CN109798110A - 一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机及其工作方法，属于煤岩截割识别技术领域，装置包括采煤机主体、截割部、辅助截割装置，采煤机主体通过摇臂控制截割部的高度，截割部包括螺旋叶片和截割滚筒，用于截割作业。辅助截割装置设置在摇臂上，通过旋转支架、旋转机械臂、截割支架、伸缩支架的配合使识别装置对煤岩边界进行切割判断，通过识别装置采集的数据判断截割部的升降操作，适用于工况复杂的井下采煤作业，识别率更高，更准确，稳定性高，可以大大改善工人工作环境，同时提高采煤效率。

Description

一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机及其工作方法，属于煤岩截割识别技术领域。

背景技术

我国煤炭需求量在总的能源中占比达到将近70％，可见煤炭消费在我国能源消耗中为主力军。目前我国煤炭开采仍未实现自动化开采，特别是在煤岩识别方面，因此导致效率低下，迫切需要一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机。具有煤岩识别的采煤机，主要应用在煤岩分界线非规则形状和无明确分界线的采煤工况中。

煤岩识别的工作原理是通过锯片试切煤层得到锯片的受力情况，通过对力的分析得出所切煤层是否含有岩石，从而进行识别。目前煤岩识别的主要手段有红外探测和截割滚筒振动特性分析，红外探测方式对工作环境要求相对较高，截割滚筒识别率高稳定性好但是无法提前识别煤岩层，对非规则煤岩层无法满足要求，采煤效率低下。锯片试切煤岩识别装置可以改变锯片的位置和试切深度，可以提前在截割滚筒截割煤层时预知未截割位置是否为岩石，并将截割受力数据发送到控制台，待系统程序处理后，发出命令给液压系统，从而对截割滚筒高度进行调节，避免截割到岩石，导致煤岩混杂在一起。

理论上锯片数量越多采集的数据越多，从而识别率会更高更准确，但是锯片数量的增加会加大识别装置的受力，从而增加其结构的复杂性和体积，同时系统处理数据的负担也会加重，从而导致整个系统反应过慢或识别错误等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机，在不改变原有截割滚筒结构的基础上，增加辅助识别装置提前进行煤岩识别，提前识别煤岩分界线，并为调整截割滚筒高度留有一定反应时间，从而保证煤岩识别准确率和稳定性，进而实现采煤过程的自动化，提高采煤效率，改善工人工作环境。

本发明的技术方案如下：

一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机，包括采煤机主体、截割部、辅助截割装置，采煤机主体两端设有摇臂，摇臂通过摇臂液压缸与采煤机主体相连，摇臂上部设有截割部，截割部包括螺旋叶片和截割滚筒，螺旋叶片与截割滚筒相连，螺旋叶片通过截割滚筒与摇臂一端相连，螺旋叶片边缘设有截齿；

辅助截割装置包括两个旋转支架、三个旋转机械臂、一个截割支架、一个伸缩支架，旋转支架Ⅱ的一端通过旋转机械臂Ⅰ与摇臂相连；旋转支架Ⅱ上设有第一伸缩液压缸，第一伸缩液压缸的伸出端连接有伸缩支架，伸缩支架通过旋转机械臂Ⅱ与旋转支架Ⅰ相连，旋转支架Ⅰ通过旋转机械臂Ⅲ与截割支架相连；截割支架上设有识别装置，识别装置包括减速筒和锯片，减速筒内设有电机，电机与锯片相连，电机末端设有力传感器；三个旋转机械臂具有旋转功能带动旋转支架Ⅱ进行旋转，通过旋转支架Ⅱ的旋转和第一伸缩液压缸的伸缩带动伸缩支架移动和转动，旋转机械臂Ⅱ带动旋转支架Ⅰ旋转为识别装置调整位置，旋转机械臂Ⅲ控制截割支架的旋转对截割装置进行角度的调整；

采煤机主体上设有工控机和DSP控制器，截割部、摇臂液压缸、旋转机械臂Ⅰ、旋转机械臂Ⅱ、旋转机械臂Ⅲ均与工控机相连，识别装置与DSP控制器相连。

优选的，旋转支架Ⅱ上设有导杆，伸缩支架上设有通孔，伸缩支架通过通孔与导杆匹配连接。通过第一伸缩液压缸的伸缩，带动伸缩支架沿导杆进行直线运动，导杆用于提供运动路线并减少第一伸缩液压缸的承载压力。

优选的，截割支架上设有第二伸缩液压缸和导轨，第二伸缩液压缸的输出端与识别装置相连，识别装置设于导轨上。第二伸缩液压缸控制识别装置在导轨上的伸缩。

进一步优选的，导轨上设有限位开关。限位开关防止第二伸缩液压缸过渡伸缩导致识别装置脱轨。识别装置在第二伸缩液压缸的带动下沿截割支架底部导轨运动进行伸缩，在缩进时有限位开关进行位置保护。

优选的，截齿通过截齿底座设于螺旋叶片上，截齿底座焊接在螺旋叶片上，螺旋叶片焊接在滚筒上。截齿固定在截齿底座上，便于截齿和螺旋叶片独立更换。

优选的，采煤机主体通过铰接螺柱与主体支架相连。

优选的，减速筒内电机通过齿轮与锯片相连，齿轮包括输出齿轮和锯片齿轮，输出齿轮与电机输出轴相连，锯片齿轮通过轴与锯片相连。经过两层齿轮可进行变速。

优选的，锯片下方设有锯片防护罩，锯片防护罩为扇形罩。为防止截割时碎石飞溅，保证安全性。

进一步优选的，锯片防护罩上设有高压喷嘴，高压喷嘴连接水枪。为防止锯片截割时温度过高，加装了高压喷嘴进行降温。

优选的，锯片为圆形锯片，按圆周方向等距设有六个缺口处。以增加切割效果。

优选的，采煤机主体上设有人工紧急控制装置，人工紧急控制装置用于人工制动整个采煤机的作业。

一种利用上述具有煤岩识别功能的全自动采煤机的工作方法，包括步骤如下：

通过提前人工输入参数设置好辅助截割装置的高度来控制提前识别的时间，采煤机开始工作，对煤层进行截割；当截割至靠近煤岩分界面时，辅助截割装置开始工作，锯片转动切割，由辅助截割装置上的力传感器采集截割力数据，并传输到DSP控制器经DSP控制器进行数据处理，根据力传感器采集的数据判断当前属于岩层还是煤层：若是煤层，各部件位置和高度保持不变，继续行进采煤直至完成本轮截割，然后工控机调整摇臂高度提升截割部高度开始下一轮截割；若是岩层，通过工控机发出指令给摇臂液压缸，进而降低截割滚筒高度，从而降低整个截割部高度，避免截割岩石。DSP控制器判断采集数据后发出动作指令到工控机，然后由工控机控制调高控制器，调高控制器对截割滚筒高度进行调整，同时辅助截割装置对截割力进行收集，便于下一轮数据处理，调整截割滚筒高度，为了便于安全，同时有专门的人工紧急控制模块用于紧急停车，以及限位开关防止截割部脱轨。在采煤机截割的过程中，锯片并非一直处于工作状态，工作触发条件由人为提前预设参数决定，即在进行最后一次截割(靠近煤岩分界面)时触发。

优选的，力传感器采集截割力数据的采集频率为每两秒采集一次。

本发明的有益效果在于：

利用本发明的技术方案具有煤岩识别装置的全自动采煤机应用在工况复杂的井下采煤，特别是煤岩分界线不规则的情况下，采用此采煤机可以大大改善工人工作环境，同时提高采煤效率，由于识别和截割同时进行，通过识别数据对截割滚筒高度进行实时调整，可以及时调整截割滚筒高度，即避免了过采(将岩石和煤矿一起采掘)又避免了浪费将煤层预留太多。

本发明采用机械结构识别煤岩，稳定性高。识别装置位置可随意调节，可适用多种工况。采用锯片进行试切与传统试切滚筒相比，识别率更高，更准确。通过调节识别装置位置可调节滚筒升降反应时间大小。整个采煤过程(煤岩识别，滚筒高度调整等)无需人为干预，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明具有煤岩识别功能的全自动采煤机的工作流程示意图；

图2为本发明采煤机前视图；

图3为本发明采煤机斜视图；

图4为摇臂细节结构图；

图5-1为截割支架俯视示意图；

图5-2为图5-1中C处放大图；

图5-3为图5-1中B-B向截面示意图；

图6为辅助截割装置结构立体图；

图7为识别装置内部结构俯视示意图；

图8为辅助截割装置结构前视图；

图9-1为锯片结构图；

图9-2为图9-1中A-A向示意图；

其中：1-截齿；2-螺旋叶片；3-锯片；4-截割滚筒；5-导轨；6-旋转机械臂；7-旋转支架Ⅰ；8-截齿底座；9-变速箱壳体；10-摇臂；11-采煤机主体；12-工控机；13-人工紧急控制装置；14-摇臂液压缸；15-主体支架；16-锯片防护罩；17-铰接螺柱；18-限位开关；19-旋转支架Ⅱ；20-导杆；21-高压喷嘴；22-第一伸缩液压缸；23-旋转机械臂Ⅰ；24-第二伸缩液压缸；25-旋转机械臂Ⅱ；26-减速筒；27-伸缩支架；28-旋转机械臂Ⅲ；29-截割支架；30-锯片支架；31-输出齿轮；32-锯片齿轮；33-识别装置。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机，如图2、图3所示，包括采煤机主体11、截割部、辅助截割装置，采煤机主体11两端设有摇臂10，摇臂10通过摇臂液压缸14与采煤机主体11相连，摇臂10上部设有截割部，截割部包括螺旋叶片2和截割滚筒4，螺旋叶片2与截割滚筒4相连，螺旋叶片2通过截割滚筒4与摇臂10一端相连，螺旋叶片2边缘设有截齿1。

辅助截割装置包括两个旋转支架、三个旋转机械臂6、一个截割支架、一个伸缩支架，如图2、图4所示，为区分结构，两个旋转支架、三个旋转机械臂将分别命名。旋转支架Ⅱ19的一端通过旋转机械臂Ⅰ23与摇臂10相连；旋转支架Ⅱ19上设有第一伸缩液压缸22，第一伸缩液压缸22的伸出端连接有伸缩支架27，伸缩支架27通过旋转机械臂Ⅱ25与旋转支架Ⅰ7相连，旋转支架Ⅰ7通过旋转机械臂Ⅲ28与截割支架29相连；截割支架29上设有识别装置33，识别装置33包括减速筒26和锯片3，减速筒26内设有电机，电机与锯片3相连，电机末端设有力传感器；三个旋转机械臂具有旋转功能带动旋转支架Ⅱ进行旋转，通过旋转支架Ⅱ的旋转和第一伸缩液压缸的伸缩带动伸缩支架移动和转动，旋转机械臂Ⅱ带动旋转支架Ⅰ旋转为识别装置调整位置，旋转机械臂Ⅲ控制截割支架的旋转对截割装置进行角度的调整。采煤机主体11还设有主体支架，采煤机主体通过铰接螺柱17与主体支架15相连。

采煤机主体上设有相连的工控机12和DSP控制器，截割部、摇臂液压缸、旋转机械臂Ⅰ、旋转机械臂Ⅱ、旋转机械臂Ⅲ均与工控机相连，识别装置与DSP控制器相连。

实施例2：

一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其结构如实施例1所述，所不同的是，旋转支架Ⅱ19上设有导杆20，伸缩支架27上设有通孔，伸缩支架27通过通孔与导杆20匹配连接。通过第一伸缩液压缸22的伸缩，带动伸缩支架27沿导杆20进行直线运动，导杆20用于提供运动路线并减少第一伸缩液压缸的承载压力。

实施例3：

一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其结构如实施例1所述，所不同的是，截割支架29上设有第二伸缩液压缸24和导轨5，如图5-1、图5-3所示，第二伸缩液压缸24的输出端与识别装置33相连，识别装置33设于导轨5上。第二伸缩液压缸控制识别装置在导轨上的伸缩。

实施例4：

一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其结构如实施例3所述，所不同的是，导轨上设有限位开关18，如图5-2、图6所示。限位开关防止第二伸缩液压缸过渡伸缩导致识别装置脱轨。识别装置在第二伸缩液压缸的带动下沿截割支架底部导轨运动进行伸缩，在缩进时有限位开关进行位置保护。

实施例5：

一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其结构如实施例1所述，所不同的是，截齿1通过截齿底座8设于螺旋叶片2上，截齿底座8焊接在螺旋叶片2上，螺旋叶片2焊接在截割滚筒4上。

实施例6：

一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其结构如实施例1所述，所不同的是，减速筒26内电机通过齿轮与锯片3相连，锯片3通过锯片支架30与减速筒壳体连接，齿轮包括输出齿轮31和锯片齿轮32，输出齿轮31与电机输出轴相连，锯片齿轮32通过轴与锯片相连，经过两层齿轮可进行变速，如图7所示。

实施例7：

一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其结构如实施例1所述，所不同的是，锯片3下方设有锯片防护罩16，锯片防护罩为扇形罩。为防止截割时碎石飞溅，保证安全性。

实施例8：

一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其结构如实施例7所述，所不同的是，锯片防护罩16上设有高压喷嘴21，高压喷嘴连接水枪，如图8所示。为防止锯片截割时温度过高，加装了高压喷嘴进行降温。

实施例9：

一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其结构如实施例1所述，所不同的是，锯片为圆形锯片，按圆周方向等距设有六个缺口处，以增加切割效果，如图9-1、9-2。

实施例10：

一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其结构如实施例1所述，所不同的是，采煤机主体上设有人工紧急控制装置13，人工紧急控制装置用于人工制动整个采煤机的作业。

实施例11：

一种利用实施例1所述具有煤岩识别功能的全自动采煤机的工作方法，如图1所示，包括步骤如下：

通过提前人工输入参数设置好辅助截割装置的高度来控制提前识别的时间，采煤机开始工作，对煤层进行截割；当截割至靠近煤岩分界面时，辅助截割装置开始工作，锯片转动切割，由辅助截割装置上的力传感器采集截割力数据，并传输到DSP控制器经DSP控制器进行数据处理，根据力传感器采集的数据判断当前属于岩层还是煤层：若是煤层，各部件位置和高度保持不变，继续行进采煤直至完成本轮截割，然后工控机调整摇臂高度提升截割部高度开始下一轮截割；若是岩层，通过工控机发出指令给摇臂液压缸，进而降低截割滚筒高度，从而降低整个截割部高度，避免截割岩石。DSP控制器判断采集数据后发出动作指令到工控机，然后由工控机控制调高控制器，调高控制器对截割滚筒高度进行调整，同时辅助截割装置对截割力进行收集，便于下一轮数据处理，调整截割滚筒高度。在采煤机截割的过程中，锯片并非一直处于工作状态，工作触发条件由人为提前预设参数决定，即在进行最后一次截割(靠近煤岩分界面)时触发。

力传感器采集截割力数据的采集频率为每两秒采集一次。

实验例1：

假设工况环境为煤层高度约为5米，煤层和岩石分界线为非规则的折线。采煤机的螺旋叶片截割直径为3米，截割开始前，将识别装置位置参数输入，此时旋转支架Ⅱ将旋转一定角度，第一伸缩液压缸带动伸缩支架进行伸缩到一定位置固定不动，然后，旋转支架Ⅰ以伸缩支架为旋转中心旋转一定角度并固定，旋转机械臂进行旋转使截割支架与煤层垂直，识别装置通过第二伸缩液压缸的伸缩调整与螺旋叶片的距离和识别位置，如触碰到限位开关，则整个截割过程将被终止，通过以上运动使识别装置的高度和位置设置在比截割滚筒中最高截齿位置高出15cm处，开机进行采煤作业。在第一次截割工作过程中，煤岩识别装置处于非工作状态，当第一轮截割完成后，开始第二轮截割；第二轮截割开始前，通过工控机对截割部位进行高度调整，通过控制摇臂液压缸来增加截割部高度，上升两米，开始第二轮截割作业，启动辅助截割装置，当识别装置连续两次采集到截割岩石数据时，DPS控制器发出下降指令，通过摇臂液压缸将截割部位置下调10cm，继续行进，当煤岩识别装置再次识别到煤层数据时，DPS控制器发出上升指令，通过摇臂液压缸将截割部上调5cm，依次循环，直至完成本次截割。

Claims (10)

1.一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其特征在于，包括采煤机主体、截割部、辅助截割装置，采煤机主体两端设有摇臂，摇臂通过摇臂液压缸与采煤机主体相连，摇臂上部设有截割部，截割部包括螺旋叶片和截割滚筒，螺旋叶片与截割滚筒相连，螺旋叶片通过截割滚筒与摇臂一端相连，螺旋叶片边缘设有截齿；

辅助截割装置包括两个旋转支架、三个旋转机械臂、一个截割支架、一个伸缩支架，旋转支架Ⅱ的一端通过旋转机械臂Ⅰ与摇臂相连；旋转支架Ⅱ上设有第一伸缩液压缸，第一伸缩液压缸的伸出端连接有伸缩支架，伸缩支架通过旋转机械臂Ⅱ与旋转支架Ⅰ相连，旋转支架Ⅰ通过旋转机械臂Ⅲ与截割支架相连；截割支架上设有识别装置，识别装置包括减速筒和锯片，减速筒内设有电机，电机与锯片相连，电机末端设有力传感器；

采煤机主体上设有工控机和DSP控制器，截割部、摇臂液压缸、旋转机械臂Ⅰ、旋转机械臂Ⅱ、旋转机械臂Ⅲ均与工控机相连，识别装置与DSP控制器相连。

2.根据权利要求1所述的具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其特征在于，旋转支架Ⅱ上设有导杆，伸缩支架上设有通孔，伸缩支架通过通孔与导杆匹配连接。

3.根据权利要求1所述的具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其特征在于，截割支架上设有第二伸缩液压缸和导轨，第二伸缩液压缸的输出端与识别装置相连，识别装置设于导轨上；

优选的，导轨上设有限位开关。

4.根据权利要求1所述的具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其特征在于，截齿通过截齿底座设于螺旋叶片上，截齿底座焊接在螺旋叶片上，螺旋叶片焊接在截割滚筒上。

5.根据权利要求1所述的具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其特征在于，采煤机主体还设有主体支架，采煤机主体通过铰接螺柱与主体支架相连。

6.根据权利要求1所述的具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其特征在于，减速筒内电机通过齿轮与锯片相连，齿轮包括输出齿轮和锯片齿轮，输出齿轮与电机输出轴相连，锯片齿轮通过轴与锯片相连。

7.根据权利要求1所述的具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其特征在于，锯片下方设有锯片防护罩，锯片防护罩为扇形罩；

优选的，锯片防护罩上设有高压喷嘴，高压喷嘴连接水枪。

8.根据权利要求1所述的具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其特征在于，锯片为圆形锯片，按圆周方向等距设有六个缺口处。

9.根据权利要求1所述的具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其特征在于，采煤机主体上设有人工紧急控制装置，人工紧急控制装置用于人工制动整个采煤机的作业。

10.一种利用权利要求1-9任意一项权利要求所述具有煤岩识别功能的全自动采煤机的工作方法，包括步骤如下：

通过提前人工输入参数设置好辅助截割装置的高度来控制提前识别的时间，采煤机开始工作，对煤层进行截割；当截割至靠近煤岩分界面时，辅助截割装置开始工作，锯片转动切割，由辅助截割装置上的力传感器采集截割力数据，并传输到DSP控制器经DSP控制器进行数据处理，根据力传感器采集的数据判断当前属于岩层还是煤层：若是煤层，各部件位置和高度保持不变，继续行进采煤直至完成本轮截割，然后工控机调整摇臂高度提升截割部高度开始下一轮截割；若是岩层，通过工控机发出指令给摇臂液压缸，进而降低截割滚筒高度，从而降低整个截割部高度，避免截割岩石；

优选的，力传感器采集截割力数据的采集频率为每两秒采集一次。