煤矿巷道掘进锚索自动输送系统设计与仿真

摘要

针对煤矿巷道掘进中锚索支护过程自动化程度低、劳动强度大等问题，提出了一种煤矿巷道掘进锚索输送系统。通过对锚索输送系统的空间布局进行参数化建模，以机械臂输送过程中锚索的弯曲半径和悬空长度为指标，利用多目标粒子群算法(MOPSO),求解得出了锚索输送系统的最优空间布局；结合锚索输送和安装需求，设计锚索输送装置的总体结构，利用改进D-H法建立了输送装置的运动学模型并分析了工作空间；分析锚索与其输送装置之间的相互作用机理，建立锚索参数、锚索弯曲弹性力和弯管参数关系的力学模型，以及锚索输送装置的虚拟样机模型，完成了锚索输送过程动力学仿真。结果表明：锚索输送装置能够满足6 000 mm×4400 mm(宽×高)巷道的支护要求；当锚索参数确定时，锚索驱动力与弯管曲率半径平方项相关，而与锚索和弯管摩擦系数呈线性关系，增大弯管曲率半径可以显著减小所需最大驱动力；为使机械臂牵引的负载最小，弯管曲率半径的取值应使得弯管入口与锚索库出口高度接近；考虑锚索输送力得到的最优空间布局为弯管曲率半径1.5 m,端面转角90°,输送装置与锚索库水平距离1.51 m。研究结果为煤矿巷道锚索支护效率的提高，锚索支护的自动化和智能化的实现提供了参考依据。

关键词

煤矿巷道掘进 / 锚索自动输送装置 / 工作空间 / 虚拟样机 / 粒子群算法