一种采煤机电缆夹拉力采集装置及运行速度控制方法

技术领域

本发明涉及一种采煤机电缆夹拉力采集装置及运行速度控制方法，是一种考虑拖缆受力的采煤机自动运行速度控制，通过实时监测采煤机拖缆受力情况，控制采煤机智能加减速，保证采煤机安全智能运行。

背景技术

随着煤矿智能化开采技术的发展，对采煤机自动化运行提出了更高的要求，采煤机运行的智能调速，是智能化开采一个关键技术。其中，采煤机的安全运行是其智能化、自动化运行的基础。

目前，采煤机自动运行，经过调试确定一个比较合适的正常运行速度和加速度即可，然而在实际的运行中，采煤机运行速度除了受到坡度、瞬间煤量、大块煤等多种因素影响外，采煤机拖缆（拖拽电缆）受力经常会影响采煤机的正常运行，过大的拖缆受力有将电缆拽断的风险，因此，如何将采煤机拖缆受力考虑进来是我们亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种采煤机电缆夹拉力采集装置及运行速度控制方法，通过实时监测采煤机拖缆受力情况，控制采煤机智能加减速，保证采煤机安全智能运行。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种采煤机电缆夹拉力采集装置，包括电缆夹，电缆夹卡住电缆置于电缆槽中，从采煤机伸出的连接板通过拖带链连接电缆夹，采煤机采煤行走时采煤机通过拖带链拽动电缆夹在电缆槽中滑动，其中，在拖带链与采煤机伸出的连接板之间设置有获取拉力的连接臂，所述连接臂包括与连接板连接的回转轴柱，在回转轴柱上可转动的套有回转套拉杆，在回转套拉杆的杆臂上设置有一个透孔，透孔中穿入设置拉力传感器柱轴，拉力传感器柱轴两端从透孔中伸出通过套环连接拖带铰链，行走时，拉力传感器柱轴两端拉动套环使拉力传感器柱轴在透孔中受到反作用力形成电缆夹拉力信号，电缆夹拉力信号从拉力传感器柱轴端部设置的信号接口输出连接信号处理控制板，信号处理控制板与采煤机控制器通讯连接。

方案进一步是：所述拖带链是由多个金属环相套通过穿入转轴连接形成的铰链。

方案进一步是：所述透孔的孔径与拉力传感器轴柱直径之间的关系是过渡配合关系。

方案进一步是：所述套环包括连接杆，连接杆一端与铰链连接，连接杆另一端是一个U字形套臂，U字形套臂的两侧臂分别设置有同心的穿孔，回转套拉杆的杆臂插入U字形套臂的两侧臂之间，两侧臂穿孔套在从回转套拉杆的杆臂透孔中伸出的拉力传感器柱轴两端。

一种考虑拖缆受力的采煤机自动运行速度控制方法，采煤机通过行程传感器控制采煤机行走速度和往复循环的结束和开始，包括上述的采煤机电缆夹拉力采集装置，所述方法是：确定电缆拉力警戒值fa，在采煤机采煤行走过程中确定所产生的拖带力f(t),在采煤机行走的过程中实时获取拉力传感器的拉力值fs，拉力值fs与拖带力f(t)进行比较，其中：

当fs=f(t)且fs＜fa时，采煤机行进正常、可以进行加速；

当fs＞f(t)且fs＜fa时，电缆夹有轻度卡阻，采煤机不能加速、保持匀速；

当fs＞f(t)且fs≥fa时，电缆夹有重度卡阻，采煤机立即停止运行并报警；

当fs＜f(t)时，电缆夹出现异常、立即停止运行并报警。

方案进一步是：所述拖带力f(t)是通过建立采煤机运动模型由公式1获得，

公式1：

其中：

m(t)为拖带质量，拖带质量由公式2计算确定；

公式2：

t为从开始时间为起始的行走时间，秒；

g 为重力加速度常数，9.81；

a

方案进一步是：所述拖带力包括匀速拖带力和加速度拖带力；所述匀速拖带力是从加速度a

公式3：

所述加速度拖带力是从加速度a

公式4：

方案进一步是：所述确定电缆拉力警戒值fa是通过拉力机拉紧拖带电缆的电缆夹的预先实验确定的。

方案进一步是：所述在采煤机采煤行走过程中确定所产生的拖带力f(t)是：在采煤机往复循环中拖带的电缆从原点开始作为时间起始 “0” 点，随采煤机行进，间隔时间通过公式1获取拖带力f(t)，将获取的拖带力f(t)放入预先设置的f(t)寄存器，所述拉力值fs与拖带力f(t)进行比较是所述fs与f(t)寄存器中的f(t)进行比较。

方案进一步是：所述间隔时间是每间隔1秒通过公式1获取拖带力f(t)。

本发明采煤机电缆夹拉力采集装置通过传感器的固定结构可以准确的提供电缆夹的拉力信号，在回转轴柱上可转动的套有回转套拉杆，以及拖带链为多个金属环相套通过穿入转轴连接形成的铰链既保证了连接强度，又可以自动调节受力方向。

本发明通过行程传感器来确定循环周期的结束和开始，通过力学分析得出电缆夹拉力公式，并通过对比拉力传感器的实时监测值、拉力警戒值三者之间的关系，判断出电缆夹拖拽是否正常运行，进而使采煤机控制系统执行加速运行、匀速运行和停止运行。同时电缆夹拉力公式中的参数可根据不同情况具体设置，实现了电缆夹拖拽的安全运行，进而保证了采煤机的智能调速运行。

附图说明

图1为本发明采煤机电缆夹拉力采集装置结构示意图；

图2为本发明采煤机运动模型示意图；

图3为本发明采煤机自动运行控制流程图。

具体实施方式

实施例1：

一种采煤机电缆夹拉力采集装置，如图1所示，所述采煤机电缆夹拉力采集装置包括电缆夹1，电缆夹卡住电缆置于电缆槽2中（图中未示出电缆），从采煤机伸出的连接板3通过拖带链4连接电缆夹，为了实现一种柔性连接，所述拖带链4是由多个金属环401依次相套通过穿入转轴402连接形成的铰链。采煤机采煤行走时采煤机通过拖带链拽动电缆夹1在电缆槽7中滑动，其中，在拖带链与采煤机伸出的连接板之间设置有获取拉力的连接臂，所述连接臂包括与连接板3连接的回转轴柱5，在回转轴柱上可转动的套有回转套拉杆6，在回转套拉杆的杆臂601上设置有一个透孔，透孔中穿入设置拉力传感器柱轴7，拉力传感器柱轴两端从透孔中伸出通过套环连接拖带铰链，所述套环包括连接杆8，连接杆一端与铰链4连接，连接杆另一端是一个U字形套臂801，U字形套臂的两侧臂801-1和801-2分别设置有同心的穿孔，回转套拉杆6的杆臂601插入U字形套臂的两侧臂之间，两侧臂穿孔套在从回转套拉杆的杆臂透孔中伸出的拉力传感器柱轴两端，行走时，如图1中的箭头所示，拉力传感器柱轴两端拉动套环产生的作用力使拉力传感器柱轴在透孔中受到反作用力形成电缆夹拉力信号，电缆夹拉力信号从拉力传感器柱轴端部设置的信号接口701输出连接信号处理控制板9，信号处理控制板与采煤机控制器10通讯连接。

为了提高准确性，所述透孔的孔径与拉力传感器轴柱直径之间的关系是机械加工装配中的过渡配合尺寸关系。

上述实施例，通过传感器的固定结构可以准确的提供电缆夹的拉力信号，在回转轴柱上可转动的套有回转套拉杆，以及拖带链为多个金属环相套通过穿入转轴连接形成的铰链既保证了连接强度，又可以自动调节受力方向。

实施例2：

一种考虑拖缆受力的采煤机自动运行速度控制方法，包括实施例1所述采煤机电缆夹拉力采集装置，因此实施例1中的内容应理解为是本实施例的内容。采煤机通过行程传感器控制采煤机行走速度和往复循环的结束和开始，所述方法在采煤机自动运行速度控制中考虑拖缆受力，首先，通过拉力机拉紧拖带电缆的电缆夹的预先实验确定电缆拉力警戒值fa；然后通过如图2所示建立的采煤机运动模型建立获取拖带力f(t) 的计算公式1，通过计算公式1在采煤机采煤行走过程中确定所产生的拖带力f(t),其考虑拖缆受力的采煤机自动运行速度控制过程是：在采煤机行走的过程中实时获取拉力传感器的拉力值fs，拉力值fs与拖带力f(t)进行比较，其中：

当fs=f(t)且fs＜fa时，采煤机行进正常、可以进行加速；

当fs＞f(t)且fs＜fa时，电缆夹有轻度卡阻，采煤机不能加速、保持匀速；

当fs＞f(t)且fs≥fa时，电缆夹有重度卡阻，采煤机立即停止运行并报警；

当fs＜f(t)时，电缆夹出现异常、立即停止运行并报警。

所述的公式1为：

m(t)为拖带质量，拖带质量由公式2计算确定；

公式2：

t为从开始时间为起始的行走时间，秒；

g 为重力加速度常数，9.81；

a

关于公式2，其中的L为电缆拖拽的长度，它是与采煤机行走的速度和以开始时间为起始的行走时间t相关联，作为拖拽，采煤机在返回到原始位置时，其电缆长度为“0”，因此，此时的时间t应该为起点、即为“0”，所以每次回到原始起点，时间寄存器清“0”。

因此：所述在采煤机采煤行走过程中确定所产生的拖带力f(t)是：在采煤机往复循环中拖带的电缆从原点开始作为时间起始 “0” 点，随采煤机行进，间隔时间通过公式1获取拖带力f(t)，将获取的拖带力f(t)放入预先设置的f(t)寄存器，所述拉力值fs与拖带力f(t)进行比较是所述fs与f(t)寄存器中的f(t)进行比较；其中，所述间隔时间是每间隔1秒通过公式1获取拖带力f(t)。

其中：所述拖带力包括匀速拖带力和加速度拖带力；所述匀速拖带力是从加速度a

公式3：

所述加速度拖带力是从加速度a

公式4：

在采煤机行向前行走的过程中，如图3所示：销轴式拉力传感器柱轴7将对电缆夹的拉力值实时经信号处理控制板9处理后传给安装在采煤机控制系统的采煤机控制器10。采煤机控制器内存有设定好的采煤机运行加速度a

为求得f(t)的计算公式，如图2所示，首先将采煤机拖拽运行的简化为由A、B、C点组成的直角三角形运行物理模型。由于拖拽装置是与采煤机连接，因此拖拽电缆夹的速度和加速度与采煤机的运行速度和加速度相同。我们可以将电缆夹在电缆槽中的运行简化为如图2所示的三角形A-B斜面上物体m的运动模型，为计算出上述f(t)的计算公式1，做如下假设：

1、采煤机所运行的采煤工作面倾角为θ；

2、采煤机做匀速运动时，其速度为v，做加速运动时加速度为a

3、拖拽电缆夹在电缆槽中运行时，电缆夹与电缆夹之间，电缆夹与电缆槽之间的动摩擦系数视为相等，同为μ；

4、电缆夹的线密度为λ（忽略夹子的重量，只考虑电缆的重量）；

5、采煤机在工作面做循环周期运行，运行至两端头最远端时，触及行程开关，速度降为0，并即将反向运动的时刻，计时清零。

6、在倾角θ在常见范围内，电缆夹受拖拽牵引而跟随采煤机运动，此时其运动速度v和运动加速度a

计算通过实时监测传感器的受力值来控制采煤机是否加速、减速。当采煤机拖拽的供电电缆夹受力小于拉力警戒值时，采煤机控制系统可正常调整采煤机运行速度；当拖拽的供电电缆夹遇到卡滞而拉力继续增大到拉力警戒值时，采煤机控制系统降低采煤机运行速度至低速，并继续监测拉力值是否继续增大；当拖拽的供电电缆夹受到的拉力迅速增大至拉力保护阈值时，采煤机控制系统将停止行走的指令发给采煤机变频器，控制采煤机停机并显示故障信息。

实施例通过实时监测采煤机拖缆装置受力情况，通过计算比较，判定拖拽的电缆夹运行是否正常，采煤机控制系统根据判断结果执行采煤机的加减速，保证采煤机安全智能运行。