蓄电池单轨吊用隔爆兼本质安全型调速控制箱控制系统的制作方法

1.本发明涉及单轨吊技术领域，具体涉及蓄电池单轨吊用隔爆兼本质安全型调速控制箱控制系统。


背景技术：

2.蓄电池单轨吊是一种煤矿井下辅助运输机车。行驶在单轨上，不仅可以运送材料、人员和设备，还可以完成井下设备的简单提升、吊装等工作，是一种多功能、高效率、多用途的井下辅助运输车辆。在平路或上坡时，由蓄电池提供动力完成牵引工作；下坡时，可将动能和势能转化成电能,反冲给蓄电池，靠能量回馈实现自动减速制动。
3.蓄电池单轨吊是通过蓄电池对动力电机进行供电，未单轨吊的运行提供动力，单轨吊在运行时，通过位于轨道两侧的动力电机带动搓轮与轨道摩擦，从而实现单轨吊的运行，而单轨吊在过弯时，因弧形轨道结构特点，造成一侧的搓轮与轨道接触紧密，而另一侧的轨道接触松弛，两个搓轮的转速差异大，常规的采用同步控制动力电机方式，会造成一侧转速大，另一侧转速小，为了实现单轨吊动力模块平稳运行，势必带动低速侧的电机进行提速，形成反向电流，提速后造成快速侧负担过大，造成耗电量增大，同时影响动力电机和蓄电池的使用寿命，并且现有的蓄电池单轨吊制动采用动力电机将势能转换成动能的方式以及摩擦制动结合的方式进行减速，对于势能的利用率低。


技术实现要素：

4.为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供蓄电池单轨吊用隔爆兼本质安全型调速控制箱控制系统，通过主控制器分别控制两个动力电机的转速，对低速侧的动力电机进行提速，避免压力大的一侧承载过大负载，延长动力电机和蓄电池的使用寿命；通过设置由液压伸缩杆二驱动的制动轮，将制动轮通过减速箱与发电机传动，通过增设额外的发电机省去机械制动的环节，降低摩擦损耗，提升势能回收效率。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.蓄电池单轨吊用隔爆兼本质安全型调速控制箱控制系统，包括监测单元、数据分析单元、主控制器、显示器、控制按键、动力电机、液压伸缩杆一、液压伸缩杆二、数据库和存储器，所述数据库录入有前进过弯半径节点值，所述监测单元用于对单轨吊动力模块运行状态进行检测，并将获得的数据传输至数据分析单元，所述数据分析单元用于将获得的数据与数据库数据进行对比分析，并判断单轨吊动力模块的上下坡度、前进过弯半径、实时过弯半径、牵引状态、运行速度及加减速状态；
7.所述主控制器用于控制动力电机、液压伸缩杆一、液压伸缩杆二的工作状态，控制按键用于向主控制器发送命令，所述显示器用于显示操作界面，所述液压伸缩杆一用于调节单轨吊动力模块的搓轮与运行轨道之间的压力，从而保证搓轮与运行轨道的有效接触，所述液压伸缩杆二用于调节单轨吊动力模块的制动轮与运行轨道之间的压力，从而保证在制动时，制动轮的制动阻力。
8.进一步在于：所述监测单元包括固定在单轨吊动力模块上的六轴电子陀螺仪和速度传感器，所述六轴电子陀螺仪用于监测单轨吊动力模块的上下坡度及加减速状态，这样方便对蓄电池单轨吊行径状态进行确认，所述速度传感器用于监测单轨吊动力模块的运行速度，这样确保蓄电池单轨吊在规定速度下运行；
9.所述监测单元还包括两个距离传感器、两个压力传感器一、一个压力传感器二和一个拉压力传感器，所述距离传感器用于监测单轨吊动力模块与运行轨道之间的距离，所述距离传感器固定在单轨吊动力模块的连接轨侧壁；所述压力传感器一用于监测搓轮与运行轨道之间的压力，所述压力传感器一固定在单轨吊动力模块的t型块与传动杆连接处；
10.所述压力传感器二用于监测制动轮与运行轨道之间的压力，所述压力传感器固定在单轨吊动力模块的液压伸缩杆二的伸缩端与外连接架之间；
11.所述拉压力传感器固定在单轨吊动力模块与被牵引对象之间，用于监测单轨吊动力模块与被牵引对象之间的拉压力状况。
12.进一步在于：所述距离传感器的朝向与连接轨中心面之间夹角为75
°
，所述数据库录入的前进过弯半径节点值获取步骤如下：
13.s1：调用n个等差标准圆弧运行轨道，将圆弧运行轨道的半径按照顺序依次记为r1、r2、r3
……
rn；
14.s2：将单轨吊动力模块按照顺序逐次放置在对应的标准圆弧运行轨道，然后将左右两个距离传感器的测距数据，对应测试次序i，分别记为dli和dri，i≤n；
15.s3：计算对应测试次序的dli和dri差值，记为δdci；
16.s4：将对应测试次序的δdci与对应的标准圆弧运行轨道半径对应。
17.进一步在于：所述数据分析单元分析前进过弯半径，具体步骤如下：
18.步骤一：获得左右两个距离传感器的测距数据，分别为dl和dr；
19.步骤二：计算dl和dr二者之间的差值为δd；
20.步骤三：将δd与数据库录入的前进过弯半径节点值进行比较，从而确定前进过弯半径的区间值。
21.进一步在于：所述数据分析单元分析实时过弯半径，具体步骤如下：
22.步骤一：通过速度传感器获得单轨吊动力模块实时速度，记为vt，通过左右两个压力传感器一获得压力数据,记为pl和pr，通过称重获得单轨吊动力模块质量，记为m；
23.步骤二：计算pl和pr二者差值，记为δp；
24.步骤三：将δp、m和vt的绝对值，带入公式r＝mvt2/δp，获得实时过弯半径r。
25.进一步在于：所述单轨吊动力模块过弯时，主控制器对两个动力电机的转速进行分别调节，当δp＞0时，对右侧动力电机进行增速，当δp＜0，对左侧动力电机进行增速，增速数值，根据单轨吊动力模块实时速度vt、实时过弯半径r，获得单轨吊动力模块运行角速度ω，然后将单轨吊动力模块运行角速度ω与两个动力电机距离的一半进行乘积，从而获得增速数值。
26.进一步在于：静启动时，所述拉压力传感器计量结果为拉力时，则单轨吊动力模块处于爬坡状态，主控制器先控制动力电机工作再控制液压伸缩杆二工作，避免溜坡，所述拉压力传感器计量结果为压力时，则单轨吊动力模块处于下坡状态，主控制器先控制液压伸缩杆二工作，再控制动力电机工作，这样通过该发电机可将势能转换成动能。
27.进一步在于：所述单轨吊动力模块包括连接轨，所述连接轨为截面为匚型的钢构，所述连接轨的两侧壁中部开设有矩形孔一，所述连接轨的两端均固定有连接架，所述连接轨的两个内壁均等距转动连接有多个支撑滑轮，所述连接轨的一侧底部开设有矩形孔二，所述连接轨的中部设置有动力机构，所述连接轨对应矩形孔二所在位置处设置有制动机构，所述连接轨远离制动机构的两个外侧壁均固定有测距机构，所述测距机构包括与连接轨固定连接的三角架，所述三角架的内部固定有距离传感器，通过距离传感器判断与运行轨道之间距离，然后通过两个距离数值比较，从而确定即将过弯轨道的半径。
28.进一步在于：所述动力机构包括与连接轨底部固定连接的底托架和液压伸缩杆一，所述液压伸缩杆一的伸缩端固定有t型块，所述底托架的两端均固定有外连座，所述外连座的内部通过铰链转动连接有弧形板，所述弧形板的内弧面固定有内承板，所述内承板的内部固定有电机连接座，所述电机连接座的底部固定有动力电机，所述动力电机的电机轴贯穿电机连接座与内承板上部的搓轮传动连接，且搓轮贯穿矩形孔一并延伸至连接轨内部，所述弧形板远离外连座的端部固定有连接座，且连接座通过传动杆与对应位置的t型块转动连接，通过液压伸缩杆一带动弧形板旋转，能够实现从两侧同步对运行轨道进行夹持，并可根据需要进行夹持强度调节，有效实现传动和势能回收。
29.进一步在于：所述制动机构包括与连接轨位于矩形孔二处两侧壁固定连接的外连接架，两个所述外连接架的上部均设置有基座，所述基座的内部固定有液压伸缩杆二，且液压伸缩杆二的传动端与外连接架顶面固定连接，所述基座的两侧外壁均固定有侧连板，同一连接轨侧壁的两个侧连板底端固定有连接圆盘，两个所述连接圆盘之间转动连接有制动轮，其中，一个连接圆盘的外壁固定有减速箱，所述减速箱的输出端与制动轮传动连接，所述减速箱的顶面固定有与减速箱输入端传动连接的发电机，通过设置由液压伸缩杆二驱动的制动轮，将制动轮通过减速箱与发电机传动，通过增设额外的发电机省去机械制动的环节，降低摩擦损耗，提升势能回收效率。
30.本发明的有益效果：
31.1、控制箱控制系统通过距离传感器监测单轨吊动力模块与运行轨道之间的距离，然后通过固定在单轨吊动力模块的t型块与传动杆连接处的压力传感器一监测搓轮与运行轨道之间的压力，通过对蓄电池单轨吊即将行径的路线和正在行径的路线的搓轮收到的压力状态进行分析，通过主控制器分别控制两个动力电机的转速，对低速侧的动力电机进行提速，避免压力大的一侧承载过大负载，延长动力电机和蓄电池的使用寿命；
32.2、单轨吊动力模块的连接轨对应矩形孔二所在位置处设置有制动机构，将制动机构的外连接架与连接轨位于矩形孔二处两侧壁固定连接，将两个外连接架的上部基座的内部固定有液压伸缩杆二，且液压伸缩杆二的传动端与外连接架顶面固定连接，在基座的两侧外壁均固定有侧连板，然后将同一连接轨侧壁的两个侧连板底端固定有连接圆盘，并在两个连接圆盘之间转动连接有制动轮，将其中一个连接圆盘的外壁通过减速箱与发电机进行连接，通过设置由液压伸缩杆二驱动的制动轮，将制动轮通过减速箱与发电机传动，通过增设额外的发电机省去机械制动的环节，降低摩擦损耗，提升势能回收效率。
附图说明
33.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
34.图1是本发明整体系统框图；
35.图2是本发明中单轨吊动力模块示意图；
36.图3是本发明中连接轨的结构示意图；
37.图4是本发明中测距机构的结构示意图；
38.图5是本发明中动力机构的结构示意图；
39.图6是本发明中制动机构的结构示意图。
40.图中：100、测距机构；101、三角架；102、距离传感器；200、连接轨；201、矩形孔一；202、支撑滑轮；203、连接架；204、矩形孔二；300、动力机构；301、底托架；302、外连座；303、弧形板；304、液压伸缩杆一；305、传动杆；306、t型块；307、动力电机；308、电机连接座；309、内承板；310、搓轮；400、制动机构；401、基座；402、液压伸缩杆二；403、侧连板；404、外连接架；405、连接圆盘；406、制动轮；407、减速箱；408、发电机。
具体实施方式
41.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
42.请参阅图1
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6所示，蓄电池单轨吊用隔爆兼本质安全型调速控制箱控制系统，包括监测单元、数据分析单元、主控制器、显示器、控制按键、动力电机307、液压伸缩杆一304、液压伸缩杆二402、数据库和存储器，数据库录入有前进过弯半径节点值，监测单元用于对单轨吊动力模块运行状态进行检测，并将获得的数据传输至数据分析单元，数据分析单元用于将获得的数据与数据库数据进行对比分析，并判断单轨吊动力模块的上下坡度、前进过弯半径、实时过弯半径、牵引状态、运行速度及加减速状态；
43.主控制器用于控制动力电机307、液压伸缩杆一304、液压伸缩杆二402的工作状态，控制按键用于向主控制器发送命令，显示器用于显示操作界面，液压伸缩杆一304用于调节单轨吊动力模块的搓轮310与运行轨道之间的压力，从而保证搓轮310与运行轨道的有效接触，液压伸缩杆二402用于调节单轨吊动力模块的制动轮406与运行轨道之间的压力，从而保证在制动时，制动轮406的制动阻力。
44.监测单元包括固定在单轨吊动力模块上的六轴电子陀螺仪和速度传感器，六轴电子陀螺仪用于监测单轨吊动力模块的上下坡度及加减速状态，这样方便对蓄电池单轨吊行径状态进行确认，速度传感器用于监测单轨吊动力模块的运行速度，这样确保蓄电池单轨吊在规定速度下运行；
45.监测单元还包括两个距离传感器102、两个压力传感器一、一个压力传感器二和一个拉压力传感器，距离传感器102用于监测单轨吊动力模块与运行轨道之间的距离，距离传感器102固定在单轨吊动力模块的连接轨200侧壁；压力传感器一用于监测搓轮310与运行轨道之间的压力，压力传感器一固定在单轨吊动力模块的t型块306与传动杆305连接处；
46.压力传感器二用于监测制动轮406与运行轨道之间的压力，压力传感器固定在单轨吊动力模块的液压伸缩杆二402的伸缩端与外连接架404之间；
47.拉压力传感器固定在单轨吊动力模块与被牵引对象之间，用于监测单轨吊动力模
块与被牵引对象之间的拉压力状况。
48.距离传感器102的朝向与连接轨200中心面之间夹角为75
°
，数据库录入的前进过弯半径节点值获取步骤如下：
49.s1：调用n个等差标准圆弧运行轨道，将圆弧运行轨道的半径按照顺序依次记为r1、r2、r3
……
rn；
50.s2：将单轨吊动力模块按照顺序逐次放置在对应的标准圆弧运行轨道，然后将左右两个距离传感器102的测距数据，对应测试次序i，分别记为dli和dri，i≤n；
51.s3：计算对应测试次序的dli和dri差值，记为δdci；
52.s4：将对应测试次序的δdci与对应的标准圆弧运行轨道半径对应。
53.数据分析单元分析前进过弯半径，具体步骤如下：
54.步骤一：获得左右两个距离传感器102的测距数据，分别为dl和dr；
55.步骤二：计算dl和dr二者之间的差值为δd；
56.步骤三：将δd与数据库录入的前进过弯半径节点值进行比较，从而确定前进过弯半径的区间值。
57.数据分析单元分析实时过弯半径，具体步骤如下：
58.步骤一：通过速度传感器获得单轨吊动力模块实时速度，记为vt，通过左右两个压力传感器一获得压力数据,记为pl和pr，通过称重获得单轨吊动力模块质量，记为m；
59.步骤二：计算pl和pr二者差值，记为δp；
60.步骤三：将δp、m和vt的绝对值，带入公式r＝mvt2/δp，获得实时过弯半径r。
61.单轨吊动力模块过弯时，主控制器对两个动力电机307的转速进行分别调节，当δp＞0时，对右侧动力电机307进行增速，当δp＜0，对左侧动力电机307进行增速，增速数值，根据单轨吊动力模块实时速度vt、实时过弯半径r，获得单轨吊动力模块运行角速度ω，然后将单轨吊动力模块运行角速度ω与两个动力电机307距离的一半进行乘积，从而获得增速数值。
62.静启动时，拉压力传感器计量结果为拉力时，则单轨吊动力模块处于爬坡状态，主控制器先控制动力电机307工作再控制液压伸缩杆二402工作，避免溜坡，拉压力传感器计量结果为压力时，则单轨吊动力模块处于下坡状态，主控制器先控制液压伸缩杆二402工作，再控制动力电机307工作，这样通过该发电机408可将势能转换成动能。
63.单轨吊动力模块包括连接轨200，连接轨200为截面为匚型的钢构，连接轨200的两侧壁中部开设有矩形孔一201，连接轨200的两端均固定有连接架203，连接轨200的两个内壁均等距转动连接有多个支撑滑轮202，连接轨200的一侧底部开设有矩形孔二204，连接轨200的中部设置有动力机构300，连接轨200对应矩形孔二204所在位置处设置有制动机构400，连接轨200远离制动机构400的两个外侧壁均固定有测距机构100，测距机构100包括与连接轨200固定连接的三角架101，三角架101的内部固定有距离传感器102，通过距离传感器102判断与运行轨道之间距离，然后通过两个距离数值比较，从而确定即将过弯轨道的半径。
64.动力机构300包括与连接轨200底部固定连接的底托架301和液压伸缩杆一304，液压伸缩杆一304的伸缩端固定有t型块306，底托架301的两端均固定有外连座302，外连座302的内部通过铰链转动连接有弧形板303，弧形板303的内弧面固定有内承板309，内承板
309的内部固定有电机连接座308，电机连接座308的底部固定有动力电机307，动力电机307的电机轴贯穿电机连接座308与内承板309上部的搓轮310传动连接，且搓轮310贯穿矩形孔一201并延伸至连接轨200内部，弧形板303远离外连座302的端部固定有连接座，且连接座通过传动杆305与对应位置的t型块306转动连接，通过液压伸缩杆一304带动弧形板303旋转，能够实现从两侧同步对运行轨道进行夹持，并可根据需要进行夹持强度调节，有效实现传动和势能回收，制动机构400包括与连接轨200位于矩形孔二204处两侧壁固定连接的外连接架404，两个外连接架404的上部均设置有基座401，基座401的内部固定有液压伸缩杆二402，且液压伸缩杆二402的传动端与外连接架404顶面固定连接，基座401的两侧外壁均固定有侧连板403，同一连接轨200侧壁的两个侧连板403底端固定有连接圆盘405，两个连接圆盘405之间转动连接有制动轮406，其中，一个连接圆盘405的外壁固定有减速箱407，减速箱407的输出端与制动轮406传动连接，减速箱407的顶面固定有与减速箱407输入端传动连接的发电机408，通过设置由液压伸缩杆二402驱动的制动轮406，将制动轮406通过减速箱407与发电机408传动，通过增设额外的发电机408省去机械制动的环节，降低摩擦损耗，提升势能回收效率。
65.控制箱控制系统通过距离传感器102监测单轨吊动力模块与运行轨道之间的距离，然后通过固定在单轨吊动力模块的t型块306与传动杆305连接处的压力传感器一监测搓轮310与运行轨道之间的压力，通过对蓄电池单轨吊即将行径的路线和正在行径的路线的搓轮310收到的压力状态进行分析，通过主控制器分别控制两个动力电机307的转速，对低速侧的动力电机307进行提速，避免压力大的一侧承载过大负载，延长动力电机307和蓄电池的使用寿命；
66.单轨吊动力模块的连接轨200对应矩形孔二204所在位置处设置有制动机构400，将制动机构400的外连接架404与连接轨200位于矩形孔二204处两侧壁固定连接，将两个外连接架404的上部基座401的内部固定有液压伸缩杆二402，且液压伸缩杆二402的传动端与外连接架404顶面固定连接，在基座401的两侧外壁均固定有侧连板403，然后将同一连接轨200侧壁的两个侧连板403底端固定有连接圆盘405，并在两个连接圆盘405之间转动连接有制动轮406，将其中一个连接圆盘405的外壁通过减速箱407与发电机408进行连接，通过设置由液压伸缩杆二402驱动的制动轮406，将制动轮406通过减速箱407与发电机408传动，通过增设额外的发电机408省去机械制动的环节，降低摩擦损耗，提升势能回收效率。
67.工作原理：蓄电池单轨吊进启动时，根据拉压力传感器测量的数据对蓄电池单轨吊所处的状态进行判断，当拉压力传感器计量结果为拉力时，主控制器先控制动力电机307工作再控制液压伸缩杆二402工作，这样动力电机307达到规定的牵引力后，能够带动蓄电池单轨吊进行移动，避免后溜，而当拉压力传感器计量结果为压力时，主控制器先控制液压伸缩杆二402收缩，从而降低制动轮406运行轨道间的摩擦力，再控制动力电机307工作，这样能够将蓄电池单轨吊的势能转换成动能和存储在蓄电池的电能；
68.蓄电池单轨吊运行的过程中，通过测距机构100的两个距离传感器102对将要行径的路线进行过弯半径估计，同时对正在进行弯轨，利用压力传感器一进行压力数据采集，然后将采集的结果通过数据分析单元进行分析，主控制器对数据分析单元反馈的结果，对动力电机307进行速度调整；
69.在蓄电池单轨吊正常行径时，通过其内部的六轴电子陀螺仪对其上升、下降状态
进行监测，在下坡时，及时通过控制液压伸缩杆二402带动制动轮406挤压运行轨道，将势能转换成动能，在上坡时，及时撤去制动轮406与运行轨道的挤压，降低行驶阻力。
70.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
71.以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。