一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机及其工作方法技术

本发明专利技术涉及一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机及其工作方法，属于煤岩截割识别技术领域，装置包括采煤机主体、截割部、辅助截割装置，采煤机主体通过摇臂控制截割部的高度，截割部包括螺旋叶片和截割滚筒，用于截割作业。辅助截割装置设置在摇臂上，通过旋转支架、旋转机械臂、截割支架、伸缩支架的配合使识别装置对煤岩边界进行切割判断，通过识别装置采集的数据判断截割部的升降操作，适用于工况复杂的井下采煤作业，识别率更高，更准确，稳定性高，可以大大改善工人工作环境，同时提高采煤效率。

A Fully Automatic Shearer with Coal and Rock Recognition Function and Its Working Method

The invention relates to a fully automatic shearer with coal and rock identification function and its working method, belonging to the technical field of coal and rock cutting identification. The device comprises a shearer main body, a cutting part and an auxiliary cutting device. The shearer main body controls the height of the cutting part through a rocker arm. The cutting part includes a helical blade and a cutting drum for cutting operation. Auxiliary cutting device is set on rocker arm. Through the cooperation of rotating bracket, rotating manipulator arm, cutting bracket and telescopic bracket, the recognition device can cut and judge the coal-rock boundary. Through the data collected by the identification device, the lifting operation of cutting section can be judged. It is suitable for complicated underground coal mining operation with higher recognition rate, more accurate and higher stability. It can greatly improve the worker's labor. At the same time, the working environment can improve the mining efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机及其工作方法
本专利技术涉及一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机及其工作方法，属于煤岩截割识别

技术介绍
我国煤炭需求量在总的能源中占比达到将近70％，可见煤炭消费在我国能源消耗中为主力军。目前我国煤炭开采仍未实现自动化开采，特别是在煤岩识别方面，因此导致效率低下，迫切需要一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机。具有煤岩识别的采煤机，主要应用在煤岩分界线非规则形状和无明确分界线的采煤工况中。煤岩识别的工作原理是通过锯片试切煤层得到锯片的受力情况，通过对力的分析得出所切煤层是否含有岩石，从而进行识别。目前煤岩识别的主要手段有红外探测和截割滚筒振动特性分析，红外探测方式对工作环境要求相对较高，截割滚筒识别率高稳定性好但是无法提前识别煤岩层，对非规则煤岩层无法满足要求，采煤效率低下。锯片试切煤岩识别装置可以改变锯片的位置和试切深度，可以提前在截割滚筒截割煤层时预知未截割位置是否为岩石，并将截割受力数据发送到控制台，待系统程序处理后，发出命令给液压系统，从而对截割滚筒高度进行调节，避免截割到岩石，导致煤岩混杂在一起。理论上锯片数量越多采集的数据越多，从而识别率会更高更准确，但是锯片数量的增加会加大识别装置的受力，从而增加其结构的复杂性和体积，同时系统处理数据的负担也会加重，从而导致整个系统反应过慢或识别错误等问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机，在不改变原有截割滚筒结构的基础上，增加辅助识别装置提前进行煤岩识别，提前识别煤岩分界线，并为调整截割滚筒高度留有一定反应时间，从而保证煤岩识别准确率和稳定性，进而实现采煤过程的自动化，提高采煤效率，改善工人工作环境。本专利技术的技术方案如下：一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机，包括采煤机主体、截割部、辅助截割装置，采煤机主体两端设有摇臂，摇臂通过摇臂液压缸与采煤机主体相连，摇臂上部设有截割部，截割部包括螺旋叶片和截割滚筒，螺旋叶片与截割滚筒相连，螺旋叶片通过截割滚筒与摇臂一端相连，螺旋叶片边缘设有截齿；辅助截割装置包括两个旋转支架、三个旋转机械臂、一个截割支架、一个伸缩支架，旋转支架Ⅱ的一端通过旋转机械臂Ⅰ与摇臂相连；旋转支架Ⅱ上设有第一伸缩液压缸，第一伸缩液压缸的伸出端连接有伸缩支架，伸缩支架通过旋转机械臂Ⅱ与旋转支架Ⅰ相连，旋转支架Ⅰ通过旋转机械臂Ⅲ与截割支架相连；截割支架上设有识别装置，识别装置包括减速筒和锯片，减速筒内设有电机，电机与锯片相连，电机末端设有力传感器；三个旋转机械臂具有旋转功能带动旋转支架Ⅱ进行旋转，通过旋转支架Ⅱ的旋转和第一伸缩液压缸的伸缩带动伸缩支架移动和转动，旋转机械臂Ⅱ带动旋转支架Ⅰ旋转为识别装置调整位置，旋转机械臂Ⅲ控制截割支架的旋转对截割装置进行角度的调整；采煤机主体上设有工控机和DSP控制器，截割部、摇臂液压缸、旋转机械臂Ⅰ、旋转机械臂Ⅱ、旋转机械臂Ⅲ均与工控机相连，识别装置与DSP控制器相连。优选的，旋转支架Ⅱ上设有导杆，伸缩支架上设有通孔，伸缩支架通过通孔与导杆匹配连接。通过第一伸缩液压缸的伸缩，带动伸缩支架沿导杆进行直线运动，导杆用于提供运动路线并减少第一伸缩液压缸的承载压力。优选的，截割支架上设有第二伸缩液压缸和导轨，第二伸缩液压缸的输出端与识别装置相连，识别装置设于导轨上。第二伸缩液压缸控制识别装置在导轨上的伸缩。进一步优选的，导轨上设有限位开关。限位开关防止第二伸缩液压缸过渡伸缩导致识别装置脱轨。识别装置在第二伸缩液压缸的带动下沿截割支架底部导轨运动进行伸缩，在缩进时有限位开关进行位置保护。优选的，截齿通过截齿底座设于螺旋叶片上，截齿底座焊接在螺旋叶片上，螺旋叶片焊接在滚筒上。截齿固定在截齿底座上，便于截齿和螺旋叶片独立更换。优选的，采煤机主体通过铰接螺柱与主体支架相连。优选的，减速筒内电机通过齿轮与锯片相连，齿轮包括输出齿轮和锯片齿轮，输出齿轮与电机输出轴相连，锯片齿轮通过轴与锯片相连。经过两层齿轮可进行变速。优选的，锯片下方设有锯片防护罩，锯片防护罩为扇形罩。为防止截割时碎石飞溅，保证安全性。进一步优选的，锯片防护罩上设有高压喷嘴，高压喷嘴连接水枪。为防止锯片截割时温度过高，加装了高压喷嘴进行降温。优选的，锯片为圆形锯片，按圆周方向等距设有六个缺口处。以增加切割效果。优选的，采煤机主体上设有人工紧急控制装置，人工紧急控制装置用于人工制动整个采煤机的作业。一种利用上述具有煤岩识别功能的全自动采煤机的工作方法，包括步骤如下：通过提前人工输入参数设置好辅助截割装置的高度来控制提前识别的时间，采煤机开始工作，对煤层进行截割；当截割至靠近煤岩分界面时，辅助截割装置开始工作，锯片转动切割，由辅助截割装置上的力传感器采集截割力数据，并传输到DSP控制器经DSP控制器进行数据处理，根据力传感器采集的数据判断当前属于岩层还是煤层：若是煤层，各部件位置和高度保持不变，继续行进采煤直至完成本轮截割，然后工控机调整摇臂高度提升截割部高度开始下一轮截割；若是岩层，通过工控机发出指令给摇臂液压缸，进而降低截割滚筒高度，从而降低整个截割部高度，避免截割岩石。DSP控制器判断采集数据后发出动作指令到工控机，然后由工控机控制调高控制器，调高控制器对截割滚筒高度进行调整，同时辅助截割装置对截割力进行收集，便于下一轮数据处理，调整截割滚筒高度，为了便于安全，同时有专门的人工紧急控制模块用于紧急停车，以及限位开关防止截割部脱轨。在采煤机截割的过程中，锯片并非一直处于工作状态，工作触发条件由人为提前预设参数决定，即在进行最后一次截割(靠近煤岩分界面)时触发。优选的，力传感器采集截割力数据的采集频率为每两秒采集一次。本专利技术的有益效果在于：利用本专利技术的技术方案具有煤岩识别装置的全自动采煤机应用在工况复杂的井下采煤，特别是煤岩分界线不规则的情况下，采用此采煤机可以大大改善工人工作环境，同时提高采煤效率，由于识别和截割同时进行，通过识别数据对截割滚筒高度进行实时调整，可以及时调整截割滚筒高度，即避免了过采(将岩石和煤矿一起采掘)又避免了浪费将煤层预留太多。本专利技术采用机械结构识别煤岩，稳定性高。识别装置位置可随意调节，可适用多种工况。采用锯片进行试切与传统试切滚筒相比，识别率更高，更准确。通过调节识别装置位置可调节滚筒升降反应时间大小。整个采煤过程(煤岩识别，滚筒高度调整等)无需人为干预，提高了工作效率。附图说明图1为本专利技术具有煤岩识别功能的全自动采煤机的工作流程示意图；图2为本专利技术采煤机前视图；图3为本专利技术采煤机斜视图；图4为摇臂细节结构图；图5-1为截割支架俯视示意图；图5-2为图5-1中C处放大图；图5-3为图5-1中B-B向截面示意图；图6为辅助截割装置结构立体图；图7为识别装置内部结构俯视示意图；图8为辅助截割装置结构前视图；图9-1为锯片结构图；图9-2为图9-1中A-A向示意图；其中：1-截齿；2-螺旋叶片；3-锯片；4-截割滚筒；5-导轨；6-旋转机械臂；7-旋转支架Ⅰ；8-截齿底座；9-变速箱壳体；10-摇臂；11-采煤机主体；12-工控机；13-人工紧急控制装置；14-摇臂液压缸；15-主体支架；16-锯片防护罩；17-铰接螺柱；18-限位开关；19-旋转支架本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其特征在于，包括采煤机主体、截割部、辅助截割装置，采煤机主体两端设有摇臂，摇臂通过摇臂液压缸与采煤机主体相连，摇臂上部设有截割部，截割部包括螺旋叶片和截割滚筒，螺旋叶片与截割滚筒相连，螺旋叶片通过截割滚筒与摇臂一端相连，螺旋叶片边缘设有截齿；辅助截割装置包括两个旋转支架、三个旋转机械臂、一个截割支架、一个伸缩支架，旋转支架Ⅱ的一端通过旋转机械臂Ⅰ与摇臂相连；旋转支架Ⅱ上设有第一伸缩液压缸，第一伸缩液压缸的伸出端连接有伸缩支架，伸缩支架通过旋转机械臂Ⅱ与旋转支架Ⅰ相连，旋转支架Ⅰ通过旋转机械臂Ⅲ与截割支架相连；截割支架上设有识别装置，识别装置包括减速筒和锯片，减速筒内设有电机，电机与锯片相连，电机末端设有力传感器；采煤机主体上设有工控机和DSP控制器，截割部、摇臂液压缸、旋转机械臂Ⅰ、旋转机械臂Ⅱ、旋转机械臂Ⅲ均与工控机相连，识别装置与DSP控制器相连。

【技术特征摘要】
1.一种具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其特征在于，包括采煤机主体、截割部、辅助截割装置，采煤机主体两端设有摇臂，摇臂通过摇臂液压缸与采煤机主体相连，摇臂上部设有截割部，截割部包括螺旋叶片和截割滚筒，螺旋叶片与截割滚筒相连，螺旋叶片通过截割滚筒与摇臂一端相连，螺旋叶片边缘设有截齿；辅助截割装置包括两个旋转支架、三个旋转机械臂、一个截割支架、一个伸缩支架，旋转支架Ⅱ的一端通过旋转机械臂Ⅰ与摇臂相连；旋转支架Ⅱ上设有第一伸缩液压缸，第一伸缩液压缸的伸出端连接有伸缩支架，伸缩支架通过旋转机械臂Ⅱ与旋转支架Ⅰ相连，旋转支架Ⅰ通过旋转机械臂Ⅲ与截割支架相连；截割支架上设有识别装置，识别装置包括减速筒和锯片，减速筒内设有电机，电机与锯片相连，电机末端设有力传感器；采煤机主体上设有工控机和DSP控制器，截割部、摇臂液压缸、旋转机械臂Ⅰ、旋转机械臂Ⅱ、旋转机械臂Ⅲ均与工控机相连，识别装置与DSP控制器相连。2.根据权利要求1所述的具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其特征在于，旋转支架Ⅱ上设有导杆，伸缩支架上设有通孔，伸缩支架通过通孔与导杆匹配连接。3.根据权利要求1所述的具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其特征在于，截割支架上设有第二伸缩液压缸和导轨，第二伸缩液压缸的输出端与识别装置相连，识别装置设于导轨上；优选的，导轨上设有限位开关。4.根据权利要求1所述的具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其特征在于，截齿通过截齿底座设于螺旋叶片上，截齿底座焊接在螺旋叶片上，螺旋叶片焊接在截割滚筒上。5.根据权利要求1所述的具有煤岩识别功能的全自动采煤机，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：万丽荣，高冠顺，逯振国，王志文，李旭，姜考，宋克楠，杨春祥，张晓迪，吴鹏，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37