一種實現滾筒自動調高的采煤機及其工作方法技術

本發明專利技術涉及一種實現滾筒自動調高的采煤機及其工作方法，將現有采煤機滾筒的調高原理與智能控制理論相結合，在傳統采煤機的基礎上增加包括模糊控制器、數據采集裝置、壓力傳感器和電磁比例閥構成的控制系統，通過壓力傳感器測得調高油缸有桿腔和無桿腔的壓力值，由模糊控制器根據模糊控制規則進行運算后輸出控制電磁比例閥的控制信號，來改變進出調高油缸的油量，通過調高油缸活塞桿的位移最終實現截割滾筒的自動調高。該采煤機實現了滾筒自動調高的智能化控制，所采用的模糊控制方法，能夠適用于不易獲得精確數學模型的被控對象，同時適用于非線性系統的控制，抗干擾能力強，響應速度快，且對系統參數的變化有較強的魯棒性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及，屬于采煤機械技術領 域。
技術介紹
目前，在采煤機滾筒自動調高控制方面，除國內外少數先進采煤機廠家采用存儲 切割模式進行高度控制外，大部分是靠人工操作進行滾筒的調高，即操作工人靠個人視力 觀察，并結合截割噪音來判斷采煤機滾筒是在割煤還是割巖，以便調節滾筒的垂直位置。 然而由于采煤機在工作過程中產生大量煤塵，使工作面能見度降低，而且機器本 身噪音很大，操作工人難以準確及時判斷采煤機的截割狀態，并及時作出合理的操作。截割 到巖石會降低截齒的使用壽命，煤中含矸量增加；或預留的頂底煤過多，造成資源的浪費； 同時人工操作調高可能使頂底板不平整，引起移架和推溜困難。解決這一問題的有效途徑 就是實現采煤機滾筒調高的自動化。 中國專利文獻CN202483571U公開了一種采煤機自動調高裝置，其搖臂與機身相 鉸接，兩端分別鉸接在機身和搖臂上的調高油缸，截割電機安裝在搖臂上，在調高油缸上安 裝有拉線傳感器，在機身上安裝有傾角傳感器，調高油缸的控制油路上連接有電磁閥，截割 電機的輸出電纜上安裝有電流互感器，拉線傳感器、傾角傳感器、電磁閥和電流互感器分別 與可編程控制器電連接。該專利技術雖能實現截割滾筒的自動調高，但其精確度不高，同時在井 下復雜的作業環境下，抗干擾能力差，響應速度較慢。 中國專利文獻CN202578689U記載了一種采煤機搖臂全自動實時調高裝置，該調 高裝置在機身上設置調高泵箱和電控箱，液壓油缸中集成有用于對液壓油缸的活塞伸縮量 進行實時檢測的位移傳感器，調高泵箱中設置有調高泵、一端與調高泵連接的供油管路和 設置在供油管路上的控制閥，供油管路的另一端與液壓油缸連接，電控箱中設置有控制器 模塊，電控箱的外表面上設置有與控制器模塊輸出端相接的顯示器模塊，位移傳感器與控 制器模塊的輸出端相接。本專利技術利用調高油缸活塞桿的位移來進行自動化控制，雖可實現 滾筒的自動調高控制，但是其控制精度無法保證，同時針對不同煤層的地質情況很難保證 截割的準確性。 具有自動調高功能的采煤機能夠提高煤炭的回采率，降低煤中的矸石、灰份等雜 質的含量，提高采煤作業效率，同時避免割巖，振動較小，降低現場空氣中的巖塵含量，并實 現作業人員遠離危險工作面，對安全生產、勞動保護及經濟效益等方面都將會發揮巨大的 作用，對無人工作面生產將會產生革命性改變。因此，亟需設計一種實現滾筒自動調高的采 煤機。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術提供一種實現滾筒自動調高的采煤機。 本專利技術還提供一種上述實現滾筒自動調高的采煤機的工作方法。 本專利技術的技術方案如下： 一種實現滾筒自動調高的采煤機，包括機身，所述機身內部設有控制箱，所述控制 箱內設有電氣控制系統，在控制箱的兩側各設有一組相同的牽引部、截割部和調高油缸，所 述截割部包括搖臂和截割滾筒； 在機身內部，所述控制箱的左側設有左牽引部和左調高油缸，控制箱的右側依次 設有獨立泵站、右牽引部和右調高油缸；所述控制箱、左牽引部、獨立泵站和右牽引部之間 均通過若干個高強度液壓螺栓分別連接；所述獨立泵站通過液壓管路分別與左調高油缸、 右調高油缸相連共同構成搖臂調高液壓裝置；所述左牽引部與左調高油缸連接，所述右牽 引部與右調商油缸連接； 在控制箱老塘側的左右兩側下方位置各設有相同的左行走部和右行走部，所述左 行走部和右行走部分別與對應側的牽引部通過螺栓固定，左、右牽引部通過牽引電機驅動 左、右行走部在刮板運輸機銷軌上行走； 所述搖臂的一端與相應側的調高油缸鉸接，搖臂的另一端與相應側的截割滾筒連 接； 在機身內部，還包括控制系統，所述控制系統包括模糊控制器、數據采集裝置、第 一壓力傳感器、第二壓力傳感器和電磁比例閥；所述第一壓力傳感器設置在相應側調高油 缸無桿腔管路接頭上，所述第二壓力傳感器設置在相應側調高油缸有桿腔管路接頭上，所 述電磁比例閥設置在調高液壓管路上；所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器均與數據采 集裝置連接，所述數據采集裝置與模糊控制器連接，所述模糊控制器與電磁比例閥連接；所 述模糊控制器和電磁比例閥還分別與電氣控制系統電連接。 優選的，所述控制系統還包括顯示屏和鍵盤，所述顯示屏和鍵盤均與模糊控制器 連接。 優選的，所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器分別通過調高油缸液壓鎖與調高 油缸連接，所述調高油缸液壓鎖上開設有內螺紋孔，所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感 器分別與內螺紋孔連接。 優選的，所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器均選用瑞士 KISTLER儀器股份公 司生產的型號為SM20RE250-VKC的防爆型壓力變送器。 優選的，所述模糊控制器選用研華股份有限公司生產的帶PCI/PCIE擴展插槽的 型號為ARK-5260的嵌入式工控機。 優選的，所述數據采集裝置選用研華股份有限公司生產的型號為PCIE-1810的多 功能數據采集卡，所述PCIE-1810多功能數據采集卡插入設置在ARK-5260嵌入式工控機的 PCIE擴展插槽內。 優選的，所述電磁比例閥選用博世力士樂公司生產的型號為 4WRZE16E100-7X/6EG24ETK31A1M的不帶電氣位置反饋的先導三位四通比例方向閥。 一種實現滾筒自動調高的采煤機的工作方法，包括以下步驟， (1)信號采集：在采煤機滾筒割煤作業過程中，所述第一壓力傳感器和第二壓力 傳感器分別測量調高油缸無桿腔和調高油缸有桿腔的壓力信號并將壓力信號傳輸給數據 采集裝置，所述數據采集裝置對壓力信號進行濾波處理后得到壓力原始數據，并將壓力原 始數據傳輸給模糊控制器； (2)數據處理：所述模糊控制器內部的數據處理程序根據接收到的壓力原始數據 計算出調高油缸的負載壓力和負載壓力變化率； (3)模糊運算：所述模糊控制器對步驟（2)中計算出的負載壓力和負載壓力變化 率進行模糊化處理，在其對應的模糊子集上由隸屬度函數計算出隸屬度值作為其對應的模 糊化值，然后根據模糊規則表中的模糊規則分別計算每條規則結論的適配度：取每條模糊 規則下的負載壓力模糊化值、負載壓力變化率模糊化值以及電磁比例閥控制電流模糊子集 隸屬度函數三者的交運算結果作為該條模糊規則結論的適配度，最后將所有模糊規則結論 適配度的并運算結果作為控制器模糊運算結果； (4)指令輸出：所述模糊控制器利用重心法對控制器模糊運算結果解模糊得到模 糊控制器輸出即電磁比例閥的控制信號，所述控制信號控制改變電磁比例閥閥芯運動方向 和閥口開度以改變進出調高油缸的流量，從而改變調高油缸活塞桿位移，活塞桿帶動搖臂 上升或下降，最終實現滾筒的自動調高。 優選的，步驟（1)中，所述濾波處理是指數據采集裝置采用中位值平均濾波法對 第一壓力傳感器和第二壓力傳感器傳輸的壓力信號進行濾波處理，其具體過程包括：連續 采樣N個數據，然后采用冒泡法原理對采集到的N個數據進行排序，找出N個采樣數據中的 最大值和最小值，去掉最大值和最小值，然后計算余下的N-2個數據的算術平均值，N值的 選取為3-14。 優選的，步驟（2)中，所述模糊控制器內部的數據處理程序計算調高油缸的負載 壓力和負載壓力變化率，其具體過程包括： 油缸等效負載壓力定義為：pL= p rp2XA2/Ai ( I ) 其中，式（I )中，P1為無桿腔側油壓值濾波后的算術平均本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種實現滾筒自動調高的采煤機，其特征在于，包括機身，所述機身內部設有控制箱，所述控制箱內設有電氣控制系統，在控制箱的兩側各設有一組相同的牽引部、截割部和調高油缸，所述截割部包括搖臂和截割滾筒；在機身內部，所述控制箱的左側設有左牽引部和左調高油缸，控制箱的右側依次設有獨立泵站、右牽引部和右調高油缸；所述控制箱、左牽引部、獨立泵站和右牽引部之間均通過若干個高強度液壓螺栓分別連接；所述獨立泵站通過液壓管路分別與左調高油缸、右調高油缸相連共同構成搖臂調高液壓裝置；所述左牽引部與左調高油缸連接，所述右牽引部與右調高油缸連接；在控制箱老塘側的左右兩側下方位置各設有相同的左行走部和右行走部，所述左行走部和右行走部分別與對應側的牽引部通過螺栓固定，左、右牽引部通過牽引電機驅動左、右行走部在刮板運輸機銷軌上行走；所述搖臂的一端與相應側的調高油缸鉸接，搖臂的另一端與相應側的截割滾筒連接；在機身內部，還包括控制系統，所述控制系統包括模糊控制器、數據采集裝置、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器和電磁比例閥；所述第一壓力傳感器設置在相應側調高油缸無桿腔管路接頭上，所述第二壓力傳感器設置在相應側調高油缸有桿腔管路接頭上，所述電磁比例閥設置在調高液壓管路上；所述第一壓力傳感器和第二壓力傳感器均與數據采集裝置連接，所述數據采集裝置與模糊控制器連接，所述模糊控制器與電磁比例閥連接；所述模糊控制器和電磁比例閥還分別與電氣控制系統電連接。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：曾慶良，張海忠，張鑫，萬麗榮，王亮，仉毅，王成龍，劉志海，王新超，高忠燕，
申請(專利權)人：山東科技大學，
類型：發明
國別省市：山東;37