一种采煤机自动截割控制系统及自动截割控制方法

摘要

本发明公开了一种采煤机自动截割控制系统及自动截割控制方法，所采用的控制系统包括控制器、数据存储器、采煤机工况检测装置和控制主机；采煤机工况检测装置包括行走位移检测单元、检测右摇臂摆动角度的角度检测单元一、检测工作面倾角的角度检测单元二、检测左摇臂摆动角度的角度检测单元三和检测采煤机仰采或俯采角度的角度检测单元四，左调高油缸和右调高油缸均由控制器控制；其控制方法包括步骤：一、学并记忆当前所开采煤层的截割轨迹；二、根据记忆轨迹完成自动割煤，并实时调整记忆轨迹；三、重复步骤二，直至完成当前所开采煤层的全部开采过程。本发明系统电路简单、设计合理且控制方法简便、使用效果好，能实现采煤机自动截割控制。

主权项

一种采煤机自动截割控制方法，采用的控制系统所控制的采煤机为双滚筒采煤机，且所述双滚筒采煤机的左截割部包括通过铰接轴铰接在采煤机机身(1)上的左摇臂(2)、安装在左摇臂(2)前端的左滚筒(3)和对左滚筒(3)进行驱动的左截割电机，且所述双滚筒采煤机的右截割部包括通过铰接轴铰接在采煤机机身(1)上的右摇臂(4)、安装在右摇臂(4)前端的右滚筒(5)和对右滚筒(5)进行驱动的右截割电机；所述左摇臂(2)与左调高油缸进行传动连接，且右摇臂(4)与右调高油缸进行传动连接；安装于采煤机机身(1)左下方的左行走箱由左牵引电机(19)进行驱动且其与左牵引电机(19)进行传动连接，安装于采煤机机身(1)右下方的右行走箱由右牵引电机(20)进行驱动且其与右牵引电机(20)进行传动连接，其特征在于：该自动截割控制系统包括控制器(14)、与控制器(14)相接的数据存储器(18)、对所述双滚筒采煤机的实际运行状况进行实时检测的采煤机工况检测装置和以有线或无线通信方式与控制器(14)进行双向通信的控制主机(15)；所述采煤机工况检测装置包括对采煤机机身(1)的行走位移进行实时检测的行走位移检测单元(8)、对右摇臂(4)与水平面之间的夹角α₁进行实时检测的角度检测单元一(10)、对采煤机机身(1)沿所开采工作面的行走方向与水平面之间的夹角α₂进行实时检测的角度检测单元二(11)、对左摇臂(2)与水平面之间的夹角α₃进行实时检测的角度检测单元三(12)和对所述双滚筒采煤机的推进方向与水平面之间的夹角α₄进行实时检测的角度检测单元四(13)，所述左调高油缸和右调高油缸均由控制器(14)进行控制，且行走位移检测单元(8)、角度检测单元一(10)、角度检测单元二(11)、角度检测单元三(12)和角度检测单元四(13)均与控制器(14)相接；所述左牵引电机(19)和右牵引电机(20)均由控制器(14)进行控制且二者均与控制器(14)相接； 所述采煤机自动截割控制方法包括以下步骤： 步骤一、记忆当前所开采煤层的截割轨迹，主要包括以下步骤： 步骤101、多传感器数据采集及同步存储：按照双滚筒采煤机的常规采煤方法，人工控制所述双滚筒采煤机完成当前所开采煤层的一个采煤工作面循环作业；且该采煤工作面循环作业过程中，人工对所述左调高油缸和右调高油缸进行控制； 人工控制所述双滚筒采煤机完成当前所开采煤层的一个采煤工作面循环作业过程中，所述采煤机工况检测装置按照预先设定的采样频率对所述双滚筒采煤机的实际运行工况进行实时检测，并将所检测数据同步上传至控制器(14)，相应获得所述双滚筒采煤机在多个采样时刻的实际运行工况数据，且控制器(14)按照采样先后顺序将多个采样时刻的实际运行工况数据由前至后存储至数据存储器(18)内； 所述采煤机工况检测装置中行走位移检测单元(8)、角度检测单元一(10)、角度检测单元二(11)、角度检测单元三(12)和角度检测单元四(13)的采样频率均相同；所述双滚筒采煤机在每一个采样时刻的实际运行工况数据均包括5个工况参数，且5个所述工况参数分别为s、α₁、α₂、α₃和α₄，其中s为采煤机机身(1)的行走位移； 步骤102、采煤机截割姿态数据获取及同步存储：所述控制器(14)接收到所检测数据后，按照采样先后顺序对多个采样时刻的实际运行工况数据分别进行分析处理，相应获得所述双滚筒采煤机在多个采样时刻的截割姿态数据，并按照采样先后顺序将多个采样时刻的截割姿态数据由前至后存储至数据存储器(18)内； 所述控制器(14)对多个采样时刻的实际运行工况数据的分析处理方法均相同，对于任一个采样时刻的实际运行工况数据来说，所述控制器(14)调用采煤机摇臂截割姿态数学模型，将步骤101中所获得该采样时刻的实际运行工况数据中的α₁、α₂、α₃和α₄换算为H₃和H₄，相应获得所述双滚筒采煤机在该采样时刻的截割姿态数据； 所述双滚筒采煤机在每一个采样时刻的截割姿态数据均包括3个工况参数，且3个所述工况参数分别为s、H₃和H₄，其中，H₃为右滚筒(5)的滚筒中心线到所开采工作面底板的垂直距离，H₄为左滚筒(3)的滚筒中心线到所开采工作面底板的垂直距离； 所述采煤机摇臂截割姿态数学模型为方程组： 式中L为左摇臂(2)与右摇臂(4)的长度，H₁为左摇臂(2)与右摇臂(4)的铰接轴高度且其为所述铰接轴的轴中心线到所开采工作面底板的垂直距离，L₀为采煤机机身(1)的机身中心到左滚筒(3)中部或右滚筒(5)中部的距离；其中，当右摇臂(4)为斜向上时，α₁为正；且当右摇臂(4)为斜向下时，α₁为负； 当采煤机机身(1)沿所开采工作面的行走方向为斜向上时，α₂为正；且当采煤机机身(1)沿所开采工作面的行走方向为斜向下时，α₂为负； 当左摇臂(2)为斜向上时，α₃为正；且当左摇臂(2)为斜向下时，α₃为负； 当采煤机进行仰采时，α₄为正；且当采煤机进行俯采时，α₄为负； 步骤103、采煤机左摇臂截割轨迹曲线与右摇臂截割轨迹曲线获取及同步存储：所述控制器(14)或控制主机(15)根据步骤102中所获得多个采样时刻的截割姿态数据中的s和H₄，且采用常规的最小二乘法，拟合出当前所开采煤层一个采煤工作面循环作业过程中的左摇臂截割轨迹曲线，所述左摇臂截割轨迹曲线为H₄随s变化的曲线；同时，所述控制器(14)或控制主机(15)根据步骤102中所获得多个采样时刻的截割姿态数据中的s和H₃，且采用常规的最小二乘法，拟合出当前所开采煤层一个采煤工作面循环作业过程中的右摇臂截割轨迹曲线，所述右摇臂截割轨迹曲线为H₃随s变化的曲线；同时，将所获得的左摇臂截割轨迹曲线和右摇臂截割轨迹曲线均存储至数据存储器(18)内； 步骤二、自动截割控制：按照双滚筒采煤机的常规采煤方法，控制器 (14)控制所述双滚筒采煤机自动完成当前所开采煤层的下一个采煤工作面循环作业；当前所开采煤层的下一个采煤工作面循环作业过程中，由控制器(14)对左牵引电机(19)和右牵引电机(20)进行控制； 且当前所开采煤层的下一个采煤工作面循环作业中，所述采煤机工况检测装置中的行走位移检测单元(8)按照设定的采样频率对采煤机机身(1)的行走位移进行实时检测，并将所检测位移数据传送至控制器(14)；所述控制器(14)结合行走位移检测单元(8)所检测的位移数据，且根据步骤103中所述数据存储器(18)内所存储的左摇臂截割轨迹曲线和右摇臂截割轨迹曲线，对所述左调高油缸和右调高油缸分别进行控制，从而实现自动截割； 步骤三、多次重复步骤二，直至完成当前所开采煤层的全部开采过程。