智能监测和自动调节截割头转速的折臂式掘进的制造方法
【专利摘要】本发明公开了智能监测和自动调节截割头转速的折臂式掘进机，它包括工作臂、输送机构（11）、电气系统（10）、液压系统（5）、行走机构（8）和车体（7），工作臂包括截割头（1）、喷雾架（2）和大臂（4），工作臂一端与车体活动相连，截割头上分别设置有用于瓦斯、粉尘和位移监测的传感器，液压系统的管路上设置有温度和压力传感器，传感器通过光纤光缆将传感器监测数据传输到网上，从而实现实时在线监测和远程遥控，自动调整切割头转速，减少进刀量，保证掘进机安全掘进作业；当遇到超出截割硬度时，减少掘进速度，当遇到较松软的全煤时，自动加大切割头的转速并增加进刀量，既能确保掘进效率，降低设备损害，又可确保施工安全。
【专利说明】智能监测和自动调节截割头转速的折臂式掘进机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种悬臂式掘进机，尤其是涉及一种能智能监测工作环境，并自动调节截割头转速和控制进刀量，且工作臂能进行挖掘作业的折臂式掘进机。
【背景技术】
[0002]在十二五期间，全国煤矿兼并重组步阀加快，从安全出发，国家已强制推行采煤机械化。掘进机已广泛用于煤矿、非煤矿山、铁路隧道、水电工程等巷道的掘进施工。随着我国煤矿资源整合，煤矿企业集团化发展，煤矿采掘规模扩大，对机械化施工程度越来越高，随着安全生产越来越严，人们对采掘设备智能化、自动化程度要求越来越高，迫切需要在线环境监测预警设备。
[0003]目前使用的悬臂式掘进机，大多是由切割机构(直臂式)、装运机构、履带行走机构、液压系统、电气系统和除尘喷雾系统等组成的传统型。工作时主要是靠操作人员现场操作设备进行巷道的掘进施工，由于矿井的地质条件复杂，而设备上没有集成在线环境智能监测系统，难以对瓦斯突出、冲击地压、顶板脱落、透水等情况进行探测并及时作出快速反应，所以安全事故时有发生。又由于其工作臂是直臂式结构，操作不灵活，掘进时存在收料不方便等缺陷。因此传统掘进机存在安全性不高，作业效率低等缺陷。
[0004]另一方面，截割头作为掘进机的关键部件和主要工作机构，承担着巷道掘进的主要任务，它消耗的功率占掘进机总装机功率的60%以上，并且掘进机的生产能力、比能耗、工作时的负载状况、截齿的受力情况、粉尘量、工作平稳性、可靠性等多项重要性能指标都与旋转截割头有着密切的关系，其性能好坏决定着掘进机的工作性能和生产效率。同时，掘进机技术水平的高低还体现在控制和监测方面，要实现掘进机截割时的精确控制，必须对掘进机旋转截割头的截割过程进行监测，特别是截割到含有复杂岩体界面(顶底板、夹矸煤层和含小断层煤层)时的载荷变化特征。只有了解载荷的变化过程，才能实现对掘进机进行远程控制，进而实现自动调整以进行有效截割。特别是随着掘进形势的多样化和复杂化，掘进机旋转截割头的截割条件也变得更加恶劣，对其截割性能、可靠性提出了更高的要求，只有实现掘进机截割过程的实时监测和安全预警，才能实现高效掘进的自动化。
[0005]掘进机在实际使用时，由于缺乏有效的监测手段，目前掘进机故障的诊断主要依赖现场经验。而应用有关理论、先进的测试手段建立起故障与征兆之间的对应关系，对故障机理进行研究和故障溯源是还未解决的难题。
【发明内容】
[0006]针对上述现有掘进机在掘进施工中存在的技术问题，本发明提供了一种能智能监测和自动调节截割头转速，并控制进刀量的挖掘式掘进机。
[0007]本明要解决的技术问题所采取的技术方案是:所述智能监测和自动调节截割 头转速的折臂式掘进机包括工作臂、输送机构、操作机构、电气系统、液压系统、行走机
构和车体，所述输送机构包括铲板部，所述工作臂包括截割头、喷雾架、小臂和大臂，所述工作臂一端与车体活动相连，所述截割头上分别设置有用于瓦斯、粉尘和位移监测的传感器，所述液压系统的管路上设置有温度和压力传感器、所述传感器通过光纤光缆将传感器监测数据传输到通讯分站，经计算机处理后再传输到网上，从而实现实时在线监测和远程遥控。
[0008]本发明将工作臂分成二节并用销轴铰接，从而可通过液压油缸控制工作臂的前端(第一节)伸直和折弯。
[0009]本发明工作时可对设备的工作环境进行实时在线监测，将探测到的各种工作环境参数进行判断并处理，能实现对掘进机进行远程控制。如当遇到含有复杂岩体界面(顶底板、夹矸煤层和含小断层煤层等)时，截齿的受力加大，截割时的载荷特征变化明显，监测系统会及时将信息传输给控制系统，从而自动调整切割头的转速，并减少进刀量，以保证掘进机安全地进行掘进作业；当遇到明显超出截割硬度时，控制系统会自动减少掘进速度直至停止截割作业，这样可保证设备的安全；当遇到较松软的全煤时，截齿的受力较小，则会自动加大切割头的转速，并增加进刀量，这样掘进机能高效率地进行快速掘进作业。
[0010]只有了解载荷的变化过程，才能实现对掘进机的远程控制，进而实现截割头作业参数的自动调整以进行有效截割。随着掘进形势的多样化和复杂化，掘进机旋转截割头的截割条件也变得更加恶劣，对其截割性能、可靠性提出了更高的要求，只有实现掘进机截割过程实时监测，才能提高掘进效率，并对采集到的危险信号作出安全预警，确保安全生产。
[0011]本发明所具有的特点:
I)针对截割头恶劣的工作环境，采用适用于严酷服役环境的应变、加速度等传感器或装置，在截割头上多点设置，实现包括瓦斯、温度、压力、粉尘、位移等环境参数信号的实时采集，通过光纤光缆将各种数据传输到通讯分站，经计算机处理后再传输到网上，实现实时在线监测和远程遥控。所采用的光纤光缆抗干扰能力强，传送信息量大，且是防爆型的，完全能适合煤矿使用。
[0012]2)为解决旋转截割头测量困难的难点，研制适合掘进机的旋转截割头多传感信号的非接触传输装置，扩大传感测量范围和种类，保证长期测量精度和稳定性的提高，实现动态测量、在线测量、长期连续测量、多信息融合的测量方式，实现截割头作用力非接触测量，实现极端工况条件下旋转截割头在线监测技术的突破，大大提高掘进机的技术水平、工作可靠性及安全性。
[0013]3)至于自动调整截割头转速和进刀量，主要是通过将截割头上采集到的压力和温度等信号，经控制系统进行分析处理后，作出加大、减小或关闭截割头相关控制阀芯开口度的指令，由液压系统的流量大小对截割头马达和工作油缸进行转速和进刀量的控制。
[0014]4)工作臂是直臂式的掘进机，工作时整个截割机构只能进行上下和左右二个方向的摆动，不能满足产品在巷道施工时边掘进边收集并转运煤岩的工况。本发明采用的是折臂式工作臂，即将工作臂分成二节，用销轴铰接连接，通过液压油缸控制其伸直和折弯，即工作时能进行挖掘式作业，这样在工作时可以根据需要随时将截割下来的煤岩进行收集到铲板部上，再通过装运机构输送到机器后部并再次转运，作业效率会明显提高。
[0015]本发明通过工作机构上截割头上的各种非接触传感器，可在工作中实时监测到各种工作环境参数，
本发明提供了一种能智能监测和自动调节截割头转速，并控制进刀量的挖掘式掘进机。工作时可对设备的工作环境进行实时在线监测，将探测到的各种进行判断并处理，能实现对掘进机进行远程控制。如当遇到含有复杂岩体界面(顶底板、夹矸煤层和含小断层煤层等)时，截齿的受力加大，截割时的载荷特征变化明显，监测系统会及时将信息传输给控制系统，从而自动调整切割头的转速，并减少进刀量，以保证掘进机安全地进行掘进作业；当遇到明显超出截割硬度时，控制系统会自动减少掘进速度直至停止截割作业，这样可保证设备的安全；当遇到较松软的全煤时，截齿的受力较小，则会自动加大切割头的转速，并增加进刀量，这样掘进机能高效率地进行快速掘进作业。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明的折臂式掘进机的主视结构示意图，
图2是本发明的折臂式掘进机的俯视结构示意图
图3是本发明的电器原理图。
[0017]在图中，1、截割头2、喷雾架3、小臂4、大臂5、液压系统6、铲板部7、车体8、行走机构9、操纵机构10、电气系统11、输送机构12、铰轴13、交流电机14、磁力启动电路15、操作控制电路16、电铃17、灯18、液压油缸19、铰板。
【具体实施方式】
[0018]在图1和图2中，所述智能监测和自动调节截割头转速的折臂式掘进机包括工作臂、输送机构11、操作机构9、电气系统10、液压系统5、行走机构8和车体7,所述输送机构包括铲板部6，所述工作臂包括截割头1、喷雾架2、小臂3和大臂4，所述工作臂一端与车体7活动相连，所述截割头包括切割部和用于驱动切割头旋转工作的动力部，所述动力部上分别设置有用于瓦斯、粉尘和位移监测的传感器，所述用于瓦斯、粉尘和位移监测的传感器为光纤传感器，所述光纤传感器通过光纤光缆将传感器监测数据传输到通讯分站，经计算机处理后再传输到网上，从而实现实时在线监测和远程遥控。所述液压系统的管路上设置有温度传感器和压力传感器，所述工作臂分成两节，两节之间用铰轴12和铰板19活动相连，从而可通过液压油缸18控制工作臂的前部(第一节)伸直和折弯，铰轴通过铰板19相连，所述铰板呈圆弧形，铰板一端与液压油缸的活塞相连、铰板另一端与小臂活动相连。
[0019]在图3中，本发明的电器原理路为现有技术中常用的电路原理图，它包括与交流电源13相连的磁力启动电路14以及操作控制电路15，所述操作控制电路上设置有电铃16和灯17。
【权利要求】
1.智能监测和自动调节截割头转速的折臂式掘进机，它包括工作臂、输送机构(11)、操作机构(9)、电气系统(10)、液压系统(5)、行走机构(8)和车体(7)，所述输送机构包括铲板部(6)，所述工作臂包括截割头(I)、喷雾架(2)、小臂(3)和大臂(4)，所述工作臂一端与车体活动相连，其特征是:所述截割头上分别设置有用于瓦斯、粉尘和位移监测的传感器，所述液压系统的管路上设置有温度传感器和压力传感器、所述传感器通过光纤光缆将传感器监测数据传输到通讯分站，经计算机处理后再传输到网上，从而实现实时在线监测和远程遥控。
2.根据权利要求1所述的智能监测和自动调节截割头转速的折臂式掘进机，其特征是:所述工作臂分成两节并通过铰轴(12)和铰板(19)活动相连。
【文档编号】E21C25/06GK103628872SQ201310649138
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】李杨, 龚良发, 李凯, 陈振华 申请人:江西华煤重装有限公司