CN112033319A - 一种矿用采掘设备截割高度检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿用采掘设备截割高度检测装置和方法，其角度传感器通过连接轴机构直接与被测回转轴相连，将回转轴绕机架转动角度的测量转化为连接轴机构绕传感器的测量轴转动角度的测量，实现了对回转轴的实时测量，同时大大提高了测量精度，保证了采掘设备在运动过程中的稳定，防止截割臂偏离轨道和碰撞损伤；本发明适用于狭小空间，安装操作简单，方便拆装维护，省时省力，角度传感器不会被矿井下的污染物污染，增加使用寿命。

Description

一种矿用采掘设备截割高度检测装置和方法

技术领域

本发明涉及矿用采掘设备技术领域，更具体地说，涉及一种矿用采掘设备截割高度检测装置和方法。

背景技术

当前我国国民经济正处在迅速发展的时期，对于能源的需求一直处在进一步的加大中，煤炭作为我国的几大能源之一，其主要地位仍然难以动摇。近年来随着我国能源消耗的加大和环境治理政策的提出，对于煤炭利用率和开采率的要求逐年上升。全球的矿业正在进行新一轮的技术变革，人工智能、物联网等最新技术与矿用设备结合的越来越紧密，采矿设备逐渐迈入遥控化、智能化乃至无人化阶段。矿用设备的各项数据的准确测量以及采集对于建设智能矿山至关重要。传感器是用来测量矿用设备旋转角度、转速、以及行程的装置，在目前的矿用设备中，传感器无防爆外壳，无防爆合格证，可靠性低，连接不稳定，传感器转轴与待测回转轴无法直接相连导致测量的不精确，通常无法满足使用要求。

发明内容

针对现有方法的不足，提出一种矿用采掘设备截割高度检测装置和方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种矿用采掘设备截割高度检测装置，包括：

旋转机构，旋转机构为一底面封闭的空心圆柱体型，与一传感器安装座一端固定连接，传感器安装座为中空结构，中空内部结构为与旋转机构内部同轴的圆柱体，传感器安装座另一侧封闭；

设置一连接轴机构，包括依序连接的十字连接轴、十字节和联轴器，十字连接轴穿过旋转机构底面，十字节和联轴器设置于传感器安装座内部，联轴器与一角度传感器连接；

测量时，连接轴机构的十字连接轴位于旋转机构外部的部分通过安装孔固定于矿用采掘设备上随回转轴转动的旋转部件上，传感器安装座通过侧面螺纹孔固定于矿用采掘设备的机架上，以旋转机构和传感器安装座的三维空间相对转动角度为输入变量，确定矿用采掘设备截割臂截割高度，以通过转动角度控制截割臂截割高度。

其中，十字连接轴表面设置螺纹，和一锁紧螺母通过螺纹配合的方式与旋转机构固定连接。

其中，传感器安装座表面靠近角度传感器的位置径向设置一通孔，设置一紧定螺钉，通过通孔与角度传感器固定连接。

其中，传感器安装座远离连接轴机构的一端通过一盖板进行封闭，盖板通过螺钉与传感器安装座固定连接，形成角度传感器的隔爆外壳。

此外，本发明提供了一种矿用采掘设备截割高度检测方法，采用如前述技术方案的矿用采掘设备截割高度检测装置进行检测，包括步骤：

矿用采掘设备截割高度检测装置进行检测时，控制矿用采掘设备的截割臂从最低点移动至最高点，测量截割臂与水平面夹角，计算截割臂到达最高位置和最低位置时对应的截割高度；

通过角度传感器实时采集指定数量的截割臂与水平面夹角，计算截割高度；

将计算得到的实时截割高度与截割臂的截割滚筒的直径比较，若实时截割高度小于截割滚筒直径，则计算截割卧底深度，作为截割高度；

分别计算对应的截割高度，取全部截割高度的平均值，作为截割臂工作过程中实时的截割高度。

其中，计算截割高度时通过公式（1）进行，公式（1）的表达式如下：

（1）

其中，α为截割臂与水平面夹角，即角度传感器的角度测量值，h为截割臂与矿用采掘设备机架铰接点距地面的高度，L为截割臂与矿用采掘设备机架铰接点距截割滚筒中心的距离，R为截割滚筒半径。

其中，计算截割卧底深度时通过公式（2）进行，公式（2）的表达式如下：

（2）

其中，通过角度传感器实时采集的截割臂与水平面夹角的指定数量为10个；截割臂处于最高位置和最低位置时，截割臂与水平面夹角为其中两个。

区别于现有技术，本发明提供了一种矿用采掘设备截割高度检测装置和方法，其角度传感器通过连接轴机构直接与被测回转轴相连，将回转轴绕机架转动角度的测量转化为连接轴机构绕传感器的测量轴转动角度的测量，实现了对回转轴的实时测量，同时大大提高了测量精度，保证了采掘设备在运动过程中的稳定，防止截割臂偏离轨道和碰撞损伤；本发明适用于狭小空间，安装操作简单，方便拆装维护，省时省力，角度传感器不会被矿井下的污染物污染，增加使用寿命。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明提供的一种矿用采掘设备截割高度检测装置的结构示意图。

图2是本发明提供的一种矿用采掘设备截割高度检测方法的流程示意图。

图3是本发明提供的一种矿用采掘设备截割高度检测装置的测量示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参阅图1，本发明提供了一种矿用采掘设备截割高度检测装置，包括：

旋转机构1，旋转机构1为一底面封闭的空心圆柱体型，与一传感器安装座3一端固定连接，传感器安装座3为中空结构，中空内部结构为与旋转机构1内部同轴的圆柱体，传感器安装座3另一侧封闭；

旋转机构1与传感器安装座3通过轴套和矿用采掘设备的滚动轴承相连，旋转机构1上的安装孔的圆心与矿用采掘设备的被测截割臂6回转轴同轴，旋转机构1通过螺纹安装孔固在矿用采掘设备能随回转轴转动的旋转部件上；传感器安装座3通过侧面的螺钉安装固定在矿用采掘设备的机架7上，通过结构内的角度传感器4来测量截割臂6以及被测回转轴的俯仰角度、摆动动作的转动角度以及行程。

设置一连接轴机构2，包括依序连接的十字连接轴201、十字节202和联轴器203，十字连接轴201穿过旋转机构1底面，十字节202和联轴器203设置于传感器安装座3内部，联轴器203与一角度传感器4连接；

当矿用采掘设备的截割臂6开始动作时，回转轴绕机架7的转动角度可转化为连接轴机构2绕角度传感器4的测量轴转动角度的测量，实现了对回转轴的实时测量，提高测量精度。

测量时，连接轴机构2的十字连接轴201位于旋转机构1外部的部分通过安装孔固定于矿用采掘设备上随回转轴转动的旋转部件上，传感器安装座3通过侧面螺纹孔固定于矿用采掘设备的机架7上，以旋转机构1和传感器安装座3的三维空间相对转动角度为输入变量，确定矿用采掘设备截割臂6截割高度，以通过转动角度控制截割臂6截割高度。

其中，十字连接轴201表面设置螺纹，和一锁紧螺母101通过螺纹配合的方式与旋转机构1固定连接。

其中，传感器安装座3表面靠近角度传感器4的位置径向设置一通孔，设置一紧定螺钉401，通过通孔与角度传感器4固定连接。

其中，传感器安装座3远离连接轴机构1的一端通过一盖板5进行封闭，盖板5通过螺钉与传感器安装座3固定连接，形成角度传感器4的隔爆外壳。该结构设计符合GB 3836-2011爆炸环境设备外壳的通用要求,可安装在煤矿甲烷爆炸环境中的，具有“很高”的保护级别，具有足够的安全性，使该结构在正常运行、出现预期故障或罕见故障，甚至在气体突然出现设备仍带电的情况下均不可能成为点燃源，同时传感器不会被矿井下的污染物污染，增加了传感器的使用寿命。

当机构开始动作时，首先确定最大截割高度和最大卧底量，然后确定机械零点和电气零点，确定曲线表达式，由表达式输出值计算截割高度，最后测算误差精度是否满足要求，如满足，则完成测量，如不满足，则需重新调零，直到误差精度满足要求为止。表达式为公式（1）和公式（2）。

该装置可实现截割高度手动标零和自动标零两种方式，选择手动标零方式下操作截割臂运行到实际零位，此时作为标准零位；选择自动标零方式下无需人员操作，当截割臂运行到实际最低位时，此时有机械限位，截割臂无法继续下行，压力系统处于憋压状态，此时为标准零位。

此外，如图2所示，本发明提供了一种矿用采掘设备截割高度检测方法，采用如前述技术方案的矿用采掘设备截割高度检测装置进行检测，包括步骤：

矿用采掘设备截割高度检测装置进行检测时，控制矿用采掘设备的截割臂从最低点移动至最高点，测量截割臂与水平面夹角，计算截割臂到达最高位置和最低位置时对应的截割高度；

通过角度传感器4实时采集指定数量的截割臂6与水平面夹角，计算截割高度；

将计算得到的实时截割高度与截割臂的截割滚筒8的直径比较，若实时截割高度小于截割滚筒直径，则计算截割卧底深度，作为截割高度；

分别计算对应的截割高度，取全部截割高度的平均值，作为截割臂6工作过程中实时的截割高度。

如图3所示，α为截割臂6与水平面夹角，即角度传感器4与水平面夹角，为传感器的角度测量值，h为截割臂6与设备机架7铰接点距地面的高度，L为截割臂6与机架7铰接点距截割滚筒8中心的距离，截割滚筒8半径为R。

当截割臂6到达最高点时，

为第一象限角，该角的正弦值为正数，此时的截割高度为：

；

当截割臂6到达最低点时，

为第四象限角，该角的正弦值为负数，此时的截割高度为：

；

将实时测量的角度测量值代入公式（1），计算对应的截割高度，并将计算得到的截割高度的值与截割臂的截割滚筒8直径比较，若H＜2R时，截割臂的截割高度表现为截割卧底深度，通过公式（2）计算卧底深度。

（2）

将计算结果继续与截割臂6的截割滚筒8直径比较，直至大于截割臂6的截割滚筒8直径。

本发明中通过角度传感器4采集多个角度测量值，通过上述计算，可得到多个截割高度，将多个截割高度加和平均，结果作为截割高度，通过公式（3）表示：

（3）

本发明中，通过角度传感器4实时采集的截割臂6与水平面夹角的指定数量为10个；截割臂6处于最高位置和最低位置时，截割臂6与水平面夹角为其中两个。

区别于现有技术，本发明提供了一种矿用采掘设备截割高度检测装置和方法，其角度传感器通过连接轴机构直接与被测回转轴相连，将回转轴绕机架转动角度的测量转化为连接轴机构绕传感器的测量轴转动角度的测量，实现了对回转轴的实时测量，同时大大提高了测量精度，保证了采掘设备在运动过程中的稳定，防止截割臂偏离轨道和碰撞损伤；本发明适用于狭小空间，安装操作简单，方便拆装维护，省时省力，角度传感器不会被矿井下的污染物污染，增加使用寿命。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种矿用采掘设备截割高度检测装置，其特征在于，包括：

旋转机构，所述旋转机构为一底面封闭的空心圆柱体型，与一传感器安装座一端固定连接，所述传感器安装座为中空结构，中空内部结构为与所述旋转机构内部同轴的圆柱体，所述传感器安装座另一侧封闭；

设置一连接轴机构，包括依序连接的十字连接轴、十字节和联轴器，所述十字连接轴穿过所述旋转机构底面，所述十字节和联轴器设置于传感器安装座内部，所述联轴器与一角度传感器连接；

测量时，所述连接轴机构的十字连接轴位于所述旋转机构外部的部分通过安装孔固定于矿用采掘设备上随回转轴转动的旋转部件上，所述传感器安装座通过侧面螺纹孔固定于矿用采掘设备的机架上，以所述旋转机构和所述传感器安装座的三维空间相对转动角度为输入变量，确定矿用采掘设备截割臂截割高度，以通过所述转动角度控制所述截割臂截割高度。

2.根据权利要求1所述的矿用采掘设备截割高度检测装置，其特征在于，所述十字连接轴表面设置螺纹，和一锁紧螺母通过螺纹配合的方式与所述旋转机构固定连接。

3.根据权利要求1所述的矿用采掘设备截割高度检测装置，其特征在于，所述传感器安装座表面靠近所述角度传感器的位置径向设置一通孔，设置一紧定螺钉，通过所述通孔与所述角度传感器固定连接。

4.根据权利要求1所述的矿用采掘设备截割高度检测装置，其特征在于，所述传感器安装座远离所述连接轴机构的一端通过一盖板进行封闭，所述盖板通过螺钉与传感器安装座固定连接，形成所述角度传感器的隔爆外壳。

5.根据权利要求1所述的矿用采掘设备截割高度检测装置，其特征在于，所述旋转机构的空心圆柱的上端向外延伸形成第一圆环状边缘，所述传感器安装座外侧对应设置第二圆环状边缘，所述旋转机构内壁设置内螺纹，所述传感器安装座表面对应设置螺纹；所述旋转机构和所述传感器安装座通过螺纹配合的方式固定连接，和、或通过将所述第一圆环状边缘和所述第二圆环状边缘固定连接，实现将所述旋转机构和所述传感器安装座固定连接。

6.一种矿用采掘设备截割高度检测方法，使用如权利要求1-5任一所述的矿用采掘设备截割高度检测装置进行检测，其特征在于，包括步骤：

矿用采掘设备截割高度检测装置进行检测时，控制所述矿用采掘设备的截割臂从最低点移动至最高点，测量截割臂与水平面夹角，计算截割臂到达最高位置和最低位置时对应的截割高度；

通过角度传感器实时采集指定数量的截割臂与水平面夹角，计算截割高度；

将计算得到的实时截割高度与截割臂的截割滚筒的直径比较，若实时截割高度小于截割滚筒直径，则计算截割卧底深度，作为截割高度；

分别计算对应的截割高度，取全部截割高度的平均值，作为截割臂工作过程中实时的截割高度。

7.根据权利要求6所述的矿用采掘设备截割高度检测方法，其特征在于，计算截割高度时通过公式（1）进行，公式（1）的表达式如下：

（1）

其中，α为截割臂与水平面夹角，即所述角度传感器的角度测量值，h为截割臂与矿用采掘设备机架铰接点距地面的高度，L为截割臂与矿用采掘设备机架铰接点距截割滚筒中心的距离，R为截割滚筒半径。

8.根据权利要求6所述的矿用采掘设备截割高度检测方法，其特征在于，计算截割卧底深度时通过公式（2）进行，公式（2）的表达式如下：

（2）

9.根据权利要求6所述的矿用采掘设备截割高度检测方法，其特征在于，通过角度传感器实时采集的截割臂与水平面夹角的指定数量为10个；截割臂处于最高位置和最低位置时，截割臂与水平面夹角为其中两个。

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