CN112878399B - 一种自移式浮煤清理铲车及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种自移式浮煤清理铲车及其工作方法，属于浮煤清理领域，包括车身，车身上设置有支撑行走装置、信息处理与控制装置、识别与检测装置、旋转装置和铲煤装置；支撑行走装置与刮板输送机相互配合实现车身的前后移动，旋转装置能够相对于车身前后旋转，铲煤装置位于车身一侧并与旋转装置连接；信息处理与控制装置包括相互连接的PLC控制器和上位机，识别与检测装置与上位机连接，PLC控制器与支撑行走装置、旋转装置和铲煤装置的驱动机构连接，来控制车身的前后移动、铲煤装置的旋转以及装煤卸煤动作。本发明可以自动清理刮板输送机与煤壁工作面之间浮煤堆积过多的地方以及刮板输送机端部的浮煤，提高了采煤工作面的效率，保障了人员的安全。

Description

一种自移式浮煤清理铲车及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种自移式浮煤清理铲车及其工作方法，属于浮煤清理技术领域。

背景技术

在煤矿井下采煤机采煤时，一方面，不可避免的会在刮板输送机与煤壁工作面之间落入一些浮煤，针对这些浮煤，现在主要是靠在推移刮板输送机的时候将煤推到刮板上再将浮煤运走，但当某处的浮煤量过多时可能会影响刮板输送机的推移效率，进而对采煤工作面造成影响；另一方面当采煤机运行到刮板输送机端部时，采煤机滚筒抛出及自然垮落的煤会散落下来，这些浮煤并没装进刮板输送机上，并且随着工作面向前推进浮煤量逐渐增加，若不及时清理会影响采煤效率，针对这些浮煤，现在主要依靠人工操作清理机械来达到清理的目的，同时在薄煤层开采时，由于巷道空间狭窄，此处的浮煤更难以开采，工作效率低，且存在安全隐患。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种自移式浮煤清理铲车及其工作方法，可以自动清理刮板输送机与煤壁工作面之间浮煤堆积过多的地方以及刮板输送机端部的浮煤，提高了采煤工作面的效率，保障了人员的安全。

本发明采用以下技术方案：

一种自移式浮煤清理铲车，包括车身，所述车身上设置有支撑行走装置、信息处理与控制装置、识别与检测装置、旋转装置和铲煤装置；

所述支撑行走装置设置于车身下方，用于与刮板输送机相互配合实现车身的前后移动，所述旋转装置能够相对于车身前后旋转，所述铲煤装置设置于车身一侧，并与旋转装置连接，用于铲煤；

所述信息处理与控制装置包括相互连接的PLC控制器和上位机，外面有保护壳将其保护，所述识别与检测装置与上位机连接，通过上位机处理信号后传输给PLC控制器，PLC控制器与支撑行走装置、旋转装置和铲煤装置的驱动机构连接，来控制车身的前后移动、铲煤装置的旋转以及铲煤装置的装煤和卸煤动作；

所述铲煤装置包括铲斗、推进液压缸、调节液压缸和转角液压缸，所述推进液压缸、调节液压缸和转角液压缸均与PLC控制器连接，所述铲斗包括铲斗主体，所述推进液压缸的缸筒与旋转装置铰接，推进液压缸的伸缩杆与铲斗主体通过铲斗主体铰接耳板铰接，所述调节液压缸和转角液压缸相互配合使铲斗主体与水平面具有不同的角度，便于斜插入煤层；

所述调节液压缸的缸筒与推进液压缸的缸筒转动连接，调节液压缸的伸缩杆与旋转装置转动连接，转角液压缸的缸筒与推进液压缸的伸缩杆转动连接，转角液压缸的伸缩杆与铲斗主体转动连接，在调节液压缸的伸缩下使推进液压缸和铲斗主体绕着推进液压缸与旋转装置的连接处转动，再通过转角液压缸的伸缩使铲斗主体绕着铲斗主体铰接耳板上下转动。

优选的，所述铲斗还包括斗侧板、卸煤板、铲牙、上挡板和伸缩板，铲斗主体与斗侧板转动连接，铲斗主体与卸煤板转动连接，铲牙设置于铲斗主体的下底板外端部，铲斗主体与上挡板转动连接；

所述斗侧板数量为两个，两个斗侧板靠近车身的一侧通过转动销与铲车主体转动连接，所述卸煤板位于铲斗主体靠近车身的一侧，所述卸煤板的左右两边上部均设置有一卸煤板连接圆柱，所述铲斗主体与卸煤板连接处设置有圆柱槽A，卸煤板上的卸煤板连接圆柱插入圆柱槽A内进行转动连接；

所述上挡板的左右两边上部均设置有一上挡板连接圆柱，所述铲斗主体与上挡板连接处设置有圆柱槽B，上挡板上的上挡板连接圆柱插入圆柱槽B内进行转动连接；

所述上挡板两侧各设置有一长条形U型槽，伸缩板两侧嵌入长条形U型槽内，并能够沿长条形U型槽滑动，实现伸缩板相对于上挡板的伸缩；

所述上挡板的中部竖向设置有一长条形凹槽，所述伸缩板上固定设置有一伸缩板铰接耳板，所述伸缩板铰接耳板位于长条形凹槽内并伸出，伸缩板铰接耳板能够沿长条形凹槽滑动，当伸缩板铰接耳板滑动至长条形凹槽底部时，上挡板和伸缩板能够将进煤口完全关闭；

所述上挡板上固定设置有伸缩板液压缸，伸缩板液压缸与PLC控制器连接，伸缩板液压缸的伸缩杆固定连接一S形连杆，S形连杆包括三段圆柱杆A、圆柱杆B和圆柱杆C，圆柱杆A、圆柱杆B和圆柱杆C依次固定连接形成S形，所述伸缩板液压缸的伸缩杆固定连接圆柱杆A，圆柱杆C与伸缩板铰接耳板转动连接。

优选的，所述铲斗主体上固定设置有上挡板液压缸，上挡板液压缸与PLC控制器连接，上挡板液压缸通过曲柄连杆与上挡板连接，所述曲柄连杆包括三段圆柱杆D、圆柱杆E和圆柱杆F，圆柱杆D、圆柱杆E和圆柱杆F依次转动连接，所述上挡板液压缸的伸缩杆与圆柱杆D固定连接，所述圆柱杆F与上挡板转动连接，具体的，上挡板上设置有一半圆弧状耳板，半圆弧状耳板中部设置有孔，所述圆柱杆F穿过半圆弧状耳板的孔内，并采用销连接。

优选的，所述上挡板液压缸上集成设置有斗侧板液压缸，即上挡板液压缸与斗侧板液压缸采用连体缸设计，一个缸体包含上挡板液压缸伸缩杆和斗侧板液压缸的伸缩杆，且两个伸缩杆的动作互不影响，所述斗侧板液压缸的伸缩杆通过两根连杆分别与两个斗侧板铰接，每一连杆的一端通过圆柱销与斗侧板液压缸的伸缩杆铰接，另一端通过圆柱销与斗侧板的上端铰接，当斗侧板液压缸的伸缩杆伸出时，两个连杆之间的夹角增大，使两个斗侧板绕着与铲斗主体连接的转动销打开，当斗侧板液压缸的伸缩杆缩回时，过程相反，实现斗侧板的开合；

所述卸煤板通过卸煤板液压缸进行开合，卸煤板上设置有卸煤板连接耳板，所述卸煤板液压缸伸缩杆一端与卸煤板连接耳板采用圆柱销连接，卸煤板液压缸缸筒一端与铲斗主体铰接耳板采用圆柱销连接，当卸煤板液压缸伸缩杆缩回或伸出时，卸煤板能够绕着卸煤板连接圆柱转动，实现卸煤板的开合。

卸煤时，先由转角液压缸的伸缩杆(液压杆)伸出，让铲斗绕着铲斗主体铰接耳板向上旋转，液压杆全部顶出，让铲斗主体足够倾斜，卸煤板液压缸工作，卸煤板液压缸的伸缩杆收缩，使卸煤板绕着卸煤板连接圆柱旋转，打开卸煤。

本发明增加了卸煤板，在推进液压缸保持水平的前提下，铲斗液压缸可以使铲斗绕着铲斗主体铰接耳板向上倾斜的角度很大，卸煤速度快。

优选的，所述车身靠近铲煤装置一侧设置有倾斜坡面，保证了铲斗能从上而下斜着插入浮煤中，又保证车身的结构紧凑性；

所述车身底部设置有加强板，以保证车身整体的稳定性。

优选的，所述支撑行走装置包括电动机、差速箱、两个相同的行走箱、两个滑靴和两个支撑滑块，所述电动机位于车身上部，并与PLC控制器连接，两个支撑滑块分别设置于车身底部一侧前后方，两个滑靴分别设置于车身底部另一侧前后方，两个支撑滑块和两个滑靴将车身支撑在刮板输送机上；

所述行走箱内设有减速器，差速箱设有差速器，电动机输出轴与差速器连接，差速器与两个减速器连接，两个支撑滑块内部均设置有行走轮，两个减速器与行走轮连接，行走轮为齿形轮与刮板输送机的销轨配合，实现车身的前后移动。

此处的差速器能够保证当其中一个行走箱无法正常工作时，铲车还可以正常移动。

优选的，所述识别与检测装置包括三个激光雷达传感器、两个摄像头和两个激光扫描传感器，均与PLC控制器连接，其中：

一个激光雷达传感器位于上挡板液压缸顶部的检测盒内，所述检测盒由钢化玻璃制成，用于检测该激光雷达传感器与煤壁之间的距离，进而知道铲斗与煤壁之间的距离；

检测盒内的激光雷达传感器检测铲斗与采煤工作面的距离，其检测原理为现有技术，采用TOF测距原理，激光雷达传感器发射一个激光脉冲，并由计时器记录下发出的时间，回返光由接收器接收并记录下时间，两个时间相减，得到“飞行时间”，再由光速计算出距离即可；

另外两个激光雷达传感器位于车身的前后两方，分别用于检测车身前后方与采煤机/刮板输送机的距离，避免相撞；

利用激光雷达传感器测距为现有技术，激光雷达传感器不断发射激光脉冲信号实时测距。

位于车身前后方的激光雷达传感器旁均设置有摄像头，用于实时采集图像，并将图像传递至上位机，与激光雷达传感器信息配合得到前方障碍物的实际尺寸，包括高度和宽度信息，根据采煤机与刮板输送机的端部的尺寸大小不同来判断前方是采煤机还是刮板输送机端部；

两个激光扫描传感器均位于车身靠近滑靴的两个支腿侧面上，并嵌入车身的支腿内，外部由钢化玻璃保护，用于检测浮煤层的厚度，当浮煤层的厚度达到了预定值，则将信号通过上位机传递至PLC控制器，PLC控制器控制铲车主体移动进行清理浮煤动作。

通过两个激光扫描传感器检测浮煤层厚度的原理可采用现有技术，车身上安装的激光扫描传感器，随着车身的移动，不断地扫描浮煤层的断面轮廓，检测出浮煤层的厚度信号，再将信息反馈给信息处理与控制装置进行信息处理与计算；

本发明中，PLC控制器、激光雷达传感器、摄像头和激光扫描传感器均为较为成熟的器件，可采用现有技术中常用的型号及其功能实现相关功能，如PLC控制器可采用西门子S7-400，激光雷达传感器可采用北醒TF02-Pro，摄像头可采用普通的工业防爆摄像头。

优选的，所述旋转装置位于车身的上部，旋转装置内设置有旋转电机，旋转电机与PLC控制器连接，能够保证铲煤系统前后180°旋转，在铲煤系统的铲斗铲煤后可以左右旋转90°，方便铲斗卸煤。

优选的，由于斗侧板与卸煤板之间的铲斗主体比较薄弱，在此处的铲斗主体上设置有加强筋板来增加强度，铲斗主体上还设置有加强筋。

一种自移式浮煤清理铲车的工作方法，初始状态为铲斗主体位于车身一侧上方，如图1状态，行走轮与刮板输送机上的销轨啮合，滑靴与刮板输送机的滑靴槽配合，电动机驱动行走轮行走，使车身前后移动，位于车身前后的激光雷达传感器和摄像头实时采集前后方的图像，并计算距离，使车身在前后移动或工作的时不会与采煤机或刮板输送机相撞，在车身的支腿一侧的激光扫描传感器实时检测浮煤层的厚度，当浮煤层的厚度达到设定值时，将信号经上位机传递给PLC控制器，PLC控制器控制行走轮停止行走，并且PLC控制器发送信号控制转角液压缸、调节液压缸、推进液压缸动作，铲起相应厚度的煤，铲煤时，在转角液压缸和调节液压缸的配合下将铲斗抬高，并倾斜着从刮板输送机铲煤板处插入浮煤，靠伸长推进液压缸向铲斗内装煤，推进开始前，斗侧板液压缸伸出，使斗侧板打开，增加装煤量；

斗侧板绕着转动销相对于铲斗主体打开，进煤口增大，铲煤的范围变大了，此时可能会漏一些煤，但相对于进煤口无法扩大的铲斗，铲煤还是相对较多的；

当上挡板液压缸上部检测盒内的激光雷达传感器检测到铲斗主体与工作面的距离达到设定值时，激光雷达传感器将信号传递给PLC控制器，PLC控制器控制推进液压缸停止动作，则铲斗主体停止推进，避免撞到煤壁，并且，斗侧板液压缸控制斗侧板关闭，此时上挡板液压缸的伸缩杆伸出使上挡板向下转动，并且伸缩板液压缸的伸缩板伸出，在上挡板与伸缩板的配合下将铲斗的进煤口关闭防止浮煤滚出，推进液压缸向后收回推进液压缸的伸缩杆，进而铲斗收回；

然后调节液压缸和转角液压缸配合使铲斗绕铲斗主体铰接耳板向上旋转，使铲斗主体的下底板与水平面成45°，达到卸煤的最佳角度，车身两侧的摄像头和激光雷达传感器检测铲车两侧是否适合卸煤，在适合卸煤的一方进行卸煤，当两侧都适合卸煤时，则在与刮板输送机运动方向一致的方向上卸煤，当前后两方都不适合卸煤的时候则继续等待，直到适合卸煤时才开始卸煤，卸煤时，旋转装置旋转将铲斗及其里面的浮煤转到刮板输送机的溜槽正上方，卸煤板液压缸控制卸煤板打开进行卸煤；

至此一次浮煤清理结束，铲车恢复初始状态。

本发明中，当检测到车身与采煤机或者刮板输送机的距离足够铲斗旋转到刮板输送机正上方而不会与它们相撞的情况下，适合卸煤。

优选的，在进煤口关闭过程中，当推进液压缸带动铲斗向前推进时，检测盒内的激光雷达传感器实时检测铲斗与采煤工作面的距离，并发送到PLC控制器，当达到设定值后，PLC控制器控制推进液压缸停止推进，并控制上挡板液压缸的伸缩杆伸出，进而带动曲柄连杆运动，由于曲柄连杆由相互转动连接的三段圆柱杆D、圆柱杆E和圆柱杆F构成，灵活性大，在传递运动的时候阻力小，曲柄连杆又与上挡板转动连接，因此能够带动上挡板绕着上挡板连接圆柱转动，实现上挡板的上下翻动的动作，在上挡板向下翻动的同时，在PLC控制器的控制下伸缩板液压缸的伸缩杆伸出，带动S形连杆运动，S形连杆与伸缩板铰接耳板转动连接，进而带动伸缩板从上挡板中伸出，上挡板向下翻动与伸缩板的伸出同时进行，在上挡板翻动为最终角度、伸缩板伸出的最大长度时，进煤口关闭，即伸缩板与铲斗主体的下底板接触；

进煤口的打开的过程与关闭的顺序相反即可，PLC控制器控制上挡板液压缸的伸缩杆缩回，进而带动曲柄连杆运动，带动上挡板绕着上挡板连接圆柱转动，同时，在PLC控制器的控制下伸缩板液压缸的伸缩杆缩回，带动S形连杆运动，S形连杆与伸缩板铰接耳板转动连接，进而带动伸缩板缩回至上挡板中，上挡板向上翻动与伸缩板的缩回同时进行，直至伸缩板全部缩回上挡板中，上挡板向上翻转至与铲斗主体的上板平行；

在卸煤时，铲斗主体的下底板与水平面成45°，已达到卸煤的最佳角度，此时卸煤板液压缸的伸缩杆缩回，卸煤板绕着卸煤板连接圆柱转动，实现卸煤板打开，卸煤完成后，卸煤板液压缸伸缩杆伸出，卸煤板绕着卸煤板连接圆柱转动，实现卸煤板关闭。

值得注意的是，车身在移动的过程中，在激光雷达传感器的作用下与刮板输送机的机头或机尾保持安全距离，当侧面的激光扫描检测摄像机检测到浮煤厚度达到设定值后，则清理浮煤；

不论自移式浮煤清理铲车运行在何种状态，都必须与采煤机或者刮板输送机机头或机尾保持在安全距离，避免事故的发生。

本发明中未详尽之处，均可采用现有技术进行。

本发明的有益效果为：

1)本发明通过激光雷达传感器和摄像头来识别判断铲车与刮板输送机以及采煤机的距离来防止相撞，通过检测盒内的激光雷达传感器也可避免铲车与工作面相撞，激光扫描传感器来检测浮煤层的厚度，当厚度达到设定值时，可以自动识别并清理刮板输送机与煤壁工作面之间浮煤堆积过多的地方以及刮板输送机端部的浮煤，提高了采煤工作面的效率，保障了人员的安全。

2)本发明的旋转装置可以保证铲煤装置前后180°旋转，在铲煤装置的铲斗铲煤后可以左右旋转90°，方便铲斗卸煤；

并且可以通过调节液压缸、转角液压缸的相互配合，使铲斗主体与水平面具有不同的角度，便于斜插入煤层。

3)铲斗的两个斗侧板可张开，可以增加铲斗的进煤速度，也可增加铲煤量。

4)上挡板与伸缩板配合，可以将铲斗的进煤口关闭，防止浮煤滚出。

5)铲斗主体的后侧设置有卸煤口，可以在保证车身比较低矮，铲斗又不需要举太高时完成卸煤，保证结构的紧凑。

6)本发明的车身靠近采煤工作面的一侧设置有倾斜坡面，保证了铲斗在从上向下斜插入浮煤时不会被车身挡住，保证了铲斗能顺利地倾斜扎入浮煤，使此浮煤清理系统的尺寸减小，保证了结构的紧凑性。

7)在支撑行走装置里运用了差速器，保证了当其中一个行走箱无法正常工作时，铲车仍能在刮板输送机上前后移动。

附图说明

图1为自移式浮煤清理铲车结构示意图一；

图2为自移式浮煤清理铲车结构示意图二；

图3为本发明铲斗卸煤时的状态示意图；

图4为本发明铲斗的进煤口闭合时的状态示意图；

图5为本发明铲斗主体与斗侧板连接关系示意图；

图6为本发明卸煤板的结构示意图；

图7为本发明上挡板的结构示意图；

图8为本发明铲斗主体的结构示意图；

图9为本发明斗侧板的结构示意图；

其中，1-行走箱，2-车身，3-信息处理与控制装置，4-推进液压缸，5-调节液压缸，6-铲斗主体，7-检测盒，8-上挡板液压缸，9-斗侧板液压缸，10-曲柄连杆，11-上挡板，12-S形连杆，13-伸缩板，14-伸缩液压缸，15-铲牙，16-连杆，17-斗侧板，18-卸煤板，19-卸煤板液压缸，20-滑靴，21-旋转装置，22-电动机，23-摄像头，24-激光雷达传感器，25-支撑滑块，26-差速箱，27-加强筋板，28-行走轮，29-加强板，30-激光扫描传感器，31-转角液压缸，32-铲斗主体铰接耳板，33-转动销，34-卸煤板连接圆柱，35-卸煤板连接耳板，36-上挡板连接圆柱，37-加强筋。

具体实施方式：

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。

实施例1：

一种自移式浮煤清理铲车，如图1-9所示，包括车身2，车身2上设置有支撑行走装置、信息处理与控制装置3、识别与检测装置、旋转装置21和铲煤装置；

支撑行走装置设置于车身2下方，用于与刮板输送机相互配合实现车身2的前后移动，旋转装置21能够相对于车身2前后旋转，铲煤装置设置于车身2一侧，并与旋转装21置连接，用于铲煤；

信息处理与控制装置3包括相互连接的PLC控制器和上位机，外面有保护壳将其保护，识别与检测装置与上位机连接，通过上位机处理信号后传输给PLC控制器，PLC控制器与支撑行走装置、旋转装置21和铲煤装置的驱动机构连接，来控制车身2的前后移动、铲煤装置的旋转以及铲煤装置的装煤和卸煤动作；

铲煤装置包括铲斗、推进液压缸4、调节液压缸5和转角液压缸31，推进液压缸4、调节液压缸5和转角液压缸31均与PLC控制器连接，铲斗包括铲斗主体6，推进液压缸4的缸筒与旋转装置21铰接，推进液压缸4的伸缩杆与铲斗主体6通过铲斗主体铰接耳板32铰接，调节液压缸5和转角液压缸31相互配合使铲斗主体6与水平面具有不同的角度，便于斜插入煤层；

调节液压缸5的缸筒与推进液压缸4的缸筒转动连接，调节液压缸5的伸缩杆与旋转装置21转动连接，转角液压缸31的缸筒与推进液压缸4的伸缩杆转动连接，转角液压缸31的伸缩杆与铲斗主体6转动连接，在调节液压缸5的伸缩下使推进液压缸4和铲斗主体6绕着推进液压缸与旋转装置的连接处转动，再通过转角液压缸31的伸缩使铲斗主体6绕着铲斗主体铰接耳板32上下转动。

实施例2：

一种自移式浮煤清理铲车，结构如实施例1所示，所不同的是，铲斗还包括斗侧板17、卸煤板18、铲牙15、上挡板11和伸缩板13，铲斗主体6与斗侧板17转动连接，铲斗主体6与卸煤板18转动连接，铲牙15设置于铲斗主体6的下底板外端部，铲斗主体6与上挡板11转动连接；

斗侧板17数量为两个，两个斗侧板靠近车身的一侧通过转动销33与铲车主体6转动连接，卸煤板18位于铲斗主体6靠近车身2的一侧，卸煤板18的左右两边上部均设置有一卸煤板连接圆柱34，铲斗主体6与卸煤板连接处设置有圆柱槽A，卸煤板上的卸煤板连接圆柱34插入圆柱槽A内进行转动连接；

上挡板11的左右两边上部均设置有一上挡板连接圆柱36，铲斗主体6与上挡板连接处设置有圆柱槽B，上挡板上的上挡板连接圆柱36插入圆柱槽B内进行转动连接；

上挡板11两侧各设置有一长条形U型槽，伸缩板13两侧嵌入长条形U型槽内，并能够沿长条形U型槽滑动，实现伸缩板相对于上挡板的伸缩；

如图7所示，上挡板的中部竖向设置有一长条形凹槽，伸缩板上固定设置有一伸缩板铰接耳板，伸缩板铰接耳板位于长条形凹槽内并伸出，伸缩板铰接耳板能够沿长条形凹槽滑动，当伸缩板铰接耳板滑动至长条形凹槽底部时，上挡板和伸缩板能够将进煤口完全关闭；

上挡板11上固定设置有伸缩板液压缸14，伸缩板液压缸14与PLC控制器连接，伸缩板液压缸14的伸缩杆固定连接一S形连杆12，S形连杆12包括三段圆柱杆A、圆柱杆B和圆柱杆C，圆柱杆A、圆柱杆B和圆柱杆C依次固定连接形成S形，伸缩板液压缸14的伸缩杆固定连接圆柱杆A，圆柱杆C与伸缩板铰接耳板转动连接。

实施例3：

一种自移式浮煤清理铲车，结构如实施例2所示，所不同的是，铲斗主体6上固定设置有上挡板液压缸8，上挡板液压缸8与PLC控制器连接，上挡板液压缸8通过曲柄连杆10与上挡板11连接，曲柄连杆10包括三段圆柱杆D、圆柱杆E和圆柱杆F，圆柱杆D、圆柱杆E和圆柱杆F依次转动连接，上挡板液压缸8的伸缩杆与圆柱杆D固定连接，圆柱杆F与上挡板11转动连接，具体的，上挡板11上设置有一半圆弧状耳板，如图7所示，半圆弧状耳板中部设置有孔，圆柱杆F穿过半圆弧状耳板的孔内，并采用销连接。

实施例4：

一种自移式浮煤清理铲车，结构如实施例3所示，所不同的是，上挡板液压缸8上集成设置有斗侧板液压缸9，即上挡板液压缸8与斗侧板液压缸9采用连体缸设计，一个缸体包含上挡板液压缸伸缩杆和斗侧板液压缸的伸缩杆，且两个伸缩杆的动作互不影响，斗侧板液压缸9的伸缩杆通过两根连杆16分别与两个斗侧板17铰接，每一连杆16的一端通过圆柱销与斗侧板液压缸9的伸缩杆铰接，另一端通过圆柱销与斗侧板17的上端铰接，当斗侧板液压缸9的伸缩杆伸出时，两个连杆16之间的夹角增大，使两个斗侧板17绕着与铲斗主体连接的转动销33打开，当斗侧板液压缸9的伸缩杆缩回时，过程相反，实现斗侧板的开合；

卸煤板18通过卸煤板液压缸19进行开合，卸煤板18上设置有卸煤板连接耳板35，卸煤板液压缸19伸缩杆一端与卸煤板连接耳板35采用圆柱销连接，卸煤板液压缸19缸筒一端与铲斗主体铰接耳板32采用圆柱销连接，当卸煤板液压缸19伸缩杆缩回或伸出时，卸煤板18能够绕着卸煤板连接圆柱34转动，实现卸煤板18的开合。

卸煤时，先由转角液压缸31的伸缩杆(液压杆)伸出，让铲斗绕着铲斗主体铰接耳板32向上旋转，液压杆全部顶出，让铲斗主体足够倾斜，卸煤板液压缸19工作，卸煤板液压缸的伸缩杆收缩，使卸煤板绕着卸煤板连接圆柱旋转，打开卸煤。

本发明增加了卸煤板18，在推进液压缸保持水平的前提下，铲斗液压缸可以使铲斗绕着铲斗主体铰接耳板向上倾斜的角度很大，卸煤速度快。

实施例5：

一种自移式浮煤清理铲车，结构如实施例4所示，所不同的是，车身2靠近铲煤装置一侧设置有倾斜坡面，保证了铲斗能从上而下斜着插入浮煤中，又保证车身的结构紧凑性；

车身2底部设置有加强板29，以保证车身整体的稳定性。

实施例6：

一种自移式浮煤清理铲车，结构如实施例5所示，所不同的是，支撑行走装置包括电动机22、差速箱26、两个相同的行走箱1、两个滑靴20和两个支撑滑块25，电动机22位于车身2上部，并与PLC控制器连接，两个支撑滑块分25别设置于车身2底部一侧前后方，两个滑靴20分别设置于车身2底部另一侧前后方，两个支撑滑块和两个滑靴将车身2支撑在刮板输送机上；

行走箱1内设有减速器，差速箱26设有差速器，电动机22输出轴与差速器连接，差速器与两个减速器连接，两个支撑滑块内部均设置有行走轮28，两个减速器与行走轮28连接，行走轮28为齿形轮与刮板输送机的销轨配合，实现车身2的前后移动。

此处的差速器能够保证当其中一个行走箱无法正常工作时，铲车还可以正常移动。

实施例7：

一种自移式浮煤清理铲车，结构如实施例6所示，所不同的是，识别与检测装置包括三个激光雷达传感器、两个摄像头和两个激光扫描传感器，均与PLC控制器连接，其中：

一个激光雷达传感器位于上挡板液压缸顶部的检测盒7内，检测盒7由钢化玻璃制成，用于检测该激光雷达传感器与煤壁之间的距离，进而知道铲斗与煤壁之间的距离；

检测盒7内的激光雷达传感器检测铲斗与采煤工作面的距离，其检测原理为现有技术，采用TOF测距原理，激光雷达传感器发射一个激光脉冲，并由计时器记录下发出的时间，回返光由接收器接收并记录下时间，两个时间相减，得到“飞行时间”，再由光速计算出距离即可；

另外两个激光雷达传感器位于车身的前后两方，即激光雷达传感器24，分别用于检测车身2前后方与采煤机/刮板输送机的距离，避免相撞；

利用激光雷达传感器测距为现有技术，激光雷达传感器不断发射激光脉冲信号实时测距。

位于车身前后方的激光雷达传感器24旁均设置有摄像头23，用于实时采集图像，并将图像传递至上位机，与激光雷达传感器信息配合得到前方障碍物的实际尺寸，包括高度和宽度信息，根据采煤机与刮板输送机的端部的尺寸大小不同来判断前方是采煤机还是刮板输送机端部；

两个激光扫描传感器30均位于车身2靠近滑靴的两个支腿侧面上，并嵌入车身的支腿2内，外部由钢化玻璃保护，用于检测浮煤层的厚度，当浮煤层的厚度达到了预定值，则将信号通过上位机传递至PLC控制器，PLC控制器控制铲车主体移动进行清理浮煤动作。

通过两个激光扫描传感器检测浮煤层厚度的原理可采用现有技术，车身上安装的激光扫描传感器，随着车身的移动，不断地扫描浮煤层的断面轮廓，检测出浮煤层的厚度信号，再将信息反馈给信息处理与控制装置进行信息处理与计算；

本实施例中，PLC控制器、激光雷达传感器、摄像头和激光扫描传感器均为较为成熟的器件，可采用现有技术中常用的型号及其功能实现相关功能，如PLC控制器可采用西门子S7-400，激光雷达传感器可采用北醒TF02-Pro，摄像头可采用普通的工业防爆摄像头。

实施例8：

一种自移式浮煤清理铲车，结构如实施例7所示，所不同的是，旋转装置21位于车身2的上部，旋转装置21内设置有旋转电机，旋转电机与PLC控制器连接，能够保证铲煤系统前后180°旋转，在铲煤系统的铲斗铲煤后可以左右旋转90°，方便铲斗卸煤。

由于斗侧板17与卸煤板18之间的铲斗主体比较薄弱，在此处的铲斗主体上设置有加强筋板27来增加强度，铲斗主体上还设置有加强筋37。

实施例9：

一种自移式浮煤清理铲车的工作方法，初始状态为铲斗主体位于车身一侧上方，如图1状态，行走轮28与刮板输送机上的销轨啮合，滑靴20与刮板输送机的滑靴槽配合，电动机22驱动行走轮28行走，使车身2前后移动，位于车身2前后的激光雷达传感器24和摄像头23实时采集前后方的图像，并计算距离，使车身2在前后移动或工作的时不会与采煤机或刮板输送机相撞，在车身2的支腿一侧的激光扫描传感器30实时检测浮煤层的厚度，当浮煤层的厚度达到设定值时，将信号经上位机传递给PLC控制器，PLC控制器控制行走轮28停止行走，并且PLC控制器发送信号控制转角液压缸31、调节液压缸5、推进液压缸4动作，铲起相应厚度的煤，铲煤时，在转角液压缸31和调节液压缸5的配合下将铲斗抬高，并倾斜着从刮板输送机铲煤板处插入浮煤，靠伸长推进液压缸5向铲斗内装煤，推进开始前，斗侧板液压缸9伸出，使斗侧板17打开，增加装煤量；

斗侧板17绕着转动销相对于铲斗主体打开，进煤口增大，铲煤的范围变大了，此时可能会漏一些煤，但相对于进煤口无法扩大的铲斗，铲煤还是相对较多的；

当上挡板液压缸8上部检测盒7内的激光雷达传感器检测到铲斗主体6与工作面的距离达到设定值时，激光雷达传感器将信号传递给PLC控制器，PLC控制器控制推进液压缸停止动作，则铲斗主体6停止推进，避免撞到煤壁，并且，斗侧板液压缸9控制斗侧板17关闭，此时上挡板液压缸8的伸缩杆伸出使上挡板向下转动，并且伸缩板液压缸14的伸缩板伸出，在上挡板11与伸缩板13的配合下将铲斗的进煤口关闭防止浮煤滚出，推进液压缸向后收回推进液压缸的伸缩杆，进而铲斗收回；

然后调节液压缸5和转角液压缸31配合使铲斗绕铲斗主体铰接耳板32向上旋转，使铲斗主体6的下底板与水平面成45°，达到卸煤的最佳角度，车身2两侧的摄像头23和激光雷达传感器24检测铲车两侧是否适合卸煤，在适合卸煤的一方进行卸煤，当两侧都适合卸煤时，则在与刮板输送机运动方向一致的方向上卸煤，当前后两方都不适合卸煤的时候则继续等待，直到适合卸煤时才开始卸煤，卸煤时，旋转装置21旋转将铲斗及其里面的浮煤转到刮板输送机的溜槽正上方，卸煤板液压缸19控制卸煤板打开进行卸煤；

至此一次浮煤清理结束，铲车恢复初始状态。

本发明中，当检测到车身与采煤机或者刮板输送机的距离足够铲斗旋转到刮板输送机正上方而不会与它们相撞的情况下，适合卸煤。

实施例10：

一种自移式浮煤清理铲车的工作方法，如实施例9所述，所不同的是，在进煤口关闭过程中，当推进液压缸4带动铲斗向前推进时，检测盒7内的激光雷达传感器实时检测铲斗与采煤工作面的距离，并发送到PLC控制器，当达到设定值后，PLC控制器控制推进液压缸4停止推进，并控制上挡板液压缸8的伸缩杆伸出，进而带动曲柄连杆10运动，由于曲柄连杆10由相互转动连接的三段圆柱杆D、圆柱杆E和圆柱杆F构成，灵活性大，在传递运动的时候阻力小，曲柄连杆10又与上挡板11转动连接，因此能够带动上挡板11绕着上挡板连接圆柱36转动，实现上挡板11的上下翻动的动作，在上挡板11向下翻动的同时，在PLC控制器的控制下伸缩板液压缸14的伸缩杆伸出，带动S形连杆12运动，S形连杆12与伸缩板铰接耳板转动连接，进而带动伸缩板13从上挡板中11伸出，上挡板11向下翻动与伸缩板13的伸出同时进行，在上挡板11翻动为最终角度、伸缩板13伸出的最大长度时，进煤口关闭，即伸缩板与铲斗主体的下底板接触；

进煤口的打开的过程与关闭的顺序相反即可，PLC控制器控制上挡板液压缸8的伸缩杆缩回，进而带动曲柄连杆10运动，此时上挡板11绕着上挡板连接圆柱36转动，同时，在PLC控制器的控制下伸缩板液压缸14的伸缩杆缩回，带动S形连杆12运动，S形连杆12与伸缩板铰接耳板转动连接，进而带动伸缩板13缩回至上挡板11中，上挡板11向上翻动与伸缩板13的缩回同时进行，直至伸缩板13全部缩回上挡板11中，上挡板11向上翻转至与铲斗主体的上板平行；

在卸煤时，铲斗主体的下底板与水平面成45°，已达到卸煤的最佳角度，此时卸煤板液压缸19的伸缩杆缩回，卸煤板18绕着卸煤板连接圆柱34转动，实现卸煤板打开，卸煤完成后，卸煤板液压缸19伸缩杆伸出，卸煤板绕着卸煤板连接圆柱34转动，实现卸煤板关闭。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种自移式浮煤清理铲车，其特征在于，包括车身，所述车身上设置有支撑行走装置、信息处理与控制装置、识别与检测装置、旋转装置和铲煤装置；

所述支撑行走装置设置于车身下方，用于与刮板输送机相互配合实现车身的前后移动，所述旋转装置能够相对于车身前后旋转，所述铲煤装置设置于车身一侧，并与旋转装置连接，用于铲煤；

所述信息处理与控制装置包括相互连接的PLC控制器和上位机，所述识别与检测装置与上位机连接，通过上位机处理信号后传输给PLC控制器，PLC控制器与支撑行走装置、旋转装置和铲煤装置的驱动机构连接，来控制车身的前后移动、铲煤装置的旋转以及铲煤装置的装煤和卸煤动作；

所述铲煤装置包括铲斗、推进液压缸、调节液压缸和转角液压缸，所述推进液压缸、调节液压缸和转角液压缸均与PLC控制器连接，所述铲斗包括铲斗主体，所述推进液压缸的缸筒与旋转装置铰接，推进液压缸的伸缩杆与铲斗主体通过铲斗主体铰接耳板铰接，所述调节液压缸和转角液压缸相互配合使铲斗主体与水平面具有不同的角度，便于斜插入煤层；

所述调节液压缸的缸筒与推进液压缸的缸筒转动连接，调节液压缸的伸缩杆与旋转装置转动连接，转角液压缸的缸筒与推进液压缸的伸缩杆转动连接，转角液压缸的伸缩杆与铲斗主体转动连接，在调节液压缸的伸缩下使推进液压缸和铲斗主体绕着推进液压缸与旋转装置的连接处转动，再通过转角液压缸的伸缩使铲斗主体绕着铲斗主体铰接耳板上下转动；

所述铲斗还包括斗侧板、卸煤板、铲牙、上挡板和伸缩板，铲斗主体与斗侧板转动连接，铲斗主体与卸煤板转动连接，铲牙设置于铲斗主体的下底板外端部，铲斗主体与上挡板转动连接；

所述斗侧板数量为两个，两个斗侧板靠近车身的一侧通过转动销与铲车主体转动连接，所述卸煤板位于铲斗主体靠近车身的一侧，所述卸煤板的左右两边上部均设置有一卸煤板连接圆柱，所述铲斗主体与卸煤板连接处设置有圆柱槽A，卸煤板上的卸煤板连接圆柱插入圆柱槽A内进行转动连接；

所述上挡板的左右两边上部均设置有一上挡板连接圆柱，所述铲斗主体与上挡板连接处设置有圆柱槽B，上挡板上的上挡板连接圆柱插入圆柱槽B内进行转动连接；

所述上挡板两侧各设置有一长条形U型槽，伸缩板两侧嵌入长条形U型槽内，并能够沿长条形U型槽滑动，实现伸缩板相对于上挡板的伸缩；

所述上挡板的中部竖向设置有一长条形凹槽，所述伸缩板上固定设置有一伸缩板铰接耳板，所述伸缩板铰接耳板位于长条形凹槽内并伸出，伸缩板铰接耳板能够沿长条形凹槽滑动，当伸缩板铰接耳板滑动至长条形凹槽底部时，上挡板和伸缩板能够将进煤口完全关闭；

所述上挡板上固定设置有伸缩板液压缸，伸缩板液压缸与PLC控制器连接，伸缩板液压缸的伸缩杆固定连接一S形连杆，S形连杆包括三段圆柱杆A、圆柱杆B和圆柱杆C，圆柱杆A、圆柱杆B和圆柱杆C依次固定连接形成S形，所述伸缩板液压缸的伸缩杆固定连接圆柱杆A，圆柱杆C与伸缩板铰接耳板转动连接。

2.根据权利要求1所述的自移式浮煤清理铲车，其特征在于，所述铲斗主体上固定设置有上挡板液压缸，上挡板液压缸与PLC控制器连接，上挡板液压缸通过曲柄连杆与上挡板连接，所述曲柄连杆包括三段圆柱杆D、圆柱杆E和圆柱杆F，圆柱杆D、圆柱杆E和圆柱杆F依次转动连接，所述上挡板液压缸的伸缩杆与圆柱杆D固定连接，所述圆柱杆F与上挡板转动连接，具体的，上挡板上设置有一半圆弧状耳板，半圆弧状耳板中部设置有孔，所述圆柱杆F穿过半圆弧状耳板的孔内，并采用销连接。

3.根据权利要求2所述的自移式浮煤清理铲车，其特征在于，所述上挡板液压缸上集成设置有斗侧板液压缸，即上挡板液压缸与斗侧板液压缸采用连体缸设计，所述斗侧板液压缸的伸缩杆通过两根连杆分别与两个斗侧板铰接，每一连杆的一端通过圆柱销与斗侧板液压缸的伸缩杆铰接，另一端通过圆柱销与斗侧板的上端铰接；

所述卸煤板通过卸煤板液压缸进行开合，卸煤板上设置有卸煤板连接耳板，所述卸煤板液压缸伸缩杆一端与卸煤板连接耳板采用圆柱销连接，卸煤板液压缸缸筒一端与铲斗主体铰接耳板采用圆柱销连接，当卸煤板液压缸伸缩杆缩回或伸出时，卸煤板能够绕着卸煤板连接圆柱转动，实现卸煤板的开合。

4.根据权利要求3所述的自移式浮煤清理铲车，其特征在于，所述车身靠近铲煤装置一侧设置有倾斜坡面；

所述车身底部设置有加强板，以保证车身整体的稳定性。

5.根据权利要求4所述的自移式浮煤清理铲车，其特征在于，所述支撑行走装置包括电动机、差速箱、两个相同的行走箱、两个滑靴和两个支撑滑块，所述电动机位于车身上部，并与PLC控制器连接，两个支撑滑块分别设置于车身底部一侧前后方，两个滑靴分别设置于车身底部另一侧前后方，两个支撑滑块和两个滑靴将车身支撑在刮板输送机上；

所述行走箱内设有减速器，差速箱设有差速器，电动机输出轴与差速器连接，差速器与两个减速器连接，两个支撑滑块内部均设置有行走轮，两个减速器与行走轮连接，行走轮为齿形轮与刮板输送机的销轨配合，实现车身的前后移动。

6.根据权利要求5所述的自移式浮煤清理铲车，其特征在于，所述识别与检测装置包括三个激光雷达传感器、两个摄像头和两个激光扫描传感器，均与PLC控制器连接，其中：

一个激光雷达传感器位于上挡板液压缸顶部的检测盒内，所述检测盒由钢化玻璃制成，用于检测该激光雷达传感器与煤壁之间的距离，进而知道铲斗与煤壁之间的距离；

另外两个激光雷达传感器位于车身的前后两方，分别用于检测车身前后方与采煤机/刮板输送机的距离，避免相撞；

位于车身前后方的激光雷达传感器旁均设置有摄像头，用于实时采集图像，并将图像传递至上位机；

两个激光扫描传感器均位于车身靠近滑靴的两个支腿侧面上，并嵌入车身的支腿内，外部由钢化玻璃保护，用于检测浮煤层的厚度，当浮煤层的厚度达到了预定值，则将信号通过上位机传递至PLC控制器，PLC控制器控制铲车主体移动进行清理浮煤动作。

7.根据权利要求6所述的自移式浮煤清理铲车，其特征在于，所述旋转装置位于车身的上部，旋转装置内设置有旋转电机，旋转电机与PLC控制器连接。

8.一种权利要求7所述的自移式浮煤清理铲车的工作方法，其特征在于，初始状态为铲斗主体位于车身一侧上方，行走轮与刮板输送机上的销轨啮合，滑靴与刮板输送机的滑靴槽配合，电动机驱动行走轮行走，使车身前后移动，位于车身前后的激光雷达传感器和摄像头实时采集前后方的图像，并计算距离，使车身在前后移动或工作时不会与采煤机或刮板输送机相撞，在车身的支腿一侧的激光扫描传感器实时检测浮煤层的厚度，当浮煤层的厚度达到设定值时，将信号经上位机传递给PLC控制器，PLC控制器控制行走轮停止行走，并且PLC控制器发送信号控制转角液压缸、调节液压缸、推进液压缸动作，铲起相应厚度的煤，铲煤时，在转角液压缸和调节液压缸的配合下将铲斗抬高，并倾斜着从刮板输送机铲煤板处插入浮煤，靠伸长推进液压缸向铲斗内装煤，推进开始前，斗侧板液压缸伸出，使斗侧板打开，增加装煤量；

当上挡板液压缸上部检测盒内的激光雷达传感器检测到铲斗主体与工作面的距离达到设定值时，激光雷达传感器将信号传递给PLC控制器，PLC控制器控制推进液压缸停止动作，则铲斗主体停止推进，避免撞到煤壁，并且，斗侧板液压缸控制斗侧板关闭，此时上挡板液压缸的伸缩杆伸出使上挡板向下转动，并且伸缩板液压缸的伸缩板伸出，在上挡板与伸缩板的配合下将铲斗的进煤口关闭防止浮煤滚出，推进液压缸向后收回推进液压缸的伸缩杆，进而铲斗收回；

然后调节液压缸和转角液压缸配合使铲斗绕铲斗主体铰接耳板向上旋转，使铲斗主体的下底板与水平面成45°，达到卸煤的最佳角度，车身两侧的摄像头和激光雷达传感器检测铲车两侧是否适合卸煤，在适合卸煤的一方进行卸煤，当两侧都适合卸煤时，则在与刮板输送机运动方向一致的方向上卸煤，当前后两方都不适合卸煤的时候则继续等待，直到适合卸煤时才开始卸煤，卸煤时，旋转装置旋转将铲斗及其里面的浮煤转到刮板输送机的溜槽正上方，卸煤板液压缸控制卸煤板打开进行卸煤；

至此一次浮煤清理结束，铲车恢复初始状态。

9.根据权利要求8所述的自移式浮煤清理铲车的工作方法，其特征在于，在进煤口关闭过程中，当推进液压缸带动铲斗向前推进时，检测盒内的激光雷达传感器实时检测铲斗与采煤工作面的距离，并发送到PLC控制器，当达到设定值后，PLC控制器控制推进液压缸停止推进，并控制上挡板液压缸的伸缩杆伸出，进而带动曲柄连杆运动，由于曲柄连杆由相互转动连接的三段圆柱杆D、圆柱杆E和圆柱杆F构成，曲柄连杆又与上挡板转动连接，因此能够带动上挡板绕着上挡板连接圆柱转动，实现上挡板的上下翻动的动作，在上挡板向下翻动的同时，在PLC控制器的控制下伸缩板液压缸的伸缩杆伸出，带动S形连杆运动，S形连杆与伸缩板铰接耳板转动连接，进而带动伸缩板从上挡板中伸出，上挡板向下翻动与伸缩板的伸出同时进行，在上挡板翻动为最终角度、伸缩板伸出的最大长度时，进煤口关闭，即伸缩板与铲斗主体的下底板接触；

进煤口的打开的过程中，PLC控制器控制上挡板液压缸的伸缩杆缩回，进而带动曲柄连杆运动，带动上挡板绕着上挡板连接圆柱转动，同时，在PLC控制器的控制下伸缩板液压缸的伸缩杆缩回，带动S形连杆运动，S形连杆与伸缩板铰接耳板转动连接，进而带动伸缩板缩回至上挡板中，上挡板向上翻动与伸缩板的缩回同时进行，直至伸缩板全部缩回上挡板中，上挡板向上翻转至与铲斗主体的上板平行；

在卸煤时，铲斗主体的下底板与水平面成45°，已达到卸煤的最佳角度，此时卸煤板液压缸的伸缩杆缩回，卸煤板绕着卸煤板连接圆柱转动，实现卸煤板打开，卸煤完成后，卸煤板液压缸伸缩杆伸出，卸煤板绕着卸煤板连接圆柱转动，实现卸煤板关闭。

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