專利名稱：一種采煤機恒功率控制方法和操作手柄的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采煤機恒功率控制方法和配套的操作手柄，尤其是指 一種基于磁流變液的觸覺技術(shù)的采煤機恒功率控制方法和可以借助 觸覺技術(shù)實現(xiàn)快速在線調(diào)控的操作手柄。
背景技術(shù)：
隨著能源工業(yè)的迅速發(fā)展，采煤機的功率由幾十千瓦發(fā)展到到目 前的兩千多千瓦。為了實現(xiàn)節(jié)能和高效，采煤機組中的電動機應(yīng)經(jīng)長 時間的保持在額定功率下運轉(zhuǎn)，必須對電動機功率進行自動控制，減 少電動機的過載或欠載。目前的采煤機組中是通過調(diào)整牽引速度來實 現(xiàn)切割電極的恒額定功率的輸出，采掘中由司機根據(jù)相關(guān)的參數(shù)及經(jīng) 驗通過調(diào)節(jié)操作系統(tǒng)鍵盤的按鈕設(shè)定牽引速度限定值后，借助采煤機 組中的計算機或控制電路實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，或者依據(jù)一定的算法來調(diào)節(jié) 滿載運行。司機通過觀察操作系統(tǒng)的顯示屏上的信號來監(jiān)測截割電機 功率輸出，并完成對牽引速度調(diào)節(jié)、防止采煤機過載。實際應(yīng)用中由 于煤層的復(fù)雜性、操作者的操作水平和反應(yīng)速度的差異性、采煤機組 所處環(huán)境煙霧、灰塵、皂雜的惡劣性影響到司機的視野，導(dǎo)致不能及 時根據(jù)截割電機功率變化做出迅速的牽引速度調(diào)整。長期的超載加大 了關(guān)鍵控制部件老化、導(dǎo)致頻繁的故障設(shè)備效率低下。尋找人性化的 操作方式提高操作水平才能使上述問題得到根本的解決
發(fā)明內(nèi)容
磁流變液在無外磁場作用下表現(xiàn)為流動良好的液體狀態(tài)，然而在 強磁場作用下、短時間內(nèi)黏度增加兩個數(shù)量級以上，而且黏度的變化 是連續(xù)、可逆的，即一旦去掉磁場后，又變成可以流動的液體。磁流 變效應(yīng)連續(xù)、可逆、迅速和易于控制的特點使得借助磁流變液裝置能 夠設(shè)計出來結(jié)構(gòu)簡單、噪聲級低、響應(yīng)迅速的觸覺傳感裝置。
本發(fā)明的目的就是借助于以上類型的觸覺傳感裝置設(shè)計一種基 于磁流變液的觸覺技術(shù)的采煤機恒功率控制方法。
與視覺反饋相比，觸覺不僅能夠辨別物體的大小、形狀，還能夠 辨別硬度、質(zhì)地、光滑程度及表面機理一系列信息。在理想狀態(tài)下，
僅僅O. OOlmm的位移就足夠引發(fā)觸覺反應(yīng)。這些都是視覺所不能比 擬的。隨著人機系統(tǒng)的發(fā)展和功能的日益強大，觸覺反饋控置正成為 增強人機界面功能研究的一個新熱點。磁流變液由于其獨特的流變特 性及良好的可控性、為觸覺反饋系統(tǒng)的開發(fā)提供了一個新方向。
為了實現(xiàn)對采煤機組中牽引速度有效、精確的控制，實現(xiàn)其功率 控制達到最佳效率，利用新型智能材料磁流變液的特殊性能，設(shè)計出 這種基于磁流變液的觸覺技術(shù)的采煤機恒功率控制方法。
該方法是在采煤機組的控制計算機和配套的管理軟件的支持下 實現(xiàn)的，其特征在于對采煤機機組中的牽引電機輸出功率的調(diào)整中增 加了操作手柄的快速調(diào)控，具體借助于以下步驟實現(xiàn)；
① 通過電流互感器提取在線采煤機組中截割電機的輸出電流信 號，以及截割電機的轉(zhuǎn)速信號A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入控制計算機，
② 在控制計算機中按照設(shè)定的參數(shù)進行信號比對和按比例調(diào)整后輸出調(diào)控編碼，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成控制信號對電流控制器的輸出電 流進行調(diào)節(jié)，
③ 用電流控制器的輸出電流調(diào)節(jié)磁流變阻裝置中勵磁線圈的電 流，使該裝置中的磁流變液對移動活塞產(chǎn)生變動阻尼力，
④ 將直接調(diào)控牽引電機輸出功率的操作手柄和磁流變阻裝置中 的移動活塞設(shè)置為固定連接、同步移動，形成操作者借助操作手柄阻 力變化的直接感受到采煤機組中輸出功率的變化，
(D借助操作手柄的推拉操作對采煤機組中的牽引電機輸出功率 的進行快速調(diào)整，穩(wěn)定采煤機組的恒功率工作狀態(tài)。
以上方法能夠根據(jù)采煤機截割電機的電流及轉(zhuǎn)速等信號在手柄 上產(chǎn)生相應(yīng)的阻力，操作者通過對感受到的阻力的判斷采取不同的移 動方向，手柄產(chǎn)生相應(yīng)的位移經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換，進一步處理成為調(diào)節(jié) 變頻器信號，用以改變采煤機組中牽引電機的轉(zhuǎn)速。與原有的按鍵調(diào) 整牽引速度相比，由于充分利用了操作者手部觸覺，分辨力及反應(yīng)速 度大大提高，并且更適用于井下噪聲大、能見度低等條件使用。在一 定程度上解決采煤機過載問題及負載不足問題，提髙了系統(tǒng)可靠性， 并且可以在采煤機組切割負載突降時更快的輸出最小功率，降低采煤 機空轉(zhuǎn)噪聲。有效地利用了操作者手部觸覺的分辨力及反應(yīng)速度，有 效調(diào)整采煤機輸出功率。提高了采煤機的工作穩(wěn)定性，節(jié)省采煤能源 降低釆煤成本。
本發(fā)明專利的有益效果是此方法利用新型智能材料磁流變液的 特殊性能，實現(xiàn)對采煤機牽引速度有效、精確的控制由于磁流變液控制閥的響應(yīng)速度為毫秒數(shù)量級，可以提高采煤機 功率控制的響應(yīng)速度。從而提高提高采煤機截割部的工作效率并避免 過載，提高了采煤機的工作穩(wěn)定性，節(jié)省采煤能源降低采煤成本。提 高綜采工作面工作效率。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明目是如何實現(xiàn)的進行進一步詳細描述。


。
圖1本發(fā)明基于磁流變液的觸覺技術(shù)的采煤機組恒功率控制流 程框圖。
圖2本發(fā)明中使用的磁流變阻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3磁流變阻裝置中使用的磁流變閥結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為定位盤剖面示意圖。
圖5為附圖4A向示意圖。
圖6為導(dǎo)磁盤剖面示意圖。
圖7為附圖6B向示意圖。
以上附圖中，1進/出磁流變液的定位圓盤，2導(dǎo)磁圓盤，5導(dǎo)流 孔，6圓環(huán)形凸起，7圓環(huán)形凹槽，8閥體，9線圈支架，10勵磁線 圈。L是帶有位移傳感器的操作手柄。
具體實施例方式
參看附圖，可以清楚的看出本發(fā)明所涉及的方法是在采煤機組 的控制計算機和配套的管理軟件的支持下實現(xiàn)的，關(guān)鍵在于對采煤機 機組中的牽引電機輸出功率的調(diào)整中增加了操作手柄的快速調(diào)控，具 體借助于以下步驟實現(xiàn)；① 通過電流互感器提取在線采煤機組中截割電機的輸出電流信
號，以及截割電機的轉(zhuǎn)速信號A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入控制計算機，
② 在控制計算機中按照設(shè)定的參數(shù)進行信號比對和按比例調(diào)整 后輸出調(diào)控編碼，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成控制信號對電流控制器的輸出電 流進行調(diào)節(jié)，
③ 用電流控制器的輸出電流調(diào)節(jié)磁流變阻裝置中勵磁線圈的電 流，使該裝置中的磁流變液對移動活塞產(chǎn)生變動阻尼力，
④ 將直接調(diào)控牽引電機輸出功率的操作手柄和磁流變阻裝置中 的移動活塞設(shè)置為固定連接、同步移動，形成操作者借助操作手柄阻 力變化的直接感受到采煤機組中輸出功率的變化，
⑤ 借助操作手柄的推拉操作對采煤機組中的牽引電機輸出功率 的進行快速調(diào)整，穩(wěn)定采煤機組的恒功率工作狀態(tài)。
以上所說的步驟⑤中的借助操作手柄的推拉操作對采煤機組中 的牽引電機輸出功率的進行快速調(diào)整的具體步驟包括
① 根據(jù)反映在操作手柄上阻尼力的變化，變換操作手柄的位置， 借助于固定在操作手柄上的位置傳感器將推進或后撤的位移信號經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號送入采煤機組的控制計算機，
② 在控制計算機中按照設(shè)定的常數(shù)和隨機存儲的狀態(tài)參數(shù)進行 信號比對，決定提速或減速指令代碼由控制計算機發(fā)出，
③ 決定提速或減速指令代碼經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器變換為調(diào)控信號加載 在變頻器上，調(diào)控采煤機機組中的牽引電機的工作頻率、改變牽引速度。
在步驟③中所說的磁流變阻裝置是由一個磁流變閥和一個活塞 缸體串連形成的液壓閉合回路，磁流變閥的調(diào)控激磁線圈接在電流控 制器的電流輸出端，活塞和位置傳感器固定在操作手柄上。
在本方法中所采用的磁流變閥的結(jié)構(gòu)中包括閥體8，設(shè)置在閥體 8內(nèi)的、具有中心通孔的骨架上的激磁線圈10，設(shè)置在具有中心通孔 的骨架兩端的是導(dǎo)磁圓盤2和進/出磁流變液的定位圓盤1、借助于 端蓋定位在閥體8內(nèi)，端蓋上設(shè)有磁流變液:Et/出口，閥體8上設(shè)有 激磁電流輸入接線端。
結(jié)合磁變閥的局部部件結(jié)構(gòu)示意圖可以進一步看出進/出磁流 變液的定位圓盤1結(jié)構(gòu)中表面設(shè)置有同心圓環(huán)狀突起6，導(dǎo)磁圓盤2 表面設(shè)置同心圓環(huán)狀形成的梯形凹槽7，進/出磁流變液圓盤1與導(dǎo) 磁圓盤2兩個對應(yīng)表面上設(shè)置梯形突起和凹槽，具有的配合間隙形成 非直線的磁流變液通道，該通道借助進/出磁流變液的定位圓盤1上 的導(dǎo)流孔5、端蓋上的磁流變液進/出口與連接活塞缸的管路相通。
本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵之是設(shè)計了一種能反映出采煤機組工作狀態(tài) 的變阻尼的操作手柄L，該操作手柄借助傳動部件與活塞和位置傳感 器連接在一起、形成連動，活塞缸與磁流變閥串連構(gòu)成磁流變液閉合 回路，手柄帶動活塞，磁流變液在活塞推動經(jīng)閉合回路流經(jīng)磁流變閥 內(nèi)部的磁隙通道形成回流。
通過固定在活塞上的操作手柄作為操作者觸覺感知裝置?；钊捌涓左w與磁流變裝置構(gòu)成回路；操作手柄帶動活塞，磁流變液在活塞 驅(qū)動下在回路內(nèi)流動，流經(jīng)磁流變閥，通過其內(nèi)部特定的磁隙通道。 在沒有磁場作用的狀態(tài)下，磁流變液作牛頓流體粘性流動，活塞運動 基本不受阻力作用，只受系統(tǒng)摩擦力。當(dāng)施加磁場后，磁流變液體在 幾亳秒時間內(nèi)牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)檎乘荏w，磁流變液體的流經(jīng)磁流變閥的 磁隙通道時流動阻力增加，表現(xiàn)為具有一定屈服應(yīng)力的類似于固體物 質(zhì)，活塞運動中所受阻力與磁場強度相關(guān)，與采煤機組中互感器等傳 感器提取當(dāng)前采煤機截割電機的電流及轉(zhuǎn)速等信號相關(guān)。
無磁場時磁流變閥中的磁流變液體經(jīng)進進/出磁流變液的定位圓 盤1的導(dǎo)流孔經(jīng)過上述非直線液流通道，由導(dǎo)磁圓盤2中心導(dǎo)流孔流 出，經(jīng)過激磁線圈10的中心通孔，導(dǎo)入另一端端導(dǎo)磁圓盤2中心導(dǎo) 流孔，經(jīng)過上述非直線液流通道，經(jīng)由該端的磁流變液的定位圓盤l 的導(dǎo)流孔流出磁流變閥。勵磁線圈斷電時，磁流變液在無外磁場作用 下表現(xiàn)為流動良好的液體狀態(tài)，磁流變閥打開導(dǎo)通，勵磁線圈的通電 時，產(chǎn)生強磁場，在強磁場作用下,可在短時間(毫秒級)內(nèi)表現(xiàn)黏度 增加兩個數(shù)量級以上，并呈現(xiàn)類似固體的力學(xué)性質(zhì)，其強度由剪切屈 服應(yīng)力來表征，而且黏度的變化是連續(xù)、可逆的。去掉磁場后，磁流 變液又變成可以流動的液體。當(dāng)施加一定強度的磁場時，磁流變液體 流經(jīng)進油圓盤邊緣區(qū)域及配油圓盤邊緣區(qū)域的的非直線液流通道時， 黏度依據(jù)施加的磁場強度有一定的趨勢變化。
權(quán)利要求
1、一種基于磁流變液的觸覺技術(shù)的采煤機恒功率控制方法，該方法是在采煤機組的控制計算機和配套的管理軟件的支持下實現(xiàn)的，其特征在于對采煤機機組中的牽引電機輸出功率的調(diào)整中增加了操作手柄的快速調(diào)控，具體借助于以下步驟實現(xiàn)；①通過電流互感器提取在線采煤機組中截割電機的輸出電流信號、以及截割電機的轉(zhuǎn)速信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后送入控制計算機，②在控制計算機中按照設(shè)定的參數(shù)進行信號比對和按比例調(diào)整后輸出調(diào)控編碼，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成控制信號對電流控制器的輸出電流進行調(diào)節(jié)，③用電流控制器的輸出電流調(diào)節(jié)磁流變阻裝置中勵磁線圈的電流，使該裝置中的磁流變液對移動活塞產(chǎn)生變動阻尼力，④將直接調(diào)控牽引電機輸出功率的操作手柄和磁流變阻裝置中的活塞設(shè)置為固定連接、同步移動，形成操作者借助操作手柄阻力變化的直接感受到采煤機組中輸出功率的變化，⑤借助操作手柄的推拉操作對采煤機組中的牽引電機輸出功率的進行快速調(diào)整，穩(wěn)定采煤機組的恒功率工作狀態(tài)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所說的采煤機恒功率控制方法，其特征在于 所說的步驟⑤中的借助操作手柄的推拉操作對采煤機組中的牽引電機輸出功率的進行快速調(diào)整的具體步驟包括① 根據(jù)反映在操作手柄上阻尼力的變化，變換操作手柄的位置，借助于固定在操作手柄上的位置傳感器將推進或后撤的位移信號經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號送入采煤機組的控制計算機，② 在控制計算機中按照設(shè)定的常數(shù)和隨機存儲的狀態(tài)參數(shù)進行 信號比對，決定提速或減速指令代碼由控制計算機發(fā)出，③ 決定提速或減速指令代碼經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器變換為調(diào)控信號加載 在變頻器上，調(diào)控采煤機機組中的牽引電機的工作頻率、改變牽引速 度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所說的采煤機恒功率控制方法，其特征在于:在步驟③中所說的磁流變阻裝置是由一個磁流變閥和一個活塞缸體 串連形成的液壓閉合回路，磁流變閥的調(diào)控激磁線圈接在電流控制器 的電流輸出端，活塞和位置傳感器固定在操作手柄(L)上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所說的采煤機恒功率控制方法，其特征在于 磁流變閥的結(jié)構(gòu)中包括閥體(8)，設(shè)置在閥體(8)內(nèi)的、具有中心 通孔的骨架上的進/出磁流變液的定位圓盤(1)，設(shè)置在具有中心通 孔的骨架兩端的是導(dǎo)磁圓盤(2)和進/出磁流變液的定位圓盤(1) 借助于端蓋定位在閥體(8)內(nèi)，端蓋上設(shè)有磁流變液:S/出口，閥體(8)上設(shè)有激磁電流輸入接線端。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所說的采煤機恒功率控制方法，其特征在于 進/出磁流變液的定位圓盤(1)結(jié)構(gòu)中表面設(shè)置有同心圓環(huán)狀突起(6),導(dǎo)磁圓盤(2)表面設(shè)置同心圓環(huán)狀形成的梯形凹槽(7)，進/ 出磁流變液的定位圓盤(1)與導(dǎo)磁圓盤(2)兩個對應(yīng)表面上設(shè)置梯形突起和凹槽，具有的配合間隙形成非直線的磁流變液通道，該通道 借助進/出磁流變液的定位圓盤(1)上的導(dǎo)流孔(5)、端蓋上的磁 流變液進/出口與連接活塞缸的管路相通。
6、 一種變阻尼操作手柄，其特征在于該操作手柄(L)借助傳動 部件與活塞和位置傳感器連接在一起、形成連動，活塞缸與磁流變閩 串連構(gòu)成磁流變液閉合回路，手柄帶動活塞，磁流變液在活塞推動經(jīng) 閉合回路流經(jīng)磁流變閥內(nèi)部的磁隙通道形成回流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于磁流變閥的觸覺技術(shù)的采煤機功率控制方法及其配套的操作手柄裝置。本方法借助于以下步驟實現(xiàn)；①提取采煤機組中截割電機的輸出電流信號，送入控制計算機。②在控制計算機中處理并經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成控制信號對電流控制器進行調(diào)節(jié)，③用電流控制器的輸出電流調(diào)節(jié)磁流變阻裝置中勵磁線圈的電流。④將操作手柄和磁流變阻裝置中的移動活塞設(shè)置為固定連接、同步移動，形成操作者借助操作手柄依阻力變化的過程中直接感受到采煤機組中輸出功率的變化。⑤借助操作手柄的推、拉操作對采煤機組中的牽引電機輸出功率的進行快速調(diào)整，穩(wěn)定采煤機組的恒功率工作狀態(tài)。
文檔編號G05F1/66GK101533287SQ200810216869
公開日2009年9月16日 申請日期2008年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月17日
發(fā)明者劉丹丹, 湯春瑞, 燦 趙 申請人:黑龍江科技學(xué)院