CN108708720A - 采煤机截割高度自动调节控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采煤机截割高度自动调节控制方法。该方法应用于采煤机，该采煤机包括机架、控制中心、左摇臂、右摇臂、左截割滚筒、右截割滚筒、左调高油缸和右调高油缸，还包括安装在左摇臂回转中心的第一旋转编码器、安装在右摇臂回转中心的第二旋转编码器、安装在左调高油缸活塞杆上的第一位移传感器和安装在右调高油缸活塞缸上的第二位移传感器，该方法包括利用旋转编码器和位移传感器监测截割滚筒截割高度，控制中心接受监测数据并相对应地调节调高油缸。本发明的采煤机截割高度自动调节控制方法能够将人工操作调高转变为采煤机自动控制调高，降低了工人劳动强度，提高了安全可靠性和生产效率，有利于实现采煤机的远程监控控制。

Description

采煤机截割高度自动调节控制方法

技术领域

本发明涉及煤矿采掘机械技术领域，尤其涉及一种采煤机截割高度自动调节控制方法。

背景技术

煤矿井下综采工作面包括采煤机、刮板输送机、液压支架、转载机和集中控制中心，其中，集中控制中心也称为远程控制台，用于综采工作面中设备的协调控制，集中控制中心通过控制各个设备的配合工作实现破煤、割煤、装煤、运煤、支护、采空区处理多个生产工序。目前，煤矿井下综采工作面采煤机的动作通过采煤机司机近距离跟随采煤机移动进行操作控制，其中，采煤机截割高度的调节是采煤机司机根据工作面开采需要，按下手持遥控或采煤机上的操作按钮，通过调节采煤机摇臂的升降来实现。由于受工况条件和空间环境的不利影响，会导致煤矿开采生产效率低下，安全性和可靠性低，且由于工作环境恶劣、工人劳动强度大，导致工人在进行作业过程中的危险性较高，因此，人工操控方式具有很大的缺陷。当前采煤机截割高度的自动判断及调节在理论上存在以下两种方法：第一种方法是通过检测采煤机截割电流、牵引电流与声音强度信息来判断采煤机截割高度，第二种方法是通过在采煤机调高油缸上安装拉线传感器。

在上述第一种方法中，由于电流对截割滚筒截割到矸石、顶板的反映情况不是太准确，而且具体矸石的位置不清楚，井下环境比较恶劣，噪音、粉尘等对声音强度的影响比较大，不能产生足够的信息，同时为保证截割顶的平整性，保证支架的平滑过渡，截割高度一般是靠开采工艺确定的，即使遇到煤层变化，也要根据需要，调整开采工艺，而不是临时调整截割高度，因此，该方法具有很大局限性，且实用性很低，难以运用于实际生产。而在上述第二种方法中，由于采煤机工作时，油缸部位会跟截割下来的煤频繁碰撞，煤粉水会严重影响拉线传感器的使用，同时由于油缸的伸缩结构，很难做到对拉线传感器的绝对保护和密封，拉线传感器的使用效果受采煤机的工况影响比较大，可能导致拉线传感器的频繁更换，因此，该方法同样具有很大局限性，且实用性低，难以运用于实际生产。

因此，如何实现采煤机截割高度的自动判断及调节，实现采煤机智能化控制，降低工人的劳动强度，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种采煤机截割高度自动调节控制方法。

为此本发明公开了一种采煤机截割高度自动调节控制方法。该采煤机截割高度自动调节控制方法应用于采煤机，所述采煤机包括机架、控制中心、左摇臂、右摇臂、左截割滚筒、右截割滚筒、左调高油缸和右调高油缸，所述采煤机还包括安装在所述左摇臂与所述机架的铰接回转中心的第一旋转编码器、安装在所述右摇臂与所述机架的铰接回转中心的第二旋转编码器、安装在所述左调高油缸活塞杆上的第一位移传感器和安装在所述右调高油缸活塞缸上的第二位移传感器，所述方法包括：

步骤S11：远程控制台根据开采工艺发送采煤机截割高度调节指令；

步骤S12：控制中心接受远程控制台发出的截割高度调节指令；

步骤S13：控制中心驱动采煤机泵站系统控制左调高油缸和/或右调高油缸动作，使左调高油缸和/或右调高油缸的活塞杆伸出或缩回；

步骤S14：第一旋转编码器和第二旋转编码器分别检测左摇臂和右摇臂的转角，第一位移传感器和第二位移传感器分别检测左调高油缸和右调高油缸的伸缩量；

步骤S15：控制中心接受并处理当前检测到的转角数据和伸缩量数据，得到当前左截割滚筒和右截割滚筒的截割高度，并与截割高度调节指令中的目标值进行对比；

步骤S16：判断当前截割高度值是否与目标值相同，若是，进入步骤S17，若否，则进入步骤S13；

步骤S17：调高油缸动作停止，完成截割高度自动调节控制。

进一步地，在所述采煤机截割高度自动调节控制方法中，所述截割滚筒的截割高度根据所述旋转编码器测得的摇臂转角或所述位移传感器测得的调高油缸伸缩量计算得到。

进一步地，在所述采煤机截割高度自动调节控制方法中，所述截割滚筒的截割高度H的计算方法如下：

其中：h为该截割滚筒对应的摇臂回转中心相对工作面地面的竖直高度，L为摇臂长度，A为该截割滚筒回转中心和对应的摇臂回转中心的连线与对应的摇臂回转中心和调高油缸前支点的连线的夹角，a为对应的调高油缸前支点到摇臂回转中心的距离，b为对应的调高油缸后支点到摇臂回转中心的距离，d为对应的调高油缸前后支点的距离，Δd为对应的调高油缸的伸缩量，B为对应的调高油缸后支点和摇臂回转中心的连线与水平线的夹角，r为该截割滚筒的半径。

进一步地，在所述采煤机截割高度自动调节控制方法中，所述截割滚筒的截割高度H的计算方法如下：

H＝h+Lsinα+r (公式2)

其中，h为该截割滚筒对应的摇臂回转中心相对工作面地面的竖直高度，L为摇臂长度，α为对应的摇臂与水平线的夹角，r为该截割滚筒的半径。

进一步地，在所述采煤机截割高度自动调节控制方法中，将所述摇臂处于水平位置时所对应的旋转编码器的输出值、所述截割滚筒高度最大时所对应的旋转编码器的输出值或所述截割滚筒高度最小时所对应的旋转编码器的输出值设定为0。

进一步地，在所述采煤机截割高度自动调节控制方法中，所述角α的计算方法如下：

当将所述摇臂处于水平位置时所对应的旋转编码器的输出值设定为0时，α＝θ(公式3)，其中θ为所述旋转编码器的测量值；

当将所述截割滚筒高度最大时所对应的旋转编码器的输出值设定为0时，α＝β-θ(公式4)，其中，β为所述截割滚筒高度最大时所对应的摇臂与水平线的夹角，θ为所述旋转编码器的测量值；

当将所述截割滚筒高度最小时所对应的旋转编码器的输出值设定为0时，α＝θ-γ(公式5)，其中，γ为所述截割滚筒高度最小时所对应的摇臂与水平线的夹角，θ为所述旋转编码器的测量值。

本发明的采煤机截割高度自动调节控制方法能够将人工操作采煤机调高转变为采煤机自动控制调高，可避免常规调高操作方法导致的不利影响，降低了工人劳动强度，提高了安全可靠性和生产效率，有利于实现采煤机的远程监控控制。

本发明提供的采煤机截割高度自动调节控制方法通过旋转编码器和位移传感器的精确检测和计算，使采煤机截割高度参数数字化，同时利用控制中心和远程控制台进行截割高度数据的处理分析，能够将人工操作采煤机调高转变为采煤机自动控制调高，具有更高的安全性、可靠性和生产效率，有助于实现采煤机的远程监控控制。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一个实施例提供的采煤机的结构示意图，其中示出了截割滚筒、摇臂、调高油缸、机架和控制中心；

图2为图1所示的采煤机中左调高油缸的结构示意图；

图3为图1所示的采煤机中第一旋转编码器的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的采煤机截割高度自动调节控制方法的流程图；

图5为图1所示的采煤机中截割滚筒的截割高度与调高油缸的伸缩量的对应关系示意图，其中示出了左截割滚筒、左摇臂和左调高油缸；

图6为图1所示的采煤机中截割滚筒的截割高度与摇臂的旋转角度的对应关系示意图，其中示出了左截割滚筒、左摇臂和左调高油缸。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

图1为本发明一个实施例提供的采煤机的结构示意图，其中示出了截割滚筒、摇臂、调高油缸、机架和控制中心。图2为图1所示的采煤机中左调高油缸的结构示意图。图3为图1所示的采煤机中第一旋转编码器的结构示意图。图4为本发明实施例提供的采煤机截割高度自动调节控制方法的流程图。如图1至图4所示，该实施例的采煤机截割高度自动调节控制方法应用于采煤机，该采煤机包括机架4、控制中心5、左摇臂2、右摇臂7、左截割滚筒1、右截割滚筒8、左调高油缸3和右调高油缸6，该采煤机还包括安装在左摇臂2与机架4的铰接回转中心O的第一旋转编码器201、安装在右摇臂7与机架4的铰接回转中心的第二旋转编码器701、安装在左调高油缸3活塞杆302上的第一位移传感器301和安装在右调高油缸6活塞杆上的第二位移传感器601，该采煤机截割高度自动调节控制方法包括：

步骤S11：远程控制台根据开采工艺发送采煤机截割高度调节指令；

步骤S12：控制中心5接受远程控制台发出的截割高度调节指令；

步骤S13：控制中心5驱动采煤机泵站系统控制左调高油缸3和/或右调高油缸6动作，使左调高油缸3和/或右调高油缸6的活塞杆伸出或缩回；

步骤S14：第一旋转编码器201和第二旋转编码器701分别检测左摇臂2和右摇臂7的转角，第一位移传感器301和第二位移传感器601分别检测左调高油缸3和右调高油缸6的伸缩量；

步骤S15：控制中心5接受并处理当前检测到的转角数据和伸缩量数据，得到当前左截割滚筒1和右截割滚筒8的截割高度，并与截割高度调节指令中的目标值进行对比；

步骤S16：判断当前截割高度值是否与目标值相同，若是，进入步骤S17，若否，则进入步骤S13；

步骤S17：调高油缸动作停止，完成截割高度自动调节控制。

如图2所示，左调高油缸3包括缸筒303、活塞杆302、活塞304和第一位移传感器301，其中第一位移传感器301安装在活塞杆302上，能够直接测出活塞杆302的伸缩量；同理，第二位移传感器601安装在右调高油缸6的活塞杆上，能够直接测得右调高油缸活塞杆的伸缩量。

如图3所示，第一旋转编码器201安装在左摇臂2与机架4的铰接回转中心O，具体地，第一旋转编码器201可以安装在左摇臂2的旋转轴上，由于左摇臂2绕铰接回转中心O处的旋转轴转动，旋转轴的转角与左摇臂2的转角一致，由此，第一旋转编码器201可以直接测得左摇臂2的转角；同理，第二旋转编码器701可以安装在右摇臂回转中心处的旋转轴上，能够直接测得右摇臂7的转角。

进一步地，为了使测量数据直观易处理，同时保证数据的准确性，第一旋转编码器201和第二旋转编码器701可以为单圈绝对值编码器。

图5为图1所示的采煤机中截割滚筒的截割高度与调高油缸的伸缩量的对应关系示意图，其中示出了左截割滚筒、左摇臂和左调高油缸。如图5所示，在该实施例的采煤机截割高度自动调节控制方法中，左截割滚筒的截割高度H可以通过如下公式获得：

其中：h为左截割滚筒1对应的左摇臂回转中心O相对工作面地面的竖直高度，L为左摇臂2长度，A为左截割滚筒回转中心M和对应的左摇臂回转中心O的连线与对应的左摇臂回转中心O和左调高油缸前支点C的连线的夹角，a为对应的左调高油缸前支点C到左摇臂回转中心O的距离，b为对应的左调高油缸后支点D到左摇臂回转中心O的距离，d为对应的左调高油缸前支点C与后支点D间的距离，Δd为对应的左调高油缸3的伸缩量，B为对应的左调高油缸后支点D和左摇臂回转中心O的连线与水平线的夹角，r为左截割滚筒1的半径。

具体地，在上述公式1中，除了左调高油缸3的伸缩量Δd随左调高油缸3的活塞杆302伸缩变化，其余参数均为定值，只与采煤机的结构型号相关，由此通过监测和调节左调高油缸3的活塞杆302的伸缩量，可以实现左截割滚筒1截割高度的自动监测和调节，得到所需的截割高度。同理，通过利用第二位移传感器601，也可以实现右截割滚筒8截割高度的自动监测和调节。

图6为图1所示的采煤机中截割滚筒的截割高度与摇臂的旋转角度的对应关系示意图，其中示出了左截割滚筒、左摇臂和左调高油缸。如图6所示，在该实施例的采煤机截割高度自动调节控制方法中，左截割滚筒的截割高度H也可以通过如下公式获得：

H＝h+Lsinα+r (公式2)

其中，h为左截割滚筒1对应的摇臂回转中心O相对工作面地面的竖直高度，L为左摇臂2长度，α为对应的左摇臂2与水平线的夹角，r为左截割滚筒1的半径。

具体地，在上述公式2中，除了左摇臂2与水平线的夹角α随左调高油缸3的活塞杆302伸缩变化，其余参数均为定值，只与采煤机的结构型号相关，由此通过监测左摇臂2的转角数据，可以实现左截割滚筒1的高度监测，同时将监测数据反馈到控制中心5，控制中心5根据当前截割高度测量值与目标值的差距，继续调节左调高油缸3伸缩，直到截割高度测量值与目标值一致，实现左截割滚筒1截割高度的自动监测和调节。同理，通过调节右调高油缸6的活塞杆的伸缩量，同时利用第二旋转编码器701监测右摇臂7的转角，可以实现右截割滚筒8截割高度的自动监测和调节。

进一步地，为了方便测量数据的分析处理，可以将摇臂处于水平位置时所对应的旋转编码器的输出值、截割滚筒高度最大时所对应的旋转编码器的输出值或截割滚筒高度最小时所对应的旋转编码器的输出值设定为0。

当将摇臂处于水平位置时所对应的旋转编码器的输出值设定为0时，角α可以通过如下公式获得：

α＝θ(公式3)，其中θ为旋转编码器的测量值；

当将截割滚筒高度最大时所对应的旋转编码器的输出值设定为0时，角α可以通过如下公式获得：

α＝β-θ(公式4)，其中，β为截割滚筒高度最大时所对应的摇臂与水平线的夹角，θ为旋转编码器的测量值；

当将截割滚筒高度最小时所对应的旋转编码器的输出值设定为0时，角α可以通过如下公式获得：

α＝θ-γ(公式5)，其中，γ为截割滚筒高度最小时所对应的摇臂与水平线的夹角，θ为旋转编码器的测量值。

本发明的采煤机截割高度自动调节控制方法能够将人工操作采煤机调高转变为采煤机自动控制调高，可避免常规调高操作方法导致的不利影响，降低了工人劳动强度，提高了安全可靠性和生产效率，有利于实现采煤机的远程监控控制。

本发明提供的采煤机截割高度自动调节控制方法通过旋转编码器和位移传感器的精确检测和计算，使采煤机截割高度参数数字化，同时利用控制中心和远程控制台进行截割高度数据的处理分析，能够将人工操作采煤机调高转变为采煤机自动控制调高，具有更高的安全性、可靠性和生产效率，有助于实现采煤机的远程监控控制。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种采煤机截割高度自动调节控制方法，应用于采煤机，所述采煤机包括机架、控制中心、左摇臂、右摇臂、左截割滚筒、右截割滚筒、左调高油缸和右调高油缸，其特征在于，所述采煤机还包括安装在所述左摇臂与所述机架的铰接回转中心的第一旋转编码器、安装在所述右摇臂与所述机架的铰接回转中心的第二旋转编码器、安装在所述左调高油缸活塞杆上的第一位移传感器和安装在所述右调高油缸活塞杆上的第二位移传感器，所述方法包括：

步骤S11：远程控制台根据开采工艺发送采煤机截割高度调节指令；

步骤S12：控制中心接受远程控制台发出的截割高度调节指令；

步骤S13：控制中心驱动采煤机泵站系统控制左调高油缸和/或右调高油缸动作，使左调高油缸和/或右调高油缸的活塞杆伸出或缩回；

步骤S14：第一旋转编码器和第二旋转编码器分别检测左摇臂和右摇臂的转角，第一位移传感器和第二位移传感器分别检测左调高油缸和右调高油缸的伸缩量；

步骤S15：控制中心接受并处理当前检测到的转角数据和伸缩量数据，得到当前左截割滚筒和右截割滚筒的截割高度，并与截割高度调节指令中的目标值进行对比；

步骤S16：判断当前截割高度值是否与目标值相同，若是，进入步骤S17，若否，则进入步骤S13；

步骤S17：调高油缸动作停止，完成截割高度自动调节控制。

2.根据权利要求1所述的采煤机截割高度自动调节控制方法，其特征在于，所述截割滚筒的截割高度根据所述旋转编码器测得的摇臂转角或所述位移传感器测得的调高油缸伸缩量计算得到。

3.根据权利要求2所述的采煤机截割高度自动调节控制方法，其特征在于，所述截割滚筒的截割高度H的计算方法如下：

其中：h为该截割滚筒对应的摇臂回转中心相对工作面地面的竖直高度，L为摇臂长度，A为该截割滚筒回转中心和对应的摇臂回转中心的连线与对应的摇臂回转中心和调高油缸前支点的连线的夹角，a为对应的调高油缸前支点到摇臂回转中心的距离，b为对应的调高油缸后支点到摇臂回转中心的距离，d为对应的调高油缸前后支点的距离，Δd为对应的调高油缸的伸缩量，B为对应的调高油缸后支点和摇臂回转中心的连线与水平线的夹角，r为该截割滚筒的半径。

4.根据权利要求2所述的采煤机截割高度自动调节控制方法，其特征在于，所述截割滚筒的截割高度H的计算方法如下：

H＝h+L sinα+r (公式2)

其中，h为该截割滚筒对应的摇臂回转中心相对工作面地面的竖直高度，L为摇臂长度，α为对应的摇臂与水平线的夹角，r为该截割滚筒的半径。

5.根据权利要求4所述的采煤机截割高度自动调节控制方法，其特征在于，将所述摇臂处于水平位置时所对应的旋转编码器的输出值、所述截割滚筒高度最大时所对应的旋转编码器的输出值或所述截割滚筒高度最小时所对应的旋转编码器的输出值设定为0。

6.根据权利要求5所述的采煤机截割高度自动调节控制方法，其特征在于，所述角α的计算方法如下：

当将所述摇臂处于水平位置时所对应的旋转编码器的输出值设定为0时，α＝θ(公式3)，其中θ为所述旋转编码器的测量值；

当将所述截割滚筒高度最大时所对应的旋转编码器的输出值设定为0时，α＝β-θ(公式4)，其中，β为所述截割滚筒高度最大时所对应的摇臂与水平线的夹角，θ为所述旋转编码器的测量值；

当将所述截割滚筒高度最小时所对应的旋转编码器的输出值设定为0时，α＝θ-γ(公式5)，其中，γ为所述截割滚筒高度最小时所对应的摇臂与水平线的夹角，θ为所述旋转编码器的测量值。