潜孔钻机作为矿山深孔凿岩的主体开采装备,普遍使用的是人工装卸钻杆或者推进器上配置钻杆库。前者劳动强度大,生产效率低下,且存在很大的安全隐患;后者只适用于小直径钻杆,钻孔数量无法满足大直径深孔要求。基于此,介绍一种五轴液压机械手的结构及设计原理,成功搭载于潜孔钻机,解决了传统潜孔钻机接卸杆依靠人工、钻杆数量受限等技术难题,并进行现场应用,实现了采场全过程无人作业。

在大直径深孔钻机凿岩作业过程中,钻杆联接与拆卸是一个非常重要的环节,传统钻机的接卸杆以人工为主,劳动强度大、安全风险高、作业效率低。设计了一种高效、稳定的自动接卸钻杆液压机械手,以实现钻杆的自动抓取、转运和放置,提高作业效率,降低人力成本,增强作业安全性。通过对自动接卸钻杆过程的分析,明确了机械手的功能需求和运动特点,设计了机械手的整体结构,包括滑台、关节臂和夹爪等关键部件,并进行了优化和仿真分析,提出了基于双阀芯电液数字阀控制技术的5自由度液压机械手设计方法,有效验证了该方法的可行性。生产实践表明所设计的液压机械手具有良好的抓取性能、运动性能和稳定性,可准确、快速地抓取、转运和放置钻杆,能够满足大直径深孔钻机凿岩作业自动接卸钻杆的需求。该机械手在大直径深孔凿岩作业中具有广泛的...

以5自由度关节型液压机械手为控制对象,阐述液压机械手的电液伺服阀控系统的结构组成及原理。研究电液伺服系统的闭环控制系统,计算液压机械手的电液伺服系统传递函数,并在MATLAB平台下绘制bode图来验证系统的动态稳定性,有针对性地提出电液伺服系统性能优化方案。同时,针对机械手液压驱动系统的电液伺服阀位置闭环控制系统,在AMESim平台下建立阀控非对称液压缸的液压机械系统模型,在Simulink平台下建立PID控制系统模型,通过AMESim/Simulink进行联合仿真分析,解决了电液伺服控制系统在AMESim平台下难以建模的问题,系统响应速度明显加快。

将沿空留巷工艺与充填开采工艺相结合,能够实现无煤柱开采资源最大化回收、地表均匀移动变形控制。为了提高固体充填开采工作面沿充留巷作业效率,减轻劳动作业强度,提出一种沿固体充填工作面后方充填体边缘留巷的机械化方法。研究了机械式挡矸架模、模块化循环前移的护顶留巷工艺方法,并研制了机械化沿充留巷装备,包括高低可调挡矸液压模板、轨道式随架前移平台、关节式液压机械手装置。采用ADAMS进行机械手运动仿真,得到机械手末端点运动的位移和速度曲线,证明其结构参数设计的合理性。采用ANSYS对挡矸模板结构抗压能力,结果显示1MPa载荷下,整体结构变形较小,具有一定抗压能力。仿真结果可为后续研究提供参考借鉴。

机械手是当今社会发展的智能化设备,由于受到设计水平的限制,控制精度达不到期望的要求,能量消耗也较为严重。为解决此类问题,详细分析了单伺服阀和双伺服阀液压驱动系统,根据运动学原理推导出活塞驱动力和能量消耗方程式,并优化了能量消耗。采用粒子群优化(PSO)算法PID控制器,并且通过冗余液压机械手末端执行器进行仿真验证。双伺服阀明显优于单伺服阀,在驱动冗余液压机械手末端执行器时,不仅追踪误差较小,而且能量消耗较少。因此,双伺服阀驱动冗余液压机械手末端执行器能够更好地满足设计者的要求。

提出一种用于化纤软材料的新型喂粕机液压机械手结构方案,并对该液压机械手进行了三维设计。采用有限元方法,对料笼翻转过程中核心部件——翻转齿轮进行了强度分析。得到了轮齿内侧最大应力点位置及数值,分析结果表明：最大应力在规定范围之内,各项数据均符合要求。并在此基础上对翻转齿轮进行了进一步优化,为喂粕机液压机械手的开发提供了理论依据,实践表明,此喂粕机液压机械手运行效果良好。

为了改善内陆河流船舶通行坝区的能力和效率，对国内外的垂直升船机进行了研究，分析了垂直升船机的现有技术，提出了全新的液压升船机的设计方法，采用液压机械手原理，有效地突破了液压油缸有限行程无法完成大高度升降、长距离运行的技术难题；采用液压调速控制，改善了系统低速性能，实现了大范围内无级调速；采用动态驱动解析冗余容错技术，实现了局部故障下的自恢复功能，提高了设备运行的安全性；运用液压同步性能的优势，消除了电气拖动多吊点易偏载的缺陷．

针对液压机械手流量和压力分配以及负载变化，对流量的影响问题进行了深入地研究，提出了一种节能控制的方法——负载敏感控制。阐述了负载敏感液压系统的构成和工作原理，建立了负载敏感多路阀、负载敏感泵和机械手液压系统的AMESim模型。通过对系统的仿真研究证明，机械手在连续轨迹动作时，5个回路之间的流量不受影响，同时也不受负载变化的影响；系统压力和回路中最大压力的压差保持不变，且系统有明显的节能作用。

介绍了基于液压机械手的自动浇灌装置的系统结构、工作过程，完成了液压系统、PLC控制系统的设计，编写了FXlN一24MT可编程控制器下的控制程序。该绿化带自动浇灌装置以PLC为控制核心，采用液压缸、步进电机和洒水喷头为主要执行元件，保证了设备的可靠性和灵活性。

通过对原有液压机械手的电液比例压力控制与位置伺服控制的改造在使用S7-200(CPU 214)可编程控制器(PLC)进行开关量控制的基础上继续以PLC为核心组成控制系统实现对模拟量的开环和闭环控制.经实际使用后各方面的控制指标均满足要求取得了良好的效果.