CN105351003A - 刮板机水平方向运动夹角测量***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种刮板机水平方向运动夹角测量***及方法，属于井下煤炭综采工作面自动控制领域。刮板机水平方向运动夹角测量***，包括：采煤机和刮板机，刮板机包括溜槽，溜槽包括挡煤板；还包括：用于测量采煤机到挡煤板之间距离的至少两组位移传感器和主控制器，每组包括至少两个位移传感器；位移传感器固设于采煤机上，与挡煤板正对，每组位移传感器的总长度小于半个溜槽的长度；各个位移传感器分别和主控制器电连接。本发明还涉及上述刮板机水平方向运动夹角测量方法，本发明可持续获得溜槽的位移情况，监测刮板机溜槽是否在水平面上保持一条直线，以判断刮板机的位移情况，便于煤矿综采工作面自动化的控制。

Description

刮板机水平方向运动夹角测量***及方法

技术领域

本发明涉及井下煤炭综采工作面自动控制领域，特别是指一种刮板机水平方向运动夹角测量***及方法。

背景技术

采煤工作面的运输是煤矿生产的重要环节，我国采煤工作面广泛使用的主要运输机械是刮板输送机，简称刮板机。刮板机运转正常，则采煤工作面的煤就能及时运出，生产就能正常进行，如果发生故障，整个工作面就要停工停产。刮板机由头轮、尾轮、溜槽、刮板链和驱动装置等主要部分组成，另外还设有紧链装置和推移装置。刮板机安装于煤壁和液压支架之间，采煤机在刮板机上水平往复运动，液压支架底部安装有单体液压推移装置(推移装置)，推移刮板机朝着煤壁方向移动。

煤炭综采工作面一般需架设一条长约200米的刮板运输机，由多个溜槽硬连接构成，溜槽与溜槽之间采用哑铃连接，当液压支架推移刮板机时，经常会因为每个单体液压推移装置推移溜槽的差异而导致刮板机前移时产生不同的位移，致使刮板机在水平方向不能保持一条直线。不能满足综采工作面“三直二平两畅通”的质量标准要求(三直是指液压支架直，割过的煤壁直，刮板输送机直；二平指顶板平，底板要平；两畅通是指工作面上下安全出口和人行通道要畅通)。如图1所示，为刮板机溜槽的侧视图，刮板机溜槽上有挡煤板101、采煤机轨道102和铲煤板103，挡煤板101直立于溜槽的一侧，并与溜槽一一对应设置，且两者长度相同。当相邻的溜槽水平面运动夹角(即相邻两块挡煤板水平面运动夹角)与180°角差值的绝对值大于3°时，其硬连接的哑铃会断裂，致使刮板运输机受损，最终导致综采工作面停工，造成重大损失。

发明内容

本发明提出一种刮板机水平方向运动夹角测量***及方法，解决了现有技术中无法监控相邻两个溜槽之间水平方向运动夹角大小的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种刮板机水平方向运动夹角测量***，包括：采煤机和刮板机，刮板机包括溜槽，溜槽包括挡煤板；还包括：用于测量采煤机到挡煤板之间距离的至少两组位移传感器和主控制器，每组包括至少两个位移传感器；位移传感器固设于采煤机上，与挡煤板正对，每组位移传感器的总长度小于半个溜槽的长度；各个位移传感器分别和主控制器电连接。

本发明还涉及上述刮板机水平方向运动夹角的测量方法，包括以下步骤：

1)实时测量刮板机溜槽的挡煤板至采煤机之间的距离，每个溜槽对应一组数据，一组包括至少两个数据，每次采集至少两组来自相邻溜槽的数据；

2)任选两组来自相邻溜槽的数据，两组分别选取同一时刻采集的两个数据，假设采煤机至第一溜槽的挡煤板距离为B和C，采煤机至第二溜槽的挡煤板距离为D和E；第一溜槽、第二溜槽分别与采煤机之间的夹角为α、β；第一溜槽的两个采集点之间的距离为A1，第二溜槽的两个采集点之间的距离为A2，通过直角三角形定理，可以计算得出：

$\mathrm{\α}=arctan\left|\frac{B-C}{A1}\right|,\mathrm{\β}=arctan\left|\frac{E-D}{A2}\right|;$

3)假设相邻两个溜槽的水平面运动夹角为θ，即相邻两个挡煤板的水平面运动夹角也为θ，当|θ-180°|＝α+β>3°时，刮板机停止工作。

本发明的有益效果为：

1、本发明中随着采煤机在刮板机上工作，位移传感器一直监测刮板机上溜槽的相对位置，持续获得溜槽的位移情况，监测刮板机溜槽是否在水平面上保持一条直线，以判断刮板机的位移情况，便于煤矿综采工作面自动化的控制，工人可以远程实时获得综采工作面上刮板机的位置状态，实现了解放人力，节约成本，反应迅速，实时监测，精准误差小等。

2、本发明通过坐标及直角三角形定理，可以依次计算出溜槽液压支架侧的顶点坐标，继而绘制出溜槽水平面上的位移曲线，工作人员可以根据这一位移曲线，驱动液压推移装置调整溜槽找平，使采煤机正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中刮板机溜槽的侧视图；

图2为一个实施例中刮板机水平方向运动夹角测量***的结构示意图；

图3为实施例中刮板机水平方向运动夹角测量***的运行状态示意图；

图4为另一实施例中刮板机水平方向运动夹角测量***的运行状态示意图；

图5为实施例中刮板机水平方向运动夹角的示意图；

图6为另一实施例中刮板机水平方向运动夹角的示意图；

图7为实施例中刮板机各溜槽产生水平方向运动夹角的示意图；

图8为实施例中刮板机各溜槽产生水平方向运动夹角的坐标示意图；

图9为另一实施例中刮板机各溜槽产生水平方向运动夹角的坐标示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2-4所示，为说明性实施例中刮板机水平方向运动夹角测量***的结构示意图。

实施例中的刮板机水平方向运动夹角测量***，包括：采煤机1和刮板机，刮板机包括溜槽，溜槽包括挡煤板2；其还包括：用于测量采煤机1到挡煤板2之间距离的至少两组位移传感器10和主控制器，每组包括至少两个位移传感器10；位移传感器10固设于采煤机1上，与挡煤板2正对，每组位移传感器的总长度小于半个溜槽的长度；各个位移传感器10分别和主控制器电连接。

只要保证相邻两个溜槽2在一条直线上，整个刮板机的溜槽2就呈一条直线，因此，位移传感器10设置两组即可；对于每个溜槽，有两个采集点即可形成三角形，因此优选地，每组设置两个位移传感器即可。

为了便于计算和保证计算的精确度，优选地，每组的两个位移传感器之间的距离为一个定值A；定值A≥1m。

优选地，主控制器为单片机或计算机。

优选地，实施例中的刮板机水平方向运动夹角测量***，还包括报警器，与主控制器电连接。

当刮板机被推移装置推移产生水平面运动夹角时，位移传感器测量采煤机至溜槽挡煤板的距离，将数据传递给主控制器，主控制器筛选数据后，算出相邻两个溜槽的水平方向运动夹角，并判断该夹角的大小，当该夹角与180°角差值的绝对值大于3°时，就发出警告，刮板机停止工作。当采煤机在刮板机上左右移动工作时，位移传感器持续工作，可监测整个刮板机是否在水平面上保持一条直线。

本发明还涉及上述刮板机水平方向运动夹角的测量方法，包括以下步骤：

1)实时测量刮板机溜槽的挡煤板至采煤机之间的距离，每个溜槽对应一组数据，一组包括至少两个数据，每次采集至少两组来自相邻溜槽的数据；

2)任选两组来自相邻溜槽的数据，两组分别选取同一时刻采集的两个数据，假设采煤机至第一溜槽的挡煤板21距离为B和C，采煤机至第二溜槽的挡煤板22距离为D和E；第一溜槽、第二溜槽分别与采煤机之间的夹角为α、β；第一溜槽的两个采集点之间的距离为A1，第二溜槽的两个采集点之间的距离为A2，通过直角三角形定理，可以计算得出：

$\mathrm{\α}=arctan\left|\frac{B-C}{A1}\right|,\mathrm{\β}=arctan\left|\frac{E-D}{A2}\right|;$

3)假设相邻两个溜槽的水平面运动夹角为θ，即相邻两个挡煤板的水平面运动夹角也为θ，当θ＜180°，则θ＝180°-α-β(如图5所示)；当θ＞180°，则θ＝180°+α+β(如图6所示)；当|θ-180°|＝α+β>3°时，刮板机停止工作。

同上，优选地，步骤1)中，每次采集两组来自相邻溜槽的数据，每组包括两个数据。

为了便于计算和保证计算的精确度，优选地，同一组的两个采集点之间的距离为一个定值A，即A1＝A2＝A，1m≤A＜半个溜槽的长度。

实施例中刮板机的各溜槽的夹角可能是大于180°和小于180°间隔出现(如图7所示)，也有可能是各溜槽的夹角全部大于180°或全部小于180°。

如图8和9所示，可以通过建立坐标系测量计算绘制出刮板机水平方向上的位移曲线。

根据α和β的计算方法，以俯视图方式，采集挡煤板顶部图像建立坐标系，计算出每个溜槽的挡煤板顶部两端点的坐标，起始的两个溜槽的夹角有大于180°和小于180°两种情况，以刮板机起始的两个溜槽为例，第一溜槽、第二溜槽分别与采煤机之间的夹角为α、β；第一溜槽的挡煤板21、第二溜槽的挡煤板22的两端点分别为O、a、b、c，绘制溜槽的挡煤板两端连接顶点的位移曲线；具体方法如下：

将第一溜槽的挡煤板21起始顶点设为坐标原点O(0，0)，设L为一截溜槽的长度，H为一截挡煤板的顶部的宽度；

当第一溜槽与第二溜槽之间的夹角θ小于180°(如图8所示)；

首先求a点的坐标，根据α可得：

M1＝L*cosα；

h1＝L*sinα；

a点的坐标(Xa，Ya)为(M1，-h1)；

b点坐标与a点坐标相同，则b点坐标(Xb，Yb)为(M1，-h1)；

根据倾角β计算得出，c点的坐标(Xc，Yc)为：

Xc＝Xb+L*cosβ；

Yc＝Yb+L*sinβ；

依次类推，得到后面其他挡煤板的端点坐标，如实施例中刮板机的各溜槽的夹角可能是大于180°和小于180°间隔出现，假设第三溜槽与采煤机之间的夹角为γ；第三溜槽的挡煤板23的两端点分别为d、e，则根据c点的坐标，先计算出P点坐标(Xp，Yp)：

Xp＝Xc+H*sinβ；

Yp＝Yc-H*cosβ；

d点的坐标：

Xd＝Xp+H*sinγ；

Yd＝Yp+H*cosγ；

e点的坐标：

Xe＝Xd+L*cosγ；

Ye＝Yd-L*sinγ；

根据各点的坐标绘制溜槽位移曲线；

当第一溜槽与第二溜槽之间的夹角θ大于180°(如图9所示)；

首先求a点的坐标，根据α可得：

M1＝L*cosα；

h1＝L*sinα；

a点的坐标(Xa，Ya)为(M1，h1)；

根据a点的坐标，先计算出P点坐标(Xp，Yp)：

Xp＝Xa+H*sinα；

Yp＝Ya-H*cosα；

同理，b点的坐标：

Xb＝Xp+H*sinβ；

Yb＝Yp+H*cosβ；

根据倾角β计算得出，c点的坐标(Xc，Yc)为：

Xc＝Xb+L*cosβ；

Yc＝Yb-L*sinβ；

依次类推，得到后面其他挡煤板的端点坐标，如实施例中刮板机的各溜槽的夹角可能是大于180°和小于180°间隔出现，假设第三溜槽与采煤机之间的夹角为γ；第三溜槽的挡煤板23的两端点分别为d、e，则

d点的坐标与c点相同：

Xd＝Xc＝Xb+L*cosβ；

Yd＝Yc＝Yb-L*sinβ；

e点的坐标：

Xe＝Xd+L*cosγ；

Ye＝Yd+L*sinγ；

根据各点的坐标绘制溜槽位移曲线。

工作人员可以根据这一位移曲线，驱动液压推移装置调整溜槽找平，使采煤机正常工作。坐标系也可以建立在挡煤板的下部的顶点或其它位置，只是计算公式不同，计算方法相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种刮板机水平方向运动夹角测量***，包括：采煤机和刮板机，所述刮板机包括溜槽，所述溜槽包括挡煤板；其特征在于，还包括：用于测量所述采煤机到所述挡煤板之间距离的至少两组位移传感器和主控制器，每组包括至少两个所述位移传感器；所述位移传感器固设于所述采煤机上，与所述挡煤板正对，每组所述位移传感器的总长度小于半个溜槽的长度；各个所述位移传感器分别和所述主控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的刮板机水平方向运动夹角测量***，其特征在于，所述位移传感器的数量为两组，每组包括两个。

3.根据权利要求2所述的刮板机水平方向运动夹角测量***，其特征在于，每组的两个位移传感器之间的距离为一个定值A；所述定值A≥1m。

4.根据权利要求1所述的刮板机水平方向运动夹角测量***，其特征在于，所述主控制器为单片机或计算机。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的刮板机水平方向运动夹角测量***，其特征在于，还包括报警器，与所述主控制器电连接。

6.一种刮板机水平方向运动夹角测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)实时测量刮板机溜槽的挡煤板至采煤机之间的距离，每个溜槽对应一组数据，一组包括至少两个数据，每次采集至少两组来自相邻所述溜槽的数据；

2)任选两组来自相邻所述溜槽的数据，两组分别选取同一时刻采集的两个数据，假设采煤机至第一溜槽的挡煤板距离为B和C，采煤机至第二溜槽的挡煤板距离为D和E；第一溜槽、第二溜槽分别与采煤机之间的夹角为α、β；第一溜槽的两个采集点之间的距离为A1，第二溜槽的两个采集点之间的距离为A2，通过直角三角形定理，可以计算得出：

$\mathrm{\α}=arctan\left|\frac{B-C}{A1}\right|,\mathrm{\β}=arctan\left|\frac{E-D}{A2}\right|;$

3)假设相邻两个溜槽的水平面运动夹角为θ，即相邻两个挡煤板的水平面运动夹角也为θ，当|θ-180°|＝α+β>3°时，刮板机停止工作。

7.根据权利要求6所述的刮板机水平方向运动夹角测量方法，其特征在于，步骤1)中，每次采集两组来自相邻所述溜槽的数据，每组包括两个数据。

8.根据权利要求7所述的刮板机水平方向运动夹角测量方法，其特征在于，同一组的两个采集点之间的距离为一个定值A，即A1＝A2＝A，1m≤A＜半个溜槽的长度。

9.根据权利要求6所述的刮板机水平方向运动夹角测量方法，其特征在于，根据α和β的计算方法，以俯视图方式，采集挡煤板顶部图像建立坐标系，计算出每个溜槽的挡煤板顶部两端点的坐标，以刮板机起始的两个溜槽为例，第一溜槽、第二溜槽分别与采煤机之间的夹角为α、β；第一溜槽的挡煤板、第二溜槽的挡煤板的两端点分别为O、a、b、c，绘制溜槽的挡煤板两端连接顶点的位移曲线；具体方法如下：

将第一溜槽的挡煤板起始顶点设为坐标原点O(0，0)，设L为一截溜槽的长度，H为一截挡煤板的顶部的宽度；

当第一溜槽与第二溜槽之间的夹角θ小于180°；

首先求a点的坐标，根据α可得：

M1＝L*cosα；

h1＝L*sinα；

a点的坐标(Xa，Ya)为(M1，-h1)；

b点坐标与a点坐标相同，则b点坐标(Xb，Yb)为(M1，-h1)；

根据倾角β计算得出，c点的坐标(Xc，Yc)为：

Xc＝Xb+L*cosβ；

Yc＝Yb+L*sinβ；

依次类推，得到其他挡煤板的端点坐标，根据各点的坐标绘制所述溜槽位移曲线；

当第一溜槽与第二溜槽之间的夹角θ大于180°；

首先求a点的坐标，根据α可得：

M1＝L*cosα；

h1＝L*sinα；

a点的坐标(Xa，Ya)为(M1，h1)；

根据a点的坐标，先计算出P点坐标(Xp，Yp)：

Xp＝Xa+H*sinα；

Yp＝Ya-H*cosα；

同理，b点的坐标：

Xb＝Xp+H*sinβ；

Yb＝Yp+H*cosβ；

根据倾角β计算得出，c点的坐标(Xc，Yc)为：

Xc＝Xb+L*cosβ；

Yc＝Yb-L*sinβ；

依次类推，得到其他挡煤板的端点坐标，根据各点的坐标绘制所述溜槽位移曲线。

10.根据权利要求9所述的刮板机水平方向运动夹角测量方法，其特征在于，

当第一溜槽与第二溜槽之间的夹角θ小于180°，刮板机的各溜槽的夹角呈大于180°和小于180°间隔出现时，假设第三溜槽与采煤机之间的夹角为γ；第三溜槽的挡煤板的两端点分别为d、e，则根据c点的坐标，先计算出P点坐标(Xp，Yp)：

Xp＝Xc+H*sinβ；

Yp＝Yc-H*cosβ；

d点的坐标：

Xd＝Xp+H*sinγ；

Yd＝Yp+H*cosγ；

e点的坐标：

Xe＝Xd+L*cosγ；

Ye＝Yd-L*sinγ；

当第一溜槽与第二溜槽之间的夹角θ大于180°，刮板机的各溜槽的夹角呈大于180°和小于180°间隔出现时，假设第三溜槽与采煤机之间的夹角为γ；第三溜槽的挡煤板的两端点分别为d、e，则

d点的坐标与c点相同：

Xd＝Xc＝Xb+L*cosβ；

Yd＝Yc＝Yb-L*sinβ；

e点的坐标：

Xe＝Xd+L*cosγ；

Ye＝Yd+L*sinγ。