采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测装置和检测方法与流程

1.本发明涉及一种距离检测装置和方法，用以检测采煤机摇臂与液压支架顶梁间是否发生干涉。

背景技术：

2.采煤机、液压支架和刮板运输机是采煤综采工作面中的核心综采设备，在采煤过程中，液压支架的作用是进行顶板支护和推进工作面。在向前开采推进时采煤机要保证一定的挑顶量(挑顶量即采煤机摇臂壳体顶面与液压支架顶梁底面接触后，滚筒齿尖超过支架顶梁顶面的有效高度)才能正常开采。为了保证挑顶量，采煤机司机需要调高摇臂。煤机运行时速度较快，还有煤尘干扰，采煤机司机难以准确控制摇臂的调高量，同时也容易造成采煤机摇臂壳体顶面与液压支架顶梁底面干涉，这样会对液压支架和采煤机造成严重损坏，使得设备运行失常。因此需要有一种装置或方法能判断出采煤机摇臂壳体顶面与液压支架顶梁底面是否会发生干涉，以便能及时发出预警和让采煤机停机。
3.现有的方法主要是基于摄像头来检测干涉，但是综采工作面环境恶劣，煤尘、水雾较多，导致检测精度低；还有的是由采煤机司机人眼观察，凭经验判断摇臂调高量，难以保证采煤机摇臂与液压支架不会干涉。

技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测装置和检测方法，能自动检测采煤机摇臂壳体顶面与液压支架顶梁底面间的最短距离，从而判断摇臂与支架是否会发生干涉，实现安全开采。
5.本发明的主要技术方案有：
6.一种采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测装置，包括雷达、防护罩和销轴，所述雷达通过两个所述销轴旋转连接在所述防护罩内，旋转轴线前后水平延伸，所述雷达为中心对称结构同时也是左右对称结构，所述雷达的对称轴与雷达的法线重合且经过雷达的重心，雷达的重心位于所述旋转轴线的下方，所述防护罩上设有雷达波发射窗口，所述雷达波发射窗口位于所述旋转轴线的正上方。
7.所述雷达的上部前后可以各设有一个耳座，所述雷达通过所述耳座与所述销轴的配合旋转连接在所述防护罩内。
8.所述防护罩的外形优选为圆柱体，两个所述销轴安装在所述圆柱体的两个平面上且销轴垂直于相应平面。
9.所述防护罩可以包括壳体和盖板，壳体为一端开口一端封闭的圆筒形结构，盖板固定在壳体的开口一端，壳体与盖板围成封闭的空腔结构，所述雷达波发射窗口镶嵌在所述壳体的圆柱面上的一个洞口处。
10.所述防护罩固定在采煤机摇臂上，所述销轴与采煤机摇臂的滚筒同轴设置。
11.所述防护罩优选位于所述滚筒的老塘侧。
12.所述防护罩的前侧外壁上可以设有凸台，所述防护罩通过所述凸台配合螺钉固定在所述采煤机摇臂上。
13.一种采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测方法，是将所述采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测装置固定在采煤机摇臂上，并使所述销轴与采煤机摇臂的滚筒同轴，利用所述采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测装置实时检测滚筒的旋转中心到液压支架顶梁底面的距离b1，采煤机控制系统根据如下公式实时计算采煤机摇臂壳体顶面最高处到液压支架顶梁底面间的最短距离h，当h＞0时，采煤机控制系统作出摇臂与支架顶梁未发生干涉的判断，
14.公式：h＝b-c＝b1*cosα-c，
15.其中α为工作面倾角，b为滚筒的旋转中心到液压支架顶梁底面的最短距离，c为滚筒的旋转中心到摇臂壳体最高处的距离，对于确定的采煤机摇臂，c已知，具体根据摇臂壳体的几何尺寸确定。
16.当h＜预设安全值时，采煤机控制系统发出预警信号，提示即将发生干涉，应降低摇臂高度。
17.本发明的有益效果是：
18.本发明的所述干涉检测装置结构简单，工作可靠性高，无论工作面有无倾角，均可以进行摇臂与支架顶梁干涉与否的自动检测。
19.所述干涉检测装置在采煤工作面有无倾角的情况下均可使用，采煤工作面采高变化时，随着采煤机摇臂的摆动角度变化，所述干涉检测装置依靠内部结构仍然能够检测准确。
20.通过在采煤机摇臂上安装所述干涉检测装置，可以让工作面操作人员及时了解摇臂壳体最高处与液压支架顶梁底面的实时最短距离，从而判断是否还可以继续调高摇臂，避免依靠工作经验判断出现失误造成设备损坏。
21.本发明的检测装置和方法能为日后采煤作业的智能化、无人化提供基础条件。
附图说明
22.图1是所述干涉检测装置的一个实施例的结构示意图；
23.图2是图1所示干涉检测装置的立体图；
24.图3是所述雷达的一个实施例的结构示意图；
25.图4是采煤工作面三机配合示意图；
26.图5是所述检测方法的计算原理示意图。
27.附图标记：1.滚筒；2.采煤机摇臂；3.液压支架；4.刮板输送机；5.干涉检测装置；51.雷达；511.耳座；52.销轴；53.盖板；54.雷达波发射窗口；55.壳体；57.凸台。
具体实施方式
28.本发明公开了一种采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测装置(可简称干涉检测装置5)，如图1-4所示，包括雷达51、防护罩和销轴52，所述雷达通过两个所述销轴旋转连接在所述防护罩内，旋转轴线前后水平延伸，所述雷达可以在防护罩内绕所述销轴旋转一定角度。所述防护罩可以很好地保护雷达，防止雷达被煤块碰撞损坏。所述雷达为中心对称结构同时也是左右对称结构，所述雷达的对称轴与雷达的法线重合且经过雷达的重心，雷达的重
心位于所述旋转轴线的下方。所述防护罩上设有雷达波发射窗口54，供雷达波束从中透射而出，所述雷达波发射窗口位于所述旋转轴线的正上方。雷达波发射窗口可以为薄板结构。
29.所述雷达的上部前后可以各设有一个耳座511，所述雷达通过所述耳座与所述销轴的配合旋转连接在所述防护罩内。
30.所述防护罩的外形优选为圆柱体，两个所述销轴安装在所述圆柱体的两个平面上且销轴垂直于相应平面。
31.所述防护罩可以包括壳体55和盖板53，壳体为一端开口一端封闭的圆筒形结构，盖板固定在壳体的开口一端，壳体与盖板围成封闭的空腔结构，所述雷达波发射窗口镶嵌在所述壳体的圆柱面上的一个洞口处，且雷达波发射窗口优选做成与壳体同轴的圆柱面薄壳结构。
32.三机配合时，采煤机骑跨在刮板运输机4上并沿刮板输送机左右往复行走。所述防护罩固定在采煤机摇臂2上，所述销轴与采煤机摇臂的滚筒1同轴设置。由于防护罩的外形为圆柱体，且两个平面呈竖直状态安装，可以很好地避免煤灰堆积，使所述雷达几乎不受干扰地准确探测距离。
33.当摇臂升降时，所述防护罩随采煤机摇臂升降以及改变角度，但所述雷达可以在自身重力作用下绕销轴转动一定角度，进而始终保持法线竖直延伸。
34.安装到采煤机上时，所述防护罩优选位于所述滚筒的老塘侧。
35.进一步地，所述防护罩的前侧(在采煤机工作场景下，本文中所谓的前是指垂直指向煤壁的方向)外壁上可以设有凸台57，所述防护罩通过所述凸台再配合螺钉固定在所述采煤机摇臂上，即凸台与采煤机摇臂直接贴合。所述凸台可以呈圆柱形。
36.本发明还公开了一种采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测方法，如图5所示，是将所述采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测装置5固定在采煤机摇臂2上，并使所述销轴与采煤机摇臂的滚筒1同轴，利用所述采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测装置实时检测滚筒的旋转中心到液压支架3顶梁底面的距离b1，并将b1数据传输给采煤机控制系统，采煤机控制系统根据如下公式实时计算采煤机摇臂壳体顶面最高处到液压支架顶梁底面间的最短距离h，当h＞0时，采煤机控制系统作出摇臂与支架顶梁未发生干涉的判断，
37.公式：h＝b-c＝b1*cosα-c，
38.其中α为工作面倾角，b为滚筒的旋转中心到液压支架顶梁底面的最短距离，c为滚筒的旋转中心到摇臂壳体最高处的距离，对于确定的采煤机摇臂，c已知，具体根据采煤机摇臂的结构和几何尺寸确定。
39.当工作面无倾角时，即α＝0，b＝b1，h＝b1-c。雷达的法线方向始终与重力方向一致，且垂直于液压支架顶梁，因此测得的滚筒的旋转中心到液压支架3顶梁底面的距离b1就等于滚筒的旋转中心到液压支架顶梁底面的最短距离b。
40.此外，利用所述采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测方法还可以获得挑顶量d的数据。
41.d＝a-b1-h，其中a为滚筒的半径，h为液压支架顶梁的厚度，a和h均为已知，具体可根据滚筒和液压支架的结构和几何尺寸确定。
42.当h＜预设安全值时，采煤机控制系统发出预警信号，提示即将发生干涉，应降低摇臂高度，从而避免采煤机和液压支架损坏。预设安全值为正值。

技术特征：

1.一种采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测装置，其特征在于：包括雷达、防护罩和销轴，所述雷达通过两个所述销轴旋转连接在所述防护罩内，旋转轴线前后水平延伸，所述雷达为中心对称结构同时也是左右对称结构，所述雷达的对称轴与雷达的法线重合且经过雷达的重心，雷达的重心位于所述旋转轴线的下方，所述防护罩上设有雷达波发射窗口，所述雷达波发射窗口位于所述旋转轴线的正上方。2.如权利要求1所述的采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测装置，其特征在于：所述雷达的上部前后各设有一个耳座，所述雷达通过所述耳座与所述销轴的配合旋转连接在所述防护罩内。3.如权利要求2所述的采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测装置，其特征在于：所述防护罩的外形为圆柱体，两个所述销轴安装在所述圆柱体的两个平面上且销轴垂直于相应平面。4.如权利要求3所述的采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测装置，其特征在于：所述防护罩包括壳体和盖板，壳体为一端开口一端封闭的圆筒形结构，盖板固定在壳体的开口一端，壳体与盖板围成封闭的空腔结构，所述雷达波发射窗口镶嵌在所述壳体的圆柱面上的一个洞口处。5.如权利要求1、2、3或4所述的采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测装置，其特征在于：所述防护罩固定在采煤机摇臂上，所述销轴与采煤机摇臂的滚筒同轴设置。6.如权利要求5所述的采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测装置，其特征在于：所述防护罩位于所述滚筒的老塘侧。7.如权利要求6所述的采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测装置，其特征在于：所述防护罩的前侧外壁上设有凸台，所述防护罩通过所述凸台配合螺钉固定在所述采煤机摇臂上。8.一种采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测方法，其特征在于：将权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测装置固定在采煤机摇臂上，并使所述销轴与采煤机摇臂的滚筒同轴，利用所述采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测装置实时检测滚筒的旋转中心到液压支架顶梁底面的距离b1，采煤机控制系统根据如下公式实时计算采煤机摇臂壳体顶面最高处到液压支架顶梁底面间的最短距离h，当h＞0时，采煤机控制系统作出摇臂与支架顶梁未发生干涉的判断，h＝b-c＝b1*cosα-c，其中α为工作面倾角，b为滚筒的旋转中心到液压支架顶梁底面的最短距离，c为滚筒的旋转中心到摇臂壳体最高处的距离，对于确定的采煤机摇臂，c已知，具体根据摇臂壳体的几何尺寸确定。9.如权利要求8所述的采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测方法，其特征在于：当h＜预设安全值时，采煤机控制系统发出预警信号，提示即将发生干涉，应降低摇臂高度。

技术总结

本发明涉及一种采煤机摇臂与支架顶梁的干涉检测装置和检测方法，所述检测装置包括雷达、防护罩和销轴，雷达通过两个销轴旋转连接在防护罩内，旋转轴线前后水平延伸，雷达为中心对称结构同时也是左右对称结构，雷达的对称轴与雷达的法线重合且经过雷达的重心，雷达的重心位于旋转轴线的下方；所述检测方法是利用所述检测装置实时检测滚筒的旋转中心到液压支架顶梁底面的距离并将数据传输给采煤机控制系统，采煤机控制系统计算得出摇臂壳体顶面最高处到液压支架顶梁底面间的最短距离，进而判断摇臂与支架顶梁是否发生干涉。本发明能自动检测采煤机摇臂壳体顶面与液压支架顶梁底面间的最短距离，从而判断摇臂与支架是否会发生干涉，实现安全开采。实现安全开采。实现安全开采。