煤矿机械掘进机三维动画仿真演示

矿用纵轴式掘进机截割头结构力学分析
段晶晶
【期刊名称】《机械管理开发》
【年(卷),期】2024(39)1
【摘要】以EBZ150A型纵轴式掘进机为研究对象,介绍一种掘进机截割头结构力学仿真分析方法。

利用三维机械设计软件SolidWorks构建截割头三维几何模型,通过有限元分析软件ANSYS分析不同岩石条件下截割头结构变化,确认不同载荷条件对截割头结构的影响,进而通过工程应用验证截割头结构力学仿真分析方法的应用价值,旨在为后续矿用纵轴式掘进机截割头结构优化设计提供方法参考。

【总页数】3页(P38-40)
【作者】段晶晶
【作者单位】霍州煤电集团辛置煤矿
【正文语种】中文
【中图分类】TD421.5
【相关文献】
1.煤矿用悬臂式纵轴掘进机截割头截齿布置研究
2.纵轴式掘进机截割头运动参数对截割载荷的影响分析
3.纵轴式掘进机截割头截齿工作角度选择及加工分析
4.纵轴式掘进机截割头载荷影响因素的仿真分析
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文章编号：2095-6835（2023）24-0158-04基于Unity3D的掘进机数字化培训系统设计高志广，吴海生，傅健（三一重型装备有限公司，辽宁沈阳110027）摘要：新入职的服务工程师不能短时间内深入掌握掘进机的产品知识，培训过程中使用的讲解文档和PPT课件不能直观展现掘进机结构和原理。

基于此，从服务工程师的实际需求出发，设计基于Unity3D的掘进机数字化培训系统。

该系统以Unity3D开发引擎为开发平台，运用C#脚本语言和UI（软件界面）框架设计，对掘进机数字化培训系统进行开发，展示了掘进机的结构、工作原理、维修换件的拆卸和安装过程。

通过该系统，服务工程师可以进行交互式操作，更深刻理解产品，更容易掌握产品的结构和原理，便于提高服务工程师的服务水平。

关键词：Unity3D；掘进机；数字化；培训系统中图分类号：TP391.9文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.24.0472019年1月，工业和信息化部提出，到2025年中国虚拟现实产业在整体实力上要进入全球前列，并明确了6项主要任务，鼓励虚拟现实技术与制造业的融合[1]。

与传统培训内容对比发现，数字化培训系统可以将乏味的理论教学转变为图像和视频展示，同时可以进行交互式操作，直观还原真实的产品操作，形成体验式教学。

掘进机长期处于地质条件恶劣工况环境中，产生的故障类型多种多样，一旦发生故障会导致机器停机维修，耽误的时间越长，企业损失的利益越大。

所以要求服务工程师深刻理解产品结构和原理以及维修换件的操作，能够在最短的时间内找到故障点并解决。

因此，对服务工程师展开有针对性的数字化培训尤为重要。

将Unity3D开发引擎作为开发平台，实现掘进机数字化培训系统的开发，通过虚拟操作、结构展示、工作原理、保养、维修拆装等模块的设置，为使用者搭建实时交互的虚拟操作环境。

该培训系统模拟掘进机运行过程中的各种状态，不同的操作触发不同的反馈，使用者可以在该系统中了解掘进机的各项功能，快速掌握掘进机的相关重要知识。

技术协议书采煤工程教学培训仿真系统软件设计思想（一）设计思想1、本项目的研制思想是以采煤工程各工种的国家职业标准与采煤工程专业教学大纲为依据，以各相关煤炭企业集团公司的职业技能培训与鉴定大纲为基础；以技能训练和课程教学中的难点、重点，特别是实物教学难以完成的培训内容与实训项目的设备研制为重点，通过使用多媒体仿真技术、智能技术、传感技术、网络技术、通信技术、自动控制技术等，研制开放式的网上采煤工程教学与培训仿真系统，使得采煤工程职业技能实训基地的建设处于全国领先地位。

2、本项目的研制目标是：充分利用最新的信息技术，设计基于C/S（客户机服务器模式，以下相同）与B/S（浏览器服务器模式，以下相同）模式的采煤工程教学培训仿真系统各子系统与各模块，研发采煤工种相关培训与仿真实训装备，实现采煤工培训信息的数字化、可视化与仿真。

通过本系统的研究，达到以下研制目的实现四个服务，即：对煤田：完善煤炭机械、煤炭开采方法、通风与安全和矿山供电等四个专业的教学与采煤各工种培训与技能实训的各环节，提高培训与鉴定质量，满足煤田、企业的发展对人才培养的需要。

对行业：探索以理论知识的可视化，形象化，结合实训装备的自动化、信息化改革带动采煤技工人才培养的新思路，推动行业技能型人才培养在教学与培训内容、实训手段、培训模式上的现代化改革，为提高教学与培训工作的质量，培养更多高技能、创新型人才服务。

对学校：从优化教学与训练环节方面大力推动骨干专业实训基地的现代化与信息化建设，提升学校的地位，扩大学院在行业中的影响，使学校在人才培训市场的竞争中处于有利地位。

对专业课程：提高采煤工程专业教学内容与教学现代化的水平，锻炼师资队伍，加强学科建设，满足技能型人才特别是高技能人才培养对专业知识掌握与学科建设的需要。

（二）设计研制原则1、职业性原则(1)能满足采煤相关工种国家职业标准与采煤工程专业教学大纲的要求，面向煤田，为作业区培养合格的各类技能型人才。

《矿山3D虚拟及动画仿真教学系统》一、系统概述系统主界面示意图系统模型以单水平开采模式和斜井开拓方式为矿井原型。

在模型中，地面各个职能部室，井下巷道的开拓形式、已经采掘完的工作面、正在采掘的工作面以及准备采掘的工作面等内容。

将会详细的讲解矿井地面办公楼、职工生活区、选煤厂等地面工业广场及主井、副井、井下开拓巷道以及井下各种巷道、采掘工作面布置情况，将煤矿生产的采煤、掘进、机电、运输、通风、排水等系统通过实景仿真互动以虚拟仿真技术搭建还原一个真实的虚拟煤矿，学习者以第一人和第三人称的视角在矿井中进行自主漫游，并且可以来回切换。

当漫游到巷道或者工作面后，可以即时学习该工作的工艺、原理、设备等核心知识点。

虚拟矿山界面示意图将整个煤矿从地面到井下以三维形式展示给学生，可以进行自主漫游。

通过点击相应的热点进行相应的学习，通过二维动画的形式将原理和工艺展示出来。

系统结合学院学生的特点，将游戏的元素引进系统中，在巷道中漫游通过键盘和鼠标的同时操作，寻找自己需要学习的知识点。

各个专业可以通过小地图很快进入到自己专业的学习模块，操作方便，有效的提高学习兴趣和学习效率。

主要生产系统示意图系统可以宏观的看到井下各个生产系统：通风系统、运输系统、给排水系统以及各个生产环节所使用设备的运行。

将从宏观到细节对煤矿生产的各个环节进行逐一展示，使学习者能由浅入深的学习煤矿安全生产的采煤、掘进、运输、通风、机电等相关知识内容，知识内容覆盖全面，讲解形象生动。

井上部分:1、地面及地质概述：构建三维虚拟矿山场景，井田位置，采用电子地图的方式显示矿区具体位置，可对井田进行立体观察、学习。

其中包括矿图中描述的各个技术细节：采煤边界、煤层走向、煤层布置情况、周围的山脉、河流、铁路等设施对采煤生产的影响等。

2．工业广场：矿井工业广场的规划，可对矿区进行漫游，通过鼠标和键盘可以转换第一人称和第三人称视角，如同置身矿区，身临其境，将矿井地面办公楼、职工生活区、选煤厂等井上建筑还原出来。

龙源期刊网 EBH35型掘进机截割断面自动成形仿真研究作者：牟德森宋德朝来源：《中国机械》2013年第02期摘要：以EBH35型横轴式掘进机为研究对象，建立了截割头相对于车体运动的数学模型，并应用matlab软件模拟了截割头中心点的极限运动范围，为掘进机自动截割成行断面规划提供基础，然后以截割矩形断面为例，运用matlab软件模拟了断面自动截割的过程，为之后建立EBH35型掘进机自动截割成形控制系统奠定了理论基础。

关键词：横轴式掘进机；断面自动成形；matlab仿真1、前言悬臂式掘进机已被广泛地用于煤矿巷道工程，目前掘进机的操作大多仍然是手动操作，由于巷道掘进工作条件复杂艰苦，目视观测条件差，存在超挖和欠挖现象，超挖会带来巷道支护和回填工作量的增大，造成不必要的浪费，使得巷道施工成本大大增加；欠挖会造成二次修正，降低掘进机掘进速度。

因此，掘进断面成形几何形状实时检测和自动控制是悬臂式掘进机的发展方向。

本文以EBH35型掘进机为研究对象，主要研究截割头运动位置与掘进机工作臂关节摆角之间正反向的数学关系，为掘进机断面自动成形奠定理论基础。

2、EBH35型掘进机运动学分析掘进机运动学分析描述的是掘进机工作连杆转动角度及掘进机车体的位姿与掘进机截割头所截巷道断面关系，将工作臂的转动角度及车体的位姿参数与截割头的运动轨迹联系起来，进而建立起截割头运动轨迹与关节转动角度及车体位姿参数之间关系的数学模型。

为掘进机截割头定位，掘进巷道轮廓监测以及运动控制提供分析的理论基础。

2.1 EBH35型掘进机工作机构结构介绍EBH35型掘进机工作装置由截割头、小臂、大臂及回转头组成。

在进行截割工作时截割头液压缸及小臂液压缸处于完全收缩状态，工作臂在大臂液压缸的带动下做上下截割运动，在回转液压缸的带动下做左右截割运动。

由液压马达驱动的截割头在工作臂的带动下亦能够上下左右运动，进而截割出所需断面形状。

2.2 EBH35型掘进机工作机构坐标系统建立。

煤矿开采中机械自动化技术的应用及发展煤矿开采是我国重要的能源产业，但也是一项危险和艰苦的工作。

为了提高开采效率和减少人员伤亡率，煤矿开采中机械自动化技术应运而生。

自动化技术除了能够提高生产效率，还可以减少人员对危险环境的暴露，以及降低矿工的劳动强度。

1、煤矿掘进机械煤矿掘进机械是自动化技术最广泛应用的领域之一。

常见的煤矿掘进机械有隧道掘进机、桥式掘进机、盾构机等，这些机械具有高效、安全、节能的特点，能够有效地进行煤矿掘进、支护、维护等工作。

煤矿输送机械主要包括皮带输送机、升降机、斗式提升机等。

机电一体化技术的应用使得煤矿输送机械具有自动化、连续、高效的特点，可以在煤矿内部进行物料的输送和负载，从而提高工作效率和生产安全性。

3、煤矿采掘自动化煤矿采掘自动化目前正在发展中，包括矿面自动化技术、无人值守采煤等方面，其主要用途是提高煤矿开采效率、降低人员伤亡率、降低噪声和粉尘污染等。

机械自动化技术在煤矿开采中得到了广泛应用，随着这一领域的不断发展和进步，煤矿机械自动化技术也不断创新和完善。

未来的机械自动化技术主要有以下几个方向：1、智能化随着机械自动化技术的不断发展，其应用领域不断扩展，但在使用过程中也面临着未知的情况和问题。

因此，需要将机械自动化技术应用于智能机械，提高其控制能力和适应能力，从而实现更高效、更安全、更智能的煤矿开采。

2、远程控制煤矿采掘中机械自动化技术的远程控制技术也在不断发展和创新。

采用遥控技术可以避免矿工直接进入煤矿井下，减少人员伤亡率和矿山安全事故的发生。

3、数字化数字化技术在煤矿机械自动化技术中运用广泛，可以实现监测、控制、优化生产等多种功能。

数字化技术的应用，不仅可以提高效率和减少人员伤亡率，还能实现向智能煤矿的转型。

总之，煤矿开采中机械自动化技术在工业领域里具有重要的地位，可以提高煤矿采掘效率和安全性。

机械自动化技术的不断创新和发展，在未来的煤矿采掘行业中将扮演着更加重要的角色。

煤矿综掘工作面掘进机组合定位导航技术研究摘要：掘进机是煤矿井下综掘工作面的关键采掘设备，承担煤岩截割、转运等重要工作。

目前，掘进机以人工操作、远程控制为主，利用激光指向仪确认掘进方向。

因此，实现掘进机自主导航定位是提高掘进效率、实现综掘工作面智能化、少人化的关键技术之一。

掘进机导航技术的发展面临的核心问题是环境恶劣、运动方式特殊、工况特殊、定位难度大。

目前，掘进机导航技术主要有光电导航及位姿监测，如基于全站仪、激光指向仪的导航与定位；惯性导航技术，即利用陀螺仪监测掘进机角速率、偏航角、姿态角，利用误差补偿技术对测量偏差进行补偿和修正；组合导航技术，即将光电导航、惯性导航技术进行有机融合，实现掘进机更精度的导航定位。

关键词：煤矿综掘工作面；掘进机组合；定位导航技术引言掘进机是煤矿井下巷道掘进的核心装备，其运行的稳定性和可靠性直接决定了井下巷道的掘进效率和成型质量，目前掘进机多采用惯性导航的方式来确定在井下的位置和姿态，为掘进机的掘进作业提供定向掘进控制参数。

但由于煤矿井下的地质条件较为复杂，在实际应用中惯性导航的信号连续性较差，其定位的精度为±75mm，难以满足巷道掘进的精度需求，需要频繁地对巷道进行二次截割修正，严重影响了井下巷道的掘进效率和安全性。

新的掘进机智能导航及定向掘进安全控制技术，以单目视觉测量为核心，以井下激光指向仪为基础解决了井下定向特征获取难的问题，实现了对掘进机掘进过程中的精确姿态测量和定位。

根据实际应用表明，该控制系统能够将掘进机的姿态角测量误差控制在±0.28°以内，将掘进机的掘进定位精度控制在±20mm以内，对于提升掘进机的掘进精度和巷道成型质量具有十分重要的意义。

1煤矿巷道掘进施工及注意事项现阶段，我国在煤矿领域广泛应用综合机械化掘进和掘锚一体化掘进方式进行煤矿巷道掘进工作。

掘锚一体化掘进方式的优势较为明显，其掘进效率为所有技术中最快的，但其安全性无法保障，必须选用适宜的锚杆支护技术保障施工人员的生命安全。

煤矿井下综合机械化掘进系统智能化建设摘要：随着社会发展，煤矿相关行业也逐渐向技术密集型产业靠拢。

利用智能化技术对煤矿进行开采能够最大程度提升生产效率，并且对井下的作业人员数量加以控制。

煤矿企业未来发展规划必须重视智能化煤矿建设，展开高效的开拓设计，增强地质保障，确保决策智能化、传输数字化、操作自动化的目标达成。

利用信息技术，构建全覆盖的智能化综合机械化掘进系统，统一制定煤矿技术标准规范制度，从实质上升级煤矿智能系统技术相关配套设备，实现多系统的协同操作。

构建科学合理的煤矿工业体系，必须在立足于智慧煤矿建设的基础上，形成采煤矿区的多产业链条，推动煤矿智能化系统深入建设。

关键词：煤矿；综合机械化；掘进系统；智能化建设引言中国大多数煤矿需要在地下开采，开采过程中需要掘进大量巷道。

在煤矿巷道掘进时，不仅要考虑掘进的效率，还要考虑掘进的安全性。

由于煤矿巷道掘进过程中需要面对未知的地质条件，施工过程中很容易引发一些地质灾害，例如冲击地压、煤与瓦斯突出等。

随着中国煤矿进入到深部开采时代，煤矿巷道掘进过程中各种地质灾害发生的可能性大大增加。

为了减少对地下岩体的扰动，应该采用机械化掘进工艺。

然而，在机械化掘进工艺应用过程中，面临着许多不利的情况，例如设备的适用性差、掘进的效率低等。

因此，需要认识到巷道机械化掘进工艺的特点。

本文从煤矿巷道机械化掘进工艺的主要设备入手，重点探讨该项工艺存在的问题及优化措施。

1煤矿井下综合机械化掘进系统的智能化技术在对综合机械化掘进系统进行智能化建设的过程中，需要多方面的技术与此相配，才能不断完善该系统。

因此，对智能化技术进行分类有重要意义，下文从几个方面对智能化技术进行了逐一分析。

首先，煤矿井下综合机械化掘进系统中会使用单机智能控制技术，而该技术中主要包括无线通信系统、人机交互系统、无线遥感系统等等。

在综合机械化掘进系统中使用单机智能控制技术可以使各个设备之间能够进行协同工作，而且该系统还可以事先对工作流程进行设定，从而使工作人员运用计算机就能够对各种设备进行控制。

建模分析悬臂式掘进机的液压行走系统程赟【摘要】正确地把握基于液压动力的电机动作控制,才能保障掘进机行走系统的可靠性,从而保障掘进机行走路线的准确性.介绍了悬臂式掘进机液压行走系统的基本结构,论述了悬臂式掘进机液压行走系统的基本原理,对液压行走系统的关键点进行分析建模,对掘进机液压行走系统进行仿真应用.事实证明,所建系统模型具有良好的动态适应性以及稳定性.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2012(000)005【总页数】3页(P55-56,60)【关键词】掘进机;液压控制;行走系统;建模分析【作者】程赟【作者单位】山西煤炭远销集团公司,山西太原030003【正文语种】中文【中图分类】TH211 引言矿业挖掘技术的快速发展使得矿山企业转向现代化、智能化的方向发展。

对煤矿企业来说，只有不断提高矿山巷道施工设备的精确性、智能化，才能保障矿山企业安全、高效、快速健康发展，不断提高矿山企业的市场经济效益[1]。

对于矿井的巷道挖掘工作而言，离不开悬臂式掘进机系统，它是保障施工掘进工作的主要机械动力设备。

通常，普通的悬臂式掘进机主要采用人力操作，工人劳动强度大，准确性差，很难保证矿山的生产效率和煤矿巷道挖掘工作的施工质量以及安全性。

因此，需要不断提升悬臂式掘进机系统智能化水平和行走功能的准确性，才能保障矿山巷道挖掘的效率。

由于悬臂式掘进机行走需依赖液压电机驱使履带，因此液压装置是掘进机行走及转向的主要控制机构，只有精确控制液压电机运转才能保障掘进机运动路线的准确性。

所以，在此对基于悬臂式的掘进机液压行走系统进行建模分析，这对设计智能化的掘进机系统具有重要意义。

2 悬臂式掘进机液压行走系统结构悬臂式掘进机的液压行走系统主要包含:履带支架部件、驱动轮履带部件、负重轮部件、张紧轮部件、张紧部件等。

(1)对于掘进机的行走系统来说，按照其动力能源进行划分，可分为电力驱动电机和液压驱动马达。

(2)掘进机的履带按照其部件结构可分为:整体式履带，滚子式履带两种。

1 截割头镐齿的空间排列设计与载荷分析1.1 截割头镐齿相关设计要求对于EBZ40型掘进机而言，截割头是其中非常重要的工作部件，其结构性能的优劣对掘进机的工作效率有重要影响。

在设计截割头时需要考虑的因素较多，比如煤矿采掘工艺、煤矿特征等。

好的截割头结构设计需要确保所有的截齿受力均衡。

具体而言，设计截割头时的要求包括下述几点：（1）所有的镐齿都能够均衡受力，具有较小的振动；（2）截齿磨损小，截割比能耗相对较低；（3）具有较高的工作效率，避免产生过量粉尘。

除上述要求外还需满足国家标准中明确规定的要求。

1.2 镐齿空间排列设计（1）空间位置。

对于纵向截割头而言，镐齿与齿座连接在一起，而齿座又通过焊接的方式与截割体进行固定安装。

所以，镐齿的空间排列会受到截割体和齿座的影响，其空间位置可以通过齿尖坐标以及镐齿的中心对称线表示。

其中，齿尖的三个坐标值分别为镐齿轴向距离、回转半径、齿尖与竖直方向之间的夹角。

而镐齿中心线可以通过安装角、切削角和旋转角对其进行描述。

对于EBZ40型掘进机而言，切削角取为45°。

旋转角度会受到安装区域的影响，即不同区域的旋转角会存在一定的差异，其大小控制在8°~35°范围内。

安装角对切割效率有显著影响，对于切割区的安装角度为0°，其他区域的安装角度在30°~70°范围内。

（2）截割头外形以及镐齿的分布。

将截割头形状设计成为球锥形，镐齿通常都是以螺旋线的方式分布在截割体上，目的在于方便截割煤层并将煤矿及时排出。

由于截割头为球锥形，所以镐齿的空间分布为圆锥螺旋线。

设计有30个镐齿，经过计算得到截线间距大小在60~100 mm范围内。

1.3 镐齿载荷分析掘进机在工作过程中，不是所有的镐齿都同时在工作，而是部分镐齿在截割煤层的时候另一部分镐齿处于空闲状态。

所有镐齿都是处在“截割—空闲”的交替状态，因此其受力状态也是脉冲式的。

镐齿在截割煤层时必然会受到煤层对其产生的反切屑力作用。

基于PLC的煤矿掘进机电控系统设计摘要：随着社会的发展，企业和经济水平的提高，为了进一步提高煤矿掘进系统工作能力，有效控制操作故障，在使用煤矿掘进机电控性能的同时，必须根据PLC可编程控制器使用要求，让放大器和PLC发挥最大功能。

在降低控制设备复杂程度的同时，方便维护工作顺利开展，减少故障。

关键词：PLC；煤矿掘进机；电控系统设计引言随着国民经济的快速发展，我国煤矿工业面临着新的发展机遇和挑战。

由于煤矿挖掘机的工作，供应系统为整个行业的发展做出了巨大的贡献。

随着科学技术的进步，井下供电系统得到了创造和完善，为煤矿的发展创造了安全的运行环境。

煤矿井下掘进设备选用电液一体化控制技术，它是关系矿井生产效率与安全性的关键设备。

其中，掘进机电控系统作为整个掘进设备最关键的核心构成组件，是确保设备运行安全的必要保障。

多年来，中国掘进机电控系统不断发展，已逐渐达到国际水平，为中国煤矿产业的持续发展提供了坚实保障，而积极借助新技术，探寻高效的掘进机电控系统具有重大意义。

1煤矿掘进机电控系统概述对于煤矿掘进机而言，电控系统是不可或缺的重要组成部分。

如果煤矿掘进机缺少了电控系统，不仅难以正常施工作业，也无法对煤矿巷道实施开采。

煤矿掘进机电控系统控制着煤矿掘进机各项辅助设施，负责处理煤矿掘进机实际运行中的一些问题。

所以，确保煤矿掘进机电控系统的可靠性设计具有十分重要的现实意义。

煤矿掘进机电控系统内部组建质量与工作人员的技术水平会对煤矿掘进机电控系统可靠性造成影响。

煤矿掘进机电控系统由多个不同功能的内部组件组合而成，每个组件都会对煤矿掘进机本身的电控系统运行情况产生直接影响。

所以，安装煤矿掘进机电控系统的过程中，安装人员必须严格把好质量关。

应采取定期培训的方式，提高安装人员的专业技术水平，确保煤矿掘进机电控系统的安全运行。

2PLC的煤矿掘进机电控系统设计分析2.1PLC控制电路PLC型号为FPU-C32，其处理迅速，程序的容量为32KB，能够使电控系统的有关要求得以满足，如功耗低、体积小、丰富的借口及性能高。