CN103776418B - 一种采煤机记忆截割过程中的姿态定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采煤机记忆截割过程中的姿态定位方法，通过读取采煤机机身内部的倾角传感器得出采煤机机身的倾角θ₁；通过读取机载可编程控制器中记载的左右调高油缸对应电磁阀的动作时间，进而计算出液压缸的进油量，再通过已有的几何关系得出左右摇臂相对于采煤机机身的倾角θ₂、θ₃，由θ₁、θ₂、θ₃便可定位记忆截割过程中的采煤机姿态。本发明通过间接的方法得出采煤机左右摇臂的倾角θ₂和θ₃，就可对采煤机的姿态进行定位，无需安装左右摇臂的倾角传感器，不仅减少了传感器的数量，使采煤机在记忆截割过程中无需采集多个数据量，减少数据分析时间，而且有效避免倾角传感器由于外部的撞击损坏，导致定位不准确，保证采煤机的正常工作。

Description

一种采煤机记忆截割过程中的姿态定位方法

技术领域

本发明涉及一种采煤机姿态定位方法，具体是一种采煤机记忆截割过程中的姿态定位方法。

背景技术

随着综采自动化技术的发展，带有记忆截割功能的采煤机正逐步运用到综采工作面。在记忆截割过程中需要对采煤机的位置、姿态进行精确定位，采煤机的位置即相对于记忆截割起始点的采煤机三维坐标，采煤机的姿态即相对于记忆截割起始点的采煤机机身倾角、左右滚筒倾角。

目前，采煤机的姿态一般通过安装在采煤机机身的倾角传感器与安装在左右摇臂的倾角传感器确定，至少需要三个倾角传感器，有的采煤机还安装了两个油缸位移传感器，共需要五个传感器，组成了一套定位采煤机姿态的冗余系统，这样采煤机在记忆截割过程中的需要采集比较多的数据量，数据分析过程比较长。另外安装在采煤机机身的倾角传感器一般在采煤机内部，工作环境相对较好，可保证长时间安全正常工作。安装在采煤机两个摇臂的倾角传感器由于暴露在摇臂外壁，在采煤机工作时，容易受到煤块的碰击，使其经常不处于正确的工作位置，读取的数据可靠性低，且容易受损，需要定期维护，从而影响了采煤机的正常工作。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种采煤机记忆截割过程中的姿态定位方法，通过间接的方法得出采煤机左右摇臂的倾角，就可对采煤机的姿态进行定位，无需安装左右摇臂的倾角传感器，有效避免倾角传感器由于外部的撞击损坏，导致定位不准确，保证采煤机的正常工作。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该采煤机记忆截割过程中的姿态定位方法，具体步骤为：

（1）读取采煤机机身倾角θ₁：安装在机身内部的倾角传感器对机身倾角进行测量后，倾角传感器将测得的数据传送到采煤机机载可编程控制器的模拟量输入接口，可编程控制器记录下当前时刻的采煤机机身倾角θ₁；

（2）计算初始状态的采煤机左右摇臂的倾角：建立坐标系，通过读取的采煤机机身倾角θ₁和相应的计算公式得出初始状态的采煤机左右摇臂的倾角；

（3）读取左右调高油缸对应电磁阀的动作时间t：当左右调高油缸对应电磁阀得电开启时，采煤机机载可编程控制器获取信号，并调用相应的功能开始计时，直到采煤机机载可编程控制器满足停止条件，终止计时，从而得出左右调高油缸对应电磁阀的动作时间t；

（4）计算左右调高油缸的伸缩量L：通过读取左右调高油缸对应电磁阀的动作时间t、摇臂调高回路泵的额定转速n、摇臂调高回路泵额定排量v、摇臂调高回路泄露系数η、调高油缸的活塞腔面积s₁和调高油缸的活塞杆腔面积s₂，通过相应的计算公式得出左右调高油缸的伸缩量L；

（5）计算记忆截割过程中实时的左右摇臂的倾角θ₂和θ₃：将得出的初始状态的采煤机左右摇臂的倾角和得出的左右调高油缸的伸缩量L，通过计算公式得出记忆截割过程中实时的左右摇臂的倾角θ₂和θ₃；

（6）定位采煤机记忆截割过程中的姿态：通过得出的采煤机机身倾角θ₁、左右摇臂的倾角θ₂和θ₃，进而定位采煤机记忆截割过程中实时的姿态。

进一步，所述的停止条件为采煤机机载可编程控制器检测到采煤机截割完一个采样时间、采煤机截割电流发生变化、人工调整采煤机摇臂倾角和左右调高油缸对应电磁阀失电的其中之一。

进一步，所述的摇臂调高回路泄露系数η分为摇臂上升的泄漏系数η₁和摇臂下降的泄漏系数η₂。

与现有技术相比，本发明只安装一个机身倾角传感器，然后通过间接的方法得出采煤机左右摇臂的倾角，从而对采煤机的姿态进行定位；无需安装左右摇臂的倾角传感器，不仅减少了传感器的数量，使采煤机在记忆截割过程中无需采集多个数据量，减少数据分析时间，而且有效地避免了倾角传感器由于外部的撞击损坏，导致定位不准确或需要停机维修，保证了采煤机的正常工作。

附图说明

图1是本发明中摇臂调整的液压回路图；

图2是本发明的摇臂倾角几何示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的具体步骤为：

步骤1：读取采煤机机身倾角θ₁：安装在机身内部的倾角传感器对机身倾角进行测量后，倾角传感器将测得的数据传送到采煤机机载可编程控制器的模拟量输入接口，可编程控制器记录下当前时刻的采煤机机身倾角θ₁；

步骤2：计算初始状态的采煤机左摇臂的倾角：如图2所示，在采煤机机身内部建立如图所示的坐标系，初始状态如图中的实线所示，采煤机工作一段时间之后状态如图中虚线所示。以采煤机左摇臂的倾角θ₂为例，以摇臂上升时倾角取正，摇臂下降时倾角取负；

在图2中，调高油缸与采煤机身的铰接点坐标为（x₁,y₁），采煤机摇臂与机身的铰接点坐标为（x₂,y₂），两个铰接点的连线与X轴正方向夹角为γ，该连线与短摇臂的夹角为β，长摇臂与短摇臂的夹角为α，短摇臂的长度为a，初始状态下油缸长度为x，长摇臂与X轴负方向的夹角为θ₂；

经计算可得，γ为：

$\mathrm{\γ}=\arctan \frac{y_2-y_1}{x_1-x_2}---\left(1\right)$

初始状态的β为：

$\mathrm{\β}=\mathrm{ar}\cos \frac{a^2+{(x_1-x_2)}^2+{(y_1-y_2)}^2-x^2}{2a\×\sqrt{{(x_1-x_2)}^2+{(y_1-y_2)}^2}}---\left(2\right)$

初始状态下θ₂为：

θ₂＝α+β+γ-180°  （³）

将（1）、（2）带入（3）中，可得：

步骤3：读取左调高油缸动作时对应电磁阀得电的时间：当左右调高油缸对应电磁阀得电开启时，采煤机机载可编程控制器获取信号，并调用相应的功能开始计时，直到采煤机机载可编程控制器满足停止条件，终止计时，根据采煤机机载可编程控制器读取的电磁换向阀的状态，摇臂升高时YA1=1，YA2=0；摇臂降低时YA1=0，YA2=1。从图中的实线位置到虚线位置，可编程控制器的计时模块共计时K次，其中M次YA1得电，N次YA2得电，分别累加得出YA1与YA2得电的总时间；

步骤4：计算左调高油缸的伸缩量L：根据采煤机调高回路参数，齿轮泵的额定转速为n(r/min),额定排量为v(ml/r),液压油缸的活塞腔面积为s₁（mm²），活塞杆腔面积为s₂(mm²)，对应的滚筒从图2的虚线位置上升到实线位置和左调高油缸对应电磁阀的动作时间，则对应的左调高油缸伸缩量L为：

$L=\frac{(\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{t}_i/60)\×n\×v\×{\mathrm{\η}}_1}{s_1}-\frac{(\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{t}_j/60)\×n\×v\×{\mathrm{\η}}_2}{s_2}---\left(5\right)$

上式中的摇臂上升的泄漏系数η₁和摇臂下降的泄漏系数η₂为不确定值，其数值会随着采煤机的负载、调高油缸位置变化而变化，具体数值本领域技术人员会根据实时的负载量与调高油缸位移量得出相应的泄漏系数η₁和泄漏系数η₂；若L>0,则油缸上升；若L<0，则油缸下降；

步骤5：计算记忆截割过程中实时的左摇臂的倾角θ₂：

将（4）中的x替换成（x+L），便可得到该时刻下的摇臂倾角θ₂：

对于另外一个右摇臂的倾角变化θ₃，与其有相似的计算公式；

这样，通过记载对应电磁阀得电失电的时间，便可计算出各段时间内摇臂的倾角。取向上为正，向下为负，进行累加，便可得出记忆截割过程中左右摇臂的倾角θ₂、θ₃；

步骤6：通过采煤机机身倾角θ₁及得出的左右摇臂的倾角θ₂和θ₃，就可以定位采煤机在记忆截割过程中的姿态。

Claims (3)

1.一种采煤机记忆截割过程中的姿态定位方法，其特征在于，具体步骤为：

（1）读取采煤机机身倾角θ₁：安装在机身内部的倾角传感器对机身倾角进行测量后，倾角传感器将测得的数据传送到采煤机机载可编程控制器的模拟量输入接口，可编程控制器记录下当前时刻的采煤机机身倾角θ₁；

（2）计算初始状态的采煤机左右摇臂的倾角：建立坐标系，通过读取的采煤机机身倾角θ₁和相应的计算公式得出初始状态的采煤机左右摇臂的倾角；

（3）读取左右调高油缸对应电磁阀的动作时间t：当左右调高油缸对应电磁阀得电开启时，采煤机机载可编程控制器获取信号，并调用相应的功能开始计时，直到采煤机机载可编程控制器满足停止条件，终止计时，从而得出左右调高油缸对应电磁阀的动作时间t；

（4）计算左右调高油缸的伸缩量L：通过读取左右调高油缸对应电磁阀的动作时间t、摇臂调高回路泵的额定转速n、摇臂调高回路泵额定排量v、摇臂调高回路泄露系数η、调高油缸的活塞腔面积s₁和调高油缸的活塞杆腔面积s₂，通过相应的计算公式得出左右调高油缸的伸缩量L；

（5）计算记忆截割过程中实时的左右摇臂的倾角θ₂和θ₃：将得出的初始状态的采煤机左右摇臂的倾角和得出的左右调高油缸的伸缩量L，通过计算公式得出记忆截割过程中实时的左右摇臂的倾角θ₂和θ₃；

（6）定位采煤机记忆截割过程中的姿态：通过得出的采煤机机身倾角θ₁、左右摇臂的倾角θ₂和θ₃，进而定位采煤机记忆截割过程中实时的姿态。

2.根据权利要求1所述的采煤机记忆截割过程中的姿态定位方法，其特征在于，所述的停止条件为采煤机机载可编程控制器检测到采煤机截割完一个采样时间、采煤机截割电流发生变化、人工调整采煤机摇臂倾角和左右调高油缸对应电磁阀失电的其中之一。

3.根据权利要求1或2所述的采煤机记忆截割过程中的姿态定位方法，其特征在于，所述的摇臂调高回路泄露系数η分为摇臂上升的泄漏系数η₁和摇臂下降的泄漏系数η₂。