CN105698717B - 活柱缩量监测仪 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种活柱缩量监测仪，包括控制单元、双向流量传感器和单向流量传感器，控制单元分别和双向流量传感器、单向流量传感器信号连接，所述双向流量传感器和所述单向流量传感器上设置有快速接头。本发明的有益效果为：既可实现对活柱主动缩量的监测，也可实现对活柱被动缩量的监测；方便了技术人员、调度人员通过信号采集单元采集活柱缩量数据和通过显示单元对活柱缩量进行实时监测；第一双向流量传感器、第二双向流量传感器、单向流量传感器可以任意布置，提高了监测操作的便捷性，避免了工作面信号电缆布线较多而影响正常生产作业的困扰；控制单元可以密封于主机壳体内，起到很好的防爆、防尘、防水效果，非常适合高瓦斯矿井的使用。

Description

活柱缩量监测仪

技术领域

本发明涉及矿用设备技术领域，特别是涉及一种活柱缩量监测仪。

背景技术

现在大多数煤矿已经实现了对工作面液压支架立柱等工作阻力的实时监测，但是对液压支架立柱等的活柱缩量还没有系统的监测。在采煤工作面生产中没有简易和准确的方法测量液压支架立柱等的活柱的缩量。现在生产中应用的一种活柱缩量监测仪是通过在液压支架立柱上安装位移传感器以监测活柱缩量。但是，位移传感器的故障率较高，需要经常维修，增加了设备的维护费用，并且位移传感器还不能区分活柱的主动缩量和被动缩量，因此不能达到预期的实时监测活柱的主动缩量和被动缩量的目标，这也是此种活柱缩量监测仪未能在煤矿广泛应用的主要原因。

发明内容

本发明的目的在于提供一种活柱缩量监测仪以实现对活柱的主动缩量和被动缩量的监测。

本发明提供一种活柱缩量监测仪，包括控制单元、双向流量传感器和单向流量传感器，控制单元分别和双向流量传感器、单向流量传感器信号连接，所述双向流量传感器和所述单向流量传感器上设置有快速接头。

进一步的，所述双向流量传感器数量为多个。

进一步的，所述双向流量传感器数量为两个，包括第一双向流量传感器和第二双向流量传感器。

进一步的，还包括信号采集单元，信号采集单元与所述控制单元信号连接。

进一步的，还包括显示单元，显示单元与所述控制单元信号连接。

进一步的，还包括主机壳体，所述控制单元设置于所述主机壳体内部。

进一步的，所述主机壳体装配为密封壳体，信号连接为无线信号连接。

进一步的，所述无线信号连接为蓝牙连接。

与现有技术相比，本发明的活柱缩量监测仪具有以下特点和优点：

1、本发明的活柱缩量监测仪，既可实现对活柱主动缩量的监测，也可实现对活柱被动缩量的监测；

2、本发明的活柱缩量监测仪，方便了技术人员、调度人员通过信号采集单元采集活柱缩量数据和通过显示单元对活柱缩量进行实时监测；

3、本发明的活柱缩量监测仪，第一双向流量传感器、第二双向流量传感器、单向流量传感器可以任意布置，提高了监测操作的便捷性，避免了工作面信号电缆布线较多而影响正常生产作业的困扰；

4、本发明的活柱缩量监测仪，控制单元可以密封于主机壳体内，起到很好的防爆、防尘、防水效果，非常适合高瓦斯矿井的使用。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一中的活柱缩量监测仪的结构示意图；

图2为本发明实施例一中的活柱缩量监测仪的电路原理框图；

图3为本发明实施例一中的液压支架双伸缩立柱的结构示意图；

图4为本发明实施例一中的液压支架双伸缩立柱安全阀泄液口的局部放大图；

图5为本发明实施例二中的活柱缩量监测仪的结构示意图；

其中，

1、主机壳体，21、第一信号电缆，22、第二信号电缆，23、第三信号电缆，31、第一双向流量传感器，32、第二双向流量传感器，4、单向流量传感器，5、快速接头，61、一级缸的活柱腔，611、一级缸的活柱腔进(回)液口，62、二级缸的活柱腔，621、二级缸的活柱腔进(回)液口，63、一级缸的活塞腔，631、一级缸的活塞腔进(回)液口，64、二级缸的活塞腔，65、安全阀泄液口。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示，本实施例提供一种活柱缩量监测仪以应用于具有双伸缩立柱的液压支架，控制单元、信号采集单元、显示单元封闭于主机壳体1中，当然，信号采集单元、显示单元还可以位于主机壳体1外，比如，信号采集单元设置于远离双伸缩立柱的液压支架所在的煤矿工作面的集控室以方便技术人员和调度人员对活柱缩量的记录和监控，也可以经煤矿井下的信号电缆连接至调度室方便技术人员和调度人员对活柱缩量的分析，显示单元设置于调度室中以方便调度人员的实时观察。控制单元与信号采集单元、显示单元经信号电路连接，控制单元经第一信号电缆21连接第一双向流量传感器31，经第二信号电缆22连接第二双向流量传感器32，经第三信号电缆23连接单向流量传感器4，第一双向流量传感器31、第二双向流量传感器32、单向流量传感器4上设置有快速接头5。

如图1至图4所示，本实施例的一种活柱缩量监测仪应用于具有双伸缩立柱的液压支架的具体工作原理如下：

第一双向流量传感器31经快速接头5连接高压胶管(图中省略)和一级缸的活柱腔进(回)液口611之间，第二双向流量传感器32经快速接头5连接高压胶管(图中省略)和二级缸的活柱腔进(回)液口621之间，单向流量传感器4经快速接头5连接立柱的安全阀泄液口65和安全阀(图中省略)之间。第一双向流量传感器31、第二双向流量传感器32和单向流量传感器4测量的电信号传递至控制单元，控制单元处理数据得到活柱缩量数据，将活柱缩量数据传递至信号采集单元、显示单元。第一双向流量传感器31和第二双向流量传感器32测量一级缸的活柱腔61和二级缸的活柱腔62的进液量、回液量，由此，可以得到一级缸的活柱腔61和二级缸的活柱腔62内的液体体积变化量。根据液压支架的结构参数可知一级缸的活柱腔61和二级缸的活柱腔62的截面积，进而可以计算出活柱的伸缩量。通过单向流量传感器4监测立柱的安全阀的泄液，若安全阀没有发生泄液，此时第一双向流量传感器31和第二双向流量传感器32监测的活柱伸缩量为活柱的主动伸缩量，若安全阀发生泄液，此时第一双向流量传感器31和第二双向流量传感器32监测的活柱伸缩量为活柱受顶板压力作用产生的被动缩量。第一双向流量传感器31、第二双向流量传感器32将监测数据以电信号的形式传输给控制单元(本实施例中为STM32F103RC主芯片及外围电路)，可以测得Δt时间内的一级缸的活柱腔的进(回)液口的总流量为ΔL₁、二级缸的活柱腔的进(回)液口的总流量为ΔL₂、安全阀泄液量为ΔL₃。

升架状态：

双伸缩立柱的液压支架升架过程包括先后两个过程，即一级活柱上升过程和二级活柱上升过程。电液控制系统打开双伸缩立柱的液压支架的一级缸的活塞腔的进(回)液口，高压液体进入一级缸的活塞腔63使一级活柱上升，与此同时，一级缸的活柱腔61的高压液体经一级缸的活柱腔进(回)液口611经电液控制系统流回泵站油箱。当一级缸的行程用完后，高压液体打开二级缸的活塞腔64底部的底阀，高压液体进入二级缸活的活塞腔，使二级活柱上升，与此同时，二级缸的活柱腔62的高压液体经二级缸的活柱腔进(回)液口621经电液控制系统流回泵站油箱直至完成升架过程。在整个升架过程中，安全阀无动作。根据双伸缩立柱的液压支架的结构参数可知，一级缸活柱腔外径d₁，内径d₂，则活柱腔截面积二级缸活柱腔外径d₃，内径d₄，则活柱腔截面积其中，d₁、d₂、d₃、d₄，作为参数输入控制单元。在双伸缩立柱的液压支架升架过程中，一级缸的活柱腔61和二级缸的活柱腔62都在回液，ΔL₁、ΔL₂为负；安全阀无动作，ΔL₃为零。

通过一级缸的活柱腔61的高压液体体积变化，计算得到活柱伸缩量：

(公式1)

通过二级缸的活柱腔62的高压液体体积变化，计算得到活柱伸缩量：

(公式2)

如此，可以计算得到活柱伸缩量：

(公式3)

在双伸缩立柱的液压支架的升架过程中ΔL₁、ΔL₂为负值，所以计算得到的液压支架升架过程的立柱的活柱伸缩量ε为负值，表示立柱的活柱伸长；此时，立柱活柱的被动缩量为零。

控顶状态：

在双伸缩立柱的液压支架升架完成后，立柱的一级缸的活塞腔63、二级缸的活塞腔64、液控单向阀、安全阀均处于闭锁状态，支架处于正常工作(控顶)状态。当顶板来压时，液压支架顶梁将顶部压力传递给立柱的二级活柱，使二级缸的活塞腔64的压力升高，并同时将顶板压力传递给一级活柱，使一级缸的活塞腔63的压力升高，待立柱内的压力达到立柱上的安全阀调定的额定压力时，支架达到额定工作阻力。当顶板压力继续增大时，立柱的一级缸的活塞腔63和二级的缸的活塞腔的压力也随之升高，超过安全阀调定的额定压力后，安全阀开启并释放高压液体，待立柱一级缸的活塞腔63的压力小于安全阀调定压力时，安全阀自动关闭，立柱恢复正常工作状态。此时，一级缸的活柱腔61、二级缸的活柱腔62自动进液，ΔL₁、ΔL₂为正或零；一级活柱和二级活柱受顶板压力作用被动下缩，安全阀开启泄液，ΔL₃为正。

通过一级缸的活柱腔61的高压液体体积变化，计算得到活柱伸缩量：

(公式1)

通过二级缸的活柱腔62的高压液体体积变化，计算得到活柱伸缩量：

(公式2)

如此，可以计算得到活柱伸缩量：

(公式3)

立柱的活柱伸缩量ε′满足公式3，此时ε′为正值，表示立柱的活柱下缩；此时，立柱活柱的被动缩量为ε′。

主动降架状态：

在双伸缩立柱的液压支架主动降架时，电液控制系统打开立柱一级缸的活柱腔的进(回)液口和二级缸的活柱腔的进(回)液口，高压液体进入立柱一级缸的活柱腔61和二级缸的活柱腔62。与此同时，立柱的一级缸的活塞腔63的高压液体经一级缸的活塞腔进(回)液口631经电液控制系统流回泵站油箱；但因为二级缸的活塞腔64的底阀闭锁，故二级缸的活塞腔64的高压液体不回流，仅一级缸的活塞腔63的高压液体回流，使立柱主动下降，待一级缸的行程为零时，二级缸的活塞腔64的底阀和一级缸的缸底接触，以机械方式打开二级缸的活塞腔64的底阀，使二级缸的活塞腔64的高压液体通过二级缸的活塞腔64的底阀、一级缸的活塞腔63、一级缸的活塞腔进(回)液口631等最终流回泵站油箱。整个主动降架过程中，安全阀无动作。此时，一级缸的活柱腔61、二级缸的活柱腔62进液，ΔL₁、ΔL₂为正或零；安全阀无动作，ΔL₃为零。

通过一级缸的活柱腔61的高压液体体积变化，计算得到活柱伸缩量：

(公式1)

通过二级缸的活柱腔62的高压液体体积变化，计算得到活柱伸缩量：

(公式2)

如此，可以计算得到活柱伸缩量：

(公式3)

立柱的活柱伸缩量ε″仍然满足公式3，此时ε″为正值，表示活柱下缩；此时，立柱活柱的被动缩量为零。

综上三种状态，立柱的活柱伸缩量ε满足公式3，若计算得到的ε为正值，表示立柱的活柱下缩；若计算得到的ε为负值，表示立柱的活柱上升。当安全阀无动作，即ΔL₃为零，立柱活柱的被动缩量为零；当安全阀开启泄液，ΔL₃为正，立柱活柱的伸缩量即为被动缩量。

实施例二：

如图5所示，本实施例与实施例一的区别之处在于，主机壳体1装配为密封壳体，控制单元经蓝牙与第一双向流量传感器31、第二双向流量传感器32、单向流量传感器4、信号采集单元、显示单元信号连接。控制单元密闭于密封的主机壳体1中，第一双向流量传感器31、第二双向流量传感器32、单向流量传感器4装配于双伸缩立柱的液压支架上，第一双向流量传感器31、第二双向流量传感器32、单向流量传感器4将监测到的数据经蓝牙传递至控制单元，控制单元对流量传感器传递的数据进行处理，并经蓝牙再将数据传递至信号采集单元、显示单元。如此，在采煤工作面只需要布置一个内嵌有控制单元的主机壳体1，第一双向流量传感器31、第二双向流量传感器32、单向流量传感器4可以任意布置，提高了监测操作的便捷性，避免了工作面信号电缆布线较多而影响正常生产作业的困扰。进一步地，控制单元密封于主机壳体1内，可以起到很好的防爆、防尘、防水效果，非常适合高瓦斯矿井的使用。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种活柱缩量监测仪，其特征在于：包括控制单元、双向流量传感器和单向流量传感器，控制单元分别和双向流量传感器、单向流量传感器信号连接，所述双向流量传感器和所述单向流量传感器上设置有快速接头，双向流量传感器经快速接头连接于高压胶管和活柱腔进(回)液口之间，双向流量传感器测量活柱的活柱腔的进液量、回液量并上传数据至控制单元，控制单元计算得到活柱的伸缩量，单向流量传感器经快速接头连接于立柱的安全阀泄液口和安全阀之间，单向流量传感器监测安全阀是否泄液并上传数据至控制单元，若安全阀没有发生泄液，则控制单元判断活柱的伸缩量为活柱的主动伸缩量，若安全阀发生泄液，则控制单元判断活柱的伸缩量为活柱的被动伸缩量。

2.根据权利要求1所述的活柱缩量监测仪，其特征在于：所述双向流量传感器数量为多个。

3.根据权利要求2所述的活柱缩量监测仪，其特征在于：所述双向流量传感器数量为两个，包括第一双向流量传感器和第二双向流量传感器。

4.根据权利要求3所述的活柱缩量监测仪，其特征在于：还包括信号采集单元，信号采集单元与所述控制单元信号连接。

5.根据权利要求4所述的活柱缩量监测仪，其特征在于：还包括显示单元，显示单元与所述控制单元信号连接。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的活柱缩量监测仪，其特征在于：还包括主机壳体，所述控制单元设置于所述主机壳体内部。

7.根据权利要求6所述的活柱缩量监测仪，其特征在于：所述主机壳体装配为密封壳体，信号连接为无线信号连接。

8.根据权利要求7所述的活柱缩量监测仪，其特征在于：所述无线信号连接为蓝牙连接。