基于Simulink 的掘进机截割臂摆角跳动规律研究

王 娟

（山西省阳泉市大阳泉煤炭有限公司， 山西 阳泉 045000）

引言

掘进机是煤矿井下用于巷道掘进的设备，其巷道掘进速度及巷道断面的形状直接决定了煤矿井下综采作业的效率，随着掘进机掘进作业自动化程度的不断提升，目前多数掘进机均依靠自动截割控制系统进行自动截割，但在实际应用中发现由于煤矿井下地质结构复杂，掘进机的截割臂在进行水平截割和垂直截割时均会产生摆动现象，对掘进机巷道断面边界的规整度和巷道的成形质量造成了较大的影响，因此，本文利用Lagrange 方程建立了掘进机的动力学方程，利用Simulink 仿真分析软件对掘进机截割臂掘进作业过程中的摆角跳动规律进行研究，获取其变化规律，为优化掘进机截割控制系统控制逻辑、消除截割作业过程中摆臂跳动、提高掘进作业的精度和可靠性奠定基础。

1 掘进机截割臂摆角跳动模型

掘进机在煤矿井下进行掘进作业时，实际上是一个全自由度工作状态，为了降低对掘进机工作时截割臂摆角跳动规律研究的难度，因此选择一个相对典型的工况，将掘进机的重心位置作为原点，建立OXYZ 分析坐标系，同时建立其随机运动时的动态坐标系O'X'Y'Z'，其空间分析模型如图1 所示[1]。

图1 中：λ 表示掘进机的截割臂与掘进机机体水平方向上的夹角；Δλ 表示掘进机截割臂工作时的摆角跳动量；θ2表示静态分析坐标系和动态坐标系X 轴之间的夹角在静态坐标系内的投影；SX表示原点O 与O' 间距在静态坐标系X 轴上的投影；……