許 可,李東明

(湖南有色重型機器有限責任公司， 湖南 長沙 410205)

中深孔全液壓鑿巖臺車智能控制技術的探析*

許 可,李東明

(湖南有色重型機器有限責任公司， 湖南 長沙 410205)

根據(jù)當今地下礦山的發(fā)展現(xiàn)狀，結合現(xiàn)代化的智能技術，闡述了智能中深孔全液壓鑿巖臺車的基本原理，以及智能中深孔全液壓鑿巖臺車的一些重要智能控制技術，從而為地下礦山智能化和數(shù)字化提供基礎。

智能中深孔；鑿巖臺車；全液壓；智能控制

在經(jīng)濟發(fā)展與科技進步的影響下，國際采礦裝置業(yè)已步入智能化，國際地下采礦的趨勢是智能化、網(wǎng)絡化、數(shù)字化，國外一些先進的礦山企業(yè)已在實際的采礦生產(chǎn)當中實現(xiàn)了智能化和數(shù)字化，智能化和數(shù)字化礦山開采具備環(huán)保、節(jié)能、高效、安全等特點，而礦山的智能化、網(wǎng)絡化、數(shù)字化作業(yè)務必配備智能礦山裝置。

1 智能中深孔全液壓鑿巖臺車的基本原理

作為一種無人操作、高度智能化、自主鑿巖、自主定位、自主行走的鉆機,智能中深孔全液壓鑿巖臺車可以滿足井下中深孔鉆孔的全自動化。鉸接輪行走底盤為承載體，其借助靜液壓傳動系統(tǒng)，基于智能導航系統(tǒng)、裝置環(huán)境感知系統(tǒng)、井下定位系統(tǒng)的引導，能夠根據(jù)要求的軌跡自動化行駛在礦山巷道里；通過精度較高的布孔定位控制程序對變位機構與臺車機體按指令定位炮孔；通過液壓鑿巖智能控制系統(tǒng)對液壓鑿巖機進行控制，從而實現(xiàn)最為理想的鑿巖；全自動鉆桿庫的配備有著多鉆桿的輸送以及自動化存儲能力，能夠實現(xiàn)中深孔接桿鑿巖的實際要求；通過收集環(huán)境參數(shù)、鑿巖礦石信息，鑿巖臺車信息采集系統(tǒng)提供一系列的基礎數(shù)據(jù)為分析和處理車載計算機服務，且借助井下無線網(wǎng)向地面控制系統(tǒng)傳輸，結合地下金屬礦智能開采的需要對有關的數(shù)據(jù)進行處理，并分類儲存、處理和顯示，為優(yōu)化爆破參數(shù)和其它決策提供根據(jù)。

作為智能采礦系統(tǒng)的重要工作環(huán)節(jié)，智能中深孔全液壓鑿巖臺車通過裝置智能控制系統(tǒng)體現(xiàn)智能接卸桿、智能鑿巖、智能定位以及智能行走等智能化控制作用。其運行在智能采礦系統(tǒng)的情況下，臺車借助井下無線網(wǎng)對有關的環(huán)境信息與中央控制室的指令進行接收，然后自主運行，然而在智能定位以及智能行走的情況下，要求井下導航定位系統(tǒng)提供地理位置信息。為此，將導航接收以及無線通訊模塊配備在智能中深孔全液壓鑿巖臺車上，從而解決智能采礦系統(tǒng)地理位置信息以及通訊的問題。

2 智能控制技術

2.1 液壓鑿巖智能控制技術

在進行液壓鑿巖的時候，推進力、回轉速度和壓力、沖擊頻率和壓力等都是制約鑿巖效率的關鍵性指標，異樣的巖石狀況要求異樣的動作參數(shù)，這樣才可以實現(xiàn)最為理想的鑿巖成效。從理論上講，在軟質巖層鑿巖的情況下，借助快轉、低能、高頻的手段能夠實現(xiàn)較為理想的成效，而在硬質巖層鑿巖的情況下，借助慢轉、高能、低頻的手段能夠實現(xiàn)較為理想的成效。一個最為理想的軸推力會形成于一系列巖層的鑿巖過程中，這樣能夠保障在巖面與鉆頭之間傳遞應力波，以及確保鉆頭不會太早地磨損。以上的推進力、回轉速度和壓力、沖擊頻率和壓力等一系列的指標都會直接性地制約鑿巖效率，一系列的指標間也存在匹配的需要。為此，組合匹配一系列的指標能夠確保最理想鑿巖效率的實現(xiàn)。

除沖擊頻率之外，智能中深孔全液壓鑿巖臺車的其它指標都是通過車載計算機借助電液比例控制技術實施無級調節(jié)，借助對出現(xiàn)卡桿的頻率與穿孔鑿巖的速度評價調節(jié)的成效，實施動態(tài)性地調整，進而實現(xiàn)最為理想的鑿巖效率。車載計算機劃分成為以下2種情形進行智能化控制。

在明確巖石狀況的條件下，對內置的專家系統(tǒng)以及數(shù)學模型進行調用，以及對一系列的鑿巖指標進行自動化調節(jié)，實現(xiàn)最為理想的鑿巖成效。因為借助實驗創(chuàng)建的專家數(shù)據(jù)庫非常有限，根據(jù)異樣巖石狀況的數(shù)據(jù)應當在鑿巖的過程中進行完善。為此，專家數(shù)據(jù)庫有著能夠不間斷更新與完善的能力，通過以上的鑿巖成效進行自主評價和分析，持續(xù)歸納且對一系列獨特巖石狀況下最為理想的控制數(shù)據(jù)進行記錄，確保臺車可以持續(xù)地累積經(jīng)驗，從而使評判的時間減少。

在不明確的巖石狀況下，對鑿巖效率實施自主評判與研究，從而實現(xiàn)最為理想的鑿巖指標。因此，臺車推進壓力、回轉速度和壓力、沖擊壓力等關鍵性的鑿巖指標都有著比較大的變幅，在不明確的巖石狀況下運行的過程中，通過車載計算機將指令發(fā)出，組合改變一系列的指標和匹配聯(lián)系，且對鑿巖的成效進行檢測和跟蹤，在實現(xiàn)最為理想的鑿巖指標之后，自主性地回歸且選用最為理想的匹配方程與鑿巖指標。

2.2 智能鉆桿技術

基于中深孔接桿鉆進的實際需要，中深孔鑿巖自動化鉆桿得以實現(xiàn)的必要設備是鉆桿庫的隨機設置。為了實現(xiàn)24 m的鉆深目標，借助16根1.525 m的快換鉆桿，通過有機材料制作成為有著自夾緊作用的盤式鉆桿庫，通過液壓油缸驅動鉆桿庫進行逆時針以及順時針的雙向步進送桿，在鉆桿庫上通過推進器的機械手實施抓取鉆桿的策略。

液壓驅動應用于機械手與鉆桿庫，具備位置傳感器，通過車載計算機控制根據(jù)需要對一系列的動作進行完成。車載計算機可以對鉆桿庫的實際工作現(xiàn)狀進行及時性的監(jiān)測，以及鑿巖時接卸鉆桿的自動化工作，并對危險的情況進行判斷，智能研究運動干涉等。并且，鉆桿庫姿態(tài)數(shù)據(jù)能夠借助網(wǎng)絡向控制中心傳輸，將鉆桿庫的姿態(tài)及時性地顯示在虛擬模型中。

2.3 軟特性智能防卡桿技術

地下中深孔鑿巖經(jīng)常碰到卡桿的問題，因此，對先進性的軟特性智能防卡桿控制系統(tǒng)進行探究,將液壓鑿巖機回轉扭矩及時檢測作為斷定標準，對液壓鑿巖機的推進以及沖擊壓力進行調節(jié)，確保鑿巖機扭矩向正常值回歸，進而防止惡性增加扭矩而出現(xiàn)卡桿的問題。

智能控制技術的中心環(huán)節(jié)是如何結合改變的回轉扭矩進而通過最為理想的動作曲線不間斷地對推進以及沖擊壓力進行調節(jié)。在試驗以及液壓鑿巖防卡桿機理分析的基礎上，創(chuàng)建科學的防卡桿動作方程以及數(shù)學模型，通過車載計算機借助比例控制技術不間斷地調節(jié)防卡桿過程。借助智能研究程序對是否出現(xiàn)卡桿的情況進行斷定，且結合出現(xiàn)卡桿的頻率與強度自主地對動作力度以及處理策略進行決定，有效地減少卡桿故障所影響的鑿巖效率。

2.4 智能定位炮孔的技術

通過人工離線或智能采礦系統(tǒng)在精度較高的三維數(shù)字地圖中編制炮孔的位置，能夠借助變位機構與臺車的姿態(tài)以及臺車的位置的控制來確切地定位炮孔。其中，通過車載激光接收器對臺車的位置進行感知；變位機構姿態(tài)的組成部分是上下頂撐、補償、回轉、平移、仰俯；臺車姿態(tài)涵蓋高程信息、橫向角度，縱向角度。變位機構與臺車車體的數(shù)字化模型的創(chuàng)建能夠給定位預判帶來計算基礎。在臺車向鑿巖位置接近的情況下，通過車載計算機提前計算且指引臺車到達炮孔組要求的臺車區(qū)域，然后借助閉環(huán)系統(tǒng)對液壓閥實現(xiàn)變位機構空間的定位進行控制。

2.5 激光導航的智能行走控制技術

激光導航系統(tǒng)照射通過地下采場精度較高的三維數(shù)字地圖的臺車智能行走控制系統(tǒng)，結合中央控制室發(fā)出目標指令，通過車載計算機結合三維數(shù)字地圖對路徑實施規(guī)劃，自主向目標區(qū)域行駛。

該系統(tǒng)借助車載激光接收器的設置對臺車的縱向以及橫向偏差進行感知，通過車載計算機計算糾偏要求的控制信號，由PLC放大之后將PWM電流輸出且朝控制電液比例閥轉向，這樣能夠逐步地降低臺車工作的偏差。這個控制過程屬于非靜止性和不間斷調節(jié)過程，務必分析控制系統(tǒng)的非靜止性特點，進而在超調量與時間調整上獲取最為理想的平衡點。因為臺車的重點工況并非行走工況，臺車緩慢地工作，為此，借助電液比例閥能夠實現(xiàn)控制系統(tǒng)的非靜止性需要，而不需要借助電液伺服閥。

借助閉式靜液壓傳動而行走的臺車通過車載計算機對臺車的閉式系統(tǒng)壓力和縱向傾角等進行采集，結合規(guī)劃路徑的行駛要素，發(fā)動機轉速或者是馬達排量來調節(jié)臺車的速度。

將多個距離傳感器布置在臺車的周圍，對臺車處于的巷道橫向距離進行及時性地感知，這有利于臺車行駛安全性的提高。在照射激光的范圍駛出臺車的情況下，能夠提供位置以方便臺車的歸位。

3 結 語

綜上所述，在科技持續(xù)發(fā)展的影響下，大大地解放了各個領域的勞動力，礦山開采發(fā)展的趨勢是無人化與智能化，這從本質上影響了智能中深孔全液壓鑿巖臺車的發(fā)展前景，本文對中深孔全液壓鑿巖臺車的智能控制技術進行了探析，包括液壓鑿巖智能控制技術、智能鉆桿庫技術、智能定位炮孔技術、激光導航的智能行走控制技術，分析了其智能化的機理，為其更好的應用于礦山提供基礎。

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"十二五"國家高技術研究發(fā)展技術(863計劃)項目.

2015￣04￣18)

許 可(1982-)，女，湖南長沙人，工程師，主要從事機械結構及自動化控制方向的研究,Email:13890299@qq.com。