[發(fā)明專利]一種采煤機自動截割控制系統(tǒng)及自動截割控制方法

有效

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• 申請日: 2012-07-30
• 公開（公告）號: CN102797462A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設計）人: 吳海雁;惠萬里;趙亦輝;孫永峰
• 申請（專利權）人: 西安煤礦機械有限公司
• 主分類號: E21C35/24
• 分類號: E21C35/24
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

1.一種采煤機自動截割控制系統(tǒng)，所控制的采煤機為雙滾筒采煤機，且所述雙滾筒采煤機的左截割部包括通過鉸接軸鉸接在采煤機機身（1）上的左搖臂（2）、安裝在左搖臂（2）前端的左滾筒（3）和對左滾筒（3）進行驅動的左截割電機，且所述雙滾筒采煤機的右截割部包括通過鉸接軸鉸接在采煤機機身（1）上的右搖臂（4）、安裝在右搖臂（4）前端的右滾筒（5）和對右滾筒（5）進行驅動的右截割電機；所述左搖臂（2）與左調高油缸進行傳動連接，且右搖臂（4）與右調高油缸進行傳動連接；安裝于采煤機機身（1）左下方的左行走箱由左牽引電機（19）進行驅動且其與左牽引電機（19）進行傳動連接，安裝于采煤機機身（1）右下方的右行走箱由右牽引電機（20）進行驅動且其與右牽引電機（20）進行傳動連接，其特征在于：該自動截割控制系統(tǒng)包括控制器（14）、與控制器（14）相接的數(shù)據(jù)存儲器（18）、對所述雙滾筒采煤機的實際運行狀況進行實時檢測的采煤機工況檢測裝置和以有線或無線通信方式與控制器（14）進行雙向通信的控制主機（15）；所述采煤機工況檢測裝置包括對采煤機機身（1）的行走位移進行實時檢測的行走位移檢測單元（8）、對右搖臂（4）與水平面之間的夾角α₁進行實時檢測的角度檢測單元一（10）、對采煤機機身（1）沿所開采工作面的行走方向與水平面之間的夾角α₂進行實時檢測的角度檢測單元二（11）、對左搖臂（2）與水平面之間的夾角α₃進行實時檢測的角度檢測單元三（12）和對所述雙滾筒采煤機的推進方向與水平面之間的夾角α₄進行實時檢測的角度檢測單元四（13），所述左調高油缸和右調高油缸均由控制器（14）進行控制，且行走位移檢測單元（8）、角度檢測單元一（10）、角度檢測單元二（11）、角度檢測單元三（12）和角度檢測單元四（13）均與控制器（14）相接；所述左牽引電機（19）和右牽引電機（20）均由控制器（14）進行控制且二者均與控制器（14）相接。

2.按照權利要求1所述的一種采煤機自動截割控制系統(tǒng)，其特征在于：所述采煤機工況檢測裝置還包括對采煤機機身（1）的行走速度進行實時檢測的行走速度檢測單元（9），且所述行走速度檢測單元（9）與控制器（14）相接。

3.一種利用如按照權利要求1所述控制系統(tǒng)對采煤機進行自動截割控制的方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟一、記憶當前所開采煤層的截割軌跡，主要包括以下步驟：

步驟101、多傳感器數(shù)據(jù)采集及同步存儲：按照雙滾筒采煤機的常規(guī)采煤方法，人工控制所述雙滾筒采煤機完成當前所開采煤層的一個采煤工作面循環(huán)作業(yè)；且該采煤工作面循環(huán)作業(yè)過程中，人工對所述左調高油缸和右調高油缸進行控制；

人工控制所述雙滾筒采煤機完成當前所開采煤層的一個采煤工作面循環(huán)作業(yè)過程中，所述采煤機工況檢測裝置按照預先設定的采樣頻率對所述雙滾筒采煤機的實際運行工況進行實時檢測，并將所檢測數(shù)據(jù)同步上傳至控制器（14），相應獲得所述雙滾筒采煤機在多個采樣時刻的實際運行工況數(shù)據(jù)，且控制器（14）按照采樣先后順序將多個采樣時刻的實際運行工況數(shù)據(jù)由前至后存儲至數(shù)據(jù)存儲器（18）內；

所述采煤機工況檢測裝置中行走位移檢測單元（8）、角度檢測單元一（10）、角度檢測單元二（11）、角度檢測單元三（12）和角度檢測單元四（13）的采樣頻率均相同；所述雙滾筒采煤機在每一個采樣時刻的實際運行工況數(shù)據(jù)均包括5個工況參數(shù)，且5個所述工況參數(shù)分別為s、α₁、α₂、α₃和α₄，其中s為采煤機機身（1）的行走位移，α₁為右搖臂（4）與水平面之間的夾角，α₂為采煤機機身（1）沿所開采工作面的行走方向與水平面之間的夾角，α₃為左搖臂（2）與水平面之間的夾角，且α₄為所述雙滾筒采煤機的推進方向與水平面之間的夾角；

步驟102、采煤機截割姿態(tài)數(shù)據(jù)獲取及同步存儲：所述控制器（14）接收到所檢測數(shù)據(jù)后，按照采樣先后順序對多個采樣時刻的實際運行工況數(shù)據(jù)分別進行分析處理，相應獲得所述雙滾筒采煤機在多個采樣時刻的截割姿態(tài)數(shù)據(jù)，并按照采樣先后順序將多個采樣時刻的截割姿態(tài)數(shù)據(jù)由前至后存儲至數(shù)據(jù)存儲器（18）內；

所述控制器（14）對多個采樣時刻的實際運行工況數(shù)據(jù)的分析處理方法均相同，對于任一個采樣時刻的實際運行工況數(shù)據(jù)來說，所述控制器（14）調用采煤機搖臂截割姿態(tài)數(shù)學模型，將步驟101中所獲得該采樣時刻的實際運行工況數(shù)據(jù)中的α₁、α₂、α₃和α₄換算為H₃和H₄，相應獲得所述雙滾筒采煤機在該采樣時刻的截割姿態(tài)數(shù)據(jù)；

所述雙滾筒采煤機在每一個采樣時刻的截割姿態(tài)數(shù)據(jù)均包括3個工況參數(shù)，且3個所述工況參數(shù)分別為s、H₃和H₄，其中s為采煤機機身（1）的行走位移，H₃為右滾筒（5）的高度且其為右滾筒（5）的滾筒中心線到所開采工作面底板的垂直距離，H₄為左滾筒（3）的高度且其為左滾筒（3）的滾筒中心線到所開采工作面底板的垂直距離；

所述采煤機搖臂截割姿態(tài)數(shù)學模型為方程組：

H3=H1+L·sin(α1-α2)-L0·tgα4H4=H1-L·sin(α3-α2)-L0·tgα4,---(4)]]>式中L為左搖臂（2）與右搖臂（4）的長度，H₁為左搖臂（2）與右搖臂（4）的鉸接軸高度且其為所述鉸接軸的軸中心線到所開采工作面底板的垂直距離，α₁為右搖臂（4）與水平面之間的夾角，α₂為采煤機機身（1）沿所開采工作面的行走方向與水平面之間的夾角，α₃為左搖臂（2）與水平面之間的夾角，α₄為所述雙滾筒采煤機的推進方向與水平面之間的夾角，L₀為采煤機機身（1）的機身中心到左滾筒（3）中部或右滾筒（5）中部的距離；

其中，當右搖臂（4）為斜向上時，α₁為正；且當右搖臂（4）為斜向下時，α₁為負；

當采煤機機身（1）沿所開采工作面的行走方向為斜向上時，α₂為正；且當采煤機機身（1）沿所開采工作面的行走方向為斜向下時，α₂為負；

當左搖臂（2）為斜向上時，α₃為正；且當左搖臂（2）為斜向下時，α₃為負；

當采煤機進行仰采時，α₄為正；且當采煤機進行俯采時，α₄為負；

步驟103、采煤機左搖臂截割軌跡曲線與右搖臂截割軌跡曲線獲取及同步存儲：所述控制器（14）或控制主機（15）根據(jù)步驟102中所獲得多個采樣時刻的截割姿態(tài)數(shù)據(jù)中的s和H₄，且采用常規(guī)的最小二乘法，擬合出當前所開采煤層一個采煤工作面循環(huán)作業(yè)過程中的左搖臂截割軌跡曲線，所述左搖臂截割軌跡曲線為H₄隨s變化的曲線；同時，所述控制器（14）或控制主機（15）根據(jù)步驟102中所獲得多個采樣時刻的截割姿態(tài)數(shù)據(jù)中的s和H₃，且采用常規(guī)的最小二乘法，擬合出當前所開采煤層一個采煤工作面循環(huán)作業(yè)過程中的右搖臂截割軌跡曲線，所述右搖臂截割軌跡曲線為H₃隨s變化的曲線；同時，將所獲得的左搖臂截割軌跡曲線和右搖臂截割軌跡曲線均存儲至數(shù)據(jù)存儲器（18）內；

步驟二、自動截割控制：按照雙滾筒采煤機的常規(guī)采煤方法，控制器（14）控制所述雙滾筒采煤機自動完成當前所開采煤層的下一個采煤工作面循環(huán)作業(yè)；當前所開采煤層的下一個采煤工作面循環(huán)作業(yè)過程中，由控制器（14）對左牽引電機（19）和右牽引電機（20）進行控制；

且當前所開采煤層的下一個采煤工作面循環(huán)作業(yè)中，所述采煤機工況檢測裝置中的行走位移檢測單元（8）按照設定的采樣頻率對采煤機機身（1）的行走位移進行實時檢測，并將所檢測位移數(shù)據(jù)傳送至控制器（14）；所述控制器（14）結合行走位移檢測單元（8）所檢測的位移數(shù)據(jù)，且根據(jù)步驟103中所述數(shù)據(jù)存儲器（18）內所存儲的左搖臂截割軌跡曲線和右搖臂截割軌跡曲線，對所述左調高油缸和右調高油缸分別進行控制，從而實現(xiàn)自動截割；

步驟三、多次重復步驟二，直至完成當前所開采煤層的全部開采過程。