无人工作面采煤机自动记忆割煤自主定位装置测试方法

摘要

一种无人工作面采煤机自动记忆割煤自主定位装置测试方法，属于采煤机定位装置测试的方法。该测试方法根据煤矿无人工作面采煤机自动记忆割煤自主定位的特征，设计无人工作面采煤机自动记忆割煤的自主定位装置的测试试验：首先在采煤机模型中部安装IMU惯性测量组件，其中包括三个测量方向相互垂直的陀螺仪和加速度计，刮板输送机模拟上安装里程计；其次提出测试试验的研究内容和步骤，根据现场采煤机割煤路线的变化设计了直线运行和进刀运行两类测试路线，最后通过采集测试的数据结果对自主定位装置的适用性、可靠性和精确性进行分析。此发明对于改进采煤机的自动化控制的设计、改善其使用性能、提高设备工作的可靠性和寿命，具有重要意义。

主权项

一种无人工作面采煤机自动记忆割煤自主定位装置测试方法，其特征是：首先进行无人工作面采煤机自动记忆割煤的自主定位装置的测试试验；其次根据测试试验的内容和步骤，确定采煤机割煤的测试路线；最后通过采集的测试数据结果对自主定位装置的适用性、可靠性和精确性进行分析；具体步骤如下：（1）无人工作面采煤机自动记忆割煤的自主定位装置测试试验仪器的安装：首先在采煤机试验模型中部安装IMU惯性测量组件，其内部安装三个测量方向相互垂直的陀螺仪和加速度计，故构建动载坐标系OXYZ，采煤机沿刮板输送机轨道方向的运动可由X轴向的加速度计测量，积分运算后可获得速度和位移信息；机身的转动量可由Z轴上的陀螺仪测量，可用于判断采煤机进出刀段的位置；X轴上的陀螺仪可检测采煤机的倾斜角度，与煤层的走向对比后可辅助调整采高；Y轴上的陀螺仪可测量刮板输送机的起伏，以此可反映工作面底板的高低及平整度；并在刮板输送机试验模型上安装里程计，包括将霍尔传感器安装于驱动齿轮上，驱动齿轮上嵌有磁环，磁环是用铁氧体磁粉和树脂混合后，通过注射成型工艺成型并充磁的磁体，其上共有8个磁极，效果等同于在驱动齿轮圆周上布置了8个磁铁块，下方的齿轨轮与行走轮固定连接，行走轮上包裹摩擦极佳的橡胶材料，尽量减少与模拟轨道间因打滑产生的误差；（2）自主定位装置测试的试验内容：首先对采煤机沿无人工作面自动记忆割煤运行路线进行简化，规划测试装置的运行路线，以模拟采煤机在现场无人工作面内的运行，试验需采集陀螺仪、加速度计和里程计计数器输出的数据，并记录运行路线特征，便于和后期数据处理结果进行对比分析；其次将现场三维空间简化为二维空间，结合Z轴陀螺仪、X轴加速度计和里程计三个传感器的输出，对水平面内的系统定位效果进行试验研究；（3）自主定位装置测试的试验步骤：首先规划测试运行路线，设计测试路线长度为2m，则相应的刮板输送机弯曲段长度为0.2m，并设计直线运行、左端部进刀、右端部进刀、中部进刀四种测试路线；定位装置位于水平面内，直线运行时，通过推动使采煤机从A点运行至B点，其轨迹为直线，根据直线定位试验按运行时间的不同设计了四个方案，对定位效果的时间影响进行测试，其中方案一运行时间为37s，共采集传感器数据3904组，方案二运行时间为28s，可采集数据3013组，方案三运行时间为22s，可采集数据2363组，方案四运行时间为12s，可采集数据1293组；进刀运行时，通过推动使采煤机模型从A点运行至D点，每种运行路径下以不同的运行速度测试两组数据，以评估测定位数据处理方法的适应能力，故设计了六种不同的试验方案：方案五和方案六模拟采煤机端部进刀运行，进刀段位于0.2m处，进刀长度为0.2m，其中方案五运行时间为60s，方案六为120s；方案七和方案八模拟采煤机中部进刀运行过程，进刀段位于0.9m处，进刀长度为0.2m，其中方案七运行时间为60s，方案八为120s；方案九和方案十模拟采煤机尾部进刀运行，进刀段位于1.6m处，进刀长度为0.2m，其中方案九运行时间为60s，方案十为120s；（4）自主定位装置测试的试验结果分析：首先对于直线运行定位试验测量的陀螺仪和加速度计信号进行10点平滑预处理；对陀螺仪和加速度计零偏补偿和卡尔曼滤波补偿；将补偿后获得的数据沿X和Y轴方向进行分解，根据航位推算原理和公式拟合定位估计点分布图；具体包括：对Z轴陀螺仪补偿前后积分获得的角度变化曲线对比，以分析补偿后的仪表数据反映试验过程中的运行改变特征的情况；对X轴加速度计补偿前后两次积分获得的位移变化曲线对比，以反应出采煤机直线运行特征；对原始数据解算获得的采煤机估计坐标分布和补偿后的定位试验结果，以分析定位系统实时反应采煤机的位置和显示在各运行段速度信息的情况；其次根据进刀运行定位试验中采煤机运行时间和轨迹的不同，对陀螺仪输出曲线和补偿后积分获得的角度曲线进行分析，以研究定位装置对刮板弯曲段的识别情况；对传感器数据采用10点平滑滤波的方法，获得方案五至方案十的模拟定位结果，以反映出采煤机运行的轨迹特征，包括直线运行段，弯曲进刀段和进刀后的直线运行段的特征。