[发明专利]一种悬臂式掘进机截割臂摆速自适应控制系统及方法

说明书

本发明公开一种悬臂式掘进机截割臂摆速自适应控制系统及方法，属于煤矿综掘设备自主导控领域。该系统包括传感与检测系统；掘进机机载主控系统；系统执行机构。在掘进机截割煤壁过程中，当煤岩硬度发生变化时，截割头载荷也会发生变化，因此截割部系统的主要工作参数也会相应地发生变化。传感及检测系统对这些工作参数进行实时检测并将信号传入机载主控系统，机载主控系统对接收到的信号进行处理并控制执行机构动作，以达到截割臂摆速与所截割煤岩硬度实时匹配的自适应控制效果，从而在煤矿巷道掘进中，实现掘进机截割过程的完全自动化。

技术领域

本发明涉及一种悬臂式掘进机截割臂摆速自适应控制系统及方法，属于煤矿综掘设备自主导控领域。

背景技术

悬臂式掘进机是实现煤矿巷道掘进工作的核心设备。在传统的地下巷道掘进过程中，大部分掘进机为本机人工操作控制，掘进机操作人员只凭人工观察和操作经验来调节截割臂摆速，操作稳定性低，调节误差大，工作效率低，且存在安全隐患，大大增加了矿井工作人员的工作强度及工作危险性。机器人化掘进机远程智能控制能够实现综掘工作面少人化或无人化，使掘进工作安全、高效。掘进机截割过程中，由于煤岩硬度变化，恒速摆动的驱动油缸会导致截割部负载不稳定，截割电机输出功率不稳定，易使截割电机和驱动油缸过载，导致掘进机结构件和电气件损坏，或易使掘进机截割部长时间处于较低的工作效率。

公开号为“ZL200520090353.1”专利名称为“掘进机截割智能控制系统”，该专利试图利用电流互感器检测截割电流，并以此为判断依据，当截割电流变大时，控制电磁阀从而降低截割臂摆速。

公开号为“CN205078272U”专利名称为“一种掘进机截割臂自动调速系统”。该专利试图利用电流传感器检测截割电机电流，并以此为判断依据，当截割电流变大时，控制电液比例阀调整流量，从而降低截割臂摆速，起到对结构件和电气件的保护作用。

上述2种方法有许多共同之处，即检测截割电流作为判据来控制液压阀，且当截割电机负载过大时进行截割臂摆速调节。但这2种方法都存在很多局限性：

(1)实行截割臂摆速控制的判据太单一，只能粗略地判定截割臂负载情况，且不具备人机交互功能。

(2)无法直接表明或反映截割臂摆速大小，且控制过程较简单，不能保证截割臂摆速控制精度，控制效果不能达到最佳。

(3)只考虑截割臂负载过大导致闷车或结构件、电气件损坏的情况，未考虑截割臂负载过小导致截割效率低下，掘进机驱动冗余的情况，智能化程度不能达到最佳。

发明内容

技术问题：本发明的主要目的在于，针对目前煤矿巷道综掘工作面实际情况及掘进机截割过程中截割臂摆速调节方法的种种缺陷，提出一种掘进机截割臂摆速自适应控制系统及方法，主要包括截割臂摆速自适应控制硬件系统设计，截割臂摆速自适应控制策略，截割臂摆速自适应控制方法。旨在实现掘进机截割臂摆速调节智能化，掘进机截割过程机器人化，综掘工作面少人化或无人化。

技术方案：本发明的目的是这样实现的：该系统包括：传感与检测系统，检测截割部系统工作参数并实时传输到掘进机机载主控系统；掘进机机载主控系统，处理来自传感与检测系统的信号，产生并传输控制信号；系统执行机构，执行来自机载主控系统的控制信号，进行相应的动作。

所述的悬臂式掘进机截割臂摆速自适应控制系统，其特征是：所述的掘进机机载主控系统包括可编程计算机控制器、智能工控面板、比例放大电路板；其中，可编程计算机控制器与比例放大电路板封装在掘进机电控箱内，可编程计算机控制器与智能工控面板通过通讯接口相连接，并实现实时双向通信；可编程计算机控制器须具备占用空间小、易于拔插、具有电接触的软件监控等特点，智能工控面板表面的工业防护等级至少为IP65，在剧烈振动中能够安全可靠运行，面板操作模式为触摸屏式，存储容量可扩展。