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矿用锚护机器人液压控制系统设计与仿真研究

矿用锚护机器人液压控制系统设计与仿真研究

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作者：孙优太原理工大学

学位级别：硕士

现阶段煤矿开采向着智能化和无人化的方向进行发展。矿用锚护机器人是综掘工作面的主要设备之一,矿用锚护机器人的技术进步与发展直接提高了掘进工作面的生产效率。针对井下复杂的恶劣环境,矿用锚护机器人的智能化与无人化研究是迫在眉... 详细信息

现阶段煤矿开采向着智能化和无人化的方向进行发展。矿用锚护机器人是综掘工作面的主要设备之一,矿用锚护机器人的技术进步与发展直接提高了掘进工作面的生产效率。针对井下复杂的恶劣环境,矿用锚护机器人的智能化与无人化研究是迫在眉睫。目前矿用锚护机器人液压系统效率低下、难以实现整机的智能精确位置控制,严重影响综采工作面的工作效率,是煤矿智能化开采的阻碍。本文首先以矿用锚护机器人的行走工况与锚护工况为主要研究对象,确定了液压系统的型式、设计了液压系统原理图,通过对行走、转弯、卷缆、锚护各工况下参数的计算确定了液压系统功率,完成了液压系统关键元件及辅件的选型,根据整机排布空间,完成了液压油箱及动力单元的专门化紧凑设计。为矿用锚护机器人系统关键回路的优化及控制特性研究提供理论性帮助。其次,利用数字化的液压仿真软件AMESim,建立了矿用锚护机器人液压系统的关键元件和主要工况下的回路仿真模型并进行了仿真分析,得到了相对应的流量、压力、功率、阀芯位移等响应曲线,从各曲线中可以看出各回路的设计有一定的可靠性,验证了设计系统的准确性,针对行走工况进行了热平衡分析,建立了相对应的热液压模型,研究了不同参数变化对液压系统温升的影响,选取了最优参数,同时为减少系统的产热提供了依据。然后介绍了机械钻臂的机械结构,分别运用PID控制和自抗扰控制对整个机械钻臂的液压系统进行仿真分析。分别对这两种轨迹控制方法进行仿真,仿真结果表明两种控制方式都有一定的跟踪效果,将两种轨迹控跟踪控制结果进行误差对比分析,结果表明所设计采用的自抗扰控制器控制下的钻臂精度更高,仿真结果可为机械钻臂控制提供理论依据。最后基于履带行走控制的不足,构建机械液压控制仿真模型,进行了传统开环控制、PID控制和模糊PID控制方式下对直线同步控制以及转弯差速控制在有无外负载突变和扰动工况下的的仿真对比,分析了马达转速和系统中流量压力的变化,结果表明,模糊PID控制下的矿用锚护机器人的有更好行走控制效果。

关键词：锚护机器人履带行走机械钻臂液压系统

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