數(shù)字液壓懸臂掘進(jìn)機(jī)器人

技術(shù)原理：

在懸臂式巷道掘進(jìn)機(jī)中，工作機(jī)構(gòu)液壓缸的驅(qū)動(dòng)大多采用的是閥控缸方式，即：油泵從油箱給系統(tǒng)回路供油，再通過調(diào)節(jié)各種閥來控制液壓油的流向和流量達(dá)到控制液壓缸運(yùn)動(dòng)方向和位移大小的目的，以此帶動(dòng)工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。

采用普通液壓缸，由于懸臂式掘進(jìn)機(jī)升降油缸是一對(duì)同步油缸（這2個(gè)油缸運(yùn)動(dòng)方向和行程大小均相同），水平回轉(zhuǎn)油缸也是一對(duì)對(duì)稱布置的油缸（行程大小是相同的，只是2個(gè)油缸的運(yùn)動(dòng)方向不同，一個(gè)伸長(zhǎng)時(shí)，則另外一個(gè)相應(yīng)縮短），因此還需要考慮同步控制，可以再在控制系統(tǒng)中增設(shè)2個(gè)控制器，使2個(gè)控制器成為一組，共有2組控制器，分別控制懸臂式掘進(jìn)機(jī)工作機(jī)構(gòu)的一對(duì)升降油缸和一對(duì)水平回轉(zhuǎn)油缸。系統(tǒng)在工作時(shí)，首先由主控計(jì)算機(jī)根據(jù)給定的斷面形狀和具體尺寸，根據(jù)整個(gè)斷面截割過程中各個(gè)工作油缸的所需行程數(shù)據(jù)，依次送入相應(yīng)的控制器，經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換后送給伺服放大器、伺服閥，最后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的液壓油流量推動(dòng)油缸工作，油缸的位移通過位移傳感器并經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后送給主控計(jì)算機(jī)，完成閉環(huán)控制。

采用數(shù)字液壓缸，則系統(tǒng)控制方案如圖所示。同普通液壓缸電液伺服控制方案類似，在一對(duì)升降油缸中，可以只替換其中一個(gè)，另外一個(gè)普通液壓缸作為隨動(dòng)缸，接受同一個(gè)控制器的控制；一對(duì)水平回轉(zhuǎn)油缸也可以使用相同的方法，只需將其中一只替換為數(shù)字液壓缸，將其進(jìn)油口與另外一只普通缸的回油口相聯(lián)，回油口則相應(yīng)與另外一只普通缸的進(jìn)油口相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。

數(shù)字缸受電脈沖精確控制，其運(yùn)行的速度與電脈沖頻率對(duì)應(yīng)，位移量與電脈沖數(shù)量對(duì)應(yīng)，控制電腦給各個(gè)數(shù)字缸送出電脈沖，即可精確控制各個(gè)數(shù)字缸的運(yùn)動(dòng)特性，數(shù)字缸帶動(dòng)截割臂升降、回轉(zhuǎn)以及鏟板協(xié)同運(yùn)動(dòng)，即可完成對(duì)作業(yè)面的截割。

數(shù)字馬達(dá)受電脈沖精確控制，其運(yùn)行的速度與電脈沖頻率對(duì)應(yīng)，位移量與電脈沖數(shù)量對(duì)應(yīng)，控制電腦給各個(gè)數(shù)字馬達(dá)送出電脈沖，即可精確控制各個(gè)數(shù)字馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)特性，數(shù)字馬達(dá)帶走行履帶，即可完成直線、曲線等行走。

數(shù)字可編程功率泵，是億美博為移動(dòng)裝備高效節(jié)能運(yùn)作開發(fā)的最新高端產(chǎn)品。該泵與傳統(tǒng)負(fù)載敏感泵不同，負(fù)載敏感泵采用負(fù)反饋檢測(cè)調(diào)節(jié)方式，滿足工作裝置的節(jié)能運(yùn)作。但涉及敏感部件和調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的精度、響應(yīng)等因素，無法實(shí)現(xiàn)既高效又節(jié)能的裝置運(yùn)作，往往在實(shí)際使用中二者選擇其一作為優(yōu)先。數(shù)字可編程功率泵則是通過數(shù)字化主動(dòng)前饋方式建立泵的流量輸出，精準(zhǔn)的配合數(shù)字液壓系統(tǒng)的流量、壓力需求，做到既滿足運(yùn)動(dòng)裝置的高效率運(yùn)作，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化節(jié)能效果。數(shù)字可編程功率泵讓工程機(jī)械、機(jī)器人等移動(dòng)裝備，實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、綠色工作。

這一控制方案的優(yōu)點(diǎn)在于：系統(tǒng)由閉環(huán)控制變?yōu)榱碎_環(huán)控制，由原來的跟隨控制改變成為主動(dòng)控制，和傳統(tǒng)的伺服控制相比較，采用數(shù)字缸控制更容易實(shí)現(xiàn)懸臂式巷道掘進(jìn)機(jī)整個(gè)工作機(jī)構(gòu)的程序控制，只需要在上位計(jì)算機(jī)中計(jì)算出控制所需要的參數(shù)列表，再依次將轉(zhuǎn)換后的脈沖信號(hào)送入相應(yīng)的控制器，就可以達(dá)到精確控制液壓缸行程，從而達(dá)到提高巷道斷面成形質(zhì)量的目的；把傳統(tǒng)的伺服控制中復(fù)雜的閥口控制技術(shù)徹底地改變?yōu)橹苯咏o定的數(shù)字控制，而且系統(tǒng)復(fù)雜度大大降低。這是因?yàn)閿?shù)字液壓缸本身具有位置閉環(huán)，因而將原先的傳統(tǒng)單閉環(huán)系統(tǒng)變?yōu)榱顺��?shù)系統(tǒng)，省掉了一個(gè)調(diào)整環(huán)節(jié)，并且避免了傳統(tǒng)伺服控制中存在的響應(yīng)滯后問題。由于數(shù)字液壓缸集成化程度較高，外形和普通液壓缸沒有多少差別，從外觀來看只有進(jìn)油口，回油口和控制電纜接口，只需要接通恒壓液壓油源，不需要外接任何傳感器和其他液壓元件，就可以直接接受控制器發(fā)出的脈沖信號(hào)而可靠工作，脈沖頻率代表速度，脈沖總數(shù)代表液壓缸的行程�？刂破骺梢允褂脤ｉT的數(shù)字液壓缸控制器，也可以使用普通的PLC控制器或者單片機(jī)、DSP等。因此，在懸臂掘進(jìn)機(jī)工作中，可以采用基于數(shù)字液壓缸的行程控制方案。