一种支撑式液压支架支护姿态监测及控制方法技术

本发明专利技术提供了一种支撑式液压支架支护姿态监测及控制方法，涉及智能开采设备技术领域。该方法包括：支架姿态监测过程，利用液压支架的立柱液位传感器读取立柱长度参数，建立姿态监测数学模型，借助插值算法求解，获取姿态参数包括挑高角、贴顶角、立柱倾角等关联姿态参数。支架姿态控制过程，根据监测过程得到的当前支护姿态，先通过面阵激光传感器获取支架上方顶板的轮廓线，并确定顶板的凸起边缘，得到支架顶梁和顶板的挑高差，计算液压支架的目标挑高和目标贴顶角；利用姿态控制数学模型计算出支架的目标挑高角，将目标参数代入姿态监测数学模型，解算得到立柱的目标长度，控制支护姿态。该方法可以实现对液压支架动作姿态的全时监测、控制。控制。控制。

【技术实现步骤摘要】
一种支撑式液压支架支护姿态监测及控制方法


[0001]本专利技术涉及智能开采设备
，尤其是一种支撑式液压支架支护姿态监测及控制方法。

技术介绍

[0002]在井下开采工作面，液压支架是关键的支护装备，担负着支撑顶板，保证煤机行人安全作业空间等作用。支架的使用过程中，液压支架姿态监控工作存在的问题包括：截割动作发生后，支架没有快速升起支护工作面顶板导致顶板暴露时间过长，不利于顶板控制；液压支架的工作姿态，缺乏实时监测反馈的方式，尤其是顶梁前端、顶梁后端单点承载的低头、高射炮承载姿态；液压支架姿态和支架参数之间缺乏对应的关系，地面控制中心难以实现对当前支护状态的虚拟视控及远程干预。
[0003]现有技术中，面向掩护式液压支架的工作姿态确定方法以及确定支架姿态后获取支架合理支护阻力及其支护位置的计算方法，可实现对掩护式液压支架运行姿态及支护状态的远程监控。面向支撑掩护式液压支架的运行姿态在线监测方法，通过在支架顶梁、连杆布置角度传感器，在立柱布置压力传感器，获取支架在支护过程表现的受力特征和支护姿态监测。
[0004]现有的监测方案多针对液压支架支护姿态的监测而不能有效的对液压支架未来姿态进行精确控制。

技术实现思路

[0005]为了实现对液压支架动作姿态的全时监测、精准控制，进而有效的控制顶板沉降，实时评估支护质量，本专利技术提供了一种支撑式液压支架支护姿态监测及控制方法，具体的技术方案如下。
[0006]一种支撑式液压支架支护姿态监测及控制方法，包括：
[0007]A.支架姿态监测过程:
[0008]a1.利用液压支架的立柱液位传感器读取前立柱和后立柱的长度参数；
[0009]a2.结合支架的长度参数和角度参数关系建立姿态监测数学模型；
[0010]a3.利用插值算法求解姿态监测数学模型的平衡方程，获取姿态参数包括挑高角、贴顶角、前立柱倾角和后立柱倾角的关联姿态参数；
[0011]B.支架姿态控制过程:
[0012]b1.根据支架姿态监测过程得到的参数确定的当前的支护姿态；
[0013]b2.通过面阵激光传感器获取支架上方顶板的轮廓线，并确定顶板的凸起边缘；
[0014]b3.得到支架顶梁和顶板之间的挑高差，建立挑高差计算数学模型；
[0015]b4.利用挑高计算数学模型计算液压支架的目标挑高和目标贴顶角；
[0016]b5.建立目标挑高角计算数学模型，计算确定支架的目标挑高角；
[0017]b6.将目标挑高角、目标贴顶角参数代入姿态监测数学模型，通过插值算法实现目
标前立柱长度和目标后立柱长度的解算。
[0018]优选的是，插值算法包括遗传算法和粒子群算法。
[0019]优选的是，顶板的凸起边缘利用该轮廓线数据并采用Canny算子方法确定。
[0020]优选的是，液压支架的底座布置有九轴倾角传感器，前立柱和后立柱上均布置有隔爆液位传感器，顶梁的两个侧面布置有面阵激光测距传感器。
[0021]还优选的是，液压支架的基座确定空间姿态角，并确定支架坐标系；前立柱和后立柱的长度实时监测确定。
[0022]还优选的是，九轴倾角传感器、隔爆液位传感器、面阵激光测距传感器将监测数据传输至控制面板；控制面板内还存储有液压支架的基本参数。
[0023]还优选的是，液压支架的基本参数包括后连杆基准定位高度、后连杆基准长度、前后连杆上铰点距离、前连杆上铰点与顶梁
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掩护梁铰点距离、后立柱上铰点至顶梁
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掩护梁铰点距离、前后立柱上铰点距离、前立柱垂向定位距离、后立柱垂向定位距离、前连杆下铰点垂向定位距离、后连杆垂向定位距离、前连杆长度、后立柱下铰点横向定位距离、前后立柱下铰点横向定位距离、前后立柱水平摆角。
[0024]还优选的是，液压支架的变量姿态参数包括后连杆与水平方向夹角、后连杆与底座之间的夹角、后连杆与掩护梁之间的夹角、掩护梁与竖直方向的夹角、前立柱的长度、后立柱的长度、后连杆和掩护梁连接端与前连杆和底座连接端之间的距离。
[0025]进一步优选的是，控制面板计算液压支架的支护姿态和顶板轮廓数据参数，输出比例控制信号控制比例电磁换向阀启闭，调整支架姿态。
[0026]进一步优选的是，控制面板设置的比对阈值，当比对差值大于所述阈值时，控制器输出Max控制信号实现支架的快速升架；当比对差值小于所述阈值时，比例控制器输出Medium控制信号，降低支架顶梁贴顶时对顶板的冲击效应；Max信号和Medium信号的幅值根据所选比例换向阀的最大输入信号确定，Max信号等于该最大输入信号，Medium信号为最大输入信号的一半。
[0027]本专利技术提供的一种支撑式液压支架支护姿态监测及控制方法，通过建立不同的数学模型解算确定液压支架的参数，从而确定液压支架的工作姿态，根据对支护环境的监测和计算，确定液压支架的目标支护参数，根据参数可以实施调节，控制液压支架的姿态。利用该监测及控制方法还可以实现液压支架的远程视控，以及远程干预，为智能矿井建设提供了方便。
附图说明
[0028]图1是支撑式液压支架支护姿态监测及控制方法的流程图；
[0029]图2是液压直接的结构示意图；
[0030]图3是支架姿态长度参数示意图；
[0031]图4是支架姿态角度参数示意图；
[0032]图5是顶板与支架控制调整原理图；、
[0033]图6是支架控制调整原理图；
[0034]图中：1
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底座，2
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后连杆，3
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前连杆，4
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掩护梁，5
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顶梁，6
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前立柱，7
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后立柱，8
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液位传感器，9
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倾角传感器，10
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面阵激光传感器，11
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顶板轮廓线，12
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贴顶轨迹线。
具体实施方式
[0035]结合图1至图6所示，对本专利技术提供的一种支撑式液压支架支护姿态监测及控制方法的具体实施方式进行说明。
[0036]一种支撑式液压支架支护姿态监测及控制方法，如图1所示，具体步骤包括：
[0037]A.支架姿态监测过程。
[0038]a1.利用液压支架的立柱液位传感器读取前立柱和后立柱的长度参数。如图3和图4所示，液压支架的基本参数包括后连杆基准定位高度L1、后连杆基准长度L2、前后连杆上铰点距离L3、前连杆上铰点与顶梁
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掩护梁铰点距离L4、后立柱上铰点至顶梁
‑
掩护梁铰点距离L5、前后立柱上铰点距离L6、前立柱垂向定位距离L9、后立柱垂向定位距离L10、前连杆下铰点垂向定位距离L10、后连杆垂向定位距离L11、前连杆长度L12、后立柱下铰点横向定位距离L14、前后立柱下铰点横向定位距离L15、前后立柱水平摆角J3。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种支撑式液压支架支护姿态监测及控制方法，其特征在于，包括：A.支架姿态监测过程:a1.利用液压支架的立柱液位传感器读取前立柱和后立柱的长度参数；a2.结合支架的长度参数和角度参数关系建立姿态监测数学模型；a3.利用插值算法求解姿态监测数学模型的平衡方程，获取姿态参数包括挑高角、贴顶角、前立柱倾角和后立柱倾角的关联姿态参数；B.支架姿态控制过程:b1.根据支架姿态监测过程得到的参数确定的当前的支护姿态；b2.通过面阵激光传感器获取支架上方顶板的轮廓线，并确定顶板的凸起边缘；b3.得到支架顶梁和顶板之间的挑高差，建立挑高差计算数学模型；b4.利用挑高计算数学模型计算液压支架的目标挑高和目标贴顶角；b5.建立目标挑高角计算数学模型，计算确定支架的目标挑高角；b6.将目标挑高角、目标贴顶角参数代入姿态监测数学模型，通过插值算法实现目标前立柱长度和目标后立柱长度的解算。2.根据权利要求1所述的一种支撑式液压支架支护姿态监测及控制方法，其特征在于，所述插值算法包括遗传算法和粒子群算法。3.根据权利要求1所述的一种支撑式液压支架支护姿态监测及控制方法，其特征在于，所述顶板的凸起边缘利用该轮廓线数据并采用Canny算子方法确定。4.根据权利要求1所述的一种支撑式液压支架支护姿态监测及控制方法，其特征在于，所述液压支架的底座布置有九轴倾角传感器，前立柱和后立柱上均布置有隔爆液位传感器，顶梁的两个侧面布置有面阵激光测距传感器。5.根据权利要求4所述的一种支撑式液压支架支护姿态监测及控制方法，其特征在于，所述液压支架的基座确定空间姿态角，并确定支架坐标系；前立柱和后立柱的长度实时监测确定。6.根据权利要求4所述的一种支撑式液压支架支护姿态监测及控制方法，其特征在于，所述九轴倾角传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢云跃，张绍琦，宋维康，田茂霖，肖洪天，孟昭胜，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：