礦山巷道多功能修復(fù)機(jī)器人設(shè)計(jì)研究

1 背景技術(shù)及應(yīng)用

需要設(shè)計(jì)一種礦山巷道多功能修復(fù)機(jī)器人，適用在如下工況：①新建礦山的工作初期需要預(yù)先開(kāi)拓用于運(yùn)輸大型采掘設(shè)備的巷道。礦山設(shè)計(jì)之初要求從經(jīng)濟(jì)效益考慮控制開(kāi)采成本，必須嚴(yán)格控制巷道尺寸大小。需要一種結(jié)構(gòu)緊湊尺寸相對(duì)較小設(shè)備，具有挖掘和破碎功能。該挖掘和破碎功能還可兼具開(kāi)挖水溝槽和水倉(cāng)等功能。②礦洞挖掘爆破后其采掘面頂板和側(cè)幫常會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)巖石，不及時(shí)將這些松動(dòng)巖石清理下來(lái)，就會(huì)有隨時(shí)脫落的危險(xiǎn)并容易砸傷施工人員，從而給生產(chǎn)作業(yè)帶來(lái)諸多安全隱患。需要該設(shè)備具有撬毛功能（具有破碎功能）。③已經(jīng)挖掘好的巷道，由于局部圍巖壓力大會(huì)造成該處巷道變形出現(xiàn)底鼓等情況；必須修復(fù)到原有巷道設(shè)計(jì)尺寸大小滿足生產(chǎn)要求，需要破除原有硬化地面和已經(jīng)支護(hù)好的側(cè)幫。要求設(shè)備具有破碎和可切斷原有失效錨桿的功能。

2 設(shè)計(jì)原則

適用于各類型金屬礦山巷道掘進(jìn)和開(kāi)采挖掘，并克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，設(shè)計(jì)一種具有三節(jié)工作臂的多功能修復(fù)機(jī)器人符合如下設(shè)計(jì)原則：

對(duì)于高職院校建筑類專業(yè)學(xué)生而言，需要加強(qiáng)專業(yè)英語(yǔ)的學(xué)習(xí)，英語(yǔ)課程的設(shè)置與課程內(nèi)容需要更具有實(shí)踐性，通過(guò)學(xué)習(xí)專業(yè)英語(yǔ)的理論知識(shí)將其更好地運(yùn)用到日后的實(shí)際工作中，避免專業(yè)英語(yǔ)教學(xué)內(nèi)容與社會(huì)需求脫軌問(wèn)題出現(xiàn)，重構(gòu)英語(yǔ)課程模塊，為學(xué)生提供豐富知識(shí)。

（1）該三節(jié)臂可沿水平軸線±180°左右旋轉(zhuǎn)?？蓪?shí)現(xiàn)反鏟挖掘、左右側(cè)掏、裝車(chē)上料、起吊重物等各項(xiàng)動(dòng)作要求；實(shí)現(xiàn)挖掘毛水溝（水倉(cāng)）、處理底鼓、破碎巖石、清理皮帶機(jī)底部浮煤（矸石）、平整巷道及配件吊裝等多種功能。

（2）整機(jī)為模塊化設(shè)計(jì)，具有互換性。本機(jī)動(dòng)力單一能耗低，全部動(dòng)力集中在一個(gè)動(dòng)力模塊；由一個(gè)防爆電機(jī)、一聯(lián)主泵、一聯(lián)輔泵組成。液壓系統(tǒng)采用中低壓力、發(fā)熱相對(duì)較少，并配有風(fēng)冷系統(tǒng)；主要?jiǎng)幼鞑捎孟葘?dǎo)閥控制操作簡(jiǎn)便，工作平穩(wěn)無(wú)沖擊，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠性高。

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，四大跨國(guó)糧商已經(jīng)控制了中國(guó)75%以上的油脂市場(chǎng)原料與加工及食用油供應(yīng)，中國(guó)97家大型油脂企業(yè)中，跨國(guó)糧商參股控股了64家。隨著個(gè)體家庭戶從以四大跨國(guó)糧商為代表的糧油供應(yīng)中間商處購(gòu)買(mǎi)糧油產(chǎn)品量的減少和國(guó)內(nèi)精細(xì)化作業(yè)的精品糧油點(diǎn)對(duì)點(diǎn)供應(yīng)模式的發(fā)展，以四大跨國(guó)糧商為代表的糧油供應(yīng)中間商將不再對(duì)糧油供求體系形成絕對(duì)的壟斷地位，消費(fèi)者會(huì)有更多的選擇權(quán)。隨著消費(fèi)者對(duì)精品糧油的不斷了解和健康意識(shí)的不斷增強(qiáng)，以四大跨國(guó)糧商為代表的糧油供應(yīng)中間環(huán)節(jié)的壟斷地位還將進(jìn)一步受到?jīng)_擊。

（3）整機(jī)布局緊湊、制造成本低具有較高經(jīng)濟(jì)性，適用在中小型礦洞。

3 礦山巷道多功能修復(fù)機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu)及技術(shù)方案

一種具有多節(jié)工作臂的礦山巷道修復(fù)機(jī)器人如圖1所示：其包括工作臂機(jī)構(gòu)1，帶有可升降頂棚的操作臺(tái)2，保護(hù)液壓系統(tǒng)及電器元件的護(hù)板部3，電氣系統(tǒng)具有防爆功能真空饋電開(kāi)關(guān)4，帶有可存儲(chǔ)電纜卷筒的后車(chē)架5，連接后車(chē)架與本體部的螺栓6、墊片7、防松螺母8，液壓系統(tǒng)9，本體部10，兼具輔助支撐整機(jī)功能的推土鏟11。

視物模糊是由于光學(xué)系統(tǒng)受到污染，首先要判斷出污物存在的位置，才能有效排除。視野中出現(xiàn)異物有3種情況：物鏡上、目鏡上和載玻片上。（1）移動(dòng)載玻片異物不動(dòng)，說(shuō)明污物不在載玻片上；（2）轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，換上高倍鏡后，仍可觀察到，說(shuō)明污物不在物鏡上，只可能存在于目鏡上；（3）如果轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡頭，污物也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，則說(shuō)明在目鏡頭上。

研究認(rèn)為平行機(jī)理與連續(xù)-平行機(jī)理均會(huì)產(chǎn)生接近不確定形式的動(dòng)力學(xué)方程，連續(xù)性方案可能會(huì)更適用，并在數(shù)值模擬研究中使用連續(xù)反應(yīng)機(jī)理。在圖3中給出的k1、k2、k3為各簡(jiǎn)化機(jī)理反應(yīng)路徑對(duì)應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)。

一種多節(jié)工作臂機(jī)構(gòu)如圖2所示，工作臂機(jī)構(gòu)主要組成包括：反鏟式挖斗1，連架結(jié)構(gòu)組件2，斗桿（第一節(jié)臂）3，可左右擺動(dòng)輔助臂（第二節(jié)臂）4，動(dòng)臂（第三節(jié)臂）5，可將工作臂沿水平軸線旋轉(zhuǎn)±180°的回轉(zhuǎn)支承6，負(fù)責(zé)整體工作臂（包括前述三節(jié)臂）左右回轉(zhuǎn)的螺旋擺動(dòng)油缸7，負(fù)責(zé)整體工作臂（包括前述三節(jié)臂）上下俯仰的安裝座8，具有破碎功能的液壓沖擊器9，便攜式錨桿索剪斷器10，快換連接器11。各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件通過(guò)銷(xiāo)軸或螺栓連接，三節(jié)臂分別通過(guò)直線油缸執(zhí)行俯仰運(yùn)動(dòng)。

一種行走部主要結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示：由左、右行走架以及安裝在行走架上和引導(dǎo)輪、液壓驅(qū)動(dòng)裝置、驅(qū)動(dòng)鏈輪、支重輪、漲緊裝置、履帶裝置組成。

向行走漲緊裝置漲緊缸注入潤(rùn)滑脂，漲緊缸芯桿推動(dòng)引導(dǎo)輪向前運(yùn)動(dòng)，使履帶張緊程度合適。支重輪具有減少履帶與行走架磨擦，使履帶運(yùn)轉(zhuǎn)靈活的作用。

（7）電纜卷筒收放＼推土鏟抬起落下液控手柄：液控手柄向前推，收電纜；液控手柄向后拉，放電纜；液控手柄向前推，推土鏟落下；液控手柄向后拉，推土鏟抬起。液壓系統(tǒng)由主油泵串聯(lián)單齒輪泵、驅(qū)動(dòng)電纜卷筒液壓馬達(dá)、液壓油缸、多路閥、先導(dǎo)控制手柄、散熱器及驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、油箱及濾油器各種附件組成。

行走部位于全車(chē)底部的兩側(cè)，具有使整車(chē)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎的行走功能。

一種駕駛室內(nèi)各操作手柄及踏板布置如圖5所示：現(xiàn)將各液控手柄、破碎器腳踏油門(mén)及切斷閥的功能及操作方式分別說(shuō)明如下(方向基準(zhǔn)為電纜卷筒位于后部，操作者面向機(jī)器前進(jìn)方向)。

（1）破碎器腳踏油門(mén)：油門(mén)向前踩下破碎器工作，油門(mén)松開(kāi)破碎器停止工作；

（二）有效的評(píng)價(jià)手段和方法。明確了評(píng)價(jià)的目的，就要對(duì)評(píng)價(jià)的手段和方法多動(dòng)些腦筋了。對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)應(yīng)該是多種評(píng)價(jià)形式形結(jié)合，比如紙筆測(cè)驗(yàn)、課堂觀察、課后談話、作業(yè)分析等多種形式對(duì)學(xué)生在知識(shí)與技能方面進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)，過(guò)程與方法上予以鼓勵(lì)與批評(píng)相結(jié)合的方式，在情感態(tài)度價(jià)值觀方面進(jìn)行積極的鼓勵(lì)多于批評(píng)的方式，當(dāng)然，評(píng)價(jià)有法，但無(wú)定法。

電氣系統(tǒng)主要由37kw防爆電機(jī)、防爆電纜卷筒、QJZ-120/1140(660)Z系列礦用隔爆兼本質(zhì)安全型真空饋電開(kāi)關(guān)、LED防爆機(jī)車(chē)燈及其配套使用的溫度開(kāi)關(guān)、液位控制開(kāi)關(guān)、甲烷報(bào)警傳感器、防爆電鈴、防爆啟停按鈕等組成。

（3）左右履帶行走部液控手柄：兩個(gè)液控手柄同時(shí)向前推進(jìn)，機(jī)器向前行走；兩個(gè)液控手柄同時(shí)向后拉時(shí)，機(jī)器向后行走；僅推右邊液控手柄時(shí)，機(jī)器向左轉(zhuǎn)；僅推左邊液控手柄時(shí)，機(jī)器向右轉(zhuǎn)；在向后拉一個(gè)液控手柄同時(shí)向前推另一個(gè)液控手柄，則機(jī)器原地向后拉一側(cè)液控手柄方向旋轉(zhuǎn)；

由主泵和多路閥組成10種液壓回路，分別提供鏟斗油缸、斗桿油缸、動(dòng)臂油缸、輔助臂左右擺動(dòng)油缸、工作臂俯仰油缸、工作臂±180°的回轉(zhuǎn)支承驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、工作臂左右擺動(dòng)的螺旋擺動(dòng)油缸、左行走減速器馬達(dá)、右行走減速器馬達(dá)、液壓破碎器（備用）壓力油，一組串聯(lián)齒輪泵分別提供電纜卷筒液壓馬達(dá)、風(fēng)冷卻器液壓馬達(dá)和推土鏟油缸。

（5）左側(cè)四向液控手柄：液控手柄向前推，斗桿油缸收回，斗桿抬起；液控手柄向后拉，斗桿油缸伸出，斗桿俯下；液控手柄向左推，動(dòng)臂向左擺動(dòng)；液控手柄向右拉，動(dòng)臂向右擺動(dòng)；

（6）大臂升降＼輔助臂左右擺動(dòng)＼工作臂左右旋轉(zhuǎn)操作手柄：液控手柄向前推，油缸伸出，工作臂俯下；液控手柄向后拉，油缸收縮，工作臂抬起；液控手柄向前推，輔助臂向左擺動(dòng)；液控手柄向后拉，輔助臂向右擺動(dòng)；液控手柄向前推，工作臂向左旋轉(zhuǎn)；液控手柄向后拉，工作臂向右旋轉(zhuǎn)；

向液壓驅(qū)動(dòng)裝置連續(xù)注入高壓液壓油，使液壓馬達(dá)帶動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)裝置上的行星減速器轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)鏈輪帶動(dòng)履帶向前或向后運(yùn)動(dòng)，從而使行走部向前或向后運(yùn)動(dòng)。

（4）先導(dǎo)切斷閥：開(kāi)關(guān)升起先導(dǎo)油接通，工作臂可以工作；開(kāi)關(guān)按下先導(dǎo)油切斷，工作臂停止工作；

◆WPZ---挖掘、破碎、裝載；

以上10種回路均為液控回路。鏟斗油缸和動(dòng)臂油缸共用一個(gè)手動(dòng)四向先導(dǎo)手柄控制操作，斗桿油缸和動(dòng)臂擺動(dòng)裝置共用另一個(gè)手動(dòng)四向先導(dǎo)手柄控制操作，左行走馬達(dá)、右行走馬達(dá)共用一個(gè)雙聯(lián)先導(dǎo)手柄控制操作，動(dòng)臂升降、輔助臂左右擺動(dòng)、工作臂左右旋轉(zhuǎn)共用一個(gè)三聯(lián)先導(dǎo)手柄控制操作，液壓破碎器用一個(gè)腳踏油門(mén)控制操作。以上先導(dǎo)閥均由一個(gè)先導(dǎo)切斷閥控制其先導(dǎo)油路的接通與斷開(kāi)。避免了誤操作產(chǎn)生安全事故。另一聯(lián)齒輪泵通過(guò)先導(dǎo)減壓閥提供先導(dǎo)低壓油，可直接控制風(fēng)冷散熱器馬達(dá)轉(zhuǎn)速。同時(shí)推土鏟油缸和電纜卷筒馬達(dá)也由齒輪泵供油并由兩聯(lián)換向閥控制。

【病因】由原生動(dòng)物的纖毛蟲(chóng)，貪食邁阿密蟲(chóng)（Miamiensis avidus）寄生所引起。該蟲(chóng)為長(zhǎng)20～45μm的淚滴形，全身有纖毛，運(yùn)動(dòng)活潑。在鰭條基質(zhì)、體表鱗囊內(nèi)、真皮下的結(jié)締組織和腦等高密度寄生，用顯微鏡觀察各組織抹片或壓片標(biāo)本可以檢出該蟲(chóng)。未見(jiàn)報(bào)道腦內(nèi)寄生的其他纖毛蟲(chóng)。該蟲(chóng)為條件性寄生，池塘中剩下的餌料、死魚(yú)是其喜愛(ài)的生存場(chǎng)所。

行走馬達(dá)采用停車(chē)制動(dòng)工作機(jī)制，當(dāng)兩聯(lián)先導(dǎo)手柄返回中間狀態(tài)時(shí)，馬達(dá)入口高壓油被切斷，平衡閥芯在彈簧力作用下回到中位，切斷油路，從而使制動(dòng)柱塞壓下制動(dòng)片和摩擦片制動(dòng)行走馬達(dá)。

（1）主要用途及適用范圍：本系列真空饋電開(kāi)關(guān)適用于金屬礦山、煤礦井下及其周?chē)橘|(zhì)中有甲烷、煤塵等爆炸性混合物氣體環(huán)境中；在頻率50Hz，1140V或660V，額定電流120A以下供電系統(tǒng)中；直接或遠(yuǎn)距離控制礦用隔爆型電動(dòng)機(jī)的啟停之用，并可以提供輔助照明及信號(hào)電源。

3.強(qiáng)化資金保障。一是加大金融服務(wù)支持。建立多元化、多渠道的投融資體制，支持國(guó)有平臺(tái)公司和各類社會(huì)資本投資“傳統(tǒng)行業(yè)+電子商務(wù)”。二是建立金融擔(dān)保機(jī)制。探索知識(shí)產(chǎn)權(quán)等無(wú)形資產(chǎn)和動(dòng)產(chǎn)抵押、質(zhì)押融資方式，擴(kuò)大“傳統(tǒng)行業(yè)+電子商務(wù)”貸款抵押、質(zhì)押品范圍。充分發(fā)揮科技創(chuàng)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)投資引導(dǎo)基金、產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)股權(quán)投資基金等市級(jí)引導(dǎo)基金作用，加大“傳統(tǒng)行業(yè)+電子商務(wù)”企業(yè)支持力度。三是設(shè)立專項(xiàng)發(fā)展資金。設(shè)立重慶市商貿(mào)流通業(yè)線上線下互動(dòng)創(chuàng)新發(fā)展專項(xiàng)資金，重點(diǎn)支持線上線下互動(dòng)創(chuàng)新項(xiàng)目建設(shè)、企業(yè)培育、培訓(xùn)推廣等事宜。

（2）右側(cè)四向液控手柄：液控手柄向前推，動(dòng)臂油缸收縮，動(dòng)臂俯下；液控手柄向后拉，動(dòng)臂油缸伸出，動(dòng)臂抬起；液控手柄向左拉，挖斗收回；液控手柄向右推，挖斗張開(kāi)；

本液壓系統(tǒng)在主泵設(shè)有測(cè)壓接口可測(cè)量各個(gè)回路壓力，推薦使用L-HM46抗磨液壓油，在工作環(huán)境低于-15℃時(shí)推薦使用L-HS46低凝抗磨液壓油。

（2）產(chǎn)品特點(diǎn)：保護(hù)器采用先進(jìn)微型處理器，高速數(shù)據(jù)處理及特殊保護(hù)算法、控制精度高，反應(yīng)速度靈敏；具有漏電閉鎖、過(guò)壓、欠壓、過(guò)載、短路、三相不平衡、瓦斯閉鎖等多重保護(hù)功能。液晶顯示器采用4×4漢字字符，菜單式人機(jī)交互界面簡(jiǎn)潔，操作方便；可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確顯示當(dāng)前三相電流和系統(tǒng)電壓及開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)?？梢詫?duì)各項(xiàng)保護(hù)功能參數(shù)設(shè)定進(jìn)行調(diào)整，設(shè)定保護(hù)參數(shù)區(qū)間值廣、精度高。具有存儲(chǔ)記憶功能，可記憶保存每次調(diào)整的各項(xiàng)保護(hù)功能參數(shù)，再次啟動(dòng)機(jī)器或系統(tǒng)復(fù)位后自動(dòng)提取上次設(shè)定參數(shù)，保護(hù)器還能存儲(chǔ)當(dāng)前故障信息。具有軟硬件自檢和修復(fù)功能。通過(guò)控制面板開(kāi)關(guān)的拔位可以方便執(zhí)行遠(yuǎn)控或近控功能。可選擇數(shù)據(jù)通信接口與控制系統(tǒng)聯(lián)接方式，根據(jù)不同用戶通訊協(xié)議要求配備相應(yīng)通信接口。

（3）使用環(huán)境：海拔高度不超過(guò)2km；工作環(huán)境大氣壓為80kPa～110kPa。工作環(huán)境溫度-5℃～+40℃。相對(duì)濕度不大于95%（25℃）。

1.2.6 概率折扣任務(wù)(probability discounting task，PDT) 包括30道題，問(wèn)卷中呈現(xiàn)兩列虛擬獎(jiǎng)賞，左側(cè)是確定可以獲得較小金額的獎(jiǎng)賞(如確定可以獲得140元)，右側(cè)是在一定概率下可以獲得較大金額的獎(jiǎng)賞(如10%的概率獲得560元)，此任務(wù)要求被試在兩者之間進(jìn)行選擇［14］。選擇小概率但數(shù)額較多的金錢(qián)被認(rèn)為更容易冒險(xiǎn)、更具有沖動(dòng)性。

4 礦山巷道修復(fù)機(jī)器人的主要性能技術(shù)參數(shù)

WPZ-37/600L煤礦用巷道修復(fù)機(jī)器人；

在往復(fù)回還的風(fēng)聲里，有鳥(niǎo)鳴山澗，有虎嘯猿啼，有牛羊歸牧，有雞叫狗吠，好像每一種生物，都被模仿到這里，饒有興趣地加入了合唱，眾生喧嘩中，嬰兒的啼哭出現(xiàn)了，高亢而悲傷，像之前子虛烏有二老劃過(guò)夜空的玉玦明亮奪目，啼哭之后，是母親懷中的呢喃，是少男少女的調(diào)笑，是情人枕間的淫喋，是夫婦恨別傷離的嘆息，是病人受創(chuàng)時(shí)的絕望呻吟，是老人離世時(shí)的艱難吐氣。

◆37---裝機(jī)功率kw；

◆600---液壓錘沖擊能J；

◆L---履帶式行走部；

5 結(jié)語(yǔ)

一種創(chuàng)新設(shè)計(jì)可沿水平軸線旋轉(zhuǎn)±180°三節(jié)工作臂的礦山巷道修復(fù)機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)反鏟挖掘、左右側(cè)掏、裝車(chē)上料、起吊重物等各項(xiàng)動(dòng)作要求；實(shí)現(xiàn)挖掘毛水溝（水倉(cāng)）、處理底鼓、破碎巖石、清理皮帶機(jī)底部浮煤（矸石）、平整巷道及配件吊裝等多種功能。整機(jī)為模塊化設(shè)計(jì)，具有互換性。本機(jī)動(dòng)力單一能耗低，全部動(dòng)力集中在一個(gè)動(dòng)力模塊。具有以下有益技術(shù)效果：

（1）提升效率。在修復(fù)效率及出矸量上較人工作業(yè)實(shí)現(xiàn)2倍以上效率提升。

（2）減少工人數(shù)量降低勞動(dòng)強(qiáng)度。人工作業(yè)需8人以上，機(jī)械化施工可減少至3人或以下。

（3）降低作業(yè)成本。單臺(tái)礦山巷道修復(fù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)年人工成本降低100萬(wàn)元。

（4）提高安全性。避免施工人員與巷道圍巖近距離接觸，提高作業(yè)人員的安全系數(shù)。

甜瓜(Cucumis melo.L)是上海市重要水果之一。近年來(lái),工廠化育苗成為主要育苗形式之一,與傳統(tǒng)的育苗方式相比,工廠化育苗土地利用率高,用種量減少,育苗周期短,適于機(jī)械化操作,人為控制環(huán)境,不受外界條件干擾,病蟲(chóng)害輕、省工省力,可規(guī)模生產(chǎn),苗壯且成苗率高。甜瓜是喜溫作物,溫度對(duì)植物根系水分吸收以及體內(nèi)水分轉(zhuǎn)移有著重要影響[1-3]。甜瓜生產(chǎn)過(guò)程中,夏季工廠化育苗常因溫度過(guò)高,導(dǎo)致幼苗下胚軸徒長(zhǎng),易形成高腳苗,影響穴盤(pán)苗質(zhì)量[4],且嚴(yán)重影響花芽分化。低溫脅迫易造成幼苗生理傷害,影響正常生長(zhǎng)發(fā)育。因而,溫度過(guò)高與過(guò)低是甜瓜種苗生產(chǎn)中面臨的突出問(wèn)題。

（5）整機(jī)布局緊湊、制造成本低；整機(jī)功耗低，綠色環(huán)保。