CN101713975B - 掘进自动截割成形智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种掘进自动截割成形智能控制系统，包括截割头空间位置检测装置、截割电动机电流传感器、可编程控制器、比例放大器、负载敏感式比例多路换向阀组。可编程控制器对截割头空间位置检测装置采集的信号进行数学运算处理，控制截割头在巷道规定范围内按设定轨迹运动，截割出规整断面。截割电动机电流传感器采集截割电动机电流信号与额定电流比较，通过可编程控制器控制负载敏感式比例多路换向阀组阀口开度大小，对应不同煤质的截割电动机恒功率牵引速度，实现了巷道断面自动成形控制和截割电动机恒功率牵引调速智能控制。本发明适用于悬臂式掘进机在煤矿巷道及工程隧道掘进时断面自动截割成形。

Description

掘进自动截割成形智能控制系统

技术领域

本发明涉及一种煤矿机械领域的巷道掘进机，特别是涉及一种控制巷道掘进机的掘进自动截割成形智能控制系统。其是利用可编程控制器对截割头空间位置检测装置采集的信号进行数学运算处理，控制截割头在煤巷操作规程规定范围内按设定轨迹运动，自动截割出规整断面；截割电动机电流传感器采集截割电动机电流信号与额定电流比较，通过可编程控制器控制负载敏感式比例多路换向阀组阀口开度大小对应不同煤质自动无级调节截割头速度，保证截割电动机恒功率运转；而成为一种相当具有实用性及进步性的新设计，适于产业界广泛推广应用。

背景技术

巷道掘进机是一种能够实现截割，装载运输、转载煤岩并可调动行走，喷雾除尘的联合机组，悬臂式巷道掘进机目前在国内外的煤岩掘进机中得到广泛应用。

然而，掘进司机在遵循煤巷一定截割工艺流程的基础上，主要通过手柄对掘进机进行手动操作，随机性较大。虽然在截割中有矿用防爆型激光指向仪对掘进方向起指导作用，有利于施工质量的提高。但由于工作环境恶劣(瓦斯浓度高、粉尘大、黑暗等)、安全性低；工作条件制约掘进机座椅较低且离截割头较远，造成截割过程中司机视野有限看不清前方具体截割情况，掘进机出现运行位姿误差时不能及时有效调整，容易出现超挖，欠挖现象。为此在实际工作中还配备有相应人员对前方截割情况进行反馈，但效果不佳，断面截割不规整；当截割中截割头遇到阻力变化时，司机凭经验搬动换向阀进行节流调节，没有明确的规程依据，截割电动机波动较大，工作效率和可靠性较低。

巷道掘进机的使用对于人们而言，具有息息相关与密不可分的关系，为了改进上述巷道掘进机的缺点，当前现有的掘进机自动控制系统，有以下几种：

其一是公告号CN201013380Y，授权公告日2008年1月30日，实用新型的名称为全自动掘进机，该专利案的设计公开了一种全自动掘进机控制系统，其通过采用航天导航定位仪，实时检测掘进机在惯性空间的绝对位置坐标，对掘进机和截割头进行实时控制，实现自动掘进机的自动开采，但该专利重点为掘进机位姿检测及控制，虽包含截割头空间位置的检测，但没有具体描述断面自动截割成形控制。该专利理论上可行，但由于航天仪器的精密性，易受煤巷井下恶劣环境的影响，具体实施有一定的困难，井下实施不具有实用性。

其二是公告号CN2821631Y，授权公告日2006年9月27日，实用新型的名称为掘进机自动控制系统，该专利案公开了一种掘进机自动控制系统，掘进机在掘进过程中，根据截割对象和负载情况，对截割速度实现自动控制。但是其所述的控制系统中电磁阀只能实现两种调速功能，不能实现无级变速，无法实现对应不同煤质变化时的截割头牵引速度的自动无级调速，从而保证截割电动机恒功率运转。

上述的现有的掘进机自动控制系统，虽可提供使用者一具有智能控制功效的掘进机自动控制系统，确实具有进步性，但是在实际使用时却发现其结构中还存在有若干缺点，造成该掘进机自动控制系统在实际应用上，未能达到最佳的使用效果，而其缺点可归纳如下：

1、现有的掘进机自动控制系统无法自动截割成所需形状断面。

2、现有的掘进机自动控制系统不能够实现对应不同煤质的截割头无级调速，从而无法保证截割电动机恒功率运转。

3、现有的掘进机自动控制系统更无法同时实现上述两种功能。

由此可见，上述现有的掘进机自动控制系统在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决掘进机自动控制系统存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种功能的新型结构的掘进自动截割成形智能控制系统，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

有鉴于上述现有的掘进机自动控制系统存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的掘进自动截割成形智能控制系统，能够改进一般现有的掘进机自动控制系统，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的掘进机自动控制系统存在的缺陷，而提供一种新型结构的掘进自动截割成形智能控制系统，所要解决的技术问题是使其能自动截割出所需的规整断面，保证截割断面成形质量，更加适于实用。

本发明的另一目的在于，提供一种掘进自动截割成形智能控制系统，所要解决的技术问题是使其截割头牵引速度的自动无级调速，保证截割电动机恒功率运转，使掘进速度快，提高了截割电动机利用率，从而更加适于实用。

本发明的再一目的在于，提供一种掘进自动截割成形智能控制系统，所要解决的技术问题是使其同时具有自动截割规整断面和自动无级调节截割头牵引速度，从而减轻劳动强度，保障掘进机高效、安全生产，更加适于实用，且具有产业上的利用价值。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的掘进自动截割成形智能控制系统，由控制元件和执行元件组成。执行元件包括：截割头伸缩油缸、回转台回转油缸、截割臂升降油缸。所述的控制元件包括：

--截割头空间位置检测装置，获取表述截割臂和截割头空间位置信号值。

--截割电动机电流传感器，采集截割电动机电流信号。

--可编程控制器，对截割头空间位置检测装置采集的信号进行数学运算处理，控制截割头在煤巷操作规程规定范围内按设定轨迹运动，截割出规整断面，同时根据煤质变化实现截割头牵引速度的自动无级调速，保证截割电动机恒功率运转。

--比例放大器，输出电流信号控制负载敏感式比例多路换向阀组的阀口打开，实现设定截割断面自动成形，同时，输出电流信号控制负载敏感式比例多路换向阀组的阀口打开和阀口开度大小，控制多个执行元件伸缩量对时间的变化率，达到调节截割头牵引速度的目的。

--负载敏感式比例多路换向阀组，与比例放大器相匹配，可无级调节执行元件的运动速度，可使多个执行元件同时并相互独立地以不同速度和压力工作，可对应不同煤质变化时的截割头牵引速度的自动无级调速。

--显示屏，增加了如下显示内容：截割头运行空间位置，断面极限位置指示灯，断面形状，截割工艺路径，断面控制参数值；

--操作按钮，增加了执行按钮和修改按钮，其中，执行按钮执行自动断面成形命令，修改按钮修改断面形状、截割工艺路径、断面控制参数值；

其中，截割头空间位置检测装置安装在掘进机相应的检测位置上，截割电动机电流传感器、可编程控制器、比例放大器均放置在电控箱内，负载敏感式比例多路换向阀组装在操纵台里，在电气操作箱内放置显示屏，在该电气操作箱表面设置操作按钮。截割头空间位置检测装置、截割电动机电流传感器和操作按钮分别与可编程控制器电线连接，可编程控制器依次通过电线与比例放大器、负载敏感式比例多路换向阀组连接，负载敏感式比例多路换向阀组通过油路控制多个执行元件，上述控制元件和执行元件共同完成巷道断面自动成形控制及截割头牵引速度的自动无级调速，保证截割电动机恒功率运转。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的掘进自动截割成形智能控制系统，其中所述的截割头空间位置检测装置，包括：截割臂倾角传感器，安装在截割臂侧面，测量截割臂垂直摆角；回转台双路测速传感器，安装在掘进机的回转台内，测量截割臂水平摆角；截割头行程传感器，安装在截割头伸缩油缸中，测量截割头伸缩量。

前述的掘进自动截割成形智能控制系统，其中所述的可编程控制器配设有：模数转换模块，截割电动机电流传感器、截割臂倾角传感器及截割头行程传感器分别输出的模拟信号，转换为数字信号进入可编程控制器，数模转换模块，将可编程控制器输出数字信号转换为模拟信号输入比例放大器。其中，回转台双路测速传感器与可编程控制器通过电线直接连接，截割臂倾角传感器、截割电动机电流传感器和截割头行程传感器通过电线分别与模数转换模块连接，多个比例放大器的一端分别直接与数模转换模块连接。该多个比例放大器的另一端与执行元件连接。

前述的掘进自动截割成形智能控制系统，其中所述的回转台双路测速传感器位于回转台内位置相对固定，且在回转台内侧圆上安装一套和/或一套以上的感应齿条，通过回转台双路测速传感器检测感应齿条齿数并输出数字信号直接传给可编程控制器。

前述的掘进自动截割成形智能控制系统，其中所述的截割电动机电流传感器采集截割电机电流信号，与额定电流比较，经模数转换模块传送给可编程控制器，控制比例放大器驱动负载敏感式比例多路换向阀组的打开和阀口开度大小，实现截割头牵引速度的自动无级调速，保证截割电动机恒功率运转。

前述的掘进自动截割成形智能控制系统，其中所述的负载敏感式比例多路换向阀组为防爆型，由多个负载敏感式比例多路换向阀组成，该多个负载敏感式比例多路换向阀的一端分别与相应的比例放大器连接，另一端分别与相对应的截割头伸缩油缸、回转台回转油缸、截割臂升降油缸连接。

前述的掘进自动截割成形智能控制系统，其中所述的可编程控制器控制程序中，存储有矩形、梯形、半圆拱形，可根据实际工况需要存储其它断面形状。

前述的掘进自动截割成形智能控制系统，其中所述的截割臂倾角传感器上装有减振装置。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明提供的掘进自动截割成形智能控制系统，可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

1、本发明通过自动控制截割规整断面，减少了无用的掘进量和充填量，保证了截割断面成形质量，降低了巷道掘进成本。

2、本发明通过截割头牵引速度的自动无级调速，保证截割电动机恒功率运转，从而使掘进速度快，提高了截割电动机利用率。

3、本发明同时采用自动截割规整断面和自动无级调节截割头牵引速度，实现掘进机自动化，智能化控制，减轻了工人的劳动强度，保障掘进机高效、安全生产，减轻恶劣环境对工人身体健康和安全的影响，为煤矿巷道施工舒适和安全提供保障。

4、本发明在截割臂倾角传感器上采取减振措施，保证了该截割臂倾角传感器的检测精度。

5、本发明的回转台双路测速传感器采用检测感应齿条，在保证检测精度的基础上，成本较低。

6、本发明的显示屏增加了截割头运行空间位置，断面极限位置指示灯，断面形状、截割工艺路径、断面控制参数值等内容，使其能实时显示上述内容，便于在显示屏上监控。

7、本发明的按钮采用执行按钮和修改按钮，可以方便的执行命令和及时修改控制参数值。

综上所述，本发明新颖的掘进自动截割成形智能控制系统，能同时自动截割规整断面和自动无级调节截割头牵引速度，减轻劳动强度，保障掘进机高效、安全生产，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在系统的结构或功能上皆有较大的改进，在技术上有显著的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的掘进机自动控制系统具有增进的突出多项功效，从而更加适于实用，并具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1A是本发明掘进机主视图。

图1B是本发明掘进机俯视图。

图2是本发明的系统电气操作箱示意图。

图3是本发明的系统控制框架示意图。

图4是本发明的可编程控制器控制原理图。

图5A是本发明的巷道矩形断面截割工艺路径示意图。

图5B是本发明的巷道圆拱形断面截割工艺路径示意图。

图6是本发明的断面成形程序流程图。

1：截割头                   2：截割臂

3：执行元件

31：截割头伸缩油缸          32：截割臂升降油缸

33：回转台回转油缸

4：回转台

5：截割头空间位置检测装置

51：截割臂倾角传感器        52：回转台双路测速传感器

53：截割头行程传感器

6：截割电动机电流传感器

7：电气操作箱

71：显示屏

72：操作按钮

8：电控箱

9：可编程控制器

91：模数转换模块            92：数模转换模块

10：比例放大器

11：负载敏感式比例多路换向阀组

11a：负载敏感式比例多路换向阀

11b：负载敏感式比例多路换向阀

11c：负载敏感式比例多路换向阀

12：操纵台

13：电气综合保护

14：故障指示

输入端子

X0：回转台双路测速传感器    X1：回转台双路测速传感器

X2：回转台双路测速传感器    X3：回转台双路测速传感器

X4：备用                X5：备用

X6：扫底                X7：断面成形

X10：刷帮               X11：光标上移/增加

X12：光标下移/减少      X13：确认

X14：取消/复位          X15：复选

X30：油泵启动           X31：油泵停止

X32：截割启动           X33：截割停止

输出端子

Y42：升降换向           Y43：回转换向

Y44：伸缩换向           Y45：升降启动

Y46：回转启动           Y47：伸缩启动

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的掘进自动截割成形智能控制系统其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

本发明较佳实施例的掘进自动截割成形智能控制系统，由控制元件和执行元件3组成。其中，

如图1A、图1B所示，执行元件3包括：截割头伸缩油缸31、回转台回转油缸33及截割臂升降油缸32，控制截割头1的空间截割位置。

如图3所示，控制元件包括：截割头空间位置检测装置5、截割电动机电流传感器6、可编程控制器9、比例放大器10、负载敏感式比例多路换向阀组11、电气操作箱7、显示屏71、操作按钮72。其中截割头空间位置检测装置5安装在掘进机相应的检测位置上。截割电动机电流传感器6、可编程控制器9、比例放大器10均放置在电控箱8内。负载敏感式比例多路换向阀组11装在操纵台12里，在电气操作箱7内放置显示屏71，在该电气操作箱7表面设置操作按钮72。截割头空间位置检测装置5、截割电动机电流传感器6和操作按钮72分别与可编程控制器9电线连接。可编程控制器9依次通过电线与比例放大器10、负载敏感式比例多路换向阀组11连接。负载敏感式比例多路换向阀组11通过油路控制多个执行元件3，上述控制元件和执行元件3共同完成巷道断面自动成形控制及截割头牵引速度的自动无级调速，保证截割电动机恒功率运转。

截割头空间位置检测装置5是获取表述截割臂2和截割头1空间位置信号值，包括截割臂倾角传感器51、回转台双路测速传感器52和截割头行程传感器53。其中截割臂倾角传感器51安装在截割臂2侧面，测量截割臂2垂直摆角。回转台双路测速传感器52安装在掘进机回转台4内，测量截割臂2水平摆角。截割头行程传感器53安装在截割头伸缩油缸31中，测量截割头1伸缩量。由此可确定截割臂2和截割头1相对于掘进机机体的空间位置信息。

前述的截割臂倾角传感器51是通过螺栓联结安装在掘进机截割臂侧面，表面用黄铜外壳包围，该截割臂倾角传感器51采用重力摆的原理，抗振性强。掘进机的优势频率集中在低频(0-80Hz)，掘进机截割煤壁时产生的振动不会对截割臂倾角传感器的测量精度造成影响。为了进一步确保截割臂倾角传感器的测量精度，在其安装位置上增加了减振措施：

是在截割臂倾角传感器51与加工安装截割臂倾角传感器的底座之间的安装螺栓改选为小一号的安装螺栓。用1mm厚隔振胶带沿螺栓轴向通轴缠绕2～3圈，粘在螺栓圆柱面上，减弱由螺栓圆柱面传递给传感器的振动强度；

或是在螺栓端部与截割臂倾角传感器51接触处加装橡胶垫圈，减弱由螺栓端面传递给传感器的振动强度；

或是在加工安装截割臂倾角传感器的底座侧壁及上表面粘4mm厚的丁腈隔振橡胶，增加阻尼，减弱由底座向传感器传递的振动强度。

前述的回转台双路测速传感器52安装在回转台4内部，相对位置固定不动，根据测量精度要求在回转台4内侧圆上安装两套感应齿条，跟随回转台4的转动而转动，两套感应齿条上下错开一个齿，通过检测感应齿条，可测量双向运动的位移量和回转台正反转动的角度值，加工安装时确保与回转中心的同轴度保证其输出精度。

如图2所示：在电气操作箱7内放置显示屏71，在该电气操作箱7表面设置按钮72，除包括常规按钮外，增加了执行按钮和修改按钮，执行按钮包括扫底X6，断面成形X7，刷帮X10，修改按钮包括光标上移/增加X11，光标下移/减少X12，确认X13，取消/复位X14，复选X15。其中，执行按钮执行自动断面成形命令，修改按钮修改断面形状、截割工艺路径、断面控制参数值。

如图3所示，负载敏感式比例多路换向阀组11为防爆型，由3个负载敏感式比例多路换向阀11a、负载敏感式比例多路换向阀11b、负载敏感式比例多路换向阀11c多路换向阀组成，其中负载敏感式比例多路换向阀11a与截割伸缩油缸31连接，负载敏感式比例多路换向阀11b与截割臂升降油缸32连接，负载敏感式比例多路换向阀11c与回转台回转油缸33连接。

可编程控制器9及配套设置的模数转换模块91和数模转换模块92是主要控制元件，均放置在电控箱8内，可编程控制器9的控制程序中存储有矩形、梯形、半圆拱形及其他断面形状供选择。其中，回转台双路测速传感器52与可编程控制器9通过电线直接连接，截割臂倾角传感器51、截割电动机电流传感器6和截割头行程传感器53通过电线分别与模数转换模块91连接，两个比例放大器10的一端分别与数模转换模块92连接，其中一个比例放大器10的另一端与负载敏感式比例多路换向阀11a连接，另一个比例放大器10的另一端分别与负载敏感式比例多路换向阀11b、负载敏感式比例多路换向阀11c连接。

通过截割臂倾角传感器51及截割头行程传感器53采集的模拟信号，经过模数转换模块91转换，进入可编程控制器9，与设定值进行比较，进行数学处理，输出控制信号，通过数模转换模块92转换为模拟信号，输入比例放大器10。

截割电动机电流传感器6采集的截割电机电流信号，经模数转换块91转换，进入编制控制器9，与额定电流比较，进行数学处理，输出控制信号，通过数模转换模块92转换为模拟信号，输入比例放大器10。

回转台双路测速传感器52采集的数字信号，直接进入可编程控制器9，直接进行数学运算处理，输出控制信号，通过数模转换模块92转换为模拟信号，输入比例放大器10

两个比例放大器10，分别驱动负载敏感式比例多路换向阀组11的负载敏感式比例多路换向阀11a、负载敏感式比例多路换向阀11b、负载敏感式比例多路换向阀11c的阀口打开和开度大小，对应流量变化，达到恒功率截割无级调速的目的，分别控制截割头伸缩油缸31、截割臂升降油缸32和回转台回转油缸33，从而控制截割头1在煤巷操作规程规定范围内按设定轨迹运动，截割出规整断面。

如图4所示，现有掘进机已能通过可编程控制器9进行电气控制，在此基础上增加巷道断面自动截割成形智能控制功能。选用FX2n-80系列的可编程控制器，输入端子除原有的油泵启动X30、油泵停止X31、截割启动X32、截割停止X33外，增加了回转台双路测速传感器X0、回转台双路测速传感器X1、回转台双路测速传感器X2、回转台双路测速传感器X3、备用X4、备用X5、扫底X6、断面成形X7、刷帮X10、光标上移/增加X11、光标下移/减少X12、确认X13、取消/复位X14、复选X15共14个输入点数，其中双路测速传感器X0、双路测速传感器X1、双路测速传感器X2、双路测速传感器X3共4个输入点是将两套回转台双路测速传感器52采集的数字信号传入可编程控制器9中，扫底X6、断面成形X7、刷帮X10、光标上移/增加X11、光标下移/减少X12、确认X13、取消/复位X14、复选X15共8个输入点为操作箱7对应的按钮，用于发出巷道断面自动截割成形控制命令及进行显示屏71显示菜单的参数修改。输出端子增加升降换向Y42、回转换向Y43、伸缩换向Y44、升降启动Y45、回转启动Y46、伸缩启动Y47共6个输出点数，通过可编程控制器9控制截割臂升降油缸32、回转台回转油缸33及截割头伸缩油缸31的启动和换向。

根据煤巷具体情况增设电气综合保护13和故障指示14。悬臂式巷道掘进机通过故障指示14，能方便显示系统故障和电机故障。系统故障包括电机绕组超温、照明漏电、瓦斯超限故障；电机故障具体显示电气综合保护13中的情况，包括油泵电动机、截割电动机、锚杆电动机、二运电动机的过载、漏电、缺相、短路保护。

截割头倾角传感器51有4个接线，分别对应电源、信号输出、2个地线。电源接入DC12V+电源模块中，信号输出接入可编程控制器9的模数转换模块91中。测角范围为-30°～60°对应输出电压1-5V，所测量角度与输出电压之间呈严格线性关系。截割臂倾角传感器51输出为模拟信号，需要通过模数转换模块91传送至可编程控制器9。通过模数转换模块91特性曲线可推导出数字量对应的测量角度值。

回转台双路测速传感器52输出4个线，分别对应电源正、地线、两路输出。该回转台双路测速传感器52具有编码器功能，输出为两路有相位差的幅度稳定的方波信号，高电平为电源电压，低电平为0.3V，输出的方波信号直接输入到可编程控制器9，通过检测感应齿条，可测量双向运动的位移量和回转台正反转动的角度值，加工安装时确保与回转中心的同轴度保证其输出精度。

截割头行程传感器53输出的模拟信号大小线性对应所测油缸的行程，通过模数转换模块91传送至可编程控制器9。

根据煤巷操作规程，断面截割分为扫底——断面成形——刷帮三个工序。井下煤巷常见断面形状为矩形、梯形、半圆拱形，根据实际工况需要还可编制不同断面形状程序，现以矩形和半圆拱形为例说明。

如图5A所示，矩形截割断面，设矩形巷道断面高为H，巷道断面宽度为B，截割头垂直截割间距为d。程序运行前通过操作按钮显示屏7的控制参数菜单对H、B、d参数值进行设定。

(1)扫底

按动扫底X6按钮，实现O-O1-A-A0-O2-O1-B-A1-O2-O1的扫底截割路径，断面成形。

按动断面成形X7按钮，实现O1-B-C-D-E-F-G-H类S形顺序运动。

(2)刷帮

按动刷帮X10按钮，实现绕断面一周的截割路径：H-G-B-A-H-G-C-O，最终停留到刷帮初始位置0。

如图5B所示，半圆拱形截割断面，设矩形巷道断面高为H，巷道断面宽度为B，截割头垂直截割间距为d，圆弧半径为r。程序运行前通过操作按钮72对显示屏7控制参数菜单中的H、B、d、r参数值进行设定。通过选择不同的转换开关和启动开关变换截割头运动方向。

(1)扫底

按动扫底X6按钮，实现O-O1-A-A0-O2-O1-B-A1-O2-O1的扫底截割路径。

(2)断面成形

按动断面成形X7按钮，实现O1-B-C-D-E-F-G-H-I-J-K-L-H类S形顺序运动。

(3)刷帮

按动刷帮X10按钮，实现绕断面一周的截割路径：H-G-B-A-H-G-C-O，最终停留到刷帮初始位置0。

具体截割工艺路径和执行步骤可根据实际工况进行程序设定，三个工序可通过设定其中的一个按钮连续动作，也可分别按扫底、断面成形、刷帮按钮顺次完成。

如图6为掘进自动截割成形智能控制系统中矩形断面成形程序的流程图。该系统开始启动后先进行程序自检，排查硬件及软件故障，通过操作按钮72对显示屏参数值进行设定，调整截割头初始位置到指定位置后按动操作按钮72中的断面成形控制按钮X7，自动执行控制程序，执行元件3带动截割头1先向下截割，判断是否运行到指定位置？到达指定位置后通过选择不同的转换开关和启动开关变换截割头运动方向，截割头1水平截割到达极限位置后垂直截割，判断截割头空间位置是否到达垂直高度设定值，若达到则完成最后一次水平截割到极限位置处，结束断面成形程序的运行，否则继续水平、垂直循环类S形截割。按动按钮扫底X6，实现如图5A所示O-O1-A-A0-O2-O1-B-A1-O2-O1的扫底截割路径，断面成形。其他形状的断面成形程序流程相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种掘进自动截割成形智能控制系统，由控制元件和执行元件(3)组成，执行元件(3)包括：截割头伸缩油缸(31)、回转台回转油缸(33)、截割臂升降油缸(32)，其特征在于：所述的控制元件包括

--截割头空间位置检测装置(5)，获取表述截割臂(2)和截割头(1)空间位置信号值；

--截割电动机电流传感器(6)，采集截割电动机电流信号；

--可编程控制器(9)，对截割头空间位置检测装置(5)采集的信号进行数学运算处理，控制截割头(1)在煤巷操作规程规定范围内按设定轨迹运动，截割出规整断面，同时根据煤质变化实现截割头牵引速度的自动无级调速，保证截割电动机恒功率运转；

--比例放大器(10)，输出电流信号控制负载敏感式比例多路换向阀组(11)的阀口打开，实现设定截割断面自动成形，同时，输出电流信号控制负载敏感式比例多路换向阀组(11)的阀口的打开和阀口开度大小，控制多个执行元件(3)伸缩量对时间的变化率，达到调节截割头牵引速度的目的；

--负载敏感式比例多路换向阀组(11)，与比例放大器(10)相匹配，可无级调节执行元件(3)的运动速度，可使多个执行元件(3)同时并相互独立地以不同速度和压力工作，可对应不同煤质变化时的截割头牵引速度的自动无级调速；

--显示屏(71)，增加了如下显示内容：截割头运行空间位置，断面极限位置指示灯，断面形状，截割工艺路径，断面控制参数值；

--操作按钮(72)，增加了执行按钮和修改按钮，其中，执行按钮执行自动断面成形命令，修改按钮修改断面形状、截割工艺路径、断面控制参数值；

其中，截割头空间位置检测装置(5)安装在掘进机相应的检测位置上，截割电动机电流传感器(6)、可编程控制器(9)、比例放大器(10)均放置在电控箱(8)内，负载敏感式比例多路换向阀组(11)装在操纵台(12)里，在电气操作箱(7)内放置显示屏(71)，在该电气操作箱(7)表面设置操作按钮(72)；截割头空间位置检测装置(5)、截割电动机电流传感器(6)和操作按钮(72)分别与可编程控制器(9)电线连接，可编程控制器(9)依次通过电线与比例放大器(10)、负载敏感式比例多路换向阀组(11)连接，负载敏感式比例多路换向阀组(11)通过油路控制多个执行元件(3)，上述控制元件和执行元件(3)共同完成巷道断面自动成形控制及截割头牵引速度的自动无级调速，保证截割规整断面及截割电动机恒功率运转。

2.根据权利要求1所述的掘进自动截割成形智能控制系统，其特征在于：其中所述的截割头空间位置检测装置(5)包括：

--截割臂倾角传感器(51)，安装在截割臂(2)侧面，测量截割臂(2)垂直摆角；

--回转台双路测速传感器(52)，安装在掘进机的回转台(4)内，测量截割臂(2)水平摆角；

--截割头行程传感器(53)，安装在截割头伸缩油缸(31)中，测量截割头(1)伸缩量。

3.根据权利要求1-2中任意一项所述的掘进自动截割成形智能控制系统，其特征在于：其中所述的可编程控制器(9)配设有：

--模数转换模块(91)，将截割电动机电流传感器(6)、截割臂倾角传感器(51)及截割头行程传感器(53)分别输出的模拟信号，转换为数字信号进入可编程控制器(9)；

--数模转换模块(92)，将可编程控制器(9)输出数字信号转换为模拟信号输入比例放大器(10)；

其中，回转台双路测速传感器(52)与可编程控制器(9)通过电线直接连接，截割臂倾角传感器(51)、截割电动机电流传感器(6)和截割头行程传感器(53)通过电线分别与模数转换模块(91)连接，多个比例放大器(10)的一端分别直接与数模转换模块(92)连接，该多个比例放大器(10)的另一端分别与执行元件(3)连接。

4.根据权利要求3所述的掘进自动截割成形智能控制系统，其特征在于：其中所述的回转台双路测速传感器(52)位于回转台(4)内位置相对固定，且在回转台(4)内侧圆上安装一套以上的感应齿条，通过回转台双路测速传感器(52)检测感应齿条齿数并输出数字信号直接传给可编程控制器(9)，该可编程控制器(9)通过数学计算获得截割头(1)的空间水平位置。

5.根据权利要求1-2中任意一项所述的掘进自动截割成形智能控制系统，其特征在于：其中所述的截割电动机电流传感器(6)采集截割电机电流信号，与额定电流比较，经模数转换模块(91)传送给可编程控制器(9)，控制比例放大器(10)驱动负载敏感式比例多路换向阀组(11)阀口的打开和阀口开度大小，实现截割头(1)自动无级调速，保证截割电动机恒功率运转。

6.根据权利要求4所述的掘进自动截割成形智能控制系统，其特征在于：其中所述的截割电动机电流传感器(6)采集截割电机电流信号，与额定电流比较，经模数转换模块(91)传送给可编程控制器(9)，控制比例放大器(10)驱动负载敏感式比例多路换向阀组(11)阀口的打开和阀口开度大小，实现截割头(1)自动无级调速，保证截割电动机恒功率运转。

7.根据权利要求1-2中任意一项所述的掘进自动截割成形智能控制系统，其特征在于：其中所述的负载敏感式比例多路换向阀组(11)为防爆型，由多个负载敏感式比例多路换向阀组成，该多个负载敏感式比例多路换向阀的一端分别与相应的比例放大器(10)连接，另一端分别与相对应的截割头伸缩油缸(31)、回转台回转油缸(33)、截割臂升降油缸(32)连接。

8.根据权利要求4所述的掘进自动截割成形智能控制系统，其特征在于：其中所述的负载敏感式比例多路换向阀组(11)为防爆型，由多个负载敏感式比例多路换向阀组成，该多个负载敏感式比例多路换向阀的一端分别与相应的比例放大器连接，另一端分别与相对应的截割头伸缩油缸(31)、回转台回转油缸(33)、截割臂升降油缸(32)连接。

9.根据权利要求3所述的掘进自动截割成形智能控制系统，其特征在于：其中所述的可编程控制器(9)控制程序中，存储有矩形、梯形、半圆拱形，可根据实际工况需要存储其它断面形状。

10.根据权利要求2所述的掘进自动截割成形智能控制系统，其特征在于：其中所述的截割臂倾角传感器(51)上装有减振装置。

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