一种放煤机构与后部输送机相对位置感知及控制系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种放煤机构与后部输送机相对位置感知及控制系统和方法。该系统利用传感器采集相关数据，并通过数据采集卡传输给上位机，上位机进行数据分析、处理并直接发出操控命令给拉移千斤顶的电磁阀，使拉移千斤顶作业。该方法包括步骤Ⅰ)建立放顶煤支架的放煤位置感知模型，求解放煤机构与后部输送机的相对位置关系；Ⅱ)通过后部输送机的位置感知，来判断放煤机构所放煤流是否能够准确落入后部输送机中；Ⅲ)调整放煤机构与后部输送机的相对位置，保证放煤机构上的煤流能够最大程度的落入后部输送机之中。该方法可以有效调整放煤机构与输送机的位置关系，使放顶煤准确落入后部输送机中，最大程度上提升装载效率和输送效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种放煤机构与后部输送机相对位置感知及控制系统和方法


[0001]本专利技术涉及一种放煤机构与后部输送机相对位置感知及控制系统和方法，特别涉及低位放煤支架与后部输送机的相对位置的感知及控制方法，属于煤矿开采运输设备


技术介绍

[0002]放顶煤支架的发展从高位开天窗式单输送机到中位开天窗式双输送机，再到目前主要应用的低位放顶煤支架。低位放顶煤开采技术主要设备由低位放顶煤支架与双输送机组成。低位放顶煤支架一般包括顶梁、掩护梁、尾梁、尾梁插板、底座、液压立柱、前连杆和后连杆，低位放顶煤支架放煤时尾梁下摆打开放煤口，顶煤经放煤口落入后部输送机上。在放煤过程中易出现放煤口与后部输送机错位的情况，使顶煤不能完全落入后部输送机之中，散落在输送机之外，造成顶煤开采的损失。
[0003]经检索发现，中国专利文献CN107605516A公开了一种具有可调节集煤功能的放顶煤液压支架架后刮板输送机，属于煤矿开采运输设备
，由刮板输送机、连接底座、摆动挡板、摆动调节液压缸、伸缩挡板和伸缩调节液压缸组成。连接底座与刮板输送机溜槽螺栓联接，摆动挡板与连接底座的垂直板上端铰接，摆动调节液压缸的缸体和活塞杆分别与连接底座的水平板和摆动挡板铰接。摆动挡板两侧有滑槽结构，伸缩挡板安装在滑槽内，伸缩调节液压缸的缸体和活塞杆分别与摆动挡板和伸缩挡板铰接。通过调节摆动挡板的角度和伸缩挡板的长度，减小架后刮板输送机前移时的阻力，有效地避免落煤在下落过程中抛撒至架后刮板输送机的后方，提高了煤炭采出率，同时避免了落煤抛撒遗留在采空区引起自燃事故的发生。该技术方案在后部输送机一侧加装摆动挡板和伸缩挡板，通过摆动挡板和伸缩挡板的作用，阻挡放顶煤散落在输送机之外。该方案虽然在一定程度上起到了避免放顶煤散落在外的问题，但并没有从根本上解决放煤口与后部输送机错位的问题，另外井下作业空间有限，额外增加的摆动挡板和伸缩挡板并不方便安放。
[0004]因此，如何从放顶煤支架和后部输送机自身的相对位置入手，在不额外增加大型设备的情况下，通过调整放顶煤支架自身的放煤口与后部输送机的相对位置，使放煤口始终与后部输送机保持合理的相对位置，从而做到放顶煤准确落入后部输送机内才是关键。

技术实现思路

[0005]为解决上述低位放煤时放煤口与输送机不能对正的问题，本专利技术提出一种基于低位放顶煤支架的放煤机构与后部输送机相对位置感知及控制的方法，通过实时感知低位放顶煤支架放煤机构的空间位置与后部输送机的空间位置，判断放顶煤时煤流是否能够准确的落入后部输送机内，若不能则通过连接支架底座与后部输送机的拉移千斤顶伸缩进行后部输送机的位置调整，确保煤流能够准确落入后部输送机之中。
[0006]本专利技术还提供一种放煤机构与后部输送机相对位置感知及控制系统。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种放煤机构与后部输送机相对位置感知及控制系统，包括第一倾角传感器、第二倾角传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、数据采集卡、上位机、控制器和电磁阀；
[0009]第一倾角传感器设置在后连杆上，第二倾角传感器设置在掩护梁上，第一位移传感器设置在尾梁千斤顶上，第二位移传感器设置在插板千斤顶上，第三位移传感器和电磁阀设置在拉移千斤顶上；
[0010]第一倾角传感器、第二倾角传感器、第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器分别通过数据采集卡与上位机连接，上位机通过控制器连接电磁阀。
[0011]一种放煤机构与后部输送机相对位置感知及控制方法，基于上述系统，该方法包括以下步骤：
[0012]Ⅰ)建立放顶煤支架的放煤位置感知模型，求解放煤机构与后部输送机的相对位置关系；
[0013]Ⅱ)通过后部输送机的位置感知，来判断放煤机构所放煤流是否能够准确落入后部输送机中；
[0014]Ⅲ)调整放煤机构与后部输送机的相对位置，保证放煤机构上的煤流能够最大程度的落入后部输送机之中。
[0015]优选的，所述步骤Ⅰ)包括以下步骤：
[0016]A、在支架底座上，以后连杆与底座的铰接点为坐标系原点O，以底座长度并指向后部输送机的方向为X轴，以垂直于底座并指向顶梁的方向为Y轴，以此建立空间坐标系O
‑
XY，并定义其为固定坐标系；
[0017]B、定义相关参数，建立模型：L1为底座至后连杆下铰接点的高度；L2为后连杆的长度；L3为掩护梁上尾梁千斤顶铰接点到掩护梁与尾梁铰接点的距离；L4为尾梁千斤顶长度；L5为尾梁长度；L6为插板千斤顶长度；L7为拉移千斤顶的长度；L8为后部输送机的宽度；θ1为后连杆与X轴的夹角；θ2为掩护梁与X轴的夹角；θ3为掩护梁顶面与掩护梁上尾梁千斤顶铰接点与掩护梁与尾梁铰接点连线之间的固定夹角；α为掩护梁与尾梁铰接点与掩护梁上尾梁千斤顶铰接点连线与X轴之间的夹角；β为尾梁与X轴之间的夹角；γ为掩护梁上尾梁千斤顶铰接点连线与尾梁的夹角；
[0018]C、在坐标系O
‑
XY内，求解尾梁插板末端点Q的实时位置坐标；
[0019](1)在坐标系O
‑
XY中求解掩护梁与尾梁铰接点G点的坐标：
[0020]X
G
＝L2cosθ1[0021]Y
G
＝L1+L2sinθ1[0022]将G点坐标写成矩阵形式为：
[0023]G＝[L2cosθ1L1+L2sinθ1]T
ꢀꢀ
(1)
[0024](2)在G点建立O
’‑
X
’
Y
’
坐标系，并定义其为运动坐标系；其中，X
’
轴始终沿支架尾梁长度方向指向尾梁末端；Y
’
轴始终垂直于尾梁指向顶板；求解插板末端点Q在该坐标系下的坐标，求解如下：
[0025]X'
Q
＝L5+L6[0026]Y'
Q
＝0
[0027]将Q点坐标写成矩阵的形式为：
[0028]Q＝[L5+L60]T
ꢀꢀ
(2)
[0029](3)求解由运动坐标系O
’‑
X
’
Y
’
内的点转换到固定坐标系O
‑
XY内时所用的旋转矩阵R与平移向量T，求解如下：
[0030]∠FGN为支架掩护梁上顶面一点F与掩护梁
‑
尾梁千斤顶铰接点N在掩护梁与尾梁铰接点G处的夹角，定义∠FGN大小为θ3；θ2为掩护梁与X轴的夹角，则有GN与X轴的夹角为：
[0031]α＝θ3‑
θ2ꢀꢀ
(3)
[0032]∠FGN为掩护梁上，掩护梁
‑
尾梁千斤顶铰接点N与尾梁上点P在掩护梁尾梁铰接点G处的夹角，定义其大小为γ，其大小随尾梁千斤顶长度的变化而变化，由余弦定理可求得γ为：
[0033][0034]则可求得运动坐标系O
’‑
X
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种放煤机构与后部输送机相对位置感知及控制系统，其特征在于，包括第一倾角传感器、第二倾角传感器、第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、数据采集卡、上位机、控制器和电磁阀；第一倾角传感器设置在后连杆上，第二倾角传感器设置在掩护梁上，第一位移传感器设置在尾梁千斤顶上，第二位移传感器设置在插板千斤顶上，第三位移传感器和电磁阀设置在拉移千斤顶上；第一倾角传感器、第二倾角传感器、第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器分别通过数据采集卡与上位机连接，上位机通过控制器连接电磁阀。2.一种放煤机构与后部输送机相对位置感知及控制方法，基于权利要求1所述的系统，其特征在于，该方法包括以下步骤：Ⅰ)建立放顶煤支架的放煤位置感知模型，求解放煤机构与后部输送机的相对位置关系；Ⅱ)通过后部输送机的位置感知，来判断放煤机构所放煤流是否能够准确落入后部输送机中；Ⅲ)调整放煤机构与后部输送机的相对位置，保证放煤机构上的煤流能够最大程度的落入后部输送机之中。3.如权利要求2所述的放煤机构与后部输送机相对位置感知及控制方法，其特征在于，所述步骤Ⅰ)包括以下步骤：A、在支架底座上，以后连杆与底座的铰接点为坐标系原点O，以底座长度并指向后部输送机的方向为X轴，以垂直于底座并指向顶梁的方向为Y轴，以此建立空间坐标系O
‑
XY，并定义其为固定坐标系；B、定义相关参数，建立模型：L1为底座至后连杆下铰接点的高度；L2为后连杆的长度；L3为掩护梁上尾梁千斤顶铰接点到掩护梁与尾梁铰接点的距离；L4为尾梁千斤顶长度；L5为尾梁长度；L6为插板千斤顶长度；L7为拉移千斤顶的长度；L8为后部输送机的宽度；θ1为后连杆与X轴的夹角；θ2为掩护梁与X轴的夹角；θ3为掩护梁顶面与掩护梁上尾梁千斤顶铰接点与掩护梁与尾梁铰接点连线之间的固定夹角；α为掩护梁与尾梁铰接点与掩护梁上尾梁千斤顶铰接点连线与X轴之间的夹角；β为尾梁与X轴之间的夹角；γ为掩护梁上尾梁千斤顶铰接点连线与尾梁的夹角；C、在坐标系O
‑
XY内，求解尾梁插板末端点Q的实时位置坐标；(1)在坐标系O
‑
XY中求解掩护梁与尾梁铰接点G点的坐标：X
G
＝L
2 cosθ1Y
G
＝L1+L
2 sinθ1将G点坐标写成矩阵形式为：G＝[L2cosθ
1 L1+L2sinθ1]
T
ꢀꢀ
(1)(2)在G点建立O
’‑
X
’
Y
’
坐标系，并定义其为运动坐标系；其中，X
’
轴始终沿支架尾梁长度方向指向尾梁末端；Y
’
轴始终垂直于尾梁指向顶板；求解插板末端点Q在该坐标系下的坐标，求解如下：X'
Q
＝L5+L6Y'
Q
＝0
将Q点坐标写成矩阵的形式为：Q＝[L5+L
6 0]
T
ꢀꢀ
(2)(3)求解由运动坐标系O
’‑
X
’
Y
’
内的点转换到固定坐标系O
‑
XY内时所用的旋转矩阵R与平移向量T，求解如下：∠FGN为支架掩护梁上顶面一点F与掩护梁
‑
尾梁千斤顶铰接点N在掩护梁与尾梁铰接点G处的夹角，定义∠FGN大小为θ3；θ2为掩护梁与X轴的夹角，则有GN与X轴的夹角为：α＝θ3‑
θ2ꢀꢀ
(3)∠FGN为掩护梁上，掩护梁
‑
尾梁千斤顶铰接点N与尾梁上点P在掩护梁尾梁铰接点G处的夹角，定义其大小为γ，其大小随尾梁千斤顶长度的变化而变化，由余弦定理可求得γ为：则可求得运动坐标系O
’‑
X
’
Y
’
绕过O点且垂直于固定坐标系O
‑
XY平面的旋转轴旋转的角度β，求解如下：β＝π
‑
γ
‑
α
ꢀꢀ
(5)即可求得运动坐标系O
’‑
X
’
Y
’
绕过O点且垂直于固定坐标系O
‑
XY平面的旋转轴的旋转矩阵R为：同时由G点在固定坐标系O
‑
XY下的坐标和G点在运动坐标系O
’‑
X
’
Y
’
下的坐标，即可求得运动坐标系O
’‑
X
’
Y
’
转换到固定坐标系O
‑
XY的平移向量T为：(4)求解Q点在固定坐标系O
‑
XY下的坐标值为：代入步骤(3)中所求得的旋转矩阵R与平移向量T可得：则可求得Q点在固定坐标系O
‑
XY下的X轴坐标为：X
Q
＝(L5+L6)cosβ+L2cosθ1ꢀꢀ
(10)Y
Q
＝(L5+L6)sinβ+L1+L2sinθ1ꢀꢀ
(11)将式(3)、(4)、(5)代入式(10)、(11)可得：将式(3)、(4)、(5)代入式(10)、(11)可得：X
Q
、Y
Q
即为尾梁插板末端点Q在固定坐标系O
‑
XY下的坐标。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾晓腾，邹甲，张弋，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：