采煤機(jī)采區(qū)絕對(duì)定位定姿技術(shù)研究.pdf

1、隨著煤礦單產(chǎn)規(guī)模越來(lái)越大，開(kāi)采效率需要迫切提高。隨著煤礦的開(kāi)采環(huán)境越來(lái)越惡劣，安全生產(chǎn)的壓力也逐步增大。為解決目前存在的問(wèn)題，煤層無(wú)人自動(dòng)化采掘，尤其是深部煤層的無(wú)人自動(dòng)化采掘?qū)⒊蔀槲覈?guó)煤炭行業(yè)發(fā)展的必由之路。采煤機(jī)是工作面綜采核心裝備之一，承擔(dān)著落煤、破煤和裝煤的任務(wù)，液壓支架與刮板運(yùn)輸機(jī)以采煤機(jī)為中心工作，并為其提供運(yùn)行軌道及作業(yè)空間。對(duì)于實(shí)現(xiàn)“三機(jī)”之間的協(xié)同自動(dòng)控制，以及采煤機(jī)滾筒的自動(dòng)調(diào)高，工作面液壓支架自動(dòng)調(diào)直，采煤機(jī)采區(qū)絕

2、對(duì)三維定位定姿技術(shù)至關(guān)重要。
　　本文根據(jù)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航的基本理論，結(jié)合軸編碼器與航位推算原理，提出了基于捷聯(lián)慣導(dǎo)與軸編碼器組合的采煤機(jī)采區(qū)絕對(duì)定位定姿技術(shù)方案，推導(dǎo)了用于慣性導(dǎo)航與軸編碼器組合的采煤機(jī)定位定姿基本方程，研究了用于坐標(biāo)系之間變換的方法，給出了捷聯(lián)矩陣的修正解算和初始對(duì)準(zhǔn)的方法。為使用捷聯(lián)慣性導(dǎo)航進(jìn)行采煤機(jī)采區(qū)絕對(duì)定位定姿提供了理論的基礎(chǔ)。
　　本文介紹了基于光纖慣導(dǎo)、ARM微處理器和軸編碼器研發(fā)的采煤機(jī)絕對(duì)定位

3、定姿裝置（SAPAS:Shearer Absolute Positioning and Attitude System）。通過(guò)定姿試驗(yàn)、定位試驗(yàn)以及長(zhǎng)距離定位試驗(yàn)檢驗(yàn)了SAPAS的精度，試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于姿態(tài)監(jiān)測(cè)，航向角存在漂移，誤差隨著時(shí)間不斷增大，SAPAS運(yùn)行25000s，最大誤差為3.002°，每小時(shí)航向角漂移量為0.432°。俯仰角與橫滾角的誤差不隨時(shí)間漂移，且精度較高，SAPAS運(yùn)行25000s，俯仰角的最大誤差為0.017

4、°，橫滾角最大誤差為0.045°。該姿態(tài)精度可滿足采煤機(jī)工作面工況要求。對(duì)于定位精度，利用采煤機(jī)定位試驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)三維軌跡捕捉儀測(cè)得軌跡與SAPAS測(cè)得軌跡對(duì)比得到，東方向最大誤差為0.15m，一般在0.05m以內(nèi)，北方向的最大誤差為0.02m，一般在0.01m以內(nèi)，天方向的誤差在0.01m以內(nèi)。利用采煤機(jī)定位長(zhǎng)距離定位試驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)SAPAS測(cè)得軌跡與全站儀測(cè)得載體平臺(tái)實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)比得到，載體平臺(tái)東西向運(yùn)行100m，SAPAS在北方

5、向的最大誤差為4.62m，相對(duì)誤差呈穩(wěn)定趨勢(shì)，其值約為4.5cm/m。天方向的最大誤差為0.75m，相對(duì)誤差約為0.7cm/m。
　　為了抑制慣性定位誤差的漂移，推導(dǎo)了SAPAS的誤差方程，得出了采煤機(jī)定位誤差與SAPAS測(cè)量誤差以及SAPAS安裝偏差之間的關(guān)系。分析了SAPAS誤差源，介紹了基于Allan Variance的慣性器件的隨機(jī)誤差建模技術(shù)，為慣性器件誤差補(bǔ)償提供理論依據(jù)。最后在分析采煤機(jī)定位試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合采煤機(jī)定位誤