井下智能瓦斯钻机自动续接装置结构设计及控制

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我国井下瓦斯钻机的自动化、智能化程度不高,人工干预多、工人劳动量大、安全性不高一直是瓦斯钻机面临的难题。更加自动化、更高效、更安全的瓦斯钻探设备呼之欲出。瓦斯钻机自动接续装置是瓦斯钻机中的核心模块,它在钻杆的自动装卸中起着重要作用,钻杆的自动装卸可大大减少工人的工作量,在实现自动化的同时也提高钻进的效率,提高工人工作的安全性。本文首先研究了两款典型的煤矿瓦斯钻机,重点分析了钻杆(自动)续接装置在每种钻机上的功能与结构。研究了传统的液压卡盘工作形式;研究了机械式自动换杆装置钳式双夹持器。它们均能实现一定程度的自动化,但自动化程度不高。研究了瓦斯钻机的智能控制系统,研究表明当前的瓦斯钻机多采用PLC控制技术实现自动控制,技术也较成熟;提出将深度学习与瓦斯钻机的视觉系统相结合,以解决瓦斯钻机自动移机、智能选择钻进点与锚固点的问题。设计了一种新型的瓦斯钻机自动续接前动力头装置,该装置可完成钻杆的自动装卸功能。借助有限元分析软件ANSYS对该装置进行力学性能分析;对钻杆夹柱的疲劳寿命分析得出它的疲劳寿命在一百万次以上,得出钻杆夹柱不会发生疲劳破坏;对动力头的控制参数进行研究,对前、后动力头协同工作时的控制参数进行研究。在钻杆转速为50r/min的情况下,得出后动力头转速与前进速度的关系、调速齿轮的转速与夹紧钻杆用时的关系。提出一种改进结构的钻杆接头形式,它从新型的六方接头改进而来。这种改进设计继承了六方接头可正反转的优势,同时能实现自动化拆卸,使得钻杆的拆卸大大简化且使用方便。基于该改进结构设计一种专门应用于改进接头的自动对中及拆卸装置,该装置能完成两钻杆的自动对中并拆卸。介绍了该拆卸装置的结构构造、工作原理。根据实际受力情况对自动对中及拆卸装置进行力学性能分析,结果表明该结构力学性能满足实际要求。研究了自动对中及拆卸装置的控制参数,得出了同步齿轮、压柱齿轮、内筒各时间段的转速图及相应参数。基于PLC控制技术设计了瓦斯钻机智能控制系统。研究了钻杆库控制、前后动力头控制中的输入输出量,在编程层面研究了使用步进梯形程序处理的技巧。研究了瓦斯钻机的通讯系统,包括有线通讯(RS232、RS485)和无线通讯(无线电台),在编程层面研究了三种通讯方式(自由通讯方式、MODBUS通讯方式、EASY LINK通讯),并在实战中比较它们的优缺点。设计了瓦斯钻机的深度学习网络,提出将深度学习技术应用于瓦斯钻机,解决瓦斯钻机井下自动定位、自动选择锚固点、自动选择钻进点的问题,建立瓦斯钻机的深信度网络模型,对该模型运用对比散度方法进行训练。
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