CN109084671B - 一种煤矿履带式行走装备行程测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于测量领域，提出了一种煤矿履带式行走装备行程测量系统。包括行程测量装置，提升机构，数据采集电路和控制电路，提升机构包括第一连接座、第二连接座、电动缸和连接杆，第一连接座和第二连接座分别固定设置在行走装备支架上，连接杆铰接在第二连接座上，电动缸的上端与第一连接座铰接，下端与连接杆铰接；行程测量装置包括减震器、行走架、车轮、齿轮、传感器支架和霍尔传感器，减震器的上端设置在连接杆上，减震器下端与行走架固定连接，车轮通过车轴设置在行走架上，齿轮同心固定在车轮上，霍尔传感器通过传感器支架固定设置在行走架上，且霍尔传感器位于齿轮所在平面上。本发明可实时且精准测量履带式行走装置的位移行程。

Description

一种煤矿履带式行走装备行程测量系统

技术领域

本发明属于测量领域，具体涉及一种安装在煤矿各类履带式行走装备上，能跟随行走装置前后运动，测量履带式行走装备运行行程的系统。

背景技术

履带式行走装备具有高适应性和机动性，可以在较差的自然条件下工作，大范围的应用在掘进巷道、仓储运输等工程领域。为了更好的适应自动化和大数据地发展，对煤矿用履带式行走装备行程的测量精度提出了更高的要求。但由于其长期运行在凹凸不平、会产生积水且有较厚煤粉堆积的工作环境，极易造成打滑、空转等问题。通过履带转动测量行程的传统方式对行程的测量误差较大，无法对行程进行精确测量。卫星定位的方式可以解决空旷条件下工作的履带式行走装备行程测量问题，但对于煤矿巷道等无法接受卫星信号的环境，卫星定位并不适用。履带式行走装备市场应用较多，从设计源头进行改进无法满足对现有设备精确测量的需求，因此，拟设计一种独立的行程测量系统，在现有的工程条件下，不改变装置原本设计模块，并满足实时精确测量行程的要求。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种煤矿履带式行走装置行程测量系统，可以在无法接受卫星信号的煤矿井下，实现履带式行走装置行程的实时且精确地测量。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种煤矿履带式行走装备行程测量系统，包括行程测量装置，提升机构，数据采集电路和控制电路，所述行程测量装置通过提升机构设置在行走装备的履带后方，所述提升机构包括第一连接座、第二连接座、电动缸和连接杆，所述第一连接座和第二连接座分别固定设置在行走装备支架上，连接杆铰接在所述第二连接座上，所述电动缸的上端与第一连接座铰接，下端与连接杆铰接；所述行程测量装置包括减震器、行走架、车轮、齿轮、传感器支架和霍尔传感器，所述减震器的上端设置在所述连接杆上，所述减震器下端与行走架固定连接，所述车轮通过车轴设置在行走架上，所述齿轮同心固定在车轮上，所述霍尔传感器通过传感器支架固定设置在所述行走架上，且所述霍尔传感器位于所述齿轮所在平面上；所述霍尔传感器的输出端与所述数据采集电路连接，所述数据采集电路的输出端与控制电路连接，所述数据采集电路用于将所述霍尔传感器的输出模拟信号转化为数字信号后发送到所述控制电路，控制电路用于控制数据的采集与发送。

所述第二连接座底部设置有限位结构，所述限位结构用于使所述连接杆只具有水平位置向上的转动自由度。

所述的一种煤矿履带式行走装备行程测量系统，还包括隔爆箱和远程工控机，所述数据采集电路和控制电路设置在所述隔爆箱中，所述控制电路通过防爆电缆与远程工控机连接，所述远程工控机用于根据霍尔传感器的输出信号计算得到行程值并显示到屏幕中。

所述行程测量装置还包括连接板、轴承、轴套、垫板、车轮挡板，所述车轮挡板固定设置在车轮上，所述垫板固定设置在所述车轮挡板上，所述齿轮固定设置在垫板上；所述车轴通过轴承和轴套与所述车轮连接，所述车轴两端设置有固定在行走架上的轴挡板，连接板固定设置在行走架上方，所述减震器一端与连接杆固定连接，另一端与所述连接板固定连接。

所述减震器设置有两个。

所述霍尔传感器与齿轮齿顶圆的距离为0.5~1.5mm。

所述齿轮的齿轮模数为2，所述齿轮的材料为普通碳钢。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提供的一种煤矿履带式行走装置行程测量系统，可实时且精准测量履带式行走装置的位移行程。

附图说明

图1为本发明实施例提供的履带式行走装置行程测量系统的安装示意图；

图2为提升机构的结构示意图；

图3是本发明电动缸-连接杆提升机构中连接座三维示意图；

图4是行程测量装置的主视结构示意图；

图5为图4的左视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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。

如图1~4所示，本发明实施例提供了一种煤矿履带式行走装备行程测量系统，如图1所示，该测量系统包括行程测量装置4，提升机构2，数据采集电路1、控制电路3、隔爆箱5和远程工控机8，其中，所述行程测量装置4通过提升机构2设置在行走装置7的履带后方，所述数据采集电路1和控制电路3设置在所述隔爆箱5中，满足煤矿防爆要求。所述行程测量装置4的信号输出端与所述数据采集电路1连接，所述数据采集电路1的输出端与控制电路3连接，所述数据采集电路1用于将所述霍尔传感器407的输出模拟信号转化为数字信号后发送到所述控制电路3，控制电路3用于控制数据的采集与发送。所述控制电路通过防爆电缆6与远程工控机8连接，所述远程工控机8用于根据霍尔传感器的输出信号计算得到行程值并显示到屏幕中。

如图2所示，所述提升机构2包括第一连接座202、第二连接座203、电动缸204和连接杆205、所述第一连接座202和第二连接座203分别固定设置在行走装备支架201上，连接杆205铰接在所述第二连接座203上，所述电动缸204的上端与第一连接座202铰接，下端与连接杆205铰接，连接杆205用于安装行程测量装置4。第一连接座202和第二连接座203通过螺钉固定在行走装备支架201上，电动缸204的推杆通过螺栓螺母与连接杆205紧固连接。连接杆205与行走装置7通过第二连接座203相连，仅有可向上方旋转的自由度。电动缸204的连杆与电动缸连接座202紧固连接。

如图3所示，为第二连接座203的结构示意图，其中，所述第二连接座203底部设置有限位结构206，所述限位结构206用于使所述连接杆205只具有水平位置向上的转动自由度。

如图4~5所示，所述行程测量装置包括减震器409、行走架403、车轮401、齿轮405、传感器支架406、霍尔传感器407、连接板402、轴承412、轴套413、垫板408、车轮挡板411，所述减震器409设置在所述连接杆205的一端，所述行走架403固定设置在减震器409下方，所述车轮401通过车轴414设置在行走架403上，所述齿轮405同心固定在车轮401上，所述霍尔传感器407通过传感器支架406固定设置在所述行走架403上，且所述霍尔传感器407位于所述齿轮405所在平面上；具体地，所述车轮挡板411固定设置在车轮401上，所述垫板408固定设置在所述车轮挡板411上，所述齿轮固定设置在垫板408上；所述车轴414通过轴承412和轴套413与所述车轮401连接，所述车轴414两端设置有固定在行走架403上的轴挡板404，连接板402固定设置在行走架403顶板上方，所述减震器409一端与连接杆205固定连接，另一端与所述连接板402固定连接。

具体地，如图4所示，所述减震器409设置有两个。两个减震器409的上端套设在连接杆205上，连接杆205上设置有位于两个减震器409之间的第二轴套410，连接杆的端部设置有螺纹，螺纹上设置有紧固螺母，紧固螺母和第二轴套410将两个减震器409的上端固定设置在连接杆205上；减震器409的下端与连接板402通过螺栓螺母连接；轴挡板404与行走架403通过螺钉与行走架403侧面螺纹连接；齿轮405和垫板408通过螺钉与车轮挡板411螺纹连接；两侧车轮挡板411通过螺栓螺母连接；传感器支架406通过螺栓螺钉设置在行走架403上，传感器407通过螺钉与传感器支架406螺纹连接。传感器支架406上设置有多个安装孔，可以使传感器支架406安装在不同高度，从而调节霍尔传感器407与齿轮405之间的距离。具体地，所述霍尔传感器407与齿轮405齿顶圆的距离为0.5~1.5mm。

本发明的测量原理如下：霍尔传感器通过传感器支架安装在齿轮上方0.5~1.5mm处，感应齿轮随车轮的转动，当传感器正对齿轮上导磁体上凸起的齿或是凹下去的槽时，相应的给出高低电平。由于传感器可给出两路具有一定相位差的转速信号，因此可进行正反转判别，防止前进后退都累加行走装备行程。传感器与被测齿轮不接触，无磨损，安装方便，输出波形是占空比约为50%左右的方波。发明中，齿轮405需满足齿轮模数为2的技术要求，齿轮材料可以为普通碳钢。霍尔传感器输出信号在工控机中转化形成原理如下：霍尔传感器随着齿轮的转动会产生不同类型的脉冲信号，有效脉冲跟方波的占空比进行对应（高电平有效），齿轮凸出齿的数量是一定，霍尔传感器每感应一个齿会产生一个高电平的脉冲信号，数据采集电路1每接收到该信号则记录一次数据，并且相应记录对应的时间戳，车辆行驶的里程数就是接受到的脉冲数与齿轮周长的齿数相除的运算结果，车速就是行程与计时时间的商。

整个系统具体安装如下：不同系统之间通过防爆电缆6连接，数据采集电路1和控制电路3安装在隔爆箱5中，再通过防爆电缆6与远程工控机8相连。行程测量装置4和电动缸控制器电源由履带式行走装置7低压模块提供或者采用低压电池供电。所有设备连接好通电后，在工控机8中进行调试工作，预先编写的软件会将控制电路3输出的信号进行分析和运算。

系统工作方式如下：行走装置7进入巷道之前，将电动缸204的推杆降下，使连接杆205处于水平位置，车轮401紧贴地面。此时电动缸204的电机制动器开始工作，完成自锁动作，推杆不会随着行走装置7的震动而上下运动，进而保证连接杆205处于水平位置，保证车轮401与地面不会相对滑动。在外界空旷的环境中完成对行走装置7位置进行初始化位置标定后，工控机8软件会根据齿轮半径和齿数等参数计算车轮401行程，也就得到行走装置7的行程，行程数据实时显示在远程工控机8的屏幕中。当行走装置7需要移动到另一工作面时，关闭电动缸204的制动器，电动缸204推杆上移，拉动连接杆205，使行程测量装置4提升，远离地面，避免因行走装置7横移而产生较大横向力使设备失效。当行走装置7到达预定工作面时，重复上述动作，标定完成后行程测量系统继续正常工作。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (7)

1.一种煤矿履带式行走装备行程测量系统，其特征在于，包括行程测量装置（4），提升机构（2），数据采集电路（1）和控制电路（3），所述行程测量装置（4）通过提升机构（2）设置在行走装备的履带后方，所述提升机构（2）用于在行走装备横移时将所述行程测量装置（4）升起；所述提升机构（2）包括第一连接座（202）、第二连接座（203）、电动缸（204）和连接杆（205），所述第一连接座（202）和第二连接座（203）分别固定设置在行走装备支架（201）上，连接杆（205）铰接在所述第二连接座（203）上，所述电动缸（204）的上端与第一连接座（202）铰接，下端与连接杆（205）铰接；

所述行程测量装置（4）包括减震器（409）、行走架（403）、车轮（401）、齿轮（405）、传感器支架（406）和霍尔传感器（407），所述减震器（409）的上端设置在所述连接杆（205）上，所述减震器（409）下端与行走架（403）固定连接，所述车轮（401）通过车轴（414）设置在行走架（403）上，所述齿轮（405）同心固定在车轮（401）上，所述霍尔传感器（407）通过传感器支架（406）固定设置在所述行走架（403）上，且所述霍尔传感器（407）位于所述齿轮（405）所在平面上；

所述霍尔传感器（407）的输出端与所述数据采集电路（1）连接，所述数据采集电路（1）的输出端与控制电路（3）连接，所述数据采集电路（1）用于将所述霍尔传感器（407）的输出模拟信号转化为数字信号后发送到所述控制电路（3），控制电路（3）用于控制数据的采集与发送。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿履带式行走装备行程测量系统，其特征在于，所述第二连接座（203）底部设置有限位结构（206），所述限位结构（206）用于使所述连接杆（205）只具有水平位置向上的转动自由度。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿履带式行走装备行程测量系统，其特征在于，还包括隔爆箱（5）和远程工控机（8），所述数据采集电路（1）和控制电路（3）设置在所述隔爆箱（5）中，所述控制电路通过防爆电缆（6）与远程工控机（8）连接，所述远程工控机（8）用于根据霍尔传感器的输出信号计算得到行程值并显示到屏幕中。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿履带式行走装备行程测量系统，其特征在于，所述行程测量装置还包括连接板（402）、轴承（412）、轴套（413）、垫板（408）、车轮挡板（411），所述车轮挡板（411）固定设置在车轮（401）上，所述垫板（408）固定设置在所述车轮挡板（411）上，所述齿轮固定设置在垫板（408）上；所述车轴（414）通过轴承（412）和轴套（413）与所述车轮（401）连接，所述车轴（414）两端设置有固定在行走架（403）上的轴挡板（404），连接板（402）固定设置在行走架（403）上方，所述减震器（409）一端与连接杆（205）固定连接，另一端与所述连接板（402）固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿履带式行走装备行程测量系统，其特征在于，所述减震器（409）设置有两个。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿履带式行走装备行程测量系统，其特征在于，所述霍尔传感器（407）与齿轮（405）齿顶圆的距离为0.5~1.5mm。

7.根据权利要求1所述的一种煤矿履带式行走装备行程测量系统，其特征在于，所述齿轮（405）的齿轮模数为2，所述齿轮的材料为普通碳钢。