基于千斤顶行程驱动的液压支架支护姿态与高度解析方法

作者

庞义辉刘新华王泓博姜志刚关书方张自发王伟
单位

中煤科工开采研究院有限公司天地科技股份有限公司天地宁夏支护装备有限公司中国矿业大学（北京）能源与矿业学院开滦集团生产技术部鄂尔多斯市营盘壕煤炭有限公司陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司
摘要

针对传统采用倾角传感器与测高传感器对液压支架支护姿态、支护高度进行解算存在的诸多问题，提出了基于立柱千斤顶行程、平衡千斤顶行程驱动的液压支架支护姿态与高度解析方法。基于液压支架的骨架结构参数模型，构建了液压支架主体结构件各铰接点的位置关系方程，通过分析液压支架各部件的运动参数关联关系，得出了液压支架支护姿态与支护高度的数学表达。分别采用牛顿-拉夫逊方法、弦割法、布罗伊登法对液压支架支护姿态与高度进行数值求解，开发了基于3种方法的液压支架支护姿态与高度解析算法。通过对比分析发现，牛顿-拉夫逊方法、弦割法的求解精度不受迭代初始参数影响，而布罗伊登法的求解精度则受初始参数影响较大，且牛顿-拉夫逊方法、弦割法的解算精度、解算效率、稳定性均明显高于布罗伊登法。牛顿-拉夫逊方法、弦割法的求解精度基本相同，均能达到角度误差小于1°、高度误差小于0.1m，但牛顿-拉夫逊方法的求解效率显著高于弦割法。通过对40组骨架模型进行求解对比分析，以及多组液压支架现场实测求解对比分析，验证了基于立柱千斤顶行程、平衡千斤顶行程驱动的液压支架支护姿态与高度解析方法的可行性、稳定性与实用性，确定牛顿-拉夫逊方法作为液压支架支护姿态与高度的解析方法。
关键词

液压支架支护姿态支护高度骨架参数模型千斤顶行程
基金项目(Foundation)

国家自然科学基金青年基金项目（52004124）；国家自然科学基金面上项目（52274154）；中国煤炭科工集团科技创新创业专项资金项目（2021-MS001）；
文章目录

1 液压支架支护姿态结构参数模型
1.1 液压支架骨架参数模型
1.2 液压支架支护姿态的数学表达
1）顶梁出现“高射炮”
2）顶梁出现小幅“低头”
3）顶梁出现大幅“低头”
2 液压支架支护姿态解析方法
2.1 基于牛顿-拉夫逊方法的支护姿态解算
2.2 基于弦割法的支护姿态解算
2.3 基于布罗伊登法的支护姿态解算
3 液压支架支护姿态解析算法对比分析
4 实测验证
5 结论
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