一种基于拉线位移传感器的液压支架采高测量装置及方法与流程

1.本发明提供了一种基于拉线位移传感器的液压支架采高测量装置及方法，属于煤矿用液压支架采高测量技术领域。


背景技术：

2.液压支架采高测量方法是一种用来测量液压支架的实时高度的方法，采高是综采工作面的主要参数，主要用于采高控制、煤量测算、来压预警等。
3.起初煤矿综采队使用的是卷尺测量采高，只是瞬时测量，不能实时监控和掌握采高的变化情况。
4.随着智能综采的发展，现有的测量采高的方式主要是采用倾角传感器测量换算，倾角传感器的安装位置主要在液压支架顶梁的内侧、液压支架底座的前端以及液压支架掩护梁的内侧面（参考图1），但是使用倾角传感器在测量过程中存在以下不足：第一，每台液压支架需要安装多个倾角传感器，每个倾角传感器都要部署在对应位置，使得项目单件成本增加并且安装售后维护费用增加；第二，由于每台支架需要安装多个倾角传感器，累积误差增大；第三，由于液压支架会随着采煤的过程发生形变，或者倾角传感器发生松动，此时每个倾角传感器的初始角发生变化，最终影响测量精度；因此，有必要解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于拉线位移传感器的液压支架采高测量装置硬件结构的改进及其测量方法的改进。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于拉线位移传感器的液压支架采高测量装置，包括液压支架本体，还包括拉线位移传感器、采集终端，所述拉线位移传感器包括拉绳、拉环和拉线位移传感器本体，其中拉线位移传感器本体固定在液压支架顶梁的内侧，拉环固定在液压支架立柱缸体外侧，从拉线位移传感器本体伸出的拉绳通过滑轮与拉环的固定点相连，使在液压支架立柱上的拉绳与液压支架立柱保持平行，其中滑轮固定在液压支架顶梁的内侧；所述采集终端包括微控制器、无线传输模块，所述微控制器通过导线与拉线位移传感器相连，所述微控制器通过无线传输模块与云平台实现双向通信，所述微控制器还通过导线与多个支架控制器相连。
7.所述拉线位移传感器本体通过四芯矿用电缆与采集终端相连。
8.所述拉绳具体采用钢丝材质。
9.一种基于拉线位移传感器的液压支架采高测量方法，包括如下步骤：s1：对拉线位移传感器的初始距离和液压支架的初始高度进行标定；s2：通过液压支架采高测量装置中的拉线位移传感器采集液压支架的实时高度；s3：采集终端采集到拉线位移传感器的电流信号后进行液压支架实际采煤高度测算；
s4：采集终端根据液压支架实际采高测算液压支架高度，通过比较相邻支架的高度差，把信号通过采集终端反馈到各支架控制器，进行支架姿态的电液控制。
10.还包括s5：采集终端将液压支架实际采高上传到云平台，云平台进行煤量测算，之后进行煤量曲线的动态绘制。
11.还包括s6：云平台接收到液压支架的高度后，结合工作面循环进度累计顶板下沉量，辅助测算工作面来压步距。
12.所述步骤s1中的初始标定如下：拉线位移传感器钢丝拉绳出口中心点到滑轮中心点的距离用l0表示，在进行拉线位移传感器标定时，液压支架的初始高度用h0表示，拉线位移传感器伸出长度用l表示，拉线位移传感器有效伸出长度用l-l0表示。
13.所述步骤s3中进行液压支架实际采煤高度测算的步骤如下：拉线位移传感器钢丝拉绳长度l
x
和输出电流信号a
x
的转换公式如下：l
x
=3/16a
x-3/4；采集终端采集到拉线位移传感器的电流信号后进行如下测算：拉线位移传感器有效伸出长度=拉线位移传感器伸出长度l
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拉线位移传感器钢丝拉绳出口中心点到滑轮中心点的距离l0；拉线位移传感器伸出长度l=3/16a-3/4，其中a为采样点拉线位移传感器的输出模拟量值；拉线位移传感器钢丝拉绳出口中心点到滑轮中心点的距离l0=3/16a
0-3/4，其中a0为标定后拉线位移传感器的默认输出模拟量值；液压支架实际采高=液压支架初始高度（h0）+ 拉线位移传感器有效伸出长度（l-l0）。
14.所述煤量=液压支架实际采高*循环进度*工作面长度*煤的比重。
15.本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供的液压支架采高方法，简化安装流程，降低项目成本，提高煤量测算精度，提高采高控制精度，增加了安装时的安全度。
附图说明
16.下面结合附图对本发明做进一步说明：图1为现有技术中液压支架采高测量装置的传感器安装结构示意图；图2为本发明的液压知支架采高测量装置的结构示意图；图3为本发明液压支架采高测量方法的流程图；图4为本发明采用的拉线位移传感器的结构示意图；图中：1为液压支架本体、2为倾角传感器、3为拉线位移传感器本体、4为拉绳、5为拉环、6为液压支架顶梁、7为液压支架立柱、8为滑轮。
具体实施方式
17.如图1至图4所示，本发明一种基于拉线位移传感器的液压支架采高测量装置，包括液压支架本体1，还包括拉线位移传感器、采集终端，还包括拉线位移传感器、采集终端，所述拉线位移传感器包括拉绳4、拉环5和拉线位移传感器本体3，其中拉线位移传感器本体
3固定在液压支架顶梁6的内侧，拉环5固定在液压支架立柱7缸体外侧，从拉线位移传感器本体3伸出的拉绳4通过滑轮8与拉环5的固定点相连，使在液压支架立柱7上的拉绳4与液压支架立柱7保持平行，其中滑轮8固定在液压支架顶梁6的内侧；所述采集终端包括微控制器、无线传输模块，所述微控制器通过导线与拉线位移传感器相连，所述微控制器通过无线传输模块与云平台实现双向通信，所述微控制器还通过导线与多个支架控制器相连。
18.所述拉线位移传感器本体通过四芯矿用电缆与采集终端相连。
19.所述拉绳4具体采用钢丝材质。
20.一种基于拉线位移传感器的液压支架采高测量方法，包括如下步骤：s1：对拉线位移传感器的初始距离和液压支架的初始高度进行标定；s2：通过液压支架采高测量装置中的拉线位移传感器采集液压支架的实时高度；s3：采集终端采集到拉线位移传感器的电流信号后进行液压支架实际采煤高度测算；s4：采集终端根据液压支架实际采高测算液压支架高度，通过比较相邻支架的高度差，把信号通过采集终端反馈到各支架控制器，进行支架姿态的电液控制。
21.还包括s5：采集终端将液压支架实际采高上传到云平台，云平台进行煤量测算，之后进行煤量曲线的动态绘制。
22.还包括s6：云平台接收到液压支架的高度后，结合工作面循环进度累计顶板下沉量，辅助测算工作面来压步距。
23.所述步骤s1中的初始标定如下：拉线位移传感器钢丝拉绳出口中心点到滑轮中心点的距离用l0表示，在进行拉线位移传感器标定时，液压支架的初始高度用h0表示，拉线位移传感器伸出长度用l表示，拉线位移传感器有效伸出长度用l-l0表示。
24.所述步骤s3中进行液压支架实际采煤高度测算的步骤如下：拉线位移传感器钢丝拉绳长度l
x
和输出电流信号a
x
的转换公式如下：l
x
=3/16a
x-3/4；采集终端采集到拉线位移传感器的电流信号后进行如下测算：拉线位移传感器有效伸出长度=拉线位移传感器伸出长度l
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拉线位移传感器钢丝拉绳出口中心点到滑轮中心点的距离l0；拉线位移传感器伸出长度l=3/16a-3/4，其中a为采样点拉线位移传感器的输出模拟量值；拉线位移传感器钢丝拉绳出口中心点到滑轮中心点的距离l0=3/16a
0-3/4，其中a0为标定后拉线位移传感器的默认输出模拟量值；液压支架实际采高=液压支架初始高度（h0）+ 拉线位移传感器有效伸出长度（l-l0）。
25.所述煤量=液压支架实际采高*循环进度*工作面长度*煤的比重。
26.本发明提供了一种液压支架采高测量装置，包括拉绳4和拉线位移传感器本体3，所述拉绳4是一种钢丝材质的，用于检测液压支架立柱的移动距离；所述的拉线位移传感器本体3，用于采集拉绳长度的变化；根据拉绳变化长度转换为模拟量信号（电压0-5v或者电流4-20ma），上传到采集终端。
27.本发明还提供了一种液压支架采高测量方法，该方法实现包含拉线位移传感器；拉线位移传感器本体3固定在液压支架顶梁6的内侧，拉线位移传感器本体3通过四芯矿用电缆和采集终端连接，拉线位移传感器的钢丝拉绳4固定在液压支架立柱7的缸体外侧，通过滑轮8保证拉线传感器的拉绳和液压支架立柱7保持平行。
28.本发明在进行液压支架采高测量时将拉线位移传感器钢丝拉绳4出口中心点到滑轮8中心点的距离用l0表示，在进行拉线位移传感器标定时，液压支架的初始高度用h0表示，拉线位移传感器伸出长度用l表示，拉线位移传感器有效伸出长度用l-l0表示。
29.拉线位移传感器钢丝绳长度l
x
和输出电流信号a
x
的转换公式如下：l
x
=3/16a
x-3/4。
30.采集终端采集到拉线位移传感器的电流信号后进行如下测算：拉线位移传感器有效伸出长度=拉线位移传感器伸出长度l
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拉线位移传感器钢丝绳出口中心点到滑轮中心点的距离l0；拉线位移传感器伸出长度l=3/16a-3/4(a为采样点拉线位移传感器的输出模拟量值)；拉线位移传感器钢丝绳出口中心点到滑轮中心点的距离l0=3/16a
0-3/4(a0为标定后拉线位移传感器的默认输出模拟量值)；液压支架实际采高=液压支架初始高度(h0)+拉线位移传感器有效伸出长度(l-l0)。
31.采集终端将液压支架实际采高上传到云平台，云平台进行煤量测算：煤量=液压支架实际采高*循环进度*工作面长度*煤的比重，之后进行煤量曲线的动态绘制；云平台采集到液压支架的高度后，通过比较相邻支架的高度差，把信号通过采集终端反馈到各支架控制器，对各液压支架的姿态进行控制，防止电液控支架发生咬架动作；云平台采集到液压支架的高度后，结合工作面循环进度累计顶板下沉量，辅助测算工作面来压步距。
32.关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。
33.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种基于拉线位移传感器的液压支架采高测量装置，包括液压支架本体，其特征在于：还包括拉线位移传感器、采集终端，所述拉线位移传感器包括拉绳、拉环和拉线位移传感器本体，其中拉线位移传感器本体固定在液压支架顶梁的内侧，拉环固定在液压支架立柱缸体外侧，从拉线位移传感器本体伸出的拉绳通过滑轮与拉环的固定点相连，使在液压支架立柱上的拉绳与液压支架立柱保持平行，其中滑轮固定在液压支架顶梁的内侧；所述采集终端包括微控制器、无线传输模块，所述微控制器通过导线与拉线位移传感器相连，所述微控制器通过无线传输模块与云平台实现双向通信，所述微控制器还通过导线与多个支架控制器相连；所述采集终端采集到拉线位移传感器的电流信号后进行液压支架实际采煤高度测算；所述采集终端将液压支架实际采高上传到云平台，云平台进行煤量测算：煤量=液压支架实际采高*循环进度*工作面长度*煤的比重，之后进行煤量曲线的动态绘制；所述云平台采集到液压支架的高度后，通过比较相邻支架的高度差，把信号通过采集终端反馈到各支架控制器，对各液压支架的姿态进行控制。2.根据权利要求1所述的一种基于拉线位移传感器的液压支架采高测量装置，其特征在于：所述拉线位移传感器本体通过四芯矿用电缆与采集终端相连。3.根据权利要求1所述的一种基于拉线位移传感器的液压支架采高测量装置，其特征在于：所述拉绳具体采用钢丝材质。4.一种基于拉线位移传感器的液压支架采高测量方法，其特征在于：包括如下步骤：s1：对拉线位移传感器的初始距离和液压支架的初始高度进行标定；s2：通过液压支架采高测量装置中的拉线位移传感器采集液压支架的实时高度；s3：采集终端采集到拉线位移传感器的电流信号后进行液压支架实际采煤高度测算；s4：采集终端根据液压支架实际采高测算液压支架高度，通过比较相邻支架的高度差，把信号通过采集终端反馈到各支架控制器，进行支架姿态的电液控制；s5：采集终端将液压支架实际采高上传到云平台，云平台进行煤量测算，之后进行煤量曲线的动态绘制。5.根据权利要求4所述的一种基于拉线位移传感器的液压支架采高测量方法，其特征在于：还包括s6：云平台接收到液压支架的高度后，结合工作面循环进度累计顶板下沉量，辅助测算工作面来压步距。6.根据权利要求4所述的一种基于拉线位移传感器的液压支架采高测量方法，其特征在于：所述步骤s1中的初始标定如下：拉线位移传感器钢丝拉绳出口中心点到滑轮中心点的距离用l0表示，在进行拉线位移传感器标定时，液压支架的初始高度用h0表示，拉线位移传感器伸出长度用l表示，拉线位移传感器有效伸出长度用l-l0表示。7.根据权利要求6所述的一种基于拉线位移传感器的液压支架采高测量方法，其特征在于：所述步骤s3中进行液压支架实际采煤高度测算的步骤如下：拉线位移传感器钢丝拉绳长度l
x
和输出电流信号a
x
的转换公式如下：l
x
=3/16a
x-3/4；采集终端采集到拉线位移传感器的电流信号后进行如下测算：拉线位移传感器有效伸出长度=拉线位移传感器伸出长度l
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拉线位移传感器钢丝拉绳出口中心点到滑轮中心点的距离l0；
拉线位移传感器伸出长度l=3/16a-3/4，其中a为采样点拉线位移传感器的输出模拟量值；拉线位移传感器钢丝拉绳出口中心点到滑轮中心点的距离l0=3/16a
0-3/4，其中a0为标定后拉线位移传感器的默认输出模拟量值；液压支架实际采高=液压支架初始高度（h0）+ 拉线位移传感器有效伸出长度（l-l0）。8.根据权利要求4所述的一种基于拉线位移传感器的液压支架采高测量方法，其特征在于：所述煤量=液压支架实际采高*循环进度*工作面长度*煤的比重。

技术总结
本发明提供了一种基于拉线位移传感器的液压支架采高测量装置及方法，属于煤矿支架采高技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种基于拉线位移传感器的液压支架采高测量方法的改进；解决上述技术问题采用的技术方案为：对拉线位移传感器的初始距离和液压支架的初始高度进行标定；通过液压支架采高测量装置中的拉线位移传感器采集液压支架的实时高度；采集终端采集到拉线位移传感器的电流信号后进行液压支架实际采煤高度测算；采集终端将液压支架实际采高上传到云平台，云平台根据测算液压支架高度，通过比较相邻支架的高度差，把信号通过采集终端反馈到各支架控制器，进行支架姿态的电液控制；本发明应用于液压支架采高测量。量。量。


技术研发人员：何磊 王碧荣 赵桂军 张鑫
受保护的技术使用者：太原向明智控科技有限公司
技术研发日：2022.03.21
技术公布日：2022/4/15