CN106677774B - 一种煤岩预裂与截齿联合破碎系统 - Google Patents

Abstract

一种煤岩预裂与截齿联合破碎系统，包括设置于采煤机电控箱内的计算机电控部分，以及设置于所述采煤机滚筒内部及所述采煤机截齿上的动作执行部分，计算机电控部分通过相关传感器实时监测计算相关压力、流量及柱塞位移等数据，控制动作执行部分阀门的开闭，使液压系统对液压冲击油缸供油，从而驱动液压冲击截齿冲击和收回，液压冲击截齿的冲击频率、冲击压力及系统补油等由计算机电控部分实现智能控制，液压冲击截齿可以在截割煤层表面前迅速在预接触区给予一定深度的冲击孔，从而形成局部卸荷区，与原来滚筒上的固定截齿联合破碎岩层，有效保护截齿，降低截齿磨损，并能实现高效率截割煤岩。

Description

一种煤岩预裂与截齿联合破碎系统

技术领域

本发明涉及煤层开采技术领域，特别是涉及一种煤岩预裂与截齿联合破碎系统。

背景技术

目前，井下煤矿开采时，由于部分煤层中存在硬度较高的煤质或岩层，采煤机的截齿在高速旋转时与硬质煤层直接碰撞，导致截齿磨损严重甚至于断裂、脱落等；在连续工作过程中，工作人员常常需要停机检查并替换坏损的截齿，这对工程进度有很大的阻碍，严重影响施工效率，并且增大了采煤过程中的施工成本。因此，有必要设计一种更好的煤层开采技术，以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可以有效地降低截齿磨损、高效地截割煤岩的煤岩预裂与截齿联合破碎系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种煤岩预裂与截齿联合破碎系统，包括设置于采煤机电控箱内的计算机电控部分，以及设置于所述采煤机滚筒内部及所述采煤机截齿上的动作执行部分；

所述计算机电控部分包括监测输入模块，AD数据处理模块，控制输出模块，嵌入式计算机，模糊控制器以及脉冲宽度调制器，所述监测输入模块分别单向连接于所述AD数据处理模块和所述模糊控制器，用于将监测信息单方向传给AD数据处理模块和模糊控制器，所述AD数据处理模块单向连接于所述控制输出模块，用于将信息单方向传给控制输出模块,所述控制输出模块单向连接于所述模糊控制器，用于将信息单方向传给模糊控制器，所述AD数据处理模块双向连接于所述嵌入式计算机，用于双向传递信息，所述嵌入式计算机双向连接于所述模糊控制器，用于双向传递信息，所述模糊控制器双向连接于所述脉冲宽度调制器，用于双向传递信息；

所述动作执行部分包括变频调速直驱柱塞泵，所述变频调速直驱柱塞泵的进油口连接于油箱，出油口通过第一油路和第二油路分别连接于液压冲击油缸的进油口或出油口，所述液压冲击油缸设置于所述采煤机的液压冲击截齿内，所述第一油路上设有第一过滤器、第一冲击压力传感器、第一流量传感器及第一电磁卸荷阀，所述第二油路上设有第二过滤器、第二冲击压力传感器、第二流量传感器及第二电磁卸荷阀，所述第一电磁卸荷阀和所述第二电磁卸荷阀连接于所述油箱，所述变频调速直驱柱塞泵外接有蓄能器，所述蓄能器与所述油箱之间的油路上设有系统压力传感器和第三电磁卸荷阀，所述蓄能器与所述变频调速直驱柱塞泵之间的油路上设有电磁阀，所述系统压力传感器、所述第一冲击压力传感器、所述第二冲击压力传感器、所述第一流量传感器及所述第二流量传感器连接于所述监测输入模块，所述控制输出模块连接于所述第一电磁卸荷阀、所述第二电磁卸荷阀、所述第三电磁卸荷阀及所述电磁阀；

通过所述计算机电控部分对所述系统压力传感器、所述第一冲击压力传感器、所述第二冲击压力传感器、所述第一流量传感器及所述第二流量传感器的信号进行实时监测并处理，并控制所述电磁阀或/和第一所述电磁卸荷阀、所述第二电磁卸荷阀、所述第三电磁卸荷阀的开闭，以驱动所述液压冲击截齿的冲击和收回。

进一步，所述嵌入式计算机设置有人机界面以及控制键盘。

进一步，所述监测输入模块与所述系统压力传感器、所述第一冲击压力传感器、所述第二冲击压力传感器、所述第一流量传感器及所述第二流量传感器通过数据线相连接；

所述控制输出模块分别与所述第一电磁卸荷阀、所述第二电磁卸荷阀、所述第三电磁卸荷阀及所述电磁阀通过数据线相连接。

进一步，所述变频调速直驱柱塞泵包括电磁驱动部及连接于所述电磁驱动部两侧的柱塞，所述柱塞设置于缸体内，所述缸体的端部设有进油口单向阀和出油口单向阀，所述进油口单向阀设置于所述油箱与所述缸体连接处，所述出油口单向阀设置于所述第一油路或第二油路与所述缸体连接处，所述电磁驱动部由变频变压电源驱动，使所述柱塞在电磁力的作用下往复运动。

进一步，所述柱塞与所述缸体之间通过滑环密封。

进一步，所述第一油路和所述第二油路左右对称布置。

进一步，所述变频调速直驱柱塞泵的左右两侧分别外接有第一蓄能器和第二蓄能器，所述第一蓄能器与所述变频调速直驱柱塞泵之间并联有第一向上通单向阀，所述第一向上通单向阀与所述油箱之间设有第一向右通单向阀，所述向上通单向阀的下端与所述油箱之间设有第一向左通单向阀，当系统压力过高时，高压油经过所述第一向上通单向阀、所述第一向右通单向阀及所述第三电磁卸荷阀回流至所述油箱。

进一步，所述第二蓄能器与所述变频调速直驱柱塞泵之间并联有第二向上通单向阀，所述第二向上通单向阀与所述油箱之间设有第二向左通单向阀，所述第二向上通单向阀的下端与所述油箱之间设有第二向右通单向阀，当系统压力过高时，高压油经过所述第二向上通单向阀、所述第二向左通单向阀及所述第三电磁卸荷阀回流至所述油箱。

进一步，所述第一油路和所述第二油路远离所述变频调速直驱柱塞泵的一端并联有多个所述液压冲击油缸。

进一步，所述采煤机的部分截齿为所述液压冲击截齿，另一部分截齿为固定截齿。

本发明的有益效果：

计算机电控部分通过相关传感器实时监测计算相关压力、流量及柱塞位移等数据，控制动作执行部分阀门的开闭，使液压系统对液压冲击油缸供油，从而驱动液压冲击截齿冲击和收回，液压冲击截齿的冲击频率、冲击压力及系统补油等由计算机电控部分实现智能控制，液压冲击截齿可以在截割煤层表面前迅速在预接触区给予一定深度的冲击孔，从而形成局部卸荷区，与原来滚筒上的固定截齿联合破碎岩层，有效保护截齿，降低截齿磨损，并能实现高效率截割煤岩。

附图说明

图1为本发明煤岩预裂与截齿联合破碎系统的结构示意图；

图2为图1中变频调速直驱柱塞泵的结构示意图；

图中，1—计算机电控部分、2—变频调速直驱柱塞泵、3—油箱、4—液压冲击油缸、5—液压冲击截齿、6—第一油路、7—第一过滤器、8—第一冲击压力传感器、9—第一流量传感器、10—第一电磁卸荷阀、11—第二油路、12—第二过滤器、13—第二冲击压力传感器、14—第二流量传感器、15—第二电磁卸荷阀、16—第一蓄能器、17—第一电磁阀、18—第一向上通单向阀、19—第一向右通单向阀、20—第一向左通单向阀、21—系统压力传感器、22—第三电磁卸荷阀、23—第三过滤器、24—第二蓄能器、25—第二向上通单向阀、26—第二向左通单向阀、27—第二向右通单向阀、28—电磁驱动部、29—柱塞、30—缸体、31—进油口单向阀、32—出油口单向阀、33—第二电磁阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

如图1，本发明提供一种煤岩预裂与截齿联合破碎系统，包括设置于采煤机电控箱内的计算机电控部分1，以及设置于所述采煤机滚筒内部及采煤机部分截齿上的动作执行部分。

计算机电控部分1包括监测输入模块，AD数据处理模块，控制输出模块，嵌入式计算机，模糊控制器以及脉冲宽度调制器，其中嵌入式计算机设置有人机界面以及控制键盘。监测输入模块分别单向连接于AD数据处理模块和模糊控制器，用于将监测信息单方向传给AD数据处理模块和模糊控制器，AD数据处理模块单向连接于控制输出模块，用于将信息单方向传给控制输出模块,控制输出模块单向连接于模糊控制器，用于将信息单方向传给模糊控制器，AD数据处理模块双向连接于嵌入式计算机，用于双向传递信息，嵌入式计算机双向连接于模糊控制器，用于双向传递信息，模糊控制器双向连接于脉冲宽度调制器，用于双向传递信息。计算机电控部分1在采煤机施工过程中对动作执行部分全程监测，并且将监测到的数据反馈给模糊控制器和AD数据处理模块，再由嵌入式计算机最终处理，并通过控制输出模块向动作执行部分的各部件传递命令，从而实现采煤机上液压冲击截齿和滚筒固定截齿联合破碎的稳定性和高效性。

将采煤机滚筒上的部分固定截齿更换为液压冲击截齿5，以实现液压冲击截齿5和滚筒固定截齿的联合破碎工作。动作执行部分设置在采煤机滚筒内部以及部分截齿的位置，其包括变频调速直驱柱塞泵2，变频调速直驱柱塞泵2的进油口连接于油箱3，出油口通过第一油路6和第二油路11分别连接于液压冲击油缸4的进油口或出油口，液压冲击油缸4设置于采煤机的液压冲击截齿5内，用于驱动液压冲击截齿5冲击和收回，液压冲击截齿5可以在截割煤层表面前迅速在预接触区给予一定深度的冲击孔，从而形成局部卸荷区，与原来滚筒上的固定截齿联合破碎岩层，有效保护截齿，降低截齿磨损，并能实现高效率截割煤岩。第一油路6和第二油路11左右对称布置，均为双向油路。第一油路6上设有第一过滤器7、第一冲击压力传感器8、第一流量传感器9及第一电磁卸荷阀10，第二油路11上设有第二过滤器12、第二冲击压力传感器13、第二流量传感器14及第二电磁卸荷阀15，第一电磁卸荷阀10和第二电磁卸荷阀15连接于油箱3，当卸荷时，高压油通过第一电磁卸荷阀10或第二电磁卸荷阀15回流到油箱。

变频调速直驱柱塞泵2的左右两侧分别外接有第一蓄能器16和第二蓄能器24，第一蓄能器16或第二蓄能器24与油箱3之间的油路上设有系统压力传感器21、第三电磁卸荷阀22和第三过滤器23，通过第一蓄能器16或第二蓄能器24为系统辅助供压，通过第三电磁卸荷阀22对系统进行卸压。第一蓄能器16与变频调速直驱柱塞泵2之间的油路上并联的设有第一电磁阀17和第一向上通单向阀18，第一向上通单向阀18与油箱3之间设有第一向右通单向阀19，第一向上通单向阀18的下端与油箱3之间设有第一向左通单向阀20，当系统压力过高时，左侧油路的高压油经过第一向上通单向阀18、第一向右通单向阀19及第三电磁卸荷阀22回流至油箱。第二蓄能器24与变频调速直驱柱塞泵2之间并联有第二电磁阀33和第二向上通单向阀25，第二向上通单向阀25与油箱3之间设有第二向左通单向阀26，第二向上通单向阀25的下端与油箱3之间设有第二向右通单向阀27，当系统压力过高时，右侧油路的高压油经过第二向上通单向阀25、第二向左通单向阀26及第三电磁卸荷阀22回流至油箱3。

系统压力传感器21、第一冲击压力传感器8、第二冲击压力传感器13、第一流量传感器9及第二流量传感器14通过数据线连接于监测输入模块，控制输出模块通过数据线分别连接于第一电磁卸荷阀10、第二电磁卸荷阀15、第三电磁卸荷阀22、第一电磁阀17及第二电磁阀33。通过计算机电控部分1对系统压力传感器21、第一冲击压力传感器8、第二冲击压力传感器13、第一流量传感器9及第二流量传感器14的信号进行实时监测并处理，并控制第一电磁阀17或/和第二电磁阀33、第一电磁卸荷阀10、第二电磁卸荷阀15、第三电磁卸荷阀22的开闭，以驱动液压冲击截齿5的冲击和收回，利用液压冲击截齿5和滚筒上固定截齿联合破碎煤岩，可以有效地降低截齿磨损，高效地截割煤岩。

如图1及图2，变频调速直驱柱塞泵2包括电磁驱动部28及连接于电磁驱动部28两侧的柱塞29，柱塞29设置于缸体30内，缸体30的端部设有进油口单向阀31和出油口单向阀32，进油口单向阀31设置于油箱3与缸体30连接处，出油口单向阀32设置于第一油路6或第二油路11与缸体30连接处，电磁驱动部28由变频变压电源驱动，使柱塞29在电磁力的作用下往复运动。柱塞29与缸体30上开有特定油道和安装有滑环密封，使柱塞29在做往复运动时两端的油道都可向外提供液压油，直接驱动液压冲击截齿5作往复冲击运动，达到冲击煤岩体的目的。

本发明煤岩预裂与截齿联合破碎系统用于采煤机上，采煤机的部分截齿为上述液压冲击截齿5，另一部分截齿为普通固定截齿，每个液压冲击截齿5内分别设有一个液压冲击油缸4，第一油路6和第二油路11远离变频调速直驱柱塞泵2的一端并联于多个液压冲击油缸4，从而对多个液压冲击截齿5提供液压油，实现多个液压冲击截齿5的冲击和收回。计算机电控部分1通过相关传感器实时监测计算相关压力、流量及柱塞位移等数据，控制变频变压电源输出，从而控制变频调速直驱柱塞泵2工作频率和输出功率。液压冲击截齿5的冲击频率、冲击压力及系统补油等均由计算机实现智能控制。

采用直线电机驱动的变频调速直驱柱塞泵2，可以直接将直线电机和柱塞连接而不需要任何转换装置，简化了变频调速直驱柱塞泵2的结构，提高了运行的可靠性和传递效率。同时由于直线电机的灵敏度高、加速度大、推力大、与控制系统匹配可使变频调速直驱柱塞泵2工作可靠性提高。这种变频调速直驱柱塞泵2运动平稳、速度恒定，可以无级调速，在相同直径的缸体30下通过改变直线电机驱动柱塞29的速度改变流量，也可在一定范围内通过改变冲程来改变流量。

本发明煤岩预裂与截齿联合破碎系统的一次使用过程为：

在施工开始时，开启电源，计算机电控部分1发出指令，控制第一电磁阀17、第二电磁阀33、第一电磁卸荷阀10、第三电磁卸荷阀22均处于不通状态，第二电磁卸荷阀15处于开通状态，然后控制变频调速直驱柱塞泵2开始工作,变频调速直驱柱塞泵2完成吸油使其柱塞29向左运动，将液压油经过第一油路6泵入液压冲击油缸4的左侧油口，从而推动液压冲击截齿5迅速伸出冲击煤岩，液压冲击截齿5右侧的液压油通过第二电磁卸荷阀15回到油箱，液压冲击截齿5完成冲击动作。同时，计算机电控部分1控制第二电磁卸荷阀15处于不通状态，第一电磁卸荷阀10处于开通状态，其它阀的状态不变，则变频调速直驱柱塞泵2的柱塞29向右运动，将液压油经第二油路11泵入液压冲击油缸4的右侧油口，从而推动液压冲击截齿5迅速收回，液压冲击截齿5左侧的液压油通过第一电磁卸荷阀10回到油箱3，液压冲击截齿5完成收回动作。上述过程为液压冲击截齿5的一次冲击和收回，液压冲击截齿5的伸出和收回动作实现了在煤岩上打孔卸荷，从而形成局部卸荷区，与原来滚筒上固定不动的截齿联合破碎岩层，有效保护截齿并能实现高效率破岩。

在液压冲击截齿5动作过程中，计算机电控部分1对动作执行部分的系统压力传感器21、第一冲击压力传感器8、第二冲击压力传感器13、第一流量传感器9及第二流量传感器14进行实时监测。若监测到流量数据不达标，嵌入式计算机会立即作出相应调整，通过改变脉冲宽度和频率等参数控制变频调速直驱柱塞泵2的柱塞29行程进而改变液压流量。若监测到第一油路6冲击压力过低，计算机电控部分1会使第一电磁阀17断电，第一电磁阀17会在弹簧作用下处于开通状态，第一蓄能器16内的高压液体会作为辅助液体为系统供压，使冲击压力升高，直到第一冲击压力传感器8检测到第一油路6的压力数据达标，然后使第一电磁阀17恢复通电，处于关闭状态。若监测到第二油路11冲击压力过低，计算机电控部分1会使第二电磁阀33断电，第二电磁阀33会在弹簧作用下处于开通状态，第二蓄能器24内的高压液体会作为辅助液体为系统供压，使冲击压力升高，直到第二冲击压力传感器13检测到第二油路11的压力数据达标，然后使第二电磁阀33恢复通电，处于关闭状态。若系统压力传感器21监测到系统压力过高，计算机电控部分1会使第三电磁卸荷阀22处于开通状态，使高压油通过第一向上通单向阀18和第一向右通单向阀19回流至油箱3实现卸压，或者使高压油通过第二向上通单向阀25和第二向左通单向阀26回流至油箱实现卸压，直至系统压力参数达标。

在采煤机的整个工作过程中，采煤机始终向前进给，同时液压冲击截齿5一直处于高压伸出打孔并迅速回收的动作状态，可以实现煤岩的卸荷工作，随着采煤机滚筒的转动，滚筒上的固定截齿会在卸荷区周边省力破煤，液压冲击截齿5和滚筒固定截齿的联合工作，避免了高速旋转的截齿与硬质煤层直接碰撞，可以提前卸荷，能有效降低截齿磨损，且可提高截割效率。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种煤岩预裂与截齿联合破碎系统，其特征在于，包括：设置于采煤机电控箱内的计算机电控部分，以及设置于所述采煤机滚筒内部及所述采煤机截齿上的动作执行部分，所述采煤机的部分截齿为液压冲击截齿，另一部分截齿为固定截齿；

所述计算机电控部分包括监测输入模块，AD数据处理模块，控制输出模块，嵌入式计算机，模糊控制器以及脉冲宽度调制器，所述监测输入模块分别单向连接于所述AD数据处理模块和所述模糊控制器，用于将监测信息单方向传给AD数据处理模块和模糊控制器，所述AD数据处理模块单向连接于所述控制输出模块，用于将信息单方向传给控制输出模块, 所述控制输出模块单向连接于所述模糊控制器，用于将信息单方向传给模糊控制器，所述AD数据处理模块双向连接于所述嵌入式计算机，用于双向传递信息，所述嵌入式计算机双向连接于所述模糊控制器，用于双向传递信息，所述模糊控制器双向连接于所述脉冲宽度调制器，用于双向传递信息；

所述动作执行部分包括变频调速直驱柱塞泵，所述变频调速直驱柱塞泵的进油口连接于油箱，出油口通过第一油路和第二油路分别连接于液压冲击油缸的进油口或出油口，所述液压冲击油缸设置于所述采煤机的液压冲击截齿内，所述第一油路上设有第一过滤器、第一冲击压力传感器、第一流量传感器及第一电磁卸荷阀，所述第二油路上设有第二过滤器、第二冲击压力传感器、第二流量传感器及第二电磁卸荷阀，所述第一电磁卸荷阀和所述第二电磁卸荷阀连接于所述油箱，所述变频调速直驱柱塞泵外接有蓄能器，所述蓄能器与所述油箱之间的油路上设有系统压力传感器和第三电磁卸荷阀，所述蓄能器与所述变频调速直驱柱塞泵之间的油路上设有电磁阀，所述系统压力传感器、所述第一冲击压力传感器、所述第二冲击压力传感器、所述第一流量传感器及所述第二流量传感器连接于所述监测输入模块，所述控制输出模块连接于所述第一电磁卸荷阀、所述第二电磁卸荷阀、所述第三电磁卸荷阀及所述电磁阀；

通过所述计算机电控部分对所述系统压力传感器、所述第一冲击压力传感器、所述第二冲击压力传感器、所述第一流量传感器及所述第二流量传感器的信号进行实时监测并处理，并控制所述电磁阀或/和所述第一电磁卸荷阀、所述第二电磁卸荷阀、所述第三电磁卸荷阀的开闭，以驱动所述液压冲击截齿的冲击和收回。

2.根据权利要求1所述的煤岩预裂与截齿联合破碎系统，其特征在于：所述嵌入式计算机设置有人机界面以及控制键盘。

3.根据权利要求1所述的煤岩预裂与截齿联合破碎系统，其特征在于：所述监测输入模块与所述系统压力传感器、所述第一冲击压力传感器、所述第二冲击压力传感器、所述第一流量传感器及所述第二流量传感器通过数据线相连接；

所述控制输出模块分别与所述第一电磁卸荷阀、所述第二电磁卸荷阀、所述第三电磁卸荷阀及所述电磁阀通过数据线相连接。

4.根据权利要求1所述的煤岩预裂与截齿联合破碎系统，其特征在于：所述变频调速直驱柱塞泵包括电磁驱动部及连接于所述电磁驱动部两侧的柱塞，所述柱塞设置于缸体内，所述缸体的端部设有进油口单向阀和出油口单向阀，所述进油口单向阀设置于所述油箱与所述缸体连接处，所述出油口单向阀设置于所述第一油路或第二油路与所述缸体连接处，所述电磁驱动部由变频变压电源驱动，使所述柱塞在电磁力的作用下往复运动。

5.根据权利要求4所述的煤岩预裂与截齿联合破碎系统，其特征在于：所述柱塞与所述缸体之间通过滑环密封。

6.根据权利要求1所述的煤岩预裂与截齿联合破碎系统，其特征在于：所述第一油路和所述第二油路左右对称布置。

7.根据权利要求1所述的煤岩预裂与截齿联合破碎系统，其特征在于：所述变频调速直驱柱塞泵的左右两侧分别外接有第一蓄能器和第二蓄能器，所述第一蓄能器与所述变频调速直驱柱塞泵之间并联的设有第一向上通单向阀，所述第一向上通单向阀与所述油箱之间设有第一向右通单向阀，所述第一向上通单向阀的下端与所述油箱之间设有第一向左通单向阀，当系统压力过高时，高压油经过所述第一向上通单向阀、所述第一向右通单向阀及所述第三电磁卸荷阀回流至所述油箱。

8.根据权利要求7所述的煤岩预裂与截齿联合破碎系统，其特征在于：所述第二蓄能器与所述变频调速直驱柱塞泵之间并联的设有第二向上通单向阀，所述第二向上通单向阀与所述油箱之间设有第二向左通单向阀，所述第二向上通单向阀的下端与所述油箱之间设有第二向右通单向阀，当系统压力过高时，高压油经过所述第二向上通单向阀、所述第二向左通单向阀及所述第三电磁卸荷阀回流至所述油箱。

9.根据权利要求1所述的煤岩预裂与截齿联合破碎系统，其特征在于：所述第一油路和所述第二油路远离所述变频调速直驱柱塞泵的一端并联的设有多个所述液压冲击油缸。