一种采煤机采高监测方法与流程

1.本发明属于采煤机采高监测技术领域，具体涉及一种采煤机采高监测方法。


背景技术：

2.采煤机工作过程中，需实时对采煤机的挑顶和卧底量数据进行监测同步显示，以方便远程控制系统下发调整采高数据或现场工作人员根据结果及时对采煤机采高进行相应调整，在保证采煤进度和提高采煤效率的同时，能大幅减少停工时间及因采煤机采高卧底不合适对煤机造成的损伤。目前，采煤机采高监测常使用倾角传感器，但常规的倾角传感器需要进行双轴误差标定，即在安装时需要正反两次安装进行安装偏角的误差补偿，但采煤机安装环境较差，不利于标定工作的进行，也就不能保证倾角传感器的测量精度。此外，实际的采煤作业中，采煤工作面底面并不平整，采煤机滚筒的位置高度需要实时计算，但多数的采高计算方法计算量较大，使监测结果存在滞后的现象。因此，如何降低倾角传感器的安装标定难度、提高检测精度、降低计算量是现如今需要解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种采煤机采高监测方法，在倾角传感器安装前对其进行四位置标定，用得到的标定矩阵对安装好的倾角传感器的输出量进行两次标定补偿，第二次标定补偿采用构建虚拟z轴数据的方法进行标定补偿，使倾角传感器的输出结果精度更高，使用高精度的倾角传感器能够实现采煤机采高的精确监测，从而减少不合适的采高卧底量对采煤机的损伤，避免停工。
4.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种采煤机采高监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
5.步骤一、对i个倾角传感器进行四位置标定，获取i个倾角传感器各自的标定矩阵qi；i为倾角传感器的编号，i＝1,2,3；
6.步骤二、在采煤机上安装i个标定后的倾角传感器：
7.在采煤机的左摇臂上安装第一倾角传感器，在采煤机的右摇臂上安装第二倾角传感器，在采煤机的机身上安装第三倾角传感器；并建立初始坐标系oxyz，以机身中心位置作为坐标原点o，其x轴正向垂直于采煤工作面指向采空区，y轴正向垂直于x轴向右，z轴正向垂直向上；
8.步骤三、对当前时刻第一倾角传感器、第二倾角传感器和第三倾角传感器的输出值进行两次标定补偿，两次标定补偿的过程如下：
9.步骤301、采集当前时刻第一倾角传感器、第二倾角传感器和第三倾角传感器的x轴输出值exi0(t)和y轴输出值eyi0(t)，其中，t为当前时刻；
10.步骤302、利用标定矩阵qi对x轴输出值和y轴输出值进行初次标定补偿，根据公式
计算初次标定补偿后第i个倾角传感器的x轴输出值exi1(t)和y轴输出值eyi1(t)；
11.步骤303、根据公式计算初次标定补偿后第i个倾角传感器的横滚角和俯仰角θ
i1
(t)；
12.步骤304、根据公式计算第i个倾角传感器虚拟z轴的输出值ezi(t)；
13.步骤305、对x轴输出值和y轴输出值进行二次标定补偿，根据公式计算二次标定补偿后第i个倾角传感器的x轴输出值exi2(t)和y轴输出值eyi2(t)；
14.步骤306、根据公式计算二次标定补偿后第一倾角传感器、第二倾角传感器和第三倾角传感器的横滚角和俯仰角θ
i2
(t)，-90
°
＜θ
i2
(t)＜90
°
；
15.步骤四、根据步骤三中两次标定补偿后第i个倾角传感器的横滚角计算当前时刻采煤机左滚筒和右滚筒的采高：
16.当左滚筒截割底煤，右滚筒截割顶煤时，
17.根据公式计算当前时刻左滚筒最低点与工作面底面的距离h1(t)；其中，h0为左摇臂与机身的链接中心点到工作面底面的距离或右摇臂与机身的链接中心点到工作面底面的距离，l为左摇臂或右摇臂的长度，r为左滚筒的半径或右滚筒的半径；
18.根据公式计算当前时刻右滚筒最高点与工作面底面的距离h2(t)；
19.当左滚筒截割顶煤，右滚筒截割底煤时，
20.根据公式计算当前时刻左滚筒最高点与工作面底面的距离h3(t)；
21.根据公式计算当前时刻右滚筒最低点与工作面底面的距离h4(t)。
22.本发明与现有技术相比的优点为：在倾角传感器安装前对其进行四位置标定，用得到的标定矩阵对安装好的倾角传感器的输出量进行两次标定补偿，第二次标定补偿采用
构建虚拟z轴数据的方法进行标定补偿，使倾角传感器的输出结果精度更高，使用高精度的倾角传感器能够实现采煤机采高的精确监测，从而减少不合适的采高卧底量对采煤机的损伤，避免停工。
23.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
24.图1为本发明的方法流程框图。
25.图2为本发明的倾角传感器安装位置示意图。
26.附图标记说明:
27.1—第一倾角传感器；
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2—第二倾角传感器；
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3—第三倾角传感器；
28.4—左摇臂；
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5—右摇臂；
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6—机身；
29.7—左滚筒；
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8—右滚筒；
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9—工作面底面。
具体实施方式
30.如图1和图2所示，本发明的一种采煤机采高监测方法，包括以下步骤：
31.步骤一、对i个倾角传感器进行四位置标定，获取i个倾角传感器各自的标定矩阵qi；i为倾角传感器的编号，i＝1,2,3；
32.步骤二、在采煤机上安装i个标定后的倾角传感器：
33.在采煤机的左摇臂4上安装第一倾角传感器1，在采煤机的右摇臂5上安装第二倾角传感器2，在采煤机的机身6上安装第三倾角传感器3；并建立初始坐标系oxyz，以机身6中心位置作为坐标原点o，其x轴正向垂直于采煤工作面指向采空区，y轴正向垂直于x轴向右，z轴正向垂直向上；
34.步骤三、对当前时刻第一倾角传感器、第二倾角传感器和第三倾角传感器的输出值进行两次标定补偿，两次标定补偿的过程如下：
35.步骤301、采集当前时刻第一倾角传感器1、第二倾角传感器2和第三倾角传感器3的x轴输出值exi0(t)和y轴输出值eyi0(t)，其中，t为当前时刻；
36.步骤302、利用标定矩阵qi对x轴输出值和y轴输出值进行初次标定补偿，根据公式计算初次标定补偿后第i个倾角传感器的x轴输出值exi1(t)和y轴输出值eyi1(t)；
37.步骤303、根据公式计算初次标定补偿后第i个倾角传感器的横滚角和俯仰角θ
i1
(t)；
38.步骤304、根据公式计算第i个倾角传感器虚拟z轴的输出值ezi(t0；
39.步骤305、对x轴输出值和y轴输出值进行二次标定补偿，根据公式
计算二次标定补偿后第i个倾角传感器的x轴输出值exi2(t)和y轴输出值eyi2(t)；
40.步骤306、根据公式计算二次标定补偿后第一倾角传感器1、第二倾角传感器2和第三倾角传感器3的横滚角和俯仰角θ
i2
(t0，-90
°
＜θ
i2
(t0＜90
°
；
41.步骤四、根据步骤三中两次标定补偿后第i个倾角传感器的横滚角计算当前时刻采煤机左滚筒和右滚筒的采高：
42.当左滚筒7截割底煤，右滚筒8截割顶煤时，
43.根据公式计算当前时刻左滚筒7最低点与工作面底面的距离h1(t)；其中，h0为左摇臂4与机身6的链接中心点到工作面底面9的距离或右摇臂5与机身6的链接中心点到工作面底面9的距离，l为左摇臂4或右摇臂5的长度，r为左滚筒7的半径或右滚筒8的半径；
44.根据公式计算当前时刻右滚筒8最高点与工作面底面9的距离h2(t)；
45.当左滚筒7截割顶煤，右滚筒8截割底煤时，
46.根据公式计算当前时刻左滚筒7最高点与工作面底面9的距离h3(t)；
47.根据公式计算当前时刻右滚筒8最低点与工作面底面9的距离h4(t)。
48.本实施例中，步骤一的具体步骤为：
49.步骤101、定义所述倾角传感器的x轴为横滚轴，y轴为俯仰轴，将所述倾角传感器装于水平调平后的双轴转台上；
50.步骤102、旋转双轴转台使所述倾角传感器的x轴、y轴分别处于四个位置，其中定义y轴正向朝天为一号位置，将x轴、y轴在xoy平面内从一号位置绕原点o依次旋转90
°
分别得到二号位置、三号位置和四号位置，每个位置采集倾角传感器数据，并取数据的平均值分别得出第n号位置的x轴数据平均值xin及第n号位置的y轴数据平均值yin；
51.步骤103、根据公式xi0＝(xi2+xi4)/2，计算x轴数据零位xi0，根据公式yi0＝(yi1+yi3)/2，计算y轴的数据零位yi0；
52.步骤104、根据公式axin＝xin-xi0和ayin＝yin-y0计算x轴和y轴补偿零位后的数据；
53.步骤105、根据qi＝((x'*x)-1
*x'*y)'计算标定矩阵qi，其中
x'为x的转置矩阵，x-1
为x的求逆矩阵。
54.本实施例中，由于实际开采中工作面底面9并不平整，因此在采煤机的机身6上安装第三倾角传感器3，用于检测并反映工作面底面9的起伏状况，与第一倾角传感器1和第二倾角传感器2的检测结果结合，即能得到左摇臂4和右摇臂5相对于工作面底面9的真实摆臂角度，从而计算出左滚筒7和右滚筒8相对于工作面底面9的真实高度，以便采煤机采高量和卧底量的控制。
55.本实施例中，所述倾角传感器为双轴倾角传感器。
56.需要说明的是，在倾角传感器安装前对其进行四位置标定，用得到的标定矩阵对安装好的倾角传感器的输出量进行两次标定补偿，第二次标定补偿采用构建虚拟z轴数据的方法进行标定补偿，使倾角传感器的输出结果精度更高，使用高精度的倾角传感器能够实现采煤机采高的精确监测，从而减少不合适的采高卧底量对采煤机的损伤，避免停工。
57.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。