一种电液集成锚杆钻机控制系统及方法与流程

1.本发明属于煤矿井下巷道钻锚领域，具体涉及一种电液集成锚杆钻机控制系统及方法。


背景技术：

2.煤矿用锚杆钻机包含的液压执行机构有：支撑、短进给、长进给、锚杆夹爪、钻厢、前后倾斜机构、左右倾斜机构。其每个执行机构均需要液压缸伸缩来实现，每个液压缸需要两根油管与手动液压换向阀连接，通过人为操纵换向阀的阀杆来实现各机构液压缸的伸缩。
3.目前，煤矿用锚杆钻机在使用中存在的问题有：
4.1.锚杆钻机执行机构多，其配置的手动液压换向阀多，导致操作起来笨重、繁琐、易出现误操作。
5.2.手动液压换向阀组与锚杆钻机连接的液压油管多达二十来根，导致油管布置杂乱无章，并且各机构动作过程中会拖拽油管，极易导致油管磨损断裂。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种电液集成锚杆钻机控制系统及方法解决了锚杆钻机执行机构多导致操作过程中笨重、繁琐、安全性低和易出现误操作的问题。
7.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种电液集成锚杆钻机控制系统，包括依次连接的人机操作站、电磁阀控制箱和锚杆钻机；
8.其中，所述锚杆钻机包括主机架、支撑机构液压缸、进给机构液压缸、钻厢液压马达和夹爪机构；所述支撑机构液压缸的底部固定设置于所述主机架(301)的顶端，所述支撑机构液压缸的顶部与所述夹爪机构的固定部分活动连接，所述钻厢液压马达的转动输出端与所述锚杆钻机的锚杆活动连接并带动锚杆旋转，所述钻厢液压马达的固定连接端与所述进给机构液压缸的活动端连接，所述进给机构液压缸的固定连接端设置于所述主机架的底部；
9.所述人机操作站用于将锚杆钻机各机构的执行情况及相关数据发送至上位机，还用于为电磁阀控制箱提供电源；所述电磁阀控制箱用于控制主机架的内部油路；所述锚杆钻机用于根据人机操作站的控制进行钻孔。
10.进一步地：所述电磁阀控制箱通过配流盘与所述主机架连接。
11.上述进一步方案的有益效果为：电磁阀控制箱通过液压配流盘直接安装在锚杆钻机上，可减少传统的手动换向阀组与锚杆钻机连接的油管数量。
12.进一步地：所述人机操作站包括壳体以及设置于壳体内部的第一电源模块、电脑板和第一通讯模块；所述第一电源模块、电脑板和第一通讯模块依次连接；
13.所述人机操作站还包括设置于壳体正面的显示器和按键板；
14.其中，所述显示器分别与所述第一电源模块和电脑板连接，所述按键板与所述电脑板连接。
15.上述进一步方案的有益效果为：人机操作站的显示器可显示支撑机构液压缸的顶板支撑力、进给机构液压缸的进给推力、钻厢马达进给机构的进给速度和钻厢液压马达的输出转矩，供操作人员读取、比较和分析。
16.进一步地：所述人机操作站还包括设置于壳体侧面的电气闭锁把手；所述电气闭锁把手与所述按键板连接。
17.上述进一步方案的有益效果为：电气闭锁把手具有自复位功能，并且与人机操作站上的按键板有电气闭锁功能。
18.进一步地：所述电磁阀控制箱包括第二电源模块、第二通讯模块、控制板、电磁液压换向阀模块、进口液压油压力传感器、进给液压缸流量传感器、钻厢马达进口油压传感器、钻厢马达出口油压传感器和钻厢马达排油流量传感器；
19.其中，所述控制板分别与所述第二电源模块、第二通讯模块、电磁液压换向阀模块、钻厢马达进口油压传感器、钻厢马达出口油压传感器和钻厢马达排油流量传感器连接。
20.进一步地：所述电磁阀控制箱设置有液压油进油口和液压油回油口，所述液压油进油口和液压油回油口分别与所述电磁液压换向阀模块的进油口和回油口一一对应连接；
21.所述电磁液压换向阀模块包括支撑电磁液压换向阀、进给电磁液压换向阀、夹爪电磁液压换向阀和钴厢马达电磁液压换向阀。
22.上述进一步方案的有益效果为：液压油进油口和液压油回油口与锚杆钻机各个执行机构对应的电磁液压换向阀连接，电磁液压换向阀动作后改变液压油的供给方向来实现锚杆钻机各机构液压缸的动作。
23.一种电液集成锚杆钻机控制方法，包括以下步骤：
24.s1、通过人机操作站根据打钻需求，发送操作信号至电磁阀控制箱；
25.s2、根据电磁阀控制箱接收的操作信号，控制锚杆钻机进行打钻。
26.进一步地：所述步骤s2具体为：
27.通过电磁阀控制箱的控制板接收到操作信号，驱动支撑电磁液压换向阀动作，切换锚杆钻机的支撑机构液压缸的进油和回油方向，控制支撑机构液压缸的伸长或缩短；
28.通过电磁阀控制箱内的控制板驱动进给电磁液压换向阀动作，控制锚杆钻机的进给机构液压缸的伸长或缩短，完成钻厢马达打钻时的进给推进；
29.通过电磁阀控制箱内的控制板驱动夹爪电磁液压换向阀动作，控制锚杆钻机的夹爪机构的夹紧或松开；
30.通过电磁阀控制箱内的控制板驱动钻厢马达电磁液压换向阀动作，控制锚杆钻机的钻厢液压马达的正转或反转，进而带动锚杆旋转进行打钻。
31.进一步地：所述步骤s2中，根据电磁阀控制箱的进口液压油压力传感器监测进口液压油路的供油压力p，计算出各机构液压缸的推力f；其中，计算各机构液压缸的推力f的表达式具体为：
[0032][0033]
式中，d为活塞盘直径；d为活塞杆直径；p为进口液压油压力；
[0034]
通过电磁阀控制箱内的控制板接收到进口液压油路的供油压力p，通过通讯模块传送给人机操作站内的电脑板，进而计算出支撑机构液压缸伸长或缩短时的顶板支撑力、进给机构液压缸的进给推力，计算结果通过人机操作站上的显示器直接显示。
[0035]
上述进一步方案的有益效果为：操作人员根据顶板支撑力的数值大小，可以判断锚杆钻机顶板支撑是否支撑牢固。
[0036]
本发明的有益效果为：
[0037]
(1)本发明的一种电液集成锚杆钻机控制系统的电磁阀控制箱通过液压配流盘直接安装在锚杆钻机上，可减少传统的手动换向阀组与锚杆钻机连接的油管数量，避免锚杆钻机各个机构动作时拖拽油管对油管的磨损，消除了因油管杂乱无章给矿工和设备带来的安全隐患。
[0038]
(2)本发明的电液集成锚杆钻机控制系统的电磁阀控制箱安装有多个压力和流量传感器，可监测执行机构液压缸和钻厢液压马达的流量和压力。人机操作站内的电脑板通过通讯方式可采集到各个流量值和压力值，并可计算出锚杆钻机的顶板支撑力、进给机构的进给速度和推力、钻厢马达的输出转矩和转速。人机操作站内的电脑板可以把计算出的数值显示到显示器上供操作人员查阅。
附图说明
[0039]
图1为电液集成锚杆钻机控制系统的结构图；
[0040]
图2为本发明的人机操作站连接系统图；
[0041]
图3为本发明的电磁阀控制箱连接系统图；
[0042]
图4为电液集成锚杆钻机控制方法的流程图。
[0043]
其中：1、人机操作站；2、电磁阀控制箱；3、锚杆钻机；101、电气闭锁把手；201、配流盘；301、主机架；302、支撑机构液压缸；303、进给机构液压缸；304、钻厢液压马达；305、夹爪机构。
具体实施方式
[0044]
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
[0045]
实施例1：
[0046]
如图1所示，在本发明的一个实施例中，一种电液集成锚杆钻机控制系统，包括依次连接的人机操作站1、电磁阀控制箱2和锚杆钻机3；
[0047]
其中，所述锚杆钻机3包括主机架301、支撑机构液压缸302、进给机构液压缸303、钻厢液压马达304和夹爪机构305；所述支撑机构液压缸302的底部固定设置于所述主机架301的顶端，所述支撑机构液压缸302的顶部与所述夹爪机构305的固定部分活动连接，所述钻厢液压马达304的转动输出端与所述锚杆钻机3的锚杆活动连接并带动锚杆旋转，所述钻厢液压马达304的固定连接端与所述进给机构液压缸303的活动端连接，所述进给机构液压缸303的固定连接端设置于所述主机架301的底部；
[0048]
所述人机操作站1用于将锚杆钻机3各机构的执行情况及相关数据发送至上位机，还用于为电磁阀控制箱2提供电源；所述电磁阀控制箱2用于控制主机架301的内部油路；所述锚杆钻机3用于根据人机操作站1的控制进行钻孔；所述主机架301用于将主机架301各机构电磁阀油路与主机架301的内部油路连通；所述支撑机构液压缸302用于调整支撑机构高度；所述进给机构液压缸303用于带动锚杆钻机3的锚杆进钻；所述钻厢液压马达304用于带动锚杆钻机3的锚杆旋转；所述夹爪机构305用于夹持锚杆。
[0049]
所述电磁阀控制箱2通过配流盘201与所述主机架301连接。
[0050]
如图2所示，所述人机操作站1包括壳体以及设置于壳体内部的第一电源模块、电脑板和第一通讯模块；所述第一电源模块、电脑板和第一通讯模块依次连接；
[0051]
所述人机操作站1还包括设置于壳体正面的显示器和按键板；
[0052]
其中，所述显示器分别与所述第一电源模块和电脑板连接，所述按键板与所述电脑板连接。
[0053]
第一电源模块用于接收外部供电电源，给电脑板、显示器和电磁阀控制箱2供电。
[0054]
所述人机操作站1还包括设置于壳体侧面的电气闭锁把手101；所述电气闭锁把手101与所述按键板连接。显示器通过数据线与电脑板连接，其可以显示锚杆钻机各机构执行情况；显示各机构的液压缸和液压马达的液压油压力及流量。第一通讯模块通过通讯线与上位机、电磁阀控制箱2连接，实现人机操作站1与上位机的数据通讯；实现人机操作站1与电磁阀控制箱2的数据通讯。按键板用于工作人员操作，其与电脑板通过排线连接，将工作人员的操作信息提供给电脑板。
[0055]
电气闭锁把手101具有自复位功能，并且与人机操作站1上的按键板有电气闭锁功能，当操作人员用一只手转动把手并保持接通位置时，用另一只手操作人机操作站1上的按键才能起作用。当操作人员一只手离开电气闭锁把手101时，把手自动复位，其另一只手操作按键不起作用。该功能可有效防止人员误操作。
[0056]
如图3所示，所述电磁阀控制箱2包括第二电源模块、第二通讯模块、控制板、电磁液压换向阀模块、进口液压油压力传感器、进给液压缸流量传感器、钻厢马达进口油压传感器、钻厢马达出口油压传感器和钻厢马达排油流量传感器；
[0057]
其中，所述控制板分别与所述第二电源模块、第二通讯模块、电磁液压换向阀模块、钻厢马达进口油压传感器、钻厢马达出口油压传感器和钻厢马达排油流量传感器连接。
[0058]
所述电磁阀控制箱2设置有液压油进油口和液压油回油口，所述液压油进油口和液压油回油口分别与所述电磁液压换向阀模块的进油口和回油口一一对应连接；
[0059]
所述电磁液压换向阀模块包括支撑电磁液压换向阀、进给电磁液压换向阀、夹爪电磁液压换向阀和钴厢马达电磁液压换向阀。
[0060]
液压油进油口和液压油回油口与锚杆钻机各个执行机构对应的电磁液压换向阀连接，电磁液压换向阀动作后改变液压油的供给方向来实现锚杆钻机各机构液压缸的动作。
[0061]
实施例2：
[0062]
本实施例针对钻锚电液控制系统的实施方法；
[0063]
如图4所示，在本实施例中，一种钻锚电液控制方法，包括以下步骤：
[0064]
s1、通过人机操作站1根据打钻需求，发送操作信号至电磁阀控制箱2；
[0065]
s2、根据电磁阀控制箱2接收的操作信号，控制锚杆钻机3进行打钻。
[0066]
所述步骤s2具体为：
[0067]
通过电磁阀控制箱2的控制板接收到操作信号，驱动支撑电磁液压换向阀动作，切换锚杆钻机3的支撑机构液压缸302的进油和回油方向，控制支撑机构液压缸302的伸长或缩短；
[0068]
通过电磁阀控制箱2内的控制板驱动进给电磁液压换向阀动作，控制锚杆钻机3的进给机构液压缸303的伸长或缩短，完成钻厢马达打钻时的进给推进；
[0069]
通过电磁阀控制箱2内的控制板驱动夹爪电磁液压换向阀动作，控制锚杆钻机3的夹爪机构305的夹紧或松开；
[0070]
通过电磁阀控制箱2内的控制板驱动钻厢马达电磁液压换向阀动作，控制锚杆钻机3的钻厢液压马达304的正转或反转，进而带动锚杆旋转进行打钻。
[0071]
所述步骤s2中，根据电磁阀控制箱2的进口液压油压力传感器监测进口液压油路的供油压力p，计算出各机构液压缸的推力f；其中，计算各机构液压缸的推力f的表达式具体为：
[0072][0073]
式中，d为活塞盘直径；d为活塞杆直径；p为进口液压油压力；
[0074]
通过电磁阀控制箱2内的控制板接收到进口液压油路的供油压力p，通过通讯模块传送给人机操作站1内的电脑板，进而计算出支撑机构液压缸302伸长或缩短时的顶板支撑力、进给机构液压缸303的进给推力，计算结果通过人机操作站1上的显示器直接显示，操作人员根据顶板支撑力的数值大小，可以判断锚杆钻机顶板支撑是否支撑牢固。
[0075]
电磁阀控制箱2还设置有进给机构流量传感器，可以监测到进给机构液压缸303的进油流量q，根据进油流量q的值可以算出液压缸的进给速度v；其中，液压缸的进给速度v的表达式具体为：
[0076][0077]
电磁阀控制箱2内的控制板接收到进给液压缸的进油流量，通过通讯模块传送给人机操作站1内的电脑板。人机操作站1的电脑板通过计算出锚杆钻机钻厢马达进给机构的进给速度，计算结果通过人机操作站1上的显示器直接显示出来供操作人员读取参考。
[0078]
锚杆钻机钻孔时，进给机构液压缸的进给推力与巷道顶板煤层的硬度和强度成递增关系；进给速度与煤层的硬度和强度成递减关系；钻厢液压马达304的输出转矩的大小与煤层硬度和强度成线性递增关系。根据上述关系，锚杆钻机钻取硬度和强度高的煤层时，进给推力增大，进给速度减小、马达输出转矩增大；钻取硬度和强度低的煤层时，进给推力减小、进给速度增大、马达输出转矩减小。所以，操作人员通过人机操作站1的显示器可以读取和掌握每个锚杆钻孔时的进给推力、进给速度、钻厢马达输出转矩，并可以比较各个锚杆钻孔的相关数值，即可以掌握煤矿巷道不同位置的顶板煤层的硬度和强度情况。操作人员根据掌握的情况，可以对顶板煤层硬度和强度较弱的位置增加锚杆数量和加深钻锚深度。
[0079]
本发明的有益效果为：一种电液集成锚杆钻机控制系统的电磁阀控制箱2通过液压配流盘201直接安装在锚杆钻机3上，可减少传统的手动换向阀组与锚杆钻机3连接的油
管数量，避免锚杆钻机各个机构动作时拖拽油管对油管的磨损，消除了因油管杂乱无章给矿工和设备带来的安全隐患。
[0080]
本发明的电液集成锚杆钻机控制系统的电磁阀控制箱2安装有多个压力和流量传感器，可监测执行机构液压缸和钻厢液压马达304的流量和压力。人机操作站1内的电脑板通过通讯方式可采集到各个流量值和压力值，并可计算出锚杆钻机的顶板支撑力、进给机构的进给速度和推力、钻厢马达的输出转矩和转速。人机操作站1内的电脑板可以把计算出的数值显示到显示器上供操作人员查阅。
[0081]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明的技术特征的数量。因此，限定由“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。