[发明专利]掘进机自动控制过程中的防碰撞装置

说明书

技术领域

本发明涉及掘进机自动控制领域中防止截割臂和铲板发生碰撞的一种掘进机自动控制过程中的防碰撞装置。

背景技术

自动截割掘进机是一种新概念掘进机，较传统的掘进机相比，从操作人员安全方面和截割速度方面都有了本质的变化。控制工艺也非常复杂，这种新工艺的出现解决了普通掘进机截割速度慢，需手动修形，操作人员危险等问题。以前在我们普通的掘进机截割过程中，各家工艺也都基本一样，都是人为手动控制，无自动切割修形。这样就造成了巷道形状不规则，效率低，掘进速度慢。进而我们拓展思维采用了新的控制工艺，改善截割效率，提高性能参数从而达到安全、高效开掘巷道的掘进工作。因此，研制开发一种采用自动修型的掘进机一直是急待解决的新课题，而在自动控制中防止截割臂和铲板发生碰撞又是其中的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掘进机自动控制过程中的防碰撞装置，该装置用于防止自动工作状态下截割臂和铲板发生碰撞，该防碰撞结构针对自动控制掘进机，可以提高掘进过程中的效率、操作人员的安全，避免因误动作造成截割臂和铲板发生碰撞，节省了维修的费用，同时也延长了整机的使用寿命。

本发明的目的是这样实现的：掘进机自动控制过程中的防碰撞装置，包括截割臂、第一液压油缸、第一位移传感器、第一电缆、机身、电控箱、第二电缆、第二位移传感器、第二液压油缸、铲板，第一液压缸两端通过轴连接方式分别连接截割臂和机身，第二液压缸两端通过轴连接方式分别连接铲板和机身，第一位移传感器安装在第一液压油缸中，通过第一电缆与电控箱直接柔性连接，第二位移传感器安装在第二液压油缸中，通过第二电缆与电控箱直接柔性连接；所述装置的工作原理及操作方法是，截割臂在断面上的运行轨迹为“S”型，铲板的运行轨迹为上下往复运动，第一液压油缸的动作范围B为0-760mm，第二液压油缸的动作范围D为0-150mm，均由电控箱控制，使其做伸缩运动，从而得到截割臂和铲板之间构成的不同角度的夹角，再根据电控箱内部的算法，防止截割臂和铲板发生碰撞；当电控箱控制第一液压油缸和第二液压油缸动作后，第一位移传感器和第二位移传感器将分别通过第一电缆和第二电缆传输信号给电控箱，电控箱经算法得出截割臂和铲板之间的夹角，当夹角接近0度时，控制第一液压油缸和第二液压油缸动作，从而形成闭环控制系统，防止截割臂和铲板碰撞；所述装置的控制系统算法是，控制系统连锁，无论截割臂还是铲板在动作之前都要监测另一机构相应的位置；动作过程中要监测两个机构之间的夹角并且在角度小于10度时要根据运动的方向降低其中一个机构的速度，如：同时向上运动应该降低铲板的速度，同时向下运动应该降低截割臂的速度，相向运动时应同时降低两个机构的速度；

根据图4三角形余弦公式可以得到：

                                                          （1）

其中AO是截割臂的长度为已知参数，BO是铲板的长度为已知参数，AM是截割臂前端到地面的距离为可变参数，BN是铲板前端到地面的距离为可变参数，是截割臂与地面的夹角，是铲板与地面的夹角，两个夹角、在地面以上为正，地面以下为负，是截割臂与铲板之间的夹角；当的值大于0度时截割臂和铲板不会发生平碰撞；

由于截割臂、铲板距离地面的长度可以通过位第一移传感器和第二位移传感器检测到，通过第一电缆和第二电缆传输信号给电控箱，实现实时监测和控制，其中截割臂距离地面的长度AM和铲板距离地面的长度BN可由图2和图3以及通过公式（2）和公式（3）的算法获得，

        （2）

         （3）

其中、分别为位移传感器3和位移传感器8检测的位置数值。 

本发明的要点在于它的结构、工作原理和算法。其工作原理及操作方法是，截割臂1在断面上的运行轨迹为“S”型，铲板10的运行轨迹为上下往复运动，液压油缸2的动作范围B为0-760mm，液压油缸9的动作范围D为0-150mm，均由电控箱6控制，使其做伸缩运动，从而得到截割臂1和铲板10之间构成的不同角度的夹角，再根据电控箱6内部的算法，防止截割臂1和铲板10发生碰撞；当电控箱6控制液压油缸2和液压油缸9动作后，位移传感器3和位移传感器8将分别通过电缆4和电缆7传输信号给电控箱6，电控箱6经算法得出截割臂1和铲板10之间的夹角，当夹角接近0度时，控制液压油缸2和液压油缸9动作，从而形成闭环控制系统，防止截割臂1和铲板10碰撞。