第21-23页
        3.2.1 悬臂垂直摆动分析第21-22页
        3.2.2 悬臂水平摆动分析第22-23页
    3.3 本章小结第23-24页
4 掘进机截割机构虚拟样机建模与仿真第24-36页
    4.1 虚拟样机仿真技术第24-29页
        4.1.1 虚拟样机关键技术第24-27页
        4.1.2 虚拟样机仿真软件ADAMS第27-29页
    4.2 掘进机截割机构虚拟样机模型构建第29-33页
        4.2.1 应用Pro/E 软件建立EBJ—132A 型掘进机截割机构模型第31-32页
        4.2.2 通过Pro/E 软件建立样机模型导入到ADMAS 中第32-33页
    4.3 掘进机截割机构虚拟样机运动仿真第33-35页
        4.3.1 系统设置与机构仿真第34页
        4.3.2 仿真结果第34-35页
    4.4 本章小结第35-36页
5. 掘进机截割机构的虚拟样机操纵模拟第36-49页
    5.1 基于电液比例控制的操纵控制器第36-39页
        5.1.1 控制手柄的结构组成及工作原理第36-38页
        5.1.2 信号处理单元硬件电路及软件模块第38-39页
    5.2 控制数据驱动虚拟样机仿真第39-42页
        5.2.1 用户子函数的创建第40-41页
        5.2.2.用户定制仿真控制界面第41-42页
    5.3 仿真试验第42-45页
        5.3.1 试验平台搭建第42-43页
        5.3.2 试验方案设计第43页
        5.3.3 试验结果分析第43-45页
    5.4 本章小结第45-49页
6. 结论第49-50页
致谢第50-51页
参考文献第51-54页
附录第54页
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