CN103527191A - 掘进机自动控制过程中的防碰撞装置 - Google Patents

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CN103527191A CN201310527375.9A CN201310527375A CN103527191A CN 103527191 A CN103527191 A CN 103527191A CN 201310527375 A CN201310527375 A CN 201310527375A CN 103527191 A CN103527191 A CN 103527191A
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杨林
杨敬洲
杨雪菲
陈欣
廉浩
王晋
李欢
耿飚
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Abstract

一种应用于掘进机自动控制领域中的掘进机自动控制过程中的防碰撞装置，包括截割臂、第一液压油缸、第一位移传感器、第一电缆、机身、电控箱、第二电缆、第二位移传感器、第二液压油缸、铲板，第一液压缸两端通过轴连接方式分别连接截割臂和机身，第二液压缸两端通过轴连接方式分别连接铲板和机身，第一位移传感器安装在第一液压油缸中，通过第一电缆与电控箱直接柔性连接，第二位移传感器安装在第二液压油缸中，通过第二电缆与电控箱直接柔性连接。该装置结构简单、效果显著、成本低廉、工作稳定可靠、应用在煤矿自动控制掘进机上可提高操作的安全性及截割的效率。

Description

掘进机自动控制过程中的防碰撞装置
技术领域
本发明涉及掘进机自动控制领域中防止截割臂和铲板发生碰撞的一种掘进机自动控制过程中的防碰撞装置。
背景技术
自动截割掘进机是一种新概念掘进机，较传统的掘进机相比，从操作人员安全方面和截割速度方面都有了本质的变化。控制工艺也非常复杂，这种新工艺的出现解决了普通掘进机截割速度慢，需手动修形，操作人员危险等问题。以前在我们普通的掘进机截割过程中，各家工艺也都基本一样，都是人为手动控制，无自动切割修形。这样就造成了巷道形状不规则，效率低，掘进速度慢。进而我们拓展思维采用了新的控制工艺，改善截割效率，提高性能参数从而达到安全、高效开掘巷道的掘进工作。因此，研制开发一种采用自动修型的掘进机一直是急待解决的新课题，而在自动控制中防止截割臂和铲板发生碰撞又是其中的重要课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种掘进机自动控制过程中的防碰撞装置，该装置用于防止自动工作状态下截割臂和铲板发生碰撞，该防碰撞结构针对自动控制掘进机，可以提高掘进过程中的效率、操作人员的安全，避免因误动作造成截割臂和铲板发生碰撞，节省了维修的费用，同时也延长了整机的使用寿命。
本发明的目的是这样实现的：掘进机自动控制过程中的防碰撞装置，包括截割臂、第一液压油缸、第一位移传感器、第一电缆、机身、电控箱、第二电缆、第二位移传感器、第二液压油缸、铲板，第一液压缸两端通过轴连接方式分别连接截割臂和机身，第二液压缸两端通过轴连接方式分别连接铲板和机身，第一位移传感器安装在第一液压油缸中，通过第一电缆与电控箱直接柔性连接，第二位移传感器安装在第二液压油缸中，通过第二电缆与电控箱直接柔性连接；所述装置的工作原理及操作方法是，截割臂在断面上的运行轨迹为“S”型，铲板的运行轨迹为上下往复运动，第一液压油缸的动作范围B为0-760mm，第二液压油缸的动作范围D为0-150mm，均由电控箱控制，使其做伸缩运动，从而得到截割臂和铲板之间构成的不同角度的夹角，再根据电控箱内部的算法，防止截割臂和铲板发生碰撞；当电控箱控制第一液压油缸和第二液压油缸动作后，第一位移传感器和第二位移传感器将分别通过第一电缆和第二电缆传输信号给电控箱，电控箱经算法得出截割臂和铲板之间的夹角，当夹角接近0度时，控制第一液压油缸和第二液压油缸动作，从而形成闭环控制系统，防止截割臂和铲板碰撞；所述装置的控制系统算法是，控制系统连锁，无论截割臂还是铲板在动作之前都要监测另一机构相应的位置；动作过程中要监测两个机构之间的夹角并且在角度小于10度时要根据运动的方向降低其中一个机构的速度，如：同时向上运动应该降低铲板的速度，同时向下运动应该降低截割臂的速度，相向运动时应同时降低两个机构的速度；
根据图4三角形余弦公式可以得到：
                                                     
Figure 2013105273759100002DEST_PATH_IMAGE001
     （1）
其中AO是截割臂的长度为已知参数，BO是铲板的长度为已知参数，AM是截割臂前端到地面的距离为可变参数，BN是铲板前端到地面的距离为可变参数，
Figure 293175DEST_PATH_IMAGE002
是截割臂与地面的夹角，是铲板与地面的夹角，两个夹角
Figure 710512DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 727010DEST_PATH_IMAGE003
在地面以上为正，地面以下为负，
Figure 224987DEST_PATH_IMAGE004
是截割臂与铲板之间的夹角；当
Figure 869071DEST_PATH_IMAGE004
的值大于0度时截割臂和铲板不会发生平碰撞；
由于截割臂、铲板距离地面的长度可以通过位第一移传感器和第二位移传感器检测到，通过第一电缆和第二电缆传输信号给电控箱，实现实时监测和控制，其中截割臂距离地面的长度AM和铲板距离地面的长度BN可由图2和图3以及通过公式（2）和公式（3）的算法获得，
Figure 2013105273759100002DEST_PATH_IMAGE005
        （2）
Figure 570442DEST_PATH_IMAGE006
         （3）
其中
Figure 2013105273759100002DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 161870DEST_PATH_IMAGE008
分别为位移传感器3和位移传感器8检测的位置数值。 
本发明的要点在于它的结构、工作原理和算法。其工作原理及操作方法是，截割臂1在断面上的运行轨迹为“S”型，铲板10的运行轨迹为上下往复运动，液压油缸2的动作范围B为0-760mm，液压油缸9的动作范围D为0-150mm，均由电控箱6控制，使其做伸缩运动，从而得到截割臂1和铲板10之间构成的不同角度的夹角，再根据电控箱6内部的算法，防止截割臂1和铲板10发生碰撞；当电控箱6控制液压油缸2和液压油缸9动作后，位移传感器3和位移传感器8将分别通过电缆4和电缆7传输信号给电控箱6，电控箱6经算法得出截割臂1和铲板10之间的夹角，当夹角接近0度时，控制液压油缸2和液压油缸9动作，从而形成闭环控制系统，防止截割臂1和铲板10碰撞。 
掘进机自动控制过程中的防碰撞装置与现有技术相比，具有结构简单、效果显著、成本低廉、工作稳定可靠、应用在煤矿自动控制掘进机上可提高操作的安全性及截割的效率等优点，将广泛地应用于掘进机自动控制领域中。
附图说明   
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
图1是自动控制掘进机截割臂和铲板装置示意图。
图2是截割臂与液压缸动作范围对应图。
图3是铲板与液压缸动作范围对应图。
图4 是截割臂和铲板间夹角示意图。
参照附图，掘进机自动控制过程中的防碰撞装置，包括截割臂1、第一液压油缸2、第一位移传感器3、第一电缆4、机身5、电控箱6、第二电缆7、第二位移传感器8、第二液压油缸9、铲板10，第一液压缸2两端通过轴连接方式分别连接截割臂1和机身5，第二液压缸9两端通过轴连接方式分别连接铲板10和机身5，第一位移传感器3安装在第一液压油缸2中，通过第一电缆4与电控箱6直接柔性连接，第二位移传感器8安装在第二液压油缸9中，通过第二电缆7与电控箱6直接柔性连接；所述装置的工作原理及操作方法是，截割臂1在断面上的运行轨迹为“S”型，铲板10的运行轨迹为上下往复运动，第一液压油缸2的动作范围B为0-760mm，第二液压油缸9的动作范围D为0-150mm，均由电控箱6控制，使其做伸缩运动，从而得到截割臂1和铲板10之间构成的不同角度的夹角，再根据电控箱6内部的算法，防止截割臂1和铲板10发生碰撞；当电控箱6控制第一液压油缸2和第二液压油缸9动作后，第一位移传感器3和第二位移传感器8将分别通过第一电缆4和第二电缆7传输信号给电控箱6，电控箱6经算法得出截割臂1和铲板10之间的夹角，当夹角接近0度时，控制第一液压油缸2和第二液压油缸9动作，从而形成闭环控制系统，防止截割臂1和铲板10碰撞；所述装置的控制系统算法是，控制系统连锁，无论截割臂1还是铲板10在动作之前都要监测另一机构相应的位置；动作过程中要监测两个机构之间的夹角并且在角度小于10度时要根据运动的方向降低其中一个机构的速度，如：同时向上运动应该降低铲板10的速度，同时向下运动应该降低截割臂1的速度，相向运动时应同时降低两个机构的速度；
根据图4三角形余弦公式可以得到：
      
Figure 576671DEST_PATH_IMAGE001
     （1）
其中AO是截割臂1的长度为已知参数，BO是铲板10的长度为已知参数，AM是截割臂1前端到地面的距离为可变参数，BN是铲板10前端到地面的距离为可变参数，
Figure 332269DEST_PATH_IMAGE002
是截割臂1与地面的夹角，
Figure 832520DEST_PATH_IMAGE003
是铲板10与地面的夹角，两个夹角
Figure 66187DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 601073DEST_PATH_IMAGE003
在地面以上为正，地面以下为负，
Figure 527572DEST_PATH_IMAGE004
是截割臂与铲板之间的夹角；当
Figure 515120DEST_PATH_IMAGE004
的值大于0度时截割臂1和铲板10不会发生平碰撞；
由于截割臂1、铲板10距离地面的长度可以通过位第一移传感器3和第二位移传感器8检测到，通过第一电缆4和第二电缆7传输信号给电控箱6，实现实时监测和控制，其中截割臂1距离地面的长度AM和铲板10距离地面的长度BN可由图2和图3以及通过公式（2）和公式（3）的算法获得，
Figure 549547DEST_PATH_IMAGE005
        （2）
Figure 673361DEST_PATH_IMAGE006
         （3）
其中
Figure 957712DEST_PATH_IMAGE007
、分别为位移传感器3和位移传感器8检测的位置数值。 
下面结合实施例对本发明作进一步具体描述：
图1可以直观的看出截割臂1、铲板10、第一液压油缸2和第二液压油缸9的位置，第一位移传感器3和第二位移传感器8分别置于第一液压油缸2和第二液压油缸9中。图2可以看出第一位移传感器3与截割1的动作范围的对应关系。图3可以看出第二位移传感器8与铲板10动作范围的对应关系。图4可以看出截割臂1和铲板10分别与地面之间的夹角的对应关系。

Claims (3)

1.一种掘进机自动控制过程中的防碰撞装置，包括截割臂、第一液压油缸、第一位移传感器、第一电缆、机身、电控箱、第二电缆、第二位移传感器、第二液压油缸、铲板，其特征在于：第一液压缸两端通过轴连接方式分别连接截割臂和机身，第二液压缸两端通过轴连接方式分别连接铲板和机身，第一位移传感器安装在第一液压油缸中，通过第一电缆与电控箱直接柔性连接，第二位移传感器安装在第二液压油缸中，通过第二电缆与电控箱直接柔性连接。
2.根据权利要求1所述的掘进机自动控制过程中的防碰撞装置，其特征在于：所述装置的工作原理及操作方法是，截割臂在断面上的运行轨迹为“S”型，铲板的运行轨迹为上下往复运动，第一液压油缸的动作范围B为0-760mm，第二液压油缸的动作范围D为0-150mm，均由电控箱控制，使其做伸缩运动，从而得到截割臂和铲板之间构成的不同角度的夹角，再根据电控箱内部的算法，防止截割臂和铲板发生碰撞；当电控箱控制第一液压油缸和第二液压油缸动作后，第一位移传感器和第二位移传感器将分别通过第一电缆和第二电缆传输信号给电控箱，电控箱经算法得出截割臂和铲板之间的夹角，当夹角接近0度时，控制第一液压油缸和第二液压油缸动作，从而形成闭环控制系统，防止截割臂和铲板碰撞。
3.根据权利要求1所述的掘进机自动控制过程中的防碰撞装置，其特征在于：所述装置的控制系统算法是，控制系统连锁，无论截割臂还是铲板在动作之前都要监测另一机构相应的位置；动作过程中要监测两个机构之间的夹角并且在角度小于10度时要根据运动的方向降低其中一个机构的速度，如：同时向上运动应该降低铲板的速度，同时向下运动应该降低截割臂的速度，相向运动时应同时降低两个机构的速度；
根据图4三角形余弦公式可以得到：
                                                      
Figure 2013105273759100001DEST_PATH_IMAGE001
     （1）
其中AO是截割臂的长度为已知参数，BO是铲板的长度为已知参数，AM是截割臂前端到地面的距离为可变参数，BN是铲板前端到地面的距离为可变参数，
Figure 699690DEST_PATH_IMAGE002
是截割臂与地面的夹角，
Figure 2013105273759100001DEST_PATH_IMAGE003
是铲板与地面的夹角，两个夹角
Figure 756639DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 8629DEST_PATH_IMAGE003
在地面以上为正，地面以下为负，是截割臂与铲板之间的夹角；当
Figure 349928DEST_PATH_IMAGE004
的值大于0度时截割臂和铲板不会发生平碰撞；
由于截割臂、铲板距离地面的长度可以通过位第一移传感器和第二位移传感器检测到，通过第一电缆和第二电缆传输信号给电控箱，实现实时监测和控制，其中截割臂距离地面的长度AM和铲板距离地面的长度BN可由图2和图3以及通过公式（2）和公式（3）的算法获得，
        （2）
         （3）
其中、
Figure 759974DEST_PATH_IMAGE008
分别为位移传感器3和位移传感器8检测的位置数值。
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PB01 Publication
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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