(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210792011.2 (22)申请日 2022.07.07 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114880910 A (43)申请公布日 2022.08.09 (73)专利权人 浙江大学 地址 310027 浙江省杭州市西湖区浙大路 38号浙江大学玉泉校区机 械工程学院 专利权人 中国铁建重 工集团股份有限公司 (72)发明人 胡伟飞　赵峰　刘飞香　焦清　 廖金军　谭建荣　 (74)专利代理 机构 杭州浙科专利事务所(普通 合伙) 33213 专利代理师 孙孟辉(51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/10(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 103324800 A,2013.09.25 审查员 黄明昊 (54)发明名称 融合复杂地质环境的掘锚一体机数值耦合 仿真方法 (57)摘要 本发明公开一种融合复杂地质环境的掘锚 一体机数值耦合仿真方法， 该方法利用地质勘测 数据， 快速构建掘锚一体机工作环 境的地质环境 煤岩几何与性能高保真模型， 根据工程掘进要 求， 构建在巷道掘进的掘锚一体机与复杂地质环 境耦合掘进模 型， 利用改进经验公 式与三维线性 插值法， 快速计算耦合过程中的掘锚一体机截割 滚筒的三向截割阻力与截割扭矩， 将计算得到的 耦合载荷输入到截割大臂进行结构仿真分析， 快 速得到载荷对装 备状态性能响应值。 本发明构建 了复杂地质环境耦合的掘锚一体机装备仿真模 型， 快速计算耦合过程中的载荷与地质环境对装 备状态性能的影 响， 该方法可用于解决现有掘锚 一体机装备难以与地质环境进行耦合的难题。 权利要求书3页 说明书7页 附图6页 CN 114880910 B 2022.10.14 CN 114880910 B 1.一种融合复杂地质环境的掘锚一体机数值耦合仿真方法， 其特征在于， 包括如下步 骤： S1： 根据实际地质勘测数据与大数据地质信息库， 利用克里金插值算法， 构建掘锚一体 机掘进的高保真煤岩几何模型与性能模型T； S2： 根据工程掘进要求， 利用掘锚一体机截割煤岩运动特性， 建立融合复杂地质环境的 掘锚一体机巷道掘进 耦合模型； S3： 利用S1的高保真煤岩几何模型与 性能模型T与S2的掘锚一体机巷道掘进耦合模型， 构建掘锚一体机与复杂地质环境耦合的截割载荷计算模型， 实时快速计算得到截割滚筒截 割载荷 ； S4： 根据S3中获得的截割载荷 数据， 实时更新输入到掘锚一体机关键部件截割大臂 的结构仿真分析模型中， 并计算得到特定时刻t时， 复杂地质环境对掘锚一体装 备性能状态 响应值 ； S5： 建立截割大臂的性能状态响应值阈值 ， 将S4步骤计算得到的截割大臂的性能状 态响应值 与阈值 进行比较， 若超出阈值 ， 实时循环更新调整装备运行参数； 所述S2具体包括如下步骤： S2.1： 调整掘锚一体机装备与煤岩模型进行接触， 掘锚一体机的截割滚筒在巷道位置 进行掘进； S2.2： 建立截割滚筒的运动学模型， 建立截割滚筒的截齿中心位置坐标为 （ ） ， 建 立截割滚筒上的截齿相对与滚筒中心的位置坐标为 （ ） ， 截割滚筒截割过程中按 照旋转截割方式进行切削煤岩操作， 在一定时间内， 设定滚筒旋转的角度为 ， 在特定时刻t 时， 截齿相对滚筒中心的位置为 ， 截齿的实际空间位置为 ， 其中 与 的计算如下： ； 所述S3中的掘锚一体机与复杂地质环境耦合的截割载荷计算模型具体包括如下子步 骤： S3.1： 利用三维线性插值算法， 计算得到在截割过程中各个参与截割的截齿与煤岩接 触处的截割的截齿处煤岩强度freal ；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114880910 B 2S3.2： 利用改进经验公式法， 通过线性叠加计算得到截割滚筒截割载荷 ， 根据实时 碰撞检测算法， 计算得到在特定时刻t时， 掘锚一体机掘进过程中参与截割煤岩的截齿数量 为 ， 截割滚筒的半径为 ， 掘锚一体机在巷道掘进时 ， 其截割滚筒截割载荷 ， 参与截割的截齿上截割载荷为 ， 结合上述S3.1中三 维线性插值计算得到的参与截割的截齿处煤岩强度freal ， 截割滚筒截割载荷 计算方法如下： 其中， 为滚筒第i个截齿在x方向受到 的截割阻力， 为滚筒第i个截齿在y方向受 到的截割阻力， 为滚筒第i个截齿在z方向受到的截割阻力， 为滚筒在x方向受到的截 割阻力， 为滚筒在y方向受到的截割阻力， 为滚筒在z方向受到的截割阻力， 为滚筒 在旋转方向受到的截割阻力矩； 为单截齿在x方向受到的截割阻力， 为单截齿在y方向 受到的截割阻力， 为单截齿在z方向受到的截割阻力， 为掘锚一体机截割过程中的牵引 速度， 为掘锚一体机截割过程中的截割滚筒切削转速 。 2.根据权利要求1所述的融合复杂地质环境的掘锚一体机数值耦合仿真方法， 其特征 在于， 所述S1中高保真煤岩几何模 型尺寸根据实际掘进地质环境的大小来确定尺寸参数P = （ ） ， 高保真煤岩模 型的性能模 型T=[ ]， 其中 （x,  y, z） 代表不同掘进位置处的 煤岩坐标， f代 表该掘进位置处的煤岩自身强度属性系数。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114880910 B 3