SU1599537A1 - Система автоматического управлени движением коллекторного проходческого щита - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к горной промышленности, а именно к автоматическому управлению проходческими щитами, проходческими комбайнами и др. Цель изобретени  - повышение надежности за счет упрощени  системы. Система управлени  содержит последовательно соединенные оптический задатчик 1 направлени  (например, лазер), блок 2 отклонени  луча, диафрагму 3, фотоэлектрическое приемное устройство 4 с двум  матрицами 8, 24 и блок 5 управлени . К входу блока 2 отклонени  луча подключен блок 7 задани  угла поворота, а к блоку 5 управлени  - блок 6 измерени  угла крена. Блок 7 состоит из последовательно соединенных путевого выключател  52 гидродомкрата механизма перемещени  проходческого щита, шагового искател  51 и секционированного потенциометра 50. Параллельно основным фотоэлементам (ФЭ) 25 второй марицы 24 установлены дополнительные ФЭ 26, соединенные попарно. Между матрицами 8 и 24 расположены зеркало 23 и полупрозрачное зеркало 22, за которым установлены дополнительные ФЭ 31 и 32. Выходы ФЭ 25 и 26 второй матрицы 24 через избирательные усилители 27 и блоки сравнени  28 подаютс  на регулируемые усилители 29, 30, в обратную св зь которых включены ФЭ 31, 32. Указанное расположение зеркал 22 и 23 и ФЭ 25 и 26, а так же введение блока 7 позволило существенно упростить систему. Расположение ФЭ 31, 32 за полупрозрачным зеркалом 22 позволило устранить вли ние изменени  интенсивности задающего луча на измерение углов наклона. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к горной, промышленности , а именно к автоматическому управлению проходческими щитами, проходческими комбайнами и др.

Цель изобретени  - повышение надежности за счет упрощени  системы.

На фиг. 1 представлена принципиальна  схема системы; на фиг. 2 - схема блока измерени  угла крена и блока управлени ; на фиг. 3 - расположение элементов системы в проходческом забое.

Система состоит из оптического задатчи- ка направлени  лазера 1, луч которого проходит через блок 2 отклонени  луча, диафрагму 3 и поступает на матрицы фотоэлектрического приемного устройства 4, св занного с блоком управлени  5 исполнительными устройствами проходческого щита , один из входов которого соединен с вйходом блока 6 измерени  угла крена. Вход блока 2 отклонени  луча св зан с блоком задани  угла поворота 7.

Фотоэлектрическое приемное устройство состоит из матрицы 8 с четырьм  фотоэлементами 9, расположенными друг от друга на рассто нии, равном диаметру луча , св занной механически через винтовую передачу 10 с электродвигателем 11 и подвижной катушкой индуктивного датчика 12 измерени  перемещени . Посредством горизонтальной винтовой передачи 13 матрица 8 св зана с электродвигателем 14 и подвижной катушкой индуктивного датчика измерени  перемещени  15. Фотоэлементы 9 через избирательные усилители 16, устройства сравнени  17 и усилители мощ ности 18 электрически св заны с электродвигател ми II и 14. Индуктивные датчики 12 и 15 электрически св заны через фазочувствительные усилители 19 и 20 с блоком 5. С матрицей 8 механически, посредством корпуса 1 и оптически, посредством полупрозрачного зеркала 22 и от- ражаюц1его зеркала 23, св зана матрица 24, состо ща  из четырех основных фотоэлементов 25, расположенных на взаимнопер- пендикул рных ос х и восьми дополнительных фотоэлементов 26, размещенных между основными и соединенных по два параллельно с основными, св занными через избирательные усилители 27, устройства сравнени  28 и регулируемые усилители 29, 30 с блоком управлени  5. В цепи обратных св зей выходных усилителей 29 и 30 включены дополнительные фотоэлементы - фоторезисторы 31 и 32 соответственно. Блок отклонени  луча 2 состоит из зеркальной призмы 33, св занной через редуктор 34 с электродвигателем 35, соединенным через усилитель 36 с устройством сравнени  37, которое подключено к блокам 3 и 7.

Диафрагма 3 состоит из основани  38, на котором установлена матрица 39 с отверстием 40 и двум  фотоэлементами 41, св занными через усилители напр жени 

42 и 43 с устройством сравнени  44, которое через усилитель мощности 45 подключено к электродвигателю 46. Электродвигатель соединен через винтовую передачу 47 с матрицей 39 и датчиком перемещений 48, который через усилитель 49

соединен с устройством сравнени  37 блока 2.

Блок 7 задани  угла поворота оптического луча состоит из секционированного потенциометра 50, подключенного к ламел м шагового искател  51, соединенного электрически с путевым выключателем 52, св занным с механизмом перемещени  53 проходческого щита (например, гидродомкратом).

0 Блок измерени  угла крена 6 (фиг. 2) состоит из электролитического датчика 54, электрически св занного с резисторами 55 и 56 и механически с винтом 57. Кроме того, блок 6 содержит усилитель 58, вход которого электрически св зан с резисторами 55 и 56, а выход подключен к электродвигателю 59, который через редуктор 60 соединен с электролитическими датчиком 54 и индуктивным датчиком 61.

Блок управлени  5 содержит функцио0 нальные преобразователи 62 и 63, входы которых св заны с индуктивным датчиком 61 блока бис задатчико.м 64, а выходы соответственно подключены к суммато рам 65 и 66 учета поправок, соединенными с сумматорами 67, 68 формирова5 ни  сигналов управлени , на выходы которых подключены реле соответственно 69. 70,...,п и 71, 72,...,т.

Система работает следующим образо.м

Лазер 1, блок отклонени  луча 2 н

диафрагма 3 устанавливаютс  в тоннеле,

0 а все остальные блоки (фиг. 3) на щите С помощью луча лазера 1 задаетс  направление движени  щита. Слежение за лучом и измерение линейных и угловых координат щита осуществл етс  фотоэлекg трическим приемным устройством 4 (фиг. 1). В установившемс  состо нии все фотоэлементы 9 освещены лучом лазера. Снимаемые с них электрические сигналы, усиленные избирательными усилител ми i6. поступают на устройства сравнени  17,

0 При этом выходные сигналы их равны нулю . Если имеет место отклонение шша. а следовательно, и фотоэлектрического приемного устройства, то оказываютс  засвеченными не все фотоэлементы 9 матрицы На выходе устройств сравнени  17 по в5 л ютс  сигналы рассогласовани , к   г.рые через усилители мощности 18 включгж); электродвигате/1И 11- и 14. Эти -ч ь- ;, :. двигатели через винтовые передачи lUfi 13

перемещают матрицу 8 таким образом, чтобы все. фотоэлементы 9 были освещены одинаково. Пройденный матрицей 8 путь, определенный отклонением точки щита, в которой закреплено приемное yctpoйcтвo 4, измер етс  датчиками 12 и 15. Аналоговые сигналы Ux и Цу с датчиков через фазочувствительные усилители 19 и 20 поступают в блок управлени  5. При этом

X; У,

Ux K|- х; у,

где X- отклонение щита в горизонтальной плоскости; у -отклонение щита в вертикальной плоскости;

KI и К2 - коэффициенты пропорциональности .

Луч лазера, проход  через отверстие матрицы 8, поступает на полупрозрачное

ние луча в плане посредством блока 2. На устройство сравнени  37 этого блока поступают аналоговые сигналы с блоков 3 и 7. С блока 7 поступает аналого вый сигнал, пропорциональный требуемому углу поворота луча, с блока 3 - аналоговый сигнал, пропорциональный действительному углу поворота луча; Разностный сигнал, усиленный усилителем 36, включает электродвигатель 35 и производитс 

10 поворот призмы 33. При повороте призмы на требуемый угол сигналы на входе устройства сравнени  37 равны по величине и противоположны по знаку, поэтому на выходе устройства сравнени  сигнал равен нулю и привод , отключаетс . Поворот луча производитс  через заданные отрезки пройденного щитом рассто ни  (например, 0,5 м-1,0 м) сигналом, поступаюи нм из блока задани  угла .поворота 7. Призма 33 блока 2 поворачивает луч в горизонталь15

зеркало 22, отразизщись от которого попа- 20  о плоскости, что вызывает изменение дает на зеркало 23 и затем ка фото-. освещенности фотоэлементов 41 блока 3, это

пр водит к по влению сигнала на выходе эле.мента сравнени  44 и включению электродвигател  46. Электродвигатель 46 переэлементы 25, 26 матрицы 24, котора  измер ет углы разворота и уклона оси щита. Установка двух зеркал 22 и 23 увеличивает точность измерени  угловЫх коорди-мегцает матрицу 39 и подвижную часть нет пульта.датчика 48 измерени  перемещений. Ана- При отсутствии углов разворота и укло-логовый сигнал с датчика 48 поступает на оси щита от заданных луч лазера падаетчерез усилитель 49 на вход устройства на цент,р матрицы 24 и, равномерно осве-сравнени  37 блока 2. . щает фбтоэлементы 25, 26. При этом сиг- .При движении, щита механизм переменалы на выходе устройств сравнени  28 рав- 20 щита, посредством путевого выны нулю. Когда имеет место отклонениеключател  52, включает щаговый искатель

углов разворота аи уклона р оси щита,- 51. Движок щагового искател  перемещаетлуч лазера перемещаетс  по фотоэлементам

25, 26. В результате освещенность одних

фотоэлементов увеличиваетс , . а других

уменьщаетс , что приводит к по влению „,.

электрических сигналов 1Ц и Up на выхо-.

дах устройств сравнени  28 и выходных

.усилителей 29, 30, пропорциональных углам

отклонени  оси щита в горизонтальной и вертикальной плоскост х,

а; р, гдн кз и к.| - коэффициенты пропорциональности (усилени ).

Эти напр жени  пocтyпaюt в блок управлени  5. Дл  устранени  вли ии  изме- интенсивности задающего луча лазера

на измерени  углов уклона и щита в цепи отрицательных обратных св зей выходных усилителей 29 и 30 включены фоторезисторы соответственно 31 и 32, которые освещаютс  лучом, проход щим через полупрозрачное зеркало 22. При изменении интенсивности задающего луча измен етс  сопротивление фотоэлементов-ф.ото- резисторов. 31 и 32 в результате измен ютс  коэффициенты усилени  выходных

с  по -ламел м, выдает через, секционированный потенциометр 50 сигнал на вход устройства сравнени  37 блока 2.

Измеренное угла крена щита осуществл етс  блоком 6 (фнг. 2), представл ющим собой след щую измерительную систему . В качестве чувствительного элемента в блоке используетс  элехтролитичёскик датчик 54, который с резисторами 55 и 66

40 образует мост. Датчик 54 устанавливаетс 

. в горизонтальное положение с помощью

винта 57. при этом мост сбалансирован

и разность потенциалов в диагонали моста равна нулю. При крене щита нару-. шаетс  равновесие моста и сигнал постуразворота пает через усилитель 58 на управл- емую обмотку элч ктродвигател  59, который через редуктор 60 перемещает датчик в горизонтальное положение.. Как только датчик займет горизонтальное положение,- двигатель остановитс . Величина поворота вала редуктора, пропорциональна  углу крена преобразуетс  в электрический сигнал индуктивным датчиком 61. Таким образом на выходе блока 6 получаетс  аналоговый электрически : сигнал, пропорциональный

50

усилителей . 29 и 30, в результате чего

выходные напр жени  J и U остают- .55 углу крена ф..

с  неизменными. При работе на криволи-:.:

нейных участках трассы в функции прой-След ща  ..система в блоке измерени 

денного рассто ни  производ тс  отклоне-угла крена использована , с целью увелиние луча в плане посредством блока 2. На устройство сравнени  37 этого блока поступают аналоговые сигналы с блоков 3 и 7. С блока 7 поступает аналого вый сигнал, пропорциональный требуемому углу поворота луча, с блока 3 - аналоговый сигнал, пропорциональный действительному углу поворота луча; Разностный сигнал, усиленный усилителем 36, включает электродвигатель 35 и производитс 

0 поворот призмы 33. При повороте призмы на требуемый угол сигналы на входе устройства сравнени  37 равны по величине и противоположны по знаку, поэтому на выходе устройства сравнени  сигнал равен нулю и привод , отключаетс . Поворот луча производитс  через заданные отрезки пройденного щитом рассто ни  (например, 0,5 м-1,0 м) сигналом, поступаюи нм из блока задани  угла .поворота 7. Призма 33 блока 2 поворачивает луч в горизонталь5

0  о плоскости, что вызывает изменение освещенности фотоэлементов 41 блока 3, это

пр водит к по влению сигнала на выходе эле.мента сравнени  44 и включению электродвигател  46. Электродвигатель 46 перемегцает матрицу 39 и подвижную часть датчика 48 измерени  перемещений. Ана- логовый сигнал с датчика 48 поступает через усилитель 49 на вход устройства сравнени  37 блока 2. . При движении, щита механизм переме„ ,.

с  по -ламел м, выдает через, секционированный потенциометр 50 сигнал на вход устройства сравнени  37 блока 2.

Измеренное угла крена щита осуществл етс  блоком 6 (фнг. 2), представл ющим собой след щую измерительную систему . В качестве чувствительного элемента в блоке используетс  элехтролитичёскик датчик 54, который с резисторами 55 и 66

0 образует мост. Датчик 54 устанавливаетс 

. в горизонтальное положение с помощью

винта 57. при этом мост сбалансирован

и разность потенциалов в диагонали моста равна нулю. При крене щита нару-. шаетс  равновесие моста и сигнал посту пает через усилитель 58 на управл- емую обмотку элч ктродвигател  59, который через редуктор 60 перемещает датчик в горизонтальное положение.. Как только датчик займет горизонтальное положение,- двигатель остановитс . Величина поворота вала редуктора, пропорциональна  углу крена преобразуетс  в электрический сигнал индуктивным датчиком 61. Таким образом на выходе блока 6 получаетс  аналоговый электрически : сигнал, пропорциональный

лами, одно из которых полупрозрачное, установленными между матрицами и св занными между собой оптическими и иге- ханически, а втора  матрица снабжена де- g с тью дополнительными фотоэлементами, четырьм  избирательными усилител ми, двум  регулируемыми усилител ми при этом восемь дополнительных фотоэлементов соединены попарно и установлены параллельно с каждым из четырех основнь1х фоточеии  линейной части характеристики датчика . С блока измерени  крена б сигнал поступает в блок управлени  5 с целью введени  поправок в линейные координаты X и у проходческого щита.

Величины поправок AUx и ДУ, определ ютс  по формулам:

81пф - в горизонтальной плоскости j . (I-:cos(p) -в вертикальной плосKCJCTH ,..

гд|е г-, рассто ние от оеи щита до точки 10 элементов и расположены взаимноперпёнди - установки матрнц блока 4.кул рно, выходы противоположных основных

фотоэлементов второй матрицы через избирательные усилители подключены к входам соответствующих блоков срйвнени , выходы g последних через регулируемые усилители подключены непосредственно к второму и третьему входам блока управлени  соответственно , а через соответствующие дев тый и дес тый фотоэлементы, установленные за полупрозрачным зеркалом, к своим

лунна  поправка AU складываетс  с коор-, 20 вторым входам, блок задани  угла пово- Д|1натой Uj, и на выходе получаетс  сиг-рота выполнен из последовательно соединенных путевого выключател  гидродомкрата механизма перемещени  проходческого щита, щагового иск ател  и секционирован Дл  получени  поправок AU« и AU,, ис|пользуютс  функциональные преобразователи 62 и 63, а посто нна  величина, г поступает из задатчнка 64.

В блоке управлени  5 сумматором 65

(фиг. 2) вычисленна  поправка AU склаД1 1ваетс  с координатой U« и на выходе

с 1мматора 65 получаетс , сигнал U,-

IUn±AUx. В сумматоре 66 блока 5 вычисн4л Uij,Uy±AUy. Дл  управлени  щитом необходимо сформировать управл ющие воздействи  в горизонтальной и вертикальней плоскост х. Формирование управл ющих ного потенциометра, выход которого подклюсйгналов в горизонтальной плоскости Ujx. -

И Uzy вертикальной - осуществл етс  сумматорами 67 и 68 соответственно по с 1едующему закону

чен к соответствук)щему входу блока от-, клонени  луча, а соответствующие выходы фотоэлектрического приемного устройства подключены к четвертому и п тому входам блока управлени .

,tJi c4-K6Un;. U2y KiUiy4-K8U#, . К5, Кб, к/. Kg - посто нные коэффициенты Управл ющий сигнал Utx поступает на вКоды реле 69, 70,.,.,п, которые включают пЬсредством электрогидрозолотников гидро- дрмкраты дл  управлени  щитом в горичен к соответствук)щему входу блока от-, клонени  луча, а соответствующие выходы фотоэлектрического приемного устройства подключены к четвертому и п тому входам блока управлени .

30

40

2. Система щита по п. I, отличающа с  тем, что блок управлени  выполнен из двух функциональных преобразователей, дадат- чика, двух сумматоров учета поправок и двух сумматоров формировани  сигналов уп зюнтальной плоскости. Управл ющие сиг- 35 равлени  и реле управлени  в горизои- налы Uzy поступают на входы реле 71, тальной и вертикальной плоскост х соотбетственно по количеству механизмов управ-, лени , при этим первые Ч1ходы .функциональных преобразователей соединены собой и  вл ютс  первым входом . блока управлени , вторые входы функциональных преобразователей подкл ючены к выходам за-, /датчиков, а выходы .- к первым входам соответствующих сумматоров.учета поправок, вторые входы которых  вл ютс  соотйет- ненные оптический задатчик направлени , 5 ственно четвертым и п тым входами блока блок отклонени  Луча, диафрагму, фото-управлени , выходы сумматоров учета поправок соединены с первыми входами соот ветствующих сумматоров формировани  сиг-, налов управлени , вторые входы которых  вл ютс , соответственно вторым и третьим fknoK измерени  угла крема, отличающа с  Q входами блока управлени , а выходы подтем , Что, с целью повышени  надежности заключены соответственно к входам реле уп- Счет упрощени  систе 1Ы, она снабжена блоравлени  в горизонтальной и вертикальной ком -задани  угла гюворота, двум  зерка- плоскост х.

72,..,т, которые включают гидродомкраты управлени  щитом в вертикальной плоскости. ,

Формула изобретени 

. Система автоматического управлени  Движением коллекторного проходческого щита, содержаща  последовательно соеди

электрическое приемное устройство с двум  матрицами, кажда  из которых содержит четыре основных фотоэлемента и блок упран- лени , к псриому входу которого подключен

лами, одно из которых полупрозрачное, установленными между матрицами и св занными между собой оптическими и иге- ханически, а втора  матрица снабжена де- с тью дополнительными фотоэлементами, четырьм  избирательными усилител ми, двум  регулируемыми усилител ми при этом восемь дополнительных фотоэлементов соединены попарно и установлены параллельно с каждым из четырех основнь1х фотоэлементов и расположены взаимноперпёнди - кул рно, выходы противоположных основных

-

чен к соответствук)щему входу блока от-, клонени  луча, а соответствующие выходы фотоэлектрического приемного устройства подключены к четвертому и п тому входам блока управлени .

От 29

(DU2.l

От5локпЗО

I г

I I I

Д

6

си

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Система автоматического управления движением коллекторного проходческого щита, содержащая последовательно соединенные оптический задатчик направления, блок отклонения Луча, диафрагму, фотоэлектрическое приемное устройство с двумя матрицами, каждая из которых содержит четыре основных фотоэлемента и блок управления, к первому входу которого подключен блок измерения угла крена, отличающаяся тем. Что, с целью повышения надежности за Счет упрощения систеМы, она снабжена бло ком -задания угла поворота, двумя зерка лами, одно из которых полупрозрачное, установленными между матрицами и связанными между собой оптическими и механически, а вторая матрица снабжена де₅ сятью дополнительными фотоэлементами, четырьмя избирательными усилителями, двумя регулируемыми усилителями при этом восемь дополнительных фотоэлементов соединены попарно и установлены параллельно с каждым из четырех основных фото10 элементов и расположены взаимноперпендикулярно, выходы противоположных ОСНОВНЫХ фотоэлементов второй матрицы через избирательные усилители подключены к входам соответствующих блоков сравнения, выходы последних через регулируемые усилители подключены непосредственно к второму й третьему входам блока управления соответственно, а через соответствующие девятый и десятый фотоэлементы, установленные за полупрозрачным зеркалом, к своим 20 вторым входам, блок задания угла поворота выполнен из последовательно соединенных путевого'выключателя гидродомкрата механизма перемещения проходческого щита, шагового искателя и секционированного потенциометра, выход которого подклю-,. чен к соответствующему входу блока отклонения луча, а соответствующие выходы фотоэлектрического приемного устройства подключены к четвертому и пятому входам блока управления.

   30 - ·
2. 2. Система щита по π. 1, отличающаяся тем, что блок управления выполнен из двух функциональных преобразователей, задатчика, двух сумматоров учета поправок й двух сумматоров формирования сигналов уп» 35 равления и реле управления в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно по количеству механизмов управ-. ления, при этом первые зходы функциональных преобразователей соединены между собой й являются первым входом . блока управления, вторые входы функциональных • преобразователей подключены к выходам за-, датчиков, а выходы — к первым входам соответствующих сумматоров.учета поправок, вторые входы которых являются соответ- 45 ственно четвертым и пятым входами блока управления, выходы сумматоров учета поправок соединены с первыми входами соответствующих сумматоров формирования сиг-. .· налов управления, вторые входы которых являются, соответственно вторым и третьим 50 входами блока управления, а выходы подключены соответственно к входам реле управления в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

   Фиг.З