CN105464657A - 一种采煤机模拟截割实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采煤机模拟截割实验装置，包括机身和模拟煤壁机构，机身上设有截割机构，第一驱动机构驱动截割机构沿轨道移动，第二驱动机构驱动截割机构上下移动，一方面，整个实验装置采用模块化设计，各部件被集成在机身和底座上，可以同时实现对采煤机调高运动、牵引运动以及截割煤岩的模拟，且安装拆卸方便；另一方面，第一驱动机构和第二驱动机构均采用电液比例阀控制，可以实现对截割滚筒调高速度、机身牵引速度以及截割滚筒高度的精确控制，能够更加真实地模拟采煤机在井下截割煤岩的工况，实现了对实验装置中电液比例截割机构的模拟加载，为采煤机模拟截割和电液比例调高系统特性实验研究提供了一体化的平台。
Description
技术领域
本发明涉及采煤技术领域，尤其涉及一种采煤机模拟截割实验装置。
背景技术
采煤机截割滚筒自动调高技术是实现采煤工作面自动化的重要关键技术之一，然而现有的采煤机滚筒调高系统普遍采用开关阀控缸控制系统，这类系统的控制策略只能对手液动换向阀的开闭时间进行控制，而不能通过手液动换向阀直接对流量进行控制，也难以适应大功率大惯性负载的要求，故而现有的调高系统难以实现对滚筒高度的精确控制，系统的稳定性也较差。
因此，十分有必要对现有的采煤机调高液压系统进行电液比例改造，实现对调高油缸流量精确控制以及与之相适应的复杂控制策略，但现有的采煤机电液比例调高研究工作多集中在理论研究、控制方法和建模仿真的层面，相关的实验研究较为缺乏，尤其是将采煤机电液比例调高与采煤机滚筒截割煤岩相结合的实验研究尚未开展；专利申请号为201010160904.2的采煤机滚筒自动调高实验装置及控制方法，虽然提出了一种基于调高油缸、摇臂摆角、机身倾角的内反馈控制方法和相应实验装置方案，考虑了摇臂和滚筒自重、转动惯量对调高系统的影响，但是整个方案中缺少对采煤机滚筒截割煤岩和对采煤机牵引运动的模拟，忽略了采煤机滚筒截割负载和牵引速度对采煤机滚筒调高的影响。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种采煤机模拟截割实验装置。
本发明提出的一种采煤机模拟截割实验装置，包括：底座、机身、截割机构、模拟煤壁机构、第一驱动机构、第二驱动机构；
底座上设有轨道，机身安装在轨道上，第一驱动机构与机身连接用于驱动机身沿轨道移动，模拟煤壁机构安装在底座上方且位于轨道一侧，模拟煤壁机构朝向轨道一侧设有沿轨道延伸方向布置的人造煤壁；
截割机构安装在机身上且位于机身朝向模拟煤壁机构一侧，截割机构用于对人造煤壁进行截割，第二驱动机构与截割机构连接用于驱动截割机构在竖直方向上移动。
优选地，还包括动力机构，第一驱动机构采用第一驱动缸，第一驱动缸一端固定在底座上且另一端与机身连接，动力机构与第一驱动缸连接为第一驱动缸提供动力。
优选地，第一驱动机构采用第一液压缸，动力机构上设有第一动力输出端，第一动力输出端与第一液压缸输入端连接，第一动力输出端的输出口处设有第一电液比例换向阀。
优选地，还包括动力机构，机身朝向模拟煤壁机构一侧设有截割机构安装架，截割机构安装架靠近机身一侧设有水平设置的第一转轴和第二转轴，第一转轴位于第二转轴上方，截割机构安装架通过第一转轴铰接在机身上，截割机构安装在截割机构安装架上且位于轨道靠近模拟煤壁机构的一侧，第二驱动机构采用第二驱动缸，第二驱动缸一端通过第二转轴与截割机构安装架铰接，另一端通过第三转轴与机身铰接，动力机构与第二驱动缸连接为第二驱动缸提供动力。
优选地，第二驱动机构采用第二液压缸，动力机构上设有第二动力输出端，第二动力输出端与第二液压缸输入端连接，第二动力输出端的输出口处设有第二电液比例换向阀。
优选地，动力机构包括油箱、液压泵、电机、滤油器、第一电液比例换向阀、第二电液比例换向阀；
油箱、滤油器、液压泵依次通过管路连接，电机与液压泵驱动连接用于驱动液压泵从油箱内抽取液体，液压泵出口处设有溢流阀，第一电液比例换向阀的输入端与液压泵的出口通过管路连接，第一电液比例换向阀的输出端与第一驱动机构通过管路连接，第二电液比例换向阀的输入端与液压泵的出口通过管路连接，第二电液比例换向阀的输出端与第二驱动机构通过管路连接，第二电液比例换向阀与第二驱动机构之间的管路上设有双向液压锁和单向节流阀。
优选地，模拟煤壁机构包括人造煤壁、底部装煤板、煤壁扣板、固定板、推煤板、紧固件，底部装煤板水平安装在底座上，煤壁扣板和固定板竖直固定在底部装煤板上方，煤壁扣板和固定板平行设置且煤壁扣板位于固定板远离轨道一侧，固定板上设有固定孔，推煤板位于煤壁扣板和固定板之间且平行于固定板设置，人造煤壁位于推煤板和煤壁扣板之间且两侧分别抵靠推煤板和煤壁扣板，紧固件一端穿过固定板的固定孔抵靠推煤板靠近固定板的一侧。
优选地，模拟煤壁机构还包括第一限位板和第二限位板，第一限位板和第二限位板分别位于人造煤壁两端且垂直于人造煤壁设置用于对人造煤壁进行限位。
优选地，截割机构包括截割电机、减速箱、截割滚筒，截割电机通过联轴器与减速箱的输入轴连接，截割滚筒与减速箱输出轴连接，截割电机通过减速箱驱动截割滚筒转动。
本发明中，所提出的采煤机模拟截割实验装置，包括机身，机身上设有截割机构和模拟煤壁机构，第一驱动机构驱动截割机构沿轨道移动，第二驱动机构驱动截割机构上下移动，一方面，整个实验装置采用模块化设计，各部件被集成在机身和底座上，可以同时实现对采煤机调高运动、牵引运动以及截割煤岩的模拟，且安装拆卸方便；另一方面，第一驱动机构和第二驱动机构均采用电液比例阀控制，可以实现对截割滚筒调高速度、机身牵引速度以及截割滚筒高度的精确控制；再一方面，实验装置采用与真实采煤机相似理论设计截割滚筒，能够更加真实的模拟采煤机滚筒截割煤岩的工况，实现了对实验装置中电液比例截割机构的模拟加载，为采煤机模拟截割和电液比例调高系统特性实验研究提供了一体化的平台。
附图说明
图1为本发明提出的一种采煤机模拟截割实验装置的结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为图1的动力机构的工作原理图。
图4为图1的模拟煤壁机构的结构示意图。
具体实施方式
如图1至4所示，图1为本发明提出的一种采煤机模拟截割实验装置的结构示意图，图2为图1的俯视图，图3为图1的动力机构的工作原理图，图4为图1的模拟煤壁机构的结构示意图。
参照图1至4，本发明提出的一种采煤机模拟截割实验装置，包括：底座1、机身2、截割机构7、模拟煤壁机构3、第一驱动机构、第二驱动机构、动力机构5；
底座1上设有轨道11，机身2可移动安装在轨道11上，第一驱动机构采用第一液压缸41，第一液压缸41一端固定在底座1上且另一端与机身2用于驱动机身2沿轨道11移动，模拟煤壁机构3安装在底座1上方且位于轨道11一侧，机身2朝向模拟煤壁机构一侧设有截割机构安装架21，截割机构安装架21靠近机身2一侧设有水平设置的第一转轴和第二转轴，第一转轴位于第二转轴上方，截割机构安装架21通过第一转轴铰接在机身2上，截割机构7安装在截割机构安装架21上；
模拟煤壁机构3包括人造煤壁31、底部装煤板32、煤壁扣板33、固定板34、推煤板35、紧固件36、第一限位板37、第二限位板38，底部装煤板32水平安装在底座1上，煤壁扣板33和固定板34竖直固定在底部装煤板32上方，煤壁扣板33和固定板34平行设置且煤壁扣板33位于固定板34远离轨道11一侧，人造煤壁31位于煤壁扣板33和固定板34之间且一侧抵靠煤壁扣板，煤壁扣板33顶端设有辅助扣板，辅助扣板位于人造煤壁31上方且其一端与煤壁扣板33顶端固定，固定板34上设有固定孔，推煤板35位于人造煤壁31和固定板34之间且平行于固定板34设置，推煤板35远离固定板34一侧抵靠人造煤壁31，紧固件36一端穿过固定板34的固定孔抵靠推煤板35靠近固定板34的一侧，第一限位板37和第二限位板38分别位于人造煤壁31两端且垂直于人造煤壁31设置用于对人造煤壁31进行限位；
截割机构包括截割电机71、减速箱72、截割滚筒73，截割电机71通过联轴器74与减速箱72的输入轴连接，截割滚筒73与减速箱72输出轴连接，截割电机71通过减速箱72驱动截割滚筒73转动，从而对人造煤壁31进行截割，第二驱动机构采用第二液压缸42，第二驱动缸一端通过第二转轴与截割机构安装架21铰接，另一端通过第三转轴与机身2铰接用于驱动截割机构7在竖直方向上移动；
动力机构安装在机身2上，动力机构上设有第一动力输出端和第二动力输出端，第一动力输出端与第一驱动机构连接为第一驱动机构提供动力，第二动力输出端与第二驱动机构连接为第二驱动机构提供动力。
本实施例的采煤机模拟截割实验装置的具体工作过程中，实验装置运行时，第一驱动机构驱动机身沿轨道向模拟煤壁机构方向移动，同时截割电机驱动截割滚筒沿其工作轨迹对人造煤壁进行截割，当截割滚筒移动至人造煤壁另一侧时完成正行程走刀，此时第二驱动机构驱动截割机构竖直移动从而调节截割滚筒截割高度；回程走刀时，第一驱动机构驱动机身沿轨道反向移动，同时截割电机再次驱动截割滚筒转动，使得截割滚筒沿其工作轨迹对人造煤壁进行反向截割，从而实现采煤机在井下对煤壁进行截割的调高运动、牵引运动以及截割煤岩的模拟。
在动力机构的具体设计过程中，动力机构5包括油箱51、液压泵52、电机53、滤油器54、第一电液比例换向阀61、第二电液比例换向阀62；
油箱51、滤油器54、液压泵52依次通过管路连接，电机53与液压泵52驱动连接用于驱动液压泵52从油箱51内抽取液体，液压泵52出口处设有溢流阀55，第一电液比例换向阀61的输入端与液压泵52的出口通过管路连接，第一电液比例换向阀61的输出端与第一液压缸41通过管路连接，第二电液比例换向阀62的输入端与液压泵52的出口通过管路连接，第二电液比例换向阀62的输出端与第二液压缸42通过管路连接，第二电液比例换向阀62与第二液压缸42之间的管路上设有双向液压锁56和单向节流阀57，双向液压锁56由并联设置的两个液控单向阀构成。
如图所示，动力机构的具体动力输出过程如下：
机身正向行程牵引时，电机带动液压泵工作经滤油器从油箱中吸取液压油向第一液压缸供液，此时第一电液比例换向阀的右位工作，高压油液经第一电液比例换向阀进入第一液压缸的第一腔体内，第一液压缸沿轨道正行程牵引机身移动，第一液压缸的第二腔体内的低压油液经第一电液比例换向阀返回油箱内；机身反向回程牵引时，第一电液比例换向阀的左位工作，高压油液经第一电液比例换向阀进入第一液压缸的第二腔体内，从而沿轨道反向牵引机身4回程移动，第一液压缸的第一腔体内的低压油液经第一电液比例换向阀回油箱；在正行程牵引或回程牵引的过程中，通过连续调节第一电液比例换向阀的阀口开度使第一液压缸的流量连续可控，从而实现牵引速度精确可控；
截割高度需要升高时，第二电液比例换向阀左位工作，电机带动液压泵工作，经滤油器从油箱中吸取液压油向第二液压缸供液，高压油液经第二电液比例换向阀、液控单向阀和单向节流阀进入第二液压缸的第一腔室内，第二液压缸推动截割机构安装架高度升高，第二液压缸的第二腔室内的低压油液经由液控单向阀、第二电液比例换向阀回油箱；截割高度需要降低时，第二电液比例换向阀右位工作，高压油液经第二电液比例换向阀和液控单向阀进入第二液压缸的第二腔室内，第二液压缸带动截割机构安装架高度下降，第二液压缸的第一腔室内的低压油液经单向节流阀、液控单向阀、第二电液比例换向阀回油箱；在截割机构高度升高或者下降的过程中，连续调节第二电液比例换向阀的阀口开度使第二液压缸的流量连续可控，从而实现第二速度连续精确可控。
在本实施例中，所提出的采煤机模拟截割实验装置，包括机身，机身上设有截割机构和模拟煤壁机构，第一驱动机构驱动截割机构沿轨道移动，第二驱动机构驱动截割机构上下移动，一方面，整个实验装置采用模块化设计，各部件被集成在机身和底座上，可以同时实现对采煤机调高运动、牵引运动以及截割煤岩的模拟，且安装拆卸方便；另一方面，第一驱动机构和第二驱动机构均采用电液比例阀控制，可以实现对截割滚筒调高速度、机身牵引速度以及截割滚筒高度的精确控制；再一方面，实验装置采用与真实采煤机相似理论设计截割滚筒，能够更加真实的模拟采煤机滚筒截割煤岩的工况，实现了对实验装置中电液比例截割机构的模拟加载，为采煤机模拟截割和电液比例调高系统特性实验研究提供了一体化的平台。
在本实施例的采煤机模拟截割实验装置的具体实施方式中，在正行程走刀或回程走刀的过程中，可以通过第二液压缸动作，在机身被牵引的过程中升高或降低截割机构高度，使得截割滚筒的中心轴线按照预设轨迹移动，从而模拟遇到较大夹矸或岩石时避让的过程，进一步提高采煤机井下工作模拟的真实性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种采煤机模拟截割实验装置，其特征在于，包括：底座(1)、机身(2)、截割机构(7)、模拟煤壁机构(3)、第一驱动机构、第二驱动机构；
底座(1)上设有轨道(11)，机身(2)安装在轨道(11)上，第一驱动机构与机身(2)连接用于驱动机身(2)沿轨道(11)移动，模拟煤壁机构(3)安装在底座(1)上方且位于轨道(11)一侧，模拟煤壁机构朝向轨道(11)一侧设有沿轨道(11)延伸方向布置的人造煤壁(31)；
截割机构(7)安装在机身(2)上且位于机身(2)朝向模拟煤壁机构一侧，截割机构(7)用于对人造煤壁(31)进行截割，第二驱动机构与截割机构(7)连接用于驱动截割机构(7)在竖直方向上移动。
2.根据权利要求1所述的采煤机模拟截割实验装置，其特征在于，还包括动力机构(5)，第一驱动机构采用第一驱动缸，第一驱动缸一端固定在底座(1)上且另一端与机身(2)连接，动力机构(5)与第一驱动缸连接为第一驱动缸提供动力。
3.根据权利要求2所述的采煤机模拟截割实验装置，其特征在于，第一驱动机构采用第一液压缸(41)，动力机构(5)上设有第一动力输出端，第一动力输出端与第一液压缸(41)连接，第一动力输出端的输出口处设有第一电液比例换向阀(61)。
4.根据权利要求1所述的采煤机模拟截割实验装置，其特征在于，还包括动力机构(5)，机身(2)朝向模拟煤壁机构(3)一侧设有截割机构安装架(21)，截割机构安装架(21)靠近机身(2)一侧设有水平设置的第一转轴和第二转轴，所述第一转轴位于所述第二转轴上方，截割机构安装架(21)通过第一转轴铰接在机身(2)上，截割机构(7)安装在截割机构安装架(21)上且位于轨道(11)靠近模拟煤壁机构(3)的一侧，第二驱动机构采用第二驱动缸，第二驱动缸一端通过第二转轴与截割机构安装架(21)铰接，另一端通过第三转轴与机身(2)铰接，动力机构(5)与第二驱动缸连接为第二驱动缸提供动力。
5.根据权利要求4所述的采煤机模拟截割实验装置，其特征在于，第二驱动机构采用第二液压缸(42)，动力机构(5)上设有第二动力输出端，第二动力输出端与第二液压缸(42)输入端连接，第二动力输出端的输出口处设有第二电液比例换向阀(62)。
6.根据权利要求3或5所述的采煤机模拟截割实验装置，其特征在于，动力机构(5)包括油箱(51)、液压泵(52)、电机(53)、滤油器(54)、第一电液比例换向阀(61)、第二电液比例换向阀(62)；
油箱(51)、滤油器(54)、液压泵(52)依次通过管路连接，电机(53)与液压泵(52)驱动连接用于驱动液压泵(52)从油箱(51)内抽取液体，液压泵(52)出口处设有溢流阀(55)，第一电液比例换向阀(61)的输入端与液压泵(52)的出口通过管路连接，第一电液比例换向阀(61)的输出端与第一驱动机构通过管路连接，第二电液比例换向阀(62)的输入端与液压泵(52)的出口通过管路连接，第二电液比例换向阀(62)的输出端与第二驱动机构通过管路连接，第二电液比例换向阀(62)与第二驱动机构之间的管路上设有双向液压锁(56)和单向节流阀(57)。
7.根据权利要求1所述的采煤机模拟截割实验装置，其特征在于，模拟煤壁机构(3)包括人造煤壁(31)、底部装煤板(32)、煤壁扣板(33)、固定板(34)、推煤板(35)、紧固件(36)，底部装煤板(32)水平安装在底座(1)上，煤壁扣板(33)和固定板(34)竖直固定在底部装煤板(32)上方，煤壁扣板(33)和固定板(34)平行设置且煤壁扣板(33)位于固定板(34)远离轨道(11)一侧，固定板(34)上设有固定孔，推煤板(35)位于煤壁扣板(33)和固定板(34)之间且平行于固定板(34)设置，人造煤壁(31)位于推煤板(35)和煤壁扣板(33)之间且两侧分别抵靠推煤板(35)和煤壁扣板(33)，紧固件(36)一端穿过固定板(34)的固定孔抵靠推煤板(35)靠近固定板(34)的一侧。
8.根据权利要求7所述的采煤机模拟截割实验装置，其特征在于，模拟煤壁机构(3)还包括第一限位板(37)和第二限位板(38)，第一限位板(37)和第二限位板(38)分别位于人造煤壁(31)两端且垂直于人造煤壁(31)设置用于对人造煤壁(31)进行限位。
9.根据权利要求1所述的采煤机模拟截割实验装置，其特征在于，截割机构包括截割电机(71)、减速箱(72)、截割滚筒(73)，截割电机(71)通过联轴器(74)与减速箱(72)的输入轴连接，截割滚筒(73)与减速箱(72)输出轴连接，截割电机(71)通过减速箱(72)驱动截割滚筒(73)转动。
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