(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111542213.3 (22)申请日 2021.12.16 (71)申请人 中国矿业大 学 地址 221116 江苏省徐州市大 学路1号中国 矿业大学 (72)发明人 张强　张吉雄　李猛　李凤铭　 孙忠良　崔鹏飞　宗庭成　 (74)专利代理 机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 专利代理师 张联群 (51)Int.Cl. E21D 23/12(2006.01) E21D 23/04(2006.01) E21F 15/00(2006.01) G06F 30/17(2020.01)G06F 30/20(2020.01) G06F 17/12(2006.01) (54)发明名称 一种智能固体充填液压支架工况位态表征 方法 (57)摘要 一种智能固体充填液压支架工况位态表征 方法， 是属于矿山智能开采领域。 根据充填液压 支架结构特征建立骨架模型； 基于支架的骨架模 型， 优选原点及横纵坐标轴建立直角坐标系， 构 成位态表征模型； 筛选支架位态稳定表征方案， 确定位态稳定函数方程； 分析建立位态稳定下液 压支架的夯实机构和底卸式刮板输送机运动轨 迹函数， 确定干涉情况的临界条件； 根据临界条 件， 判断充填液压支架任意位态下关键机构是否 发生干涉， 调整夯实机构的夯实角与夯实伸长量 进行干涉解调； 最终通过对充填液压支架位态稳 定表征及结构干涉的控制效果， 验证支架工况位 态表征方法优劣。 权利要求书4页 说明书10页 附图5页 CN 114439527 A 2022.05.06 CN 114439527 A 1.一种智能固体充填液压支 架工况位态 表征方法， 其特 征在于： 根据充填液压支架结构特征建立骨架模型； 基于支架 的骨架模型， 优选原点及横纵坐 标轴建立直角坐标系， 构成位态表征模 型； 筛选支架 位态稳定表征方案， 确定位态稳定函数 方程； 分析建立位态稳定下液压支架的夯实机构和底卸式刮板输送机运动轨迹函数， 确定 干涉情况 的临界条件； 根据临界条件， 判断充填液压支架任意位态下关键机构是否发生干 涉， 调整夯实机构的夯实角与夯实伸长量进行干涉解调； 最终通过对充填液压支架位态稳 定表征及结构干涉的控制效果， 验证支 架工况位态 表征方法优劣。 2.根据权利要求1所述的智能固体充填液压支架工况位态表征方法， 其特征在于： 具体 步骤如下： 步骤A.根据充填液压支架的结构特征， 分析充填液压支架的结构参数， 建立充填液压 支架的骨架模型， 然后进入步骤B； 步骤B.根据充填液压支架的骨架模型， 表征骨架模型位态， 选择原点位置， 建立直角坐 标系， 进入步骤C； 步骤C.根据充填液压支架的骨架模型， 选取前立柱伸长量， 前立柱与底座夹角， 后立柱 伸长量， 后立柱与底座夹角， 作为 一组表征参数， 然后进入步骤D； 步骤D.根据选取的表征参数及表征方法， 选取不同表征方法的方案点对支架工况进行 表征， 通过验正选 定方案点高度一 致， 确定充填液压支 架处于稳定位态， 并进入步骤E； 步骤E.通过步骤C中选取的支架表征参数和结构参数， 建立充填液压支架中关键机构 的函数模型， 表示关键机构的运动轨迹方程， 所述的关键机构为夯实机构和底卸式刮板输 送机； 然后进入步骤F； 步骤F.根据夯实机构和刮板输送机的运动轨迹方程， 分析在落料工序中落料干涉、 落 料工序中碰撞干涉以及夯 实工序中的碰撞干涉等三种干涉位态下， 联立两个关键机构对应 工序函数模型作为干涉判据方程， 并进入步骤G； 步骤G.根据步骤F中不同干涉位态的干涉判据方程， 验证任意位态下关键机构是否发 生干涉， 通过调整夯实机构的夯实角与夯实伸长量进行干涉解调， 验证工况位态表征方法 优劣。 3.根据权利要求2所述的智能固体充填液压支架工况位态表征方法， 其特征在于： 步骤 B中， 原点位置选择原则： 第一原则， 有利于对支架整体表征精度； 第二原则， 有利于干涉判 别和解调。 4.根据权利要求2或3所述的智能固体充填液压支架工况位态表征方法， 其特征在于： 原点位置选择方案具体为： 当选择后立柱与后顶梁铰接点OC点为原点位置时； 沿开采方向反方向为X轴方向， 以垂 直X轴向大地方向为Y轴正方向， 建立 直角坐标系； 当选择前立柱与底座的铰接点 OA为原点位置时； 沿开采方向反方向为X轴方向， 以垂直X 轴向顶梁方向为Y轴正方向， 建立 直角坐标系； 当选择后立柱与底座的铰接点 OB为原点位置时； 沿开采方向反方向为X轴方向， 以垂直X 轴向顶梁方向为Y轴正方向， 建立 直角坐标系； 5.根据权利要求2所述的智能固体充填液压支架工况位态表征方法， 其特征在于： 步骤 D中， 表征选择原则为： 第一原则为保证表征精度； 第二原则为受环境影响最小。权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114439527 A 26.根据权利要求2所述的智能固体充填液压支架工况位态表征方法， 其特征在于： 步骤 D中， 选取不同表征 方法的方案点对支 架工况进行表征， 具体如下： (1)当选取横梁上的A点， B点和C点为基准点时， 表征方法为： 选定支架顶板上前立柱与 前顶梁铰接点为A 点、 前顶梁与后顶梁铰接点为B点和 后立柱与后顶梁铰接点为C点， 对A点、 B点和C点三点进 行表征， 测定三点的表征常量， 给出A 点和C点的高度 表征函数， 使用测高传 感器测取前顶梁与后顶梁铰接B点的高度， 通过验证三点高度一致， 确定充填液压支架处于 稳定位态； (2)当选取横梁上的A点， B点和F点为基准点时， 表征方法为： 选定支架顶板上前立柱与 前顶梁铰接点为A点、 前顶梁与后顶梁铰接点为B点和 后顶梁尾部F点， 对A点、 B点和F点三点 进行表征， 测定三点的表征常量， 给出A点的高度表征函数， 使用测高传感器测取前顶梁与 后顶梁铰接B点， 后顶梁尾部F点的高度， 通过验证三点高度一致， 确定充填液压支架处于稳 定位态； (3)当选取横梁上的A点， E点和C点为基准点时， 表征方法为： 选定支架顶板上前立柱与 前顶梁铰接点为A 点、 前立柱与前顶梁铰接点A 点与后立柱与后顶梁B点之间任意位置E点和 后顶梁与后立柱铰接点为C点， 对A 点、 E点和C点三点进行表征， 测定三点的表征常量， 给出A 点和C点的高度 表征函数， 使用测高传感器测取E点的高度， 通过验证三点高度一致， 确定充 填液压支 架处于稳定位态； (4)当选取横梁上的D点， B点和C点作为基准点时， 表征方法为： 选定支架顶板上前立柱 与前顶梁铰接点左侧顶梁位置点为D点、 前顶梁与后顶梁铰接点为B点和 后顶梁与后立柱铰 接点为C点， 对D点、 B点和C点三点进行表征， 测定三点的表征常量， 给出C点的高度表征函 数， 使用测高传感器测取顶梁位置D点， 前顶梁与后顶梁铰接点B点的高度， 通过验证三点高 度一致， 确定充填液压支 架处于稳定位态。 7.根据权利要求2所述的智能固体充填液压支架工况位态表征方法， 其特征在于： 步骤 E中， 所述的关键 机构的运动轨 迹方程: (1)选择在后立柱与底座的铰接点 OB为原点位置建立的直角坐标系内， 其 关键机构的运 动轨迹方程具体如下： 底卸式刮板 输送机的运动轨 迹方程为： x＝L1+Lhcosh(H1‑H2≤y≤H1) y＝H1‑H2(L1+Lhcosh≤x≤L1+L2+Lhcosh) x＝L1+L2+Lhcosh(H1‑H2≤y≤H1)(1) 夯实机构的运动轨 迹方程为： y＝tanα x(Lmincosα ≤x≤L0cosα )(2) 夯实机构的夯实头的运动轨 迹为： (2)选择在后立柱与底座的铰接点 OA为原点位置建立的直角坐标系内， 其 关键机构的运 动轨迹方程具体如下： 底卸式刮板 输送机的运动轨 迹方程为： x＝L1+L4+Lhcosh(H1‑H2≤y≤H1) y＝H1‑H2(L1+L4+Lhcosh≤x≤L1+L2+L4+Lhcosh)权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114439527 A 3