CN111911180A - 一种悬臂式掘进机截割机构及其控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种悬臂式掘进机截割机构及其控制系统，其中，所述控制系统，包括控制器、用于检测液压缸活塞两侧的压力差的压力传感器、用于检测截割头的位置坐标及合成速度的垂直摆动液压缸位移传感器和水平摆动液压缸位移传感器、用于检测复合动力装置的截割电流的电流传感器，所述压力传感器、垂直摆动液压缸位移传感器、水平摆动液压缸位移传感器和电流传感器分别与控制器连接。本发明提供的一种悬臂式掘进机截割机构及其控制系统，可用来评价截割性能，断面煤岩性质预测及其分布，截割效率提高50％以上。

Description

一种悬臂式掘进机截割机构及其控制系统
技术领域
本发明属于采掘装备技术领域，尤其涉及一种悬臂式掘进机截割机构及其控制系统。
背景技术
悬臂式掘进机是煤矿长臂工作面开采巷道掘进的主要装备，分为纵轴式和横轴式两种类型。与现用于山体和地下交通隧道开拓用盾构式掘进机有所不同，盾构式掘进机采用多组盘形刀具切削岩土隧道，具有切削较硬的岩石的能力，如欧洲用于穿越阿尔卑斯山的大型隧道盾构机；而悬臂式掘进机采用旋转滚筒上固定安装的诸多截齿截割煤或半煤岩，适用于煤矿井下煤巷或软岩巷道掘进。由于煤矿井下复杂多变的地质条件是大自然形成的，在臂式掘进机进行煤矿煤巷或软岩巷道掘进过程中常会遇到较硬的煤岩，此时，臂式掘进机会遭遇截割硬岩的冲击载荷，截齿的强度及耐磨性、截割部的抗冲击振动性能变得非常重要，因而成为悬臂式掘进机研究开发的热点及技术关键。
目前研究煤矿井下巷道盾构机也在进行中，但由于煤矿井下巷道比铁路隧道狭小曲折，不适于大型装备，而体积质量小的盾构机难以承受切割硬岩的冲击振动。臂式掘进机在今后相当长时期仍是煤矿井下半煤岩巷道掘进不可替代的主力装备，而对于坚硬的岩巷掘进，爆破、装岩是唯一的选择。针对悬臂式掘进机研究开发的热点及技术关键问题，由于掘进机进行巷道掘进工作过程中截割部在不断改变位置和姿态，驱使截割头做上、下、左、右方向的连续运动，从而截割出要求的巷道断面。
随着国内建设事业的高速度增长，我国掘进机械也迎来了飞速的发展。现有的掘进机没有涉及截割头横向摆动角度指示功能和对摆动速度控制的功能，在掘进过程中可能出现超挖或欠挖现象，导致矿井不够平整，挖掘质量不够好，影响掘进进度；其中对横摆速度的调节多是由人工控制调节，井下恶劣的工作环境会对掘进操作人员的身体健康和安全带来很大的威胁。
发明内容
本发明提供一种悬臂式掘进机截割机构及其控制系统，能够针对各种矿井情况对横摆速度进行控制，保证横摆角度，保证矿井挖掘质量。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种悬臂式掘进机截割机构，包括截割头、减速器、复合动力装置，所述截割头与减速器连接，所述减速器与复合动力装置，所述复合动力装置的一端设有悬挂臂，所述悬挂臂配置有驱动其水平摆动的水平摆动液压缸，所述悬挂臂与减速器之间设有驱动截割头上、下摆动的上下摆动液压缸。
作为上述技术方案的进一步描述：所述截割机构还包括支撑架，所述水平摆动液压缸铰接设置在支撑架上。
作为上述技术方案的进一步描述：所述悬挂臂下端配置有旋转台。
作为上述技术方案的进一步描述：所述上下摆动液压缸铰接在悬挂臂上，所述上下摆动液压缸的输出端与减速器铰接。
作为上述技术方案的进一步描述：所述水平摆动液压缸和上下摆动液压缸的两侧均配置有压力传感器，用于检测液压缸活塞两侧的压力差。
一种根据上述悬臂式掘进机截割机构的控制系统，包括控制器、用于检测液压缸活塞两侧的压力差的压力传感器、用于检测截割头的位置坐标及合成速度的垂直摆动液压缸位移传感器和水平摆动液压缸位移传感器、用于检测复合动力装置的截割电流的电流传感器，所述压力传感器、垂直摆动液压缸位移传感器、水平摆动液压缸位移传感器和电流传感器分别与控制器连接。
作为上述技术方案的进一步描述：所述水平摆动液压缸和上下摆动液压缸配置有控制工作的第一电液比例变量液压泵(驱动马达)和负载敏感电液比例多路阀组，所述控制器与第一电液比例变量液压泵，所述第一电液比例变量液压泵与负载敏感电液比例多路阀组连接，所述负载敏感电液比例多路阀组分别与水平摆动液压缸和上下摆动液压缸，进而实现液压缸的水平和垂直摆动。
作为上述技术方案的进一步描述：所述控制器与第二电液比例变量液压泵(驱动马达)连接，所述第二电液比例变量液压泵分别与电磁方向控制阀组和压力传感器。
作为上述技术方案的进一步描述：所述垂直摆动液压缸位移传感器和水平摆动液压缸位移传感器安装在截割臂上。
作为上述技术方案的进一步描述：所述截割头安装在截割头轴上，截割头轴上装有截割头转速传感器，所述截割头转速传感器与控制器连接。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供的一种悬臂式掘进机截割机构及其控制系统，可用来评价截割性能，断面煤岩性质预测及其分布，截割效率提高50％以上。
2、本发明提供的一种悬臂式掘进机截割机构及其控制系统，连接可靠，便于维护，截割头可绕自身回转轴自由旋转，截割刀具寿命提高30％以上。
3、本发明提供的一种悬臂式掘进机截割机构及其控制系统，可实现截割臂的上下摆动截割煤岩。
附图说明
图1为本发明提供的一种悬臂式掘进机截割机构的控制系统示意图；
图2为本发明提供的一种悬臂式掘进机截割机构的结构图。
附图说明：
1-截割头；2-减速器；3-复合动力装置；4-上下摆动液压缸；5-水平摆动液压缸；6-回转台；7-支撑架；8-截割头转速传感器；9-垂直摆动液压缸位移传感器；10-水平摆动液压缸位移传感器；11-电流传感器；12-控制器；13-第一电液比例变量液压泵；14-电磁方向控制阀组；15-第二电液比例变量液压泵；16-负载敏感电液比例多路阀组；17-压力传感器；18-悬挂臂。
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。
实施例1
参照图2，本发明提供的一种实施例：一种悬臂式掘进机截割机构，包括截割头1、减速器2、复合动力装置3，所述截割头1与减速器2连接，所述减速器2与复合动力装置3，所述复合动力装置3的一端设有悬挂臂18，所述悬挂臂18配置有驱动其水平摆动的水平摆动液压缸5，所述悬挂臂18与减速器2之间设有驱动截割头1上、下摆动的上下摆动液压缸4。
在本实施例中，所述截割机构还包括支撑架7，所述水平摆动液压缸5铰接设置在支撑架7上；所述悬挂臂18下端配置有旋转台6；所述上下摆动液压缸4铰接在悬挂臂18上，所述上下摆动液压缸4的输出端与减速器2铰接。
在本实施例中，所述水平摆动液压缸5和上下摆动液压缸4的两侧均配置有压力传感器17，用于检测液压缸活塞两侧的压力差。
实施例2
结合实施例1，参照图1，一种悬臂式掘进机截割机构的控制系统，包括控制器12、用于检测液压缸活塞两侧的压力差的压力传感器17、用于检测截割头的位置坐标及合成速度的垂直摆动液压缸位移传感器9和水平摆动液压缸位移传感器10、用于检测复合动力装置的截割电流的电流传感器11，所述压力传感器17、垂直摆动液压缸位移传感器9、水平摆动液压缸位移传感器10和电流传感器11分别与控制器12连接。
在本实施例中，所述水平摆动液压缸5和上下摆动液压缸4配置有控制工作的第一电液比例变量液压泵13(驱动马达)和负载敏感电液比例多路阀组16，所述控制器12与第一电液比例变量液压泵13，所述第一电液比例变量液压泵13与负载敏感电液比例多路阀组16连接，所述负载敏感电液比例多路阀组16分别与水平摆动液压缸5和上下摆动液压缸4，进而实现液压缸的水平和垂直摆动。
在本实施例中，所述控制器12与第二电液比例变量液压泵15(驱动马达)连接，所述第二电液比例变量液压泵15分别与电磁方向控制阀组14和压力传感器17。
在本实施例中，所述垂直摆动液压缸位移传感器9和水平摆动液压缸位移传感器10安装在截割臂。
在本实施例中，所述截割头1安装在截割头轴上，截割头轴上装有截割头转速传感器8，所述截割头转速传感器8与控制器12连接，悬臂式掘进机截割头1作用在巷道局部断面上，靠截割头的摆动依次破落所掘进断面的煤岩，根据截割头1工作轨迹及断面煤岩性质变化，需要调节截割头1的转速，逐次截割才能掘出所需要的断面，因此，需要检测截割头1转速。其与控制器12连接的目的是为了根据工况的变化及时反馈，通过调节截割头1速度达到满足一定掘进要求。
在本实施例中，所述截割臂上装有垂直摆动液压缸位移传感器9和水平摆动液压缸位移传感器10，检测截割臂的垂直摆角和水平摆角，进而给出截割头的位置坐标。
在本实施例中，所述截割臂上装有垂直摆动液压缸位移传感器9和水平摆动液压缸位移传感器10，检测截割头的垂直摆动速度和水平摆动速度，对截割头的垂直摆动速度和水平摆动速度进行合成，给出截割头的合成速度。
在本实施例中，所述的复合动力装置电流传感器11可提供复合动力装置的截割电流。
在本实施例中，所述的将截割头1的位置坐标，合成速度，截割负载，截割电机电流，压力差值(截割负载和压力差值是怎么得到的)作为截割性能评价、断面煤岩性质预测及其分布的输入，输入到控制器12。
在本实施例中，所述的控制器12输出到第一电液比例变量液压泵13(驱动液压缸)，将其流量输入至负载敏感电液比例多路阀组16，进而实现液压缸的水平和垂直摆动。
在本实施例中，所述的控制器12输出到第二电液比例变量液压泵15(驱动马达)，第二电液比例变量液压泵15(驱动马达)一方面将流量输入电磁方向控制阀组14，另一方面安装压力传感器17，将其压力差值作为输入，进入到控制器12。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种悬臂式掘进机截割机构，其特征在于，包括截割头、减速器、复合动力装置，所述截割头与减速器连接，所述减速器与复合动力装置，所述复合动力装置的一端设有悬挂臂，所述悬挂臂配置有驱动其水平摆动的水平摆动液压缸，所述悬挂臂与减速器之间设有驱动截割头上、下摆动的上下摆动液压缸。
2.根据权利要求1所述的悬臂式掘进机截割机构，其特征在于，所述截割机构还包括支撑架，所述水平摆动液压缸铰接设置在支撑架上。
3.根据权利要求1所述的悬臂式掘进机截割机构，其特征在于，所述悬挂臂下端配置有旋转台。
4.根据权利要求3所述的悬臂式掘进机截割机构，其特征在于，所述上下摆动液压缸铰接在悬挂臂上，所述上下摆动液压缸的输出端与减速器铰接。
5.根据权利要求1所述的悬臂式掘进机截割机构，其特征在于，所述水平摆动液压缸和上下摆动液压缸的两侧均配置有压力传感器，用于检测液压缸活塞两侧的压力差。
6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的悬臂式掘进机截割机构的控制系统，其特征在于，包括控制器、用于检测液压缸活塞两侧的压力差的压力传感器、用于检测截割头的位置坐标及合成速度的垂直摆动液压缸位移传感器和水平摆动液压缸位移传感器、用于检测复合动力装置的截割电流的电流传感器，所述压力传感器、垂直摆动液压缸位移传感器、水平摆动液压缸位移传感器和电流传感器分别与控制器连接。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述水平摆动液压缸和上下摆动液压缸配置有控制工作的第一电液比例变量液压泵和负载敏感电液比例多路阀组，所述控制器与第一电液比例变量液压泵，所述第一电液比例变量液压泵与负载敏感电液比例多路阀组连接，所述负载敏感电液比例多路阀组分别与水平摆动液压缸和上下摆动液压缸，进而实现液压缸的水平和垂直摆动。
8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述控制器与第二电液比例变量液压泵连接，所述第二电液比例变量液压泵分别与电磁方向控制阀组和压力传感器。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其特征在于，所述垂直摆动液压缸位移传感器和水平摆动液压缸位移传感器安装在截割臂上。
10.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述截割头安装在截割头轴上，截割头轴上装有截割头转速传感器，所述截割头转速传感器与控制器连接。
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