CN101887273A - 采煤机滚筒自动调高实验装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种采煤机滚筒自动调高实验装置及控制方法，包括机身、摇臂、滚筒、调高泵站、传感器、倾角控制器和位移控制器。机身与摇臂铰接，摇臂输出端与滚筒联结。调高泵站通过油缸驱动摇臂及滚筒运动，模拟采煤机运行情况。机身和摇臂上均设有倾角传感器，油缸上设有位移传感器。机身和摇臂上的倾角传感器输出与相应的倾角预设值作比较，其误差作为倾角控制器输入，倾角控制器的输出作为油缸位移控制器的预设值，与油缸位移传感器的输出数据相比较，其误差送油缸位移控制器，油缸位移控制器的输出控制伺服阀的开度和方向，实现滚筒高度调节。用于研究截割介质变化对滚筒调高装置的性能要求实验及油缸位移波动对滚筒高度的影响实验。

Description

采煤机滚筒自动调高实验装置及控制方法

技术领域

本发明涉及采煤机滚筒自动调高实验装置及控制方法，尤其适用于模拟矿井采煤机滚筒自动调高装置的油缸伺服控制实验。

背景技术

采煤机是煤矿生产中非常关键的设备，然而其工作环境十分恶劣，煤炭开采综合机械化及其工作过程自动控制成为煤炭工业增加产量，提高劳动效率，减少重大恶性事故和改善劳动条件的重要手段。采煤机滚筒自动调高控制技术是实现采煤工作面自动化控制的关键技术之一。目前，实际应用中采煤机滚筒调高多采用人工观测为依据的手动调整，或者通过机身和摇臂的实际倾角与相应的倾角预设值的比较误差来自动控制伺服阀的开度与流量，从而控制滚筒高度的自动调高，为单回路反馈控制。对采煤机滚筒自动调高技术的研究中，也是偏重于通过机身和摇臂的实际倾角与相应的倾角预设值的比较误差来控制滚筒高度。即使有其他自动调高控制方案提出，也均是基于简单回路反馈控制方式来实现滚筒调高。这种基于简单反馈的控制系统，以伺服阀流量作为影响滚筒高度的干扰因素，通过改变伺服阀的开度和方向来维持滚筒高度保持在所预设的位置上。从理论上讲，在没有其他外干扰的情况下，这种控制方案是可行的，合理的，能通过油液流量的改变而实现滚筒高度的调整。但仔细分析就会发现，从伺服阀动作开度调整到滚筒高度改变，这中间要相继经过单向阀、调高油缸、摇臂，因此控制通道时间常数较大，致使滚筒高度对于油液流量的变化反应较缓慢。另外，在采煤机实际工作中，影响滚筒高度的因素较多，除油液流量干扰因素外，油缸位移也是一个很重要的干扰因素。在采煤机截割过程中，由于煤岩的非均质性和各向异性、坚硬夹杂物的随机分布，使得截齿受到的截割力是随机变化的；同时，由于摇臂巨大的转动惯量，在采煤机截割及调高过程中，都会不可避免的对调高液压系统造成液压冲击，从而造成油缸位移的波动。同时，液压冲击使液压油温度发生变化，而液压传动对油温变化敏感，因此液压油温度对油缸位移波动影响显著。另外，由于液压油固有的可压缩性和液压系统固有的泄露问题，在实际应用中，即使仅在摇臂和滚筒的重量所引起的静态载荷的作用下，调高油缸活塞杆的位移也会发生下沉变化。而调高油缸活塞杆位移的波动会引起机身和摇臂倾角的变化，并会进一步影响伺服阀的开度与流量，从而影响滚筒的高度，即调高油缸位移波动对滚筒高度造成了干扰，这会增加滚筒调高时的位置调整次数，对调高控制系统的控制精度、控制速度和控制稳定性产生了影响。因此需要增加内反馈来改善控制系统的性能。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构紧凑，方法简便，易于操作，消除调高油缸位移波动对滚筒高度干扰的采煤机滚筒自动调高实验装置及控制方法。

技术方案：本发明的采煤机滚筒自动调高实验装置，包括由刚性框架组成的机身，连接在机身上的液压调高泵站，机身上设有倾角控制器和机身两维倾角传感器，机身的前部铰接有摇臂，机身的底部设有与摇臂相连并通过液压调高泵站控制摇臂摆动的油缸，摇臂的顶部设有滚筒，摇臂上设有与倾角控制器相连的一维倾角传感器，液压调高泵站内设有伺服阀，所述的机身上设有油缸位移控制器，调高油缸上设有与油缸位移控制器相连的位移传感器。

本发明的采煤机滚筒自动调高控制方法，包括对采煤机机身的二维倾角值、摇臂的倾角值进行检测和设定，将检测到的倾角值信号送给倾角控制器，再经伺服阀控制油缸，通过油缸控制摇臂动作，还包括如下步骤：

a、将检测到的采煤机机身的二维倾角值、摇臂的倾角值与倾角控制器内预设的倾角值进行比较，由这些比较误差值控制倾角控制器的输出，该输出值作为位移控制器的预设值；

b、通过油缸位移传感器检测油缸的实际位移，并将检测到的油缸位移值输送给油缸位移控制器；

c、由油缸位移控制器将检测到的油缸实际位移值与倾角控制器的输出值进行比较，通过比较的误差值控制伺服阀的开度和方向，改变液压油的流量和方向，使油缸的位移、机身的倾角和摇臂的倾角与预设值一致，实现滚筒高度的调节。

有益效果：通过液压调高泵站驱动摇臂升降，可有效模拟矿井采煤机滚筒的运行工况实验。对倾角控制器的输出值和油缸位移传感器检测到的油缸实际位移值进行比较，由该比较误差控制位移控制器的输出，该输出值控制伺服阀的开度和方向，改变液压油的流量和方向，使油缸位移和摇臂、机身倾角与预设值一致，从而保证滚筒高度。能用于研究截割介质发生变化时对采煤机滚筒自动调高装置的性能要求实验，尤其是深入研究调高油缸活塞杆位移波动对机身倾角、摇臂倾角、采煤机滚筒高度和伺服阀的开度与流量的影响实验。还能研究采煤机滚筒自动调高技术的控制精度、控制速度和控制稳定性等问题。为实现采煤机滚筒快速、准确的调高提供可靠的依据。本发明结构紧凑，方法简单，安全可靠，安装和操作简便。

附图说明

图1是本发明的采煤机滚筒自动调高实验装置结构示意图；

图2是本发明的液压调高泵站的液压系统原理示意图；

图3是本发明的采煤机滚筒自动调高实验装置的控制原理框图。

图中：机身-1、液压调高泵站-2、位移控制器-3、倾角控制器-4、机身两维倾角传感器-5、摇臂-6、摇臂一维传感器-7、滚筒-8、伺服阀-9、油缸位移传感器-10、油缸-11；油箱-2-1、主安全阀-2-2、电动机-2-3、调高泵-2-4、磁过滤器-2-5、吸液过滤器-2-6、安全阀-2-7、-2-10，液控单向阀-2-8、2-9。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步描述：

图1图2所示，以右调高系统为例，采煤机滚筒调高实验装置主要由机身1、液压调高泵站2、位移控制器3、倾角控制器4、机身两维倾角传感器5、摇臂6、摇臂一维传感器7、滚筒8、伺服阀9、油缸位移传感器10和油缸11构成。机身1是由连接框架组成的一个刚性整体，机身1与摇臂6铰接，摇臂6输出端与滚筒8连接。液压调高泵站2通过其执行机构油缸11，驱动摇臂6及滚筒8上升或下降，模拟矿井采煤机滚筒运行情况。在机身1的适当位置安装两维倾角传感器5，在摇臂6的适当位置安装一维倾角传感器7，在油缸11的适当位置安装油缸位移传感器10。机身上的两维倾角传感器5、摇臂6上的一维倾角传感器7与倾角控制器4相连。倾角控制器4的输出与位移控制器3相连，油缸位移传感器10的输出也和和油缸位移控制器3相连，油缸位移控制器3的输出与液压调高泵站2中的伺服阀9相连。液压调高泵站为滚筒调高提供动力，它由油箱2-1、主安全阀2-2、电动机2-3、调高泵2-4、磁过滤器2-5、吸液过滤器2-6、伺服阀9、安全阀2-7，2-10、液控单向阀2-8，2-9和油缸11组成。当摇臂上升时，伺服阀9右阀位接入系统，交流电动机2-3带动调高泵2-4经磁过滤器2-5、吸液过滤器2-6从油箱2-1中吸液，向液压系统提供油液。油液经伺服阀9右位、液控单向阀2-8进入油缸11右腔，通过油缸活塞杆驱动摇臂升起；油缸11左腔中的油液经安全阀2-10、伺服阀9左位回油箱。摇臂下降过程液压操作与其上升过程基本一样，所不同的是油缸11右腔中的油液经阀2-7、伺服阀9右位回油箱2-1。调高泵站2安装在机身1上，调高系统液压元部件均集成安装于调高泵箱上平面。主安全阀2-2用来调定主系统工作压力。

本发明的采煤机滚筒自动调高控制方法，具体步骤如下：

1、实验装置在开机后截割工作开始前，首先对采煤机机身1的二维倾角值、摇臂6的倾角值进行进行检测和设定；

2、液压调高泵站2通过油缸11驱动摇臂6及滚筒8上升或下降，模拟矿井采煤机滚筒运行情况；在采煤机滚筒8截割过程中，通过机身1上的两维倾角传感器5测量采煤机机身1沿工作面长度方向相对于水平面的实际倾角值和机身1沿工作面推进方向相对于水平面的实际倾角值；通过摇臂6上的一维倾角传感器7输出摇臂6沿工作面长度方向相对于水平面的实际倾角值；将检测到的机身1及摇臂6倾角值送到倾角控制器4；

3、将检测到的机身1的二维倾角值和摇臂6的倾角值与相应的倾角预设值进行比较，由这些比较误差值控制倾角控制器4的输出，该输出值作为位移控制器3的预设值；

4、在实验台工作过程中，油缸位移传感器10检测油缸11实际位移值，并将检测到的油缸位移值送到油缸位移控制器3；

5、将油缸实际位移值与倾角控制器的输出进行比较，由该比较误差控制油缸位移控制器3的输出，该输出值转换为指令信号，控制伺服阀9的开度和方向，改变液压油的流量和方向，使油缸11位移、机身1倾角和摇臂6倾角与预设值一致，保证滚筒8高度。

工作原理：通过机身1上的两维倾角传感器5测量采煤机机身沿工作面长度方向相对于水平面的实际倾角值，和机身沿工作面推进方向相对于水平面的实际倾角值；通过摇臂上的一维倾角传感器7输出摇臂沿工作面长度方向相对于水平面的实际倾角值；将检测到的这些机身及摇臂倾角值送到倾角控制器4；将检测到的机身1的二维倾角值和摇臂6的倾角值与相应的倾角预设值进行比较，由这些比较误差值控制倾角控制器4的输出，该输出值作为位移控制器3的预设值；油缸位移传感器10检测油缸11实际位移值，并将检测到的油缸位移值送到油缸位移控制器3；将油缸实际位移值与倾角控制器的输出进行比较，由该比较误差控制油缸位移控制器3的输出，该输出值转换为指令信号，控制伺服阀9的开度和方向，改变液压油的流量和方向，使油缸11位移、机身1倾角和摇臂6倾角与预设值一致，保证滚筒8高度。

图3所示为本发明的控制系统原理框图，实验装置在开机后截割工作开始前，首先对采煤机机身1的二维倾角值、摇臂6的倾角值进行设定，这些预设值送给倾角控制器4，倾角控制器4的输出作为油缸位移控制器3输入，油缸位移控制器3的输出作为伺服阀9的输入，伺服阀9的输出受到油液温度、油液泄漏等二次干扰的影响，然后驱动油缸运动，油缸的输出位移受到油液流量等对机身二维倾角值和摇臂倾角值有影响的一次干扰的影响后，作用在采煤机摇臂上，对滚筒高度进行调节。由于从调节伺服阀开度与方向到油缸位移进行调整，调节通道短，调节过程快，能及时有效地稳定油缸位移，抑制油缸位移波动对滚筒高度的影响。但是油缸位移不能代表滚筒的高度，如果油缸位移调好了，滚筒高度不一定能满足要求，因为油液流量的变化以及其他次要干扰还会影响滚筒高度。机身、摇臂倾角传感器调节回路用来克服油液流量对滚筒高度的影响。为此，形成了以油缸位移调节回路作为内反馈、以机身二维倾角和摇臂倾角调节为外反馈的控制系统。外反馈系统用于最终保证滚筒高度满足要求，内反馈系统用于克服油缸位移波动对滚筒高度的影响。一次干扰是指对机身二维倾角和摇臂倾角有影响的油液流量的变化。二次干扰是指油液温度、泄露等对油缸位移有影响的干扰因素。

Claims (2)

1.一种采煤机滚筒自动调高实验装置，它包括由刚性框架组成的机身(1)，连接在机身(1)上的液压调高泵站(2)，机身(1)上设有倾角控制器(4)和机身两维倾角传感器(5)，机身(1)的前部铰接有摇臂(6)，机身(1)的底部设有与摇臂(6)相连并通过液压调高泵站(2)控制摇臂(6)摆动的油缸(11)，摇臂(6)的顶部设有滚筒(8)，摇臂(6)上设有与倾角控制器(4)相连的一维倾角传感器(7)，液压调高泵站(2)内设有伺服阀(9)，其特征在于：所述的机身(1)上设有油缸位移控制器(3)，调高油缸(11)上设有与油缸位移控制器(3)相连的位移传感器(10)。

2.一种如权利要求1所述装置的采煤机滚筒自动调高控制方法，包括对采煤机机身(1)的二维倾角值、摇臂(6)的倾角值进行检测和设定，将检测到的倾角值信号送给倾角控制器(4)，再经伺服阀(9)控制油缸(11)，通过油缸(11)控制摇臂(6)动作，其特征在于：

a、将检测到的采煤机机身(1)的二维倾角值、摇臂(6)的倾角值与倾角控制器(4)内预设的倾角值进行比较，由这些比较误差值控制倾角控制器(4)的输出，该输出值作为位移控制器(3)的预设值；

b、通过油缸位移传感器(10)检测油缸(11)的实际位移，并将检测到的油缸位移值输送给油缸位移控制器(3)；

c、由油缸位移控制器(3)将检测到的油缸实际位移值与倾角控制器(4)的输出值进行比较，通过比较的误差值控制伺服阀(9)的开度和方向，改变液压油的流量和方向，使油缸(11)的位移、机身(1)的倾角和摇臂(6)的倾角与预设值一致，实现滚筒(8)高度的调节。

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