一种井下气动单轨吊车及其智能化控制系统

技术领域

本发明属于单轨吊车领域，涉及智能控制技术，具体是一种井下气动单轨吊车及其智能化控制系统。

背景技术

单轨吊车是一种井下运输设备，可以在煤矿等矿井下进行物料运输和人员运输，相比传统的轨道运输方式，单轨吊车具有结构简单、运行灵活、维护方便等优点，因此被广泛应用于井下运输作业中。

现有技术中的单轨吊车无法在运行时对其运行稳定性进行监控，同时无法根据稳定性监测参数对单轨吊车的运行特征进行分析，然后结合运行特征对单轨吊车进行针对性的优化，导致单轨吊车的运行稳定性无法得到提升，在井下运行时存在一定的安全隐患。

针对上述技术问题，本申请提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井下气动单轨吊车及其智能化控制系统，用于解决现有技术中的单轨吊车无法在运行时对其运行稳定性进行监控的问题；

本发明需要解决的技术问题为：如何提供一种可以在运行时对其运行稳定性进行监控的井下气动单轨吊车及其智能化控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种井下气动单轨吊车及其智能化控制系统，包括轨道、吊挂、高度调节机构、气动葫芦以及智能化控制系统；每节轨道均由工字钢及拖链托板组成，行走机构由气动马达与减速箱组成，减速箱的输出端与驱动轮连接，行走胶轮与轨道立板贴合并依靠摩擦传动，气动葫芦安装在行走机构下方；

所述智能化控制系统，包括处理器，所述处理器通信连接有稳定监测模块、运行分析模块、异常分析模块以及存储模块；

所述稳定监测模块用于对气动单轨吊车的运行稳定性进行监测分析并将起吊过程标记为稳定过程或波动过程；

所述运行分析模块用于对气动单轨吊车的运行状态进行监测分析并对气动单轨吊车的额定负载进行标记；

所述异常分析模块用于对气动单轨吊车的起吊异常影响因素进行检测分析。

作为本发明的一种优选实施方式，稳定监测模块用于对气动单轨吊车的运行稳定性进行监测分析的具体过程包括：在气动单轨吊车运行时将运行过程分割为起吊过程与输送过程，起吊过程为气动单轨吊车将货物吊起直至货物达到运输高度的过程，输送过程为货物达到运输高度之后通过气动单轨吊车将货物输送至目的地的过程，对起吊过程进行稳定分析：获取起吊过程的时长并将起吊过程的时长分割为若干个起吊时段，获取起吊时段内货物的高度上升值并标记为起吊时段的提升值，对所有起吊时段的提升值进行方差计算得到起吊过程的稳定系数，通过稳定系数将起吊过程标记为稳定过程或波动过程。

作为本发明的一种优选实施方式，将起吊过程标记为稳定过程或波动过程的具体过程包括：通过存储模块获取到稳定阈值，将稳定系数与稳定阈值进行比较：若稳定系数小于稳定阈值，则判定起吊过程的稳定性满足要求，将对应的起吊过程标记为稳定过程；若稳定系数大于等于稳定阈值，则判定起吊过程的稳定性不满足要求，将对应的起吊过程标记为波动过程。

作为本发明的一种优选实施方式，运行分析模块对气动单轨吊车的运行状态进行监测分析的具体过程包括：生成运行周期，将运行周期内波动过程的数量与稳定过程的数量的比值标记为运行周期的波动系数，通过存储模块获取到波动阈值，将波动系数与波动阈值进行比较：若波动系数小于波动阈值，则判定气动单轨吊车在运行周期内的起吊运行状态满足要求；若波动系数大于等于波动阈值，则判定气动单轨吊车在运行周期内的起吊状态不满足要求，对运行周期进行优化分析：将运行周期内起吊过程对应的货物重量值标记为起吊过程的起吊值，由所有稳定过程的起吊值构成稳定集合，由所有波动过程的起吊值构成波动集合，将波动集合中的最小元素与稳定集合中的最大元素分别标记为波小值与稳大值，将波小值与稳大值进行比较并通过比较结果对气动单轨吊车的额定负载进行标记。

作为本发明的一种优选实施方式，将波小值与稳大值进行比较的具体过程包括：若波小值大于等于稳大值，则将稳大值标记为额定负载；若波小值小于稳大值，则将稳定集合内不小于波小值的元素数量与稳定集合的元素总数量的比值标记为波小系数，通过存储模块获取到波小阈值，将波小系数与波小阈值进行比较：若波小系数小于波小阈值，则将波小值标记为额定负载；若波小值大于等于波小阈值，则生成异常分析信号并将异常分析信号发送至处理器，处理器接收到异常分析信号后将异常分析信号发送至环境检测模块。

作为本发明的一种优选实施方式，异常分析模块对气动单轨吊车的起吊异常影响因素进行检测分析的具体过程包括：获取运行周期内的风速数据FS与体积数据TJ；通过对风速数据FS与体积数据TJ进行数值计算得到运行周期的外部系数WB；通过存储模块获取到外部阈值WBmax，将外部系数WB与外部阈值WBmax进行比较：若外部系数WB小于外部阈值WBmax，则生成吊丝检测信号并将吊丝检测信号发送至处理器，处理器接收到吊丝检测信号后将吊丝检测信号发送至管理人员的手机终端；若外部系数WB大于等于外部阈值WBmax，则生成外部优化信号并将外部优化信号发送至处理器，处理器接收到外部优化信号后将外部优化信号发送至管理人员的手机终端。

作为本发明的一种优选实施方式，风速数据FS的获取过程包括：获取起吊过程的井下风速值，将井下风速值不小于预设风速阈值的起吊过程标记为风速影响过程，将风速影响过程的数量标记为风速数据FS，体积数据TJ的获取过程包括：获取起吊过程的货物体积值，将货物体积值不小于预设体积阈值的起吊过程标记为体积影响过程，将体积影响过程的数量标记为体积数据TJ。

作为本发明的一种优选实施方式，该井下气动单轨吊车及其智能化控制系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤一：对气动单轨吊车的运行稳定性进行监测分析：在气动单轨吊车运行时将运行过程分割为起吊过程与输送过程，对起吊过程进行稳定分析并得到起吊过程的稳定系数，通过稳定系数将起吊过程标记为稳定过程或波动过程；

步骤二：对气动单轨吊车的运行状态进行监测分析：生成运行周期，将运行周期内波动过程的数量与稳定过程的数量的比值标记为运行周期的波动系数，通过波动系数对气动单轨吊车在运行周期内的起吊运行状态是否满足要求进行判定，并在不满足要求时对额定负载进行标记；

步骤三：对气动单轨吊车的起吊异常影响因素进行检测分析：获取运行周期内的风速数据FS与体积数据TJ并进行数值计算得到外部系数WB，通过外部系数WB生成吊丝检测信号或外部优化信号并发送至处理器。

本发明具备下述有益效果：

1、由于驱动力和负能力远超普通单轨吊，因此在坡度较大的煤矿井工条件下，移运高质量的大物件时不会出现因驱动力不足，造成驱动轮打滑，从而无法工作的现象，并且杜绝了在此情形下，因人工频繁开闭设备，形成顿挫，致使负载物左右摆动导致的现场安全隐患；由于使用的动力源为矿井压缩空气，相较于柴油单轨吊使用的油脂类动力源，更为洁净、环保。在采掘工作面迎头及装配碉室等有限且相对密闭的空间内，无重污染性的尾气排出，可最大限度的保障同区域内工作人员的身体健康和视力范围；

2、通过稳定监测模块可以对气动单轨吊车的运行稳定性进行监测分析，对气动单轨吊车的起吊过程进行标记，然后对不同时间段起吊过程中的货物上升高度进行分析得到稳定系数，根据稳定系数对起吊过程的货物提升稳定性进行反馈；

3、通过运行分析模块可以对运行周期内的气动单轨吊车的运行状态进行监测分析，对运行周期内波动过程的数量占比得到波动系数，然后根据波动系数对气动单轨吊车的整体稳定性进行反馈，在整体稳定性不合格时通过优化分析对下一运行周期的额定负载进行调节；

4、通过异常分析模块可以对气动单轨吊车的起吊异常影响因素进行监测分析，通过对运行周期内的外部影响参数进行采集与分析得到外部系数，根据外部系数对气动单轨吊车的运行优化方向进行标记。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一的系统框图；

图2为本发明实施例二的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

一种井下气动单轨吊车，包括轨道、吊挂、高度调节机构、气动葫芦以及智能化控制系统；每节轨道均由工字钢及拖链托板组成，行走机构由气动马达、减速箱等部分组成，减速箱的输出端与驱动轮连接，行走胶轮与轨道立板贴合并依靠摩擦传动，气动葫芦安装在行走机构下方，整机用高度可调节的吊挂装置吊挂于巷道顶板上的十字梁或锚杆、U型棚；由于驱动力和负能力远超普通单轨吊，因此在坡度较大的煤矿井工条件下，移运高质量的大物件时不会出现因驱动力不足，造成驱动轮打滑，从而无法工作的现象。并且杜绝了在此情形下，因人工频繁开闭设备，形成顿挫，致使负载物左右摆动导致的现场安全隐患；同时由于使用的动力源为矿井压缩空气，相较于柴油单轨吊使用的油脂类动力源，更为洁净、环保，在采掘工作面迎头及装配碉室等有限且相对密闭的空间内，无重污染性的尾气排出，可最大限度的保障同区域内工作人员的身体健康和视力范围。

如图1所示，一种井下气动单轨吊车的智能化控制系统，包括处理器，处理器通信连接有稳定监测模块、运行分析模块、异常分析模块以及存储模块。

稳定监测模块用于对气动单轨吊车的运行稳定性进行监测分析：在气动单轨吊车运行时将运行过程分割为起吊过程与输送过程，起吊过程为气动单轨吊车将货物吊起直至货物达到运输高度的过程，输送过程为货物达到运输高度之后通过气动单轨吊车将货物输送至目的地的过程，对起吊过程进行稳定分析：获取起吊过程的时长并将起吊过程的时长分割为若干个起吊时段，获取起吊时段内货物的高度上升值并标记为起吊时段的提升值，对所有起吊时段的提升值进行方差计算得到起吊过程的稳定系数，通过存储模块获取到稳定阈值，将稳定系数与稳定阈值进行比较：若稳定系数小于稳定阈值，则判定起吊过程的稳定性满足要求，将对应的起吊过程标记为稳定过程；若稳定系数大于等于稳定阈值，则判定起吊过程的稳定性不满足要求，将对应的起吊过程标记为波动过程；对气动单轨吊车的运行稳定性进行监测分析，对气动单轨吊车的起吊过程进行标记，然后对不同时间段起吊过程中的货物上升高度进行分析得到稳定系数，根据稳定系数对起吊过程的货物提升稳定性进行反馈。

运行分析模块用于对气动单轨吊车的运行状态进行监测分析：生成运行周期，将运行周期内波动过程的数量与稳定过程的数量的比值标记为运行周期的波动系数，通过存储模块获取到波动阈值，将波动系数与波动阈值进行比较：若波动系数小于波动阈值，则判定气动单轨吊车在运行周期内的起吊运行状态满足要求；若波动系数大于等于波动阈值，则判定气动单轨吊车在运行周期内的起吊状态不满足要求，对运行周期进行优化分析：将运行周期内起吊过程对应的货物重量值标记为起吊过程的起吊值，由所有稳定过程的起吊值构成稳定集合，由所有波动过程的起吊值构成波动集合，将波动集合中的最小元素与稳定集合中的最大元素分别标记为波小值与稳大值，将波小值与稳大值进行比较：若波小值大于等于稳大值，则将稳大值标记为额定负载；若波小值小于稳大值，则将稳定集合内不小于波小值的元素数量与稳定集合的元素总数量的比值标记为波小系数，通过存储模块获取到波小阈值，将波小系数与波小阈值进行比较：若波小系数小于波小阈值，则将波小值标记为额定负载；若波小值大于等于波小阈值，则生成异常分析信号并将异常分析信号发送至处理器，处理器接收到异常分析信号后将异常分析信号发送至环境检测模块；对运行周期内的气动单轨吊车的运行状态进行监测分析，对运行周期内波动过程的数量占比得到波动系数，然后根据波动系数对气动单轨吊车的整体稳定性进行反馈，在整体稳定性不合格时通过优化分析对下一运行周期的额定负载进行调节。

异常分析模块用于对气动单轨吊车的起吊异常影响因素进行检测分析：获取运行周期内的风速数据FS与体积数据TJ，风速数据FS的获取过程包括：获取起吊过程的井下风速值，将井下风速值不小于预设风速阈值的起吊过程标记为风速影响过程，将风速影响过程的数量标记为风速数据FS，体积数据TJ的获取过程包括：获取起吊过程的货物体积值，将货物体积值不小于预设体积阈值的起吊过程标记为体积影响过程，将体积影响过程的数量标记为体积数据TJ；通过公式WB＝α1*FS+α2*TJ得到运行周期的外部系数WB，其中α1与α2均为比例系数，且α1＞α2＞1；通过存储模块获取到外部阈值WBmax，将外部系数WB与外部阈值WBmax进行比较：若外部系数WB小于外部阈值WBmax，则生成吊丝检测信号并将吊丝检测信号发送至处理器，处理器接收到吊丝检测信号后将吊丝检测信号发送至管理人员的手机终端；若外部系数WB大于等于外部阈值WBmax，则生成外部优化信号并将外部优化信号发送至处理器，处理器接收到外部优化信号后将外部优化信号发送至管理人员的手机终端；对气动单轨吊车的起吊异常影响因素进行监测分析，通过对运行周期内的外部影响参数进行采集与分析得到外部系数，根据外部系数对气动单轨吊车的运行优化方向进行标记。

实施例二

如图2所示，一种井下气动单轨吊车及其智能化控制方法，包括以下步骤：

步骤一：对气动单轨吊车的运行稳定性进行监测分析：在气动单轨吊车运行时将运行过程分割为起吊过程与输送过程，对起吊过程进行稳定分析并得到起吊过程的稳定系数，通过稳定系数将起吊过程标记为稳定过程或波动过程；

步骤二：对气动单轨吊车的运行状态进行监测分析：生成运行周期，将运行周期内波动过程的数量与稳定过程的数量的比值标记为运行周期的波动系数，通过波动系数对气动单轨吊车在运行周期内的起吊运行状态是否满足要求进行判定，并在不满足要求时对额定负载进行标记；

步骤三：对气动单轨吊车的起吊异常影响因素进行检测分析：获取运行周期内的风速数据FS与体积数据TJ并进行数值计算得到外部系数WB，通过外部系数WB生成吊丝检测信号或外部优化信号并发送至处理器。

一种井下气动单轨吊车及其智能化控制系统，工作时，在气动单轨吊车运行时将运行过程分割为起吊过程与输送过程，对起吊过程进行稳定分析并得到起吊过程的稳定系数，通过稳定系数将起吊过程标记为稳定过程或波动过程；生成运行周期，将运行周期内波动过程的数量与稳定过程的数量的比值标记为运行周期的波动系数，通过波动系数对气动单轨吊车在运行周期内的起吊运行状态是否满足要求进行判定，并在不满足要求时对额定负载进行标记；获取运行周期内的风速数据FS与体积数据TJ并进行数值计算得到外部系数WB，通过外部系数WB生成吊丝检测信号或外部优化信号并发送至处理器。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

上述公式均是采集大量数据进行软件模拟得出且选取与真实值接近的一个公式，公式中的系数是由本领域技术人员根据实际情况进行设置；如：公式WB＝α1*FS+α2*TJ；由本领域技术人员采集多组样本数据并对每一组样本数据设定对应的外部系数；将设定的外部系数和采集的样本数据代入公式，任意三个公式构成三元一次方程组，将计算得到的系数进行筛选并取均值，得到α1以及α2的取值分别为3.68和2.23；

系数的大小是为了将各个参数进行量化得到的一个具体的数值，便于后续比较，关于系数的大小，取决于样本数据的多少及本领域技术人员对每一组样本数据初步设定对应的外部系数；只要不影响参数与量化后数值的比例关系即可，如外部系数与风速数据的数值成正比。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。