链臂切顶机及其控制方法与流程

1.本发明涉及隧道掘进配套设备技术领域，特别涉及一种链臂切顶机。本发明还涉及一种用于该链臂切顶机的控制方法。


背景技术：

2.链臂切顶机主要针对煤矿井下巷道进行切顶卸压，减少采动影响对运输巷的应力集中和破坏，实现对运输巷的卸压和保护，避免发生生产事故。链臂切顶机的出现改变了煤矿只能采用钻孔爆破进行切顶卸压的工艺，可以有效地降低切顶卸压所需的施工成本，并提高工程质量。
3.在链臂切顶机的工作过程中，需要利用支腿对其主体作业设备提供稳定的结构支撑和定位，以保证其作业精度。然而，现阶段链臂切顶机的作业过程中，仅能够对其支腿进行同步伸缩控制，受其控制器等相关配合装置的自身能力所限，多个支腿同时工作时，控制系统对每个支腿的控制精度无法保证，致使其支腿伸缩后的设备整体调平精度受到不利影响，严重时还会造成机体侧翻等事故，给相关的切顶作业等造成不利影响。
4.因此，如何提高链臂切顶机的控制效果和作业精度，保证切顶作业质量是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种链臂切顶机，该链臂切顶机的作业精度较高，控制效果较好，能够有效提高切顶作业质量和施工效率。本发明的另一目的是提供一种用于该链臂切顶机的控制方法。
6.为解决上述技术问题，本发明提供一种链臂切顶机，包括底部设置有行走装置的机体，所述机体的侧部转动设置有链臂，所述链臂的外周部沿其周向转动设置有用以切顶的链条，所述链臂及所述链条的转动轴线均沿所述机体的宽度方向延伸；
7.所述机体的中部沿其长度方向可移动地贯穿有导臂，所述导臂为两个且沿所述机体的宽度方向对称布置，所述导臂的两端分别设置有沿竖直方向伸缩的外撑杆，所述机体的外周部沿其长度方向和宽度方向分别对称设置有四个能够沿竖直方向伸缩的内撑杆，所述机体上设置有可驱动所述基体与所述导臂间相对运动的平移驱动装置以及分别与各所述内撑杆和各所述外撑杆配合的竖直驱动装置，所述机体上还设置有倾角传感器、位移传感器以及控制器。
8.优选地，所述导臂上设置有沿其长度方向延伸的导轨，所述机体移动设置于所述导轨上。
9.优选地，所述平移驱动装置和所述竖直驱动装置均为与所述控制器配合的电控油缸。
10.优选地，所述行走装置为由液压马达驱动的履带行走机构。
11.本发明还提供一种链臂切顶机控制方法，用于如上文任一项所述的链臂切顶机，
包括步骤：
12.s101、各内撑杆缩回并保持回缩状态，控制各外撑杆向下伸出，直至各外撑杆的底端撑地后进行自动调平，使机体保持平稳；
13.s102、控制链臂适度转动，使链臂的切割作业端举升至对应工位处，之后启动链臂的链条转动实施切割作业；
14.s103，通过倾角传感器检测链臂的转动角度，当链臂转动举升至90
°
时停止转动举升；
15.s104、保持链臂当前工作状态，控制机体沿导臂长度方向水平向前推进，以便带动链臂和各内撑杆同步前移，使链条实施连续切顶作业；
16.s105、通过位移传感器检测机体的移动位置，直至机体推进至预定位置后停止推进；
17.s106、控制各内撑杆向下伸出，直至内撑杆底端撑地后自动调平，使机体保持平稳；
18.s107、各外撑杆缩回，之后控制导臂相对于机体前移；
19.s108、通过位移传感器检测导臂相对于机体的前移状态，待导臂前移至预定位置后停止移动；
20.s109、重复步骤s101～s108，直至当前工作面的切顶工作完成。
21.优选地，所述步骤s101和s106中自动调平包括细分步骤：
22.s1001、控制四个外撑杆/内撑杆a、b、c、d同时向下伸出，同时分别监测四个外撑杆/内撑杆处的压力传感器，当任一外撑杆/内撑杆处的压力传感器监测到压力时即刻停止该外撑杆/内撑杆的动作，当四个外撑杆/内撑杆的压力传感器都监测到压力并停止各外撑杆/内撑杆的动作时，完成撑地过程；
23.s1002、以切顶机的机体中心为原点建立空间坐标系，设α为机体与x轴间形成的夹角，β为机体与y轴间形成的夹角，采用倾角传感器监测α和β的大小及方向，设f为调平精度；
24.若|α|≤f与|β|≤f同时成立时，则可判定切顶机处于平衡状态；
25.若|α|≤f与|β|≤f并未同时成立，则可判定切顶机处于不平衡状态，此时可通过α和β判断出最高点的外撑杆/内撑杆，保持最高点的一个外撑杆/内撑杆不动，根据三点确定一个平面原则，控制其余2个外撑杆/内撑杆的动作，使得|α|≤f与|β|≤f即可；
26.最高点外撑杆/内撑杆判断依据为：
27.(a)当α≥0，且β＜0时，外撑杆/内撑杆c为最高点，外撑杆/内撑杆c保持不动，外撑杆/内撑杆b伸出直至满足|β|≤f，后伸出外撑杆/内撑杆a直至满足|α|≤f；
28.(b)当α≥0，且β≥0时，外撑杆/内撑杆b为最高点，保持外撑杆/内撑杆b不动，控制外撑杆/内撑杆c伸出直至满足|β|≤f，后伸出外撑杆/内撑杆a直至满足|α|≤f；(c)当α＜0，且β≥0时，外撑杆/内撑杆a为最高点，保持外撑杆/内撑杆a不动，伸出外撑杆/内撑杆b直至满足|α|≤f,然后控制外撑杆/内撑杆c伸出直至满足|β|≤f；(d)当α＜0，且β＜0时，外撑杆/内撑杆d为最高点，保持外撑杆/内撑杆d不动，控制外撑杆/内撑杆a伸出直至满足|β|≤f，然后控制外撑杆/内撑杆c伸出直至满足|α|≤f；
29.s1003、判断|α|≤f与|β|≤f同时成立后，再伸出第四个外撑杆/内撑杆，同时监测第四个外撑杆/内撑杆对应的压力传感器，当该压力传感器监测到压力时即刻停止该外撑
杆/内撑杆的动作，完成撑地动作过程，此时自动调平结束。
30.相对上述背景技术，本发明所提供的链臂切顶机，其工作运行过程中，通过行走装置带动机体移动至目标工位处，之后可控制各外撑杆向下伸出并调平，以将机体平稳支撑，之后控制链臂适度转动并使其作业端举升至目标高度，之后可控制链条沿链臂周向转动以便对目标工位处实施切顶作业，切顶作业过程中，机体沿导臂长度方向滑移前进，并带动链臂同步移动，以使链条实施连续切割作业，待机体沿导臂长度方向前移至适当位置后停止移动，之后控制各内撑杆向下伸出并调平，以将机体平稳支撑，之后控制各外撑杆缩回，然后控制导臂沿其长度方向相对于机体向前移动，待导臂前移一定距离后停止移动，然后控制各外撑杆重新向下伸出并调平，以将机体平稳支撑，之后控制各内撑杆回缩，如此通过内撑杆与外撑杆的交替支撑作业配合机体与导臂间的交替前移，实现链臂及其链条的连续平稳切割作业，保证整个切顶作业过程中能够流畅高效实施，利用各撑杆的自动调平作业，显著提高了切顶作业精度和作业质量，使所述链臂切顶机的整体工作过程更加精确高效。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明一种具体实施方式所提供的链臂切顶机的结构侧视图；
33.图2为图1中导臂及其相关组件的立体结构示意图；
34.图3为本发明一种具体实施方式所提供的链臂切顶机控制方法的流程图；
35.图4为图3中自动调平时的外撑杆/内撑杆与机体间相对位置示意图。
36.其中，
37.11-机体；
38.111-内撑杆；
39.12-行走装置；
40.13-链臂；
41.131-链条；
42.14-导臂；
43.141-外撑杆；
44.142-导轨。
具体实施方式
45.本发明的核心是提供一种链臂切顶机，该链臂切顶机的作业精度较高，控制效果较好，能够有效提高切顶作业质量和施工效率；同时，提供一种用于该链臂切顶机的控制方法。
46.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
47.请参考图1和图2。
48.在具体实施方式中，本发明所提供的链臂13切顶机，包括底部设置有行走装置12的机体11，机体11的侧部转动设置有链臂13，链臂13的外周部沿其周向转动设置有用以切顶的链条131，链臂13及链条131的转动轴线均沿机体11的宽度方向延伸；机体11的中部沿其长度方向可移动地贯穿有导臂14，导臂14为两个且沿机体11的宽度方向对称布置，导臂14的两端分别设置有沿竖直方向伸缩的外撑杆141，机体11的外周部沿其长度方向和宽度方向分别对称设置有四个能够沿竖直方向伸缩的内撑杆111，机体11上设置有可驱动基体与导臂14间相对运动的平移驱动装置以及分别与各内撑杆111和各外撑杆141配合的竖直驱动装置，机体11上还设置有倾角传感器、位移传感器以及控制器。
49.工作运行过程中，通过行走装置12带动机体11移动至目标工位处，之后可控制各外撑杆141向下伸出并调平，以将机体11平稳支撑，之后控制链臂13适度转动并使其作业端举升至目标高度，之后可控制链条131沿链臂13周向转动以便对目标工位处实施切顶作业，切顶作业过程中，机体11沿导臂14长度方向滑移前进，并带动链臂13同步移动，以使链条131实施连续切割作业，待机体11沿导臂14长度方向前移至适当位置后停止移动，之后控制各内撑杆111向下伸出并调平，以将机体11平稳支撑，之后控制各外撑杆141缩回，然后控制导臂14沿其长度方向相对于机体11向前移动，待导臂14前移一定距离后停止移动，然后控制各外撑杆141重新向下伸出并调平，以将机体11平稳支撑，之后控制各内撑杆111回缩，如此通过内撑杆111与外撑杆141的交替支撑作业配合机体11与导臂14间的交替前移，实现链臂13及其链条131的连续平稳切割作业，保证整个切顶作业过程中能够流畅高效实施，利用各撑杆的自动调平作业，显著提高了切顶作业精度和作业质量，使所述链臂13切顶机的整体工作过程更加精确高效。
50.应当指出，行走装置12可以是如图所示，由液压马达驱动的履带行走机构，也可以是由其他动力机构驱动的轮式行走机构等。原则上，只要是具备顺畅移动能力，并能够满足所述链臂13切顶机的运行需求均可。
51.此外需要说明的是，通常情况下，平移驱动装置和竖直驱动装置均为与控制器配合的电控油缸。该类电控油缸的控制精度高，动作过程灵活高效，能够充分保证链臂13切顶机的相关作业效率和控制效果。相应地，外撑杆141和内撑杆111可以具体为可伸缩地集成于电控油缸底部的油缸杆。
52.进一步地，导臂14上设置有沿其长度方向延伸的导轨142，机体11移动设置于导轨142上。该导轨142能够进一步提高机体11与导臂14间发生相对移动时的动作循迹性，保证机体11和导臂14沿导臂14长度方向上的移动效率和移动精度，并使所述链臂13切顶机的整体动作精度和操作效率得以相应提高。
53.请参考图3和图4。
54.在具体实施方式中，本发明一种具体实施方式中所提供的链臂13切顶机控制方法，用于如上文所述的链臂13切顶机，包括：
55.s101、各内撑杆111缩回并保持回缩状态，控制各外撑杆141向下伸出，直至各外撑杆141的底端撑地后进行自动调平，使机体11保持平稳；
56.s102、控制链臂13适度转动，使链臂13的切割作业端举升至对应工位处，之后启动链臂13的链条131转动实施切割作业；
57.s103，通过倾角传感器检测链臂13的转动角度，当链臂13转动举升至90
°
时停止转
动举升；
58.s104、保持链臂13当前工作状态，控制机体11沿导臂14长度方向水平向前推进，以便带动链臂13和各内撑杆111同步前移，使链条131实施连续切顶作业；
59.s105、通过位移传感器检测机体11的移动位置，直至机体11推进至预定位置后停止推进；
60.s106、控制各内撑杆111向下伸出，直至内撑杆111底端撑地后自动调平，使机体11保持平稳；
61.s107、各外撑杆141缩回，之后控制导臂14相对于机体11前移；
62.s108、通过位移传感器检测导臂14相对于机体11的前移状态，待导臂14前移至预定位置后停止移动；
63.s109、重复步骤s101～s108，直至当前工作面的切顶工作完成。
64.在此基础上。为了保证各装置及部件的作业精度和工作效率，可以布置多路阀组对各内撑杆111和外撑杆141的伸缩动作进行精准控制，以进一步提高控制精度和动作效率。
65.请着重参考图4。具体而言，上述步骤s101和s106中自动调平包括细分步骤：
66.s1001、控制四个外撑杆141/内撑杆111a、b、c、d同时向下伸出，同时分别监测四个外撑杆141/内撑杆111处的压力传感器，当任一外撑杆141/内撑杆111处的压力传感器监测到压力时即刻停止该外撑杆141/内撑杆111的动作，当四个外撑杆141/内撑杆111的压力传感器都监测到压力并停止各外撑杆141/内撑杆111的动作时，完成撑地过程；
67.s1002、以切顶机的机体11中心为原点建立空间坐标系，设α为机体11与x轴间形成的夹角，β为机体11与y轴间形成的夹角，采用倾角传感器监测α和β的大小及方向，设f为调平精度；
68.若|α|≤f与|β|≤f同时成立时，则可判定切顶机处于平衡状态；
69.若|α|≤f与|β|≤f并未同时成立，则可判定切顶机处于不平衡状态，此时可通过α和β判断出最高点的外撑杆141/内撑杆111，保持最高点的一个外撑杆141/内撑杆111不动，根据三点确定一个平面原则，控制其余2个外撑杆141/内撑杆111的动作，使得|α|≤f与|β|≤f即可；
70.最高点外撑杆141/内撑杆111判断依据为：
71.(a)当α≥0，且β＜0时，外撑杆141/内撑杆111c为最高点，外撑杆141/内撑杆111c保持不动，外撑杆141/内撑杆111b伸出直至满足|β|≤f，后伸出外撑杆141/内撑杆111a直至满足|α|≤f；
72.(b)当α≥0，且β≥0时，外撑杆141/内撑杆111b为最高点，保持外撑杆141/内撑杆111b不动，控制外撑杆141/内撑杆111c伸出直至满足|β|≤f，后伸出外撑杆141/内撑杆111a直至满足|α|≤f；(c)当α＜0，且β≥0时，外撑杆141/内撑杆111a为最高点，保持外撑杆141/内撑杆111a不动，伸出外撑杆141/内撑杆111b直至满足|α|≤f,然后控制外撑杆141/内撑杆111c伸出直至满足|β|≤f；(d)当α＜0，且β＜0时，外撑杆141/内撑杆111d为最高点，保持外撑杆141/内撑杆111d不动，控制外撑杆141/内撑杆111a伸出直至满足|β|≤f，然后控制外撑杆141/内撑杆111c伸出直至满足|α|≤f；
73.s1003、判断|α|≤f与|β|≤f同时成立后，再伸出第四个外撑杆141/内撑杆111，同
时监测第四个外撑杆141/内撑杆111对应的压力传感器，当该压力传感器监测到压力时即刻停止该外撑杆141/内撑杆111的动作，完成撑地动作过程，此时自动调平结束。
74.综上可知，本发明中提供的链臂切顶机，其工作运行过程中，通过行走装置带动机体移动至目标工位处，之后可控制各外撑杆向下伸出并调平，以将机体平稳支撑，之后控制链臂适度转动并使其作业端举升至目标高度，之后可控制链条沿链臂周向转动以便对目标工位处实施切顶作业，切顶作业过程中，机体沿导臂长度方向滑移前进，并带动链臂同步移动，以使链条实施连续切割作业，待机体沿导臂长度方向前移至适当位置后停止移动，之后控制各内撑杆向下伸出并调平，以将机体平稳支撑，之后控制各外撑杆缩回，然后控制导臂沿其长度方向相对于机体向前移动，待导臂前移一定距离后停止移动，然后控制各外撑杆重新向下伸出并调平，以将机体平稳支撑，之后控制各内撑杆回缩，如此通过内撑杆与外撑杆的交替支撑作业配合机体与导臂间的交替前移，实现链臂及其链条的连续平稳切割作业，保证整个切顶作业过程中能够流畅高效实施，利用各撑杆的自动调平作业，显著提高了切顶作业精度和作业质量，使所述链臂切顶机的整体工作过程更加精确高效。
75.另外，本发明提供的用于该链臂切顶机的控制方法，其控制精度较高，控制效果较好，使得所述链臂切顶机的整体作业精度和施工效率得以相应提高。
76.以上对本发明所提供的链臂切顶机以及用于该链臂切顶机的控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。