一种面向井下单轨吊的坡度轨道偏离检测及控制系统

1.本发明涉及单轨吊控制领域，尤其涉及一种面向井下单轨吊的坡度轨道偏离检测及控制系统。


背景技术：

2.煤矿井下单轨吊在水平轨道行车时，起吊梁前端位置驱动部为机车提供拉力，起吊梁后端位置驱动部为机车提供推力，不会发生轨道弯折现象。当单轨吊在上坡轨道上坡行驶时，各个驱动部的驱动力方向与机车前进方向一致，前端位置驱动部在高处为机车前进提供拉力，后端位置驱动部在低处为机车前进提供推力。但当单轨吊下坡行驶时，各个驱动部的驱动力方向与机车前进方向相反，起吊梁前端位置驱动部在低处，此处驱动部沿着轨道方向向上推动起吊梁，为机车运行提供推力；起吊梁后端位置驱动部在高处，此处驱动部沿着轨道方向向上拉动驱动部，为机车运行提供拉力。
3.由此可知，单轨吊在有坡度的轨道上运行时，起吊梁上方驱动部提供拉力，起吊梁下方驱动部提供推力。但当前端的驱动部平巷轨道，而后端驱动部仍在坡度轨道时，由于此时前端驱动部因突然不受自重和载重的限制，速度将发生变化。尤其对下坡工况，这一变化将导致前端驱动部的速度加快、作用力加大，而后端驱动部的速度和作用大没有变化，此时前后端驱动部将对坡道轨道连接处产生力矩，使坡道轨道存在偏离乃至弯折的危险。
4.同时井下单轨吊坡道轨道安装偏离又将加大弯折风险。由于轨道用链条悬挂于巷道顶板上，同时，轨道安装过程中要求轨道与轨道之间存在缝隙，在安装误差不可避免的情况下，轨道与轨道之间总会出现不平不直的情况，当重物下方的推力过大时就会造成轨道左右摆动形成z字型，从而使驱动部的推力方向不在同一条直线上。根据单轨吊安装标准要求，该偏角应不大于1
°
。这个偏角的存在，导致单轨吊运行过程中驱动部对轨道的力产生了一个侧向的分力，临近轨道对该轨道的力也会产生一个侧向的分力。在这两个侧向分力的共同作用下，轨道就会产生左右摇摆的现象，当单轨吊在有坡度的轨道行驶时，驱动部不仅要克服单轨吊和轨道之间的滚动摩擦，而且要克服单轨吊机车以及货物的重力在轨道方向的分力，所以驱动部的驱动力很大，当这两类侧向分力的合力超过轨道屈服极限或刚度极限时，就会使轨道产生塑性变形，从而造成轨道弯折失效。
5.目前已经涌现了一些通过控制驱动力来改善坡度轨道偏离状况的装置和方法，但由于无法实时掌握轨道的受力状态，对于如何在坡度轨道上实时获取轨道左右偏离情况并报警控制动力系统保护，如何在坡度轨道转接薄弱处无需人工干预和不依赖外界附加设备自动识别坡度工况，进而自动控制驱动部电磁阀进行动力分配技术问题始终无法解决，导致轨道偏离乃至弯折现象时有发生，严重影响单轨吊的连续化运行效率，亟待解决。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本发明提供一种面向井下单轨吊的坡度轨道偏离检测及控制系统技术方案，主要结合单轨吊坡度轨道自身插板和夹板结构及受力，在插板和夹板的
连接槽中，设置压电传感器，自动识别单轨道的坡道工况，自动检测轨道左右偏离和危险，控制单轨吊控制系统进而控制驱动部电磁阀，进行动力分配保护，无需人工干预，不依赖外界附加设备，结构和控制方法简单，实现对坡道轨道的保护，保障单轨吊的连续化运行。
7.系统包括插板轨道、夹板轨道、插销舌头、夹板侧面压电传感、夹板底部压电传感和单轨吊控制系统；所述夹板侧面压电传感和夹板底部压电传感布置于坡度轨道的插板和夹板对接槽处；所述夹板侧面压电传感包括夹板左侧压电传感和夹板右侧压电传感，嵌入夹板内部槽的两侧，与插板和夹板紧密贴合，实时监测轨道左右偏离，并给单轨吊控制系统报警保护；所述夹板底部压电传感嵌入夹板内部槽的底侧，与插板和夹板紧密贴合，当单轨吊运行到坡道时，夹板底部压电传感受力发出信号给单轨吊控制系统，作为单轨吊上下坡状态的检测信号。
8.轨道左右偏离是指坡度轨道上轨道偏离超过1
°
，以向左偏离为例，此时插板挤压夹板左侧压电传感，夹板左侧压电传感受力输出，发出信号给单轨吊控制系统；由于夹板左侧压电传感输出值和轨道偏离角度间关系与轨道载重和受力相关，故设置夹板左侧压电传感输出值在0-500n之间，超过300n第一限值时定义其输出值表示轨道偏离超过1
°
，超过500n第2限值时定义其输出值表示轨道偏离危险；此时，单轨吊控制系统输出控制信号给动力部控制电磁阀工作，执行动力分配乃至紧急制动，并声光报警，避免偏离角度进一步增大导致坡道轨道弯折，实现对轨道偏离的检测和控制；多个夹板左侧压电传感401信号并联进入单轨吊控制系统6，独立控制，任何一个夹板左侧压电传感401信号工作时，单轨吊控制系统6就认为坡道轨道偏离；向右偏离同向左偏离。
9.自动识别坡度工况是指当单轨吊运行到坡度轨道后，由于自身载重联动坡度轨道紧密连接，插板轨道的插板向夹板内部槽底部做紧密贴合，此时插板挤压夹板底部压电传感，夹板底部压电传感受力输出，发出信号给单轨吊控制系统；由于夹板底部压电传感输出值与轨道载重和受力相关，故设置夹板底部压电传感输出值为一个开关限值，在0-300n之间，超过300n定义其输出值表示单轨吊已运行到坡度轨道，多个夹板底部压电传感信号并联进入单轨吊控制系统，为了避免误操作，超过2个夹板底部压电传感信号工作时，单轨吊控制系统才认为单轨吊进入坡道工况，实现自动识别，无需人工干预，不依赖外界附加设备，控制驱动部电磁阀进行动力分配。
10.结合单轨吊坡度轨道自身插板和夹板结构和受力，自动识别单轨道的坡道工况，自动检测轨道左右偏离危险，控制单轨吊控制系统电磁阀，进行动力分配保护，所形成的坡度轨道偏离检测及控制方法包括以下步骤：
11.步骤1.当单轨吊未进入坡度工况，即未在坡度轨道上运行时，夹板侧面压电传感和夹板底部压电传感输出均未超过限值，动力分配系统不工作输出；
12.步骤2.当单轨吊进入坡度工况，即在坡度轨道上运行时，夹板底部压电传感超过2个同时动作，单轨吊控制系统自动识别到坡度工况，由于自重和载重，驱动部运行速度慢；此时，检测夹板侧面压电传感信号，若夹板侧面压电传感不动作输出，则坡度轨道不偏离和弯折，但为了改善坡度轨道受力状况，单轨吊控制系统输出信号，控制靠近前后驾驶室的各一个驱动部的对应电磁阀切断，进行坡度工况甩驱，此时改善了受力，避免因靠近前驾驶室的驱动部由坡度轨道转到平巷轨道时，不受自重和载重作用速度加快，而造成轨道对接处产生弯折力矩，使轨道对接处发生偏离；
13.步骤3.若夹板侧面压电传感动作输出，超过300n第一限值时，自动识别坡度轨道偏离，单轨吊控制系统输出信号，控制靠近前后驾驶室的各两个驱动部的对应电磁阀全部切断，加大坡度工况甩驱力度，此时进一步改善了受力，避免轨道对接处发生偏离乃至弯折；
14.步骤4.若夹板侧面压电传感超过500n第二限值时，轨道偏离危险，单轨吊控制系统输出紧急制动信号，切断所有驱动部电磁阀，进入保护程序。
15.本发明的有益效果体现在：结合单轨吊坡度轨道自身插板和夹板结构及受力，在插板和夹板的连接槽中，设置压电传感器，自动识别单轨道的坡道工况，自动检测轨道左右偏离和危险，控制单轨吊控制系统进而控制驱动部电磁阀，进行动力分配保护，无需人工干预，不依赖外界附加设备，结构和控制方法简单，实现对坡道轨道的保护，保障单轨吊的连续化运行，具有重要意义。
附图说明
16.图1为本发明坡度轨道偏离检测传感器安装示意图；
17.图2为本发明坡度轨道偏离检测传感器(以下坡为例)布置示意图；
18.图3为本发明坡度轨道偏离示意图；
19.图4为本发明坡度轨道自动识别示意图；
20.图5为本发明单轨吊动力系统分布图(以10驱为例)自动识别示意图。
21.附图标记说明：
22.1.插板轨道；2.夹板轨道；3.插销舌头；4.夹板侧面压电传感；5.夹板底部压电传感；6.单轨吊控制系统；7.平巷轨道；8.坡度轨道；9.轨道对接处；101.插板；201.夹板；401.夹板左侧压电传感；402.夹板右侧压电传感；601.前驾驶室；602.后驾驶室；603.前1驱动部；604.后1驱动部；605.前2驱动部；606.后2驱动部；607.中间驱动部。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
25.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，“多个”指两个以上。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的
结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在。
26.如图1所示，一种面向井下单轨吊的坡度轨道偏离检测及控制系统包括插板轨道1、夹板轨道2、插销舌头3、夹板侧面压电传感4、夹板底部压电传感5和单轨吊控制系统6；
27.所述插板轨道1下端固定有插板101，所述夹板轨道2下端固定有夹板201，插板轨道1和夹板轨道2上部通过插销舌头3插销对接，下部通过插板101和夹板201倾斜滑入对接，四周留有活动空间；
28.所述夹板侧面压电传感4和夹板底部压电传感5布置于坡度轨道的插板和夹板对接槽处；
29.所述夹板侧面压电传感4包括夹板左侧压电传感401和夹板右侧压电传感402，嵌入夹板201内部槽的两侧，与插板101和夹板201紧密贴合，实时监测轨道左右偏离，并给单轨吊控制系统6报警保护；
30.所述夹板底部压电传感5嵌入夹板201内部槽的底侧，与插板101和夹板201紧密贴合，当单轨吊运行到坡道时，夹板底部压电传感5受力发出信号给单轨吊控制系统，作为单轨吊上下坡状态的检测信号。
31.如图1和图2所示，在平巷轨道7和坡度轨道8转接处以及坡度轨道8轨道间轨道对接处9，需要布置夹板侧面压电传感4和夹板底部压电传感5，作为坡度轨道偏离乃至弯折的薄弱处检测；根据坡度的大小和长度，轨道对接处9有多处，设置对应数量的夹板侧面压电传感4和夹板底部压电传感5，信号并联输出给单轨吊控制系统6。
32.在一实施例中，如图3所示，轨道左右偏离是指坡度轨道上轨道偏离超过1
°
，以向左偏离为例，此时插板101挤压夹板左侧压电传感401，夹板左侧压电传感401受力输出，发出信号给单轨吊控制系统6；由于夹板左侧压电传感401输出值和轨道偏离角度间关系与轨道载重和受力相关，故设置夹板左侧压电传感401输出值在0-500n之间，超过300n第一限值时定义其输出值表示轨道偏离超过1
°
，超过500n第2限值时定义其输出值表示轨道偏离危险；此时，单轨吊控制系统6输出控制信号给动力部控制电磁阀工作，执行动力分配乃至紧急制动，并声光报警，避免偏离角度进一步增大导致坡道轨道弯折，实现对轨道偏离的检测和控制；多个夹板左侧压电传感401信号并联进入单轨吊控制系统6，独立控制，任何一个夹板左侧压电传感401信号工作时，单轨吊控制系统6就认为坡道轨道偏离；向右偏离同向左偏离。
33.在一实施例中，如图4所示，自动识别坡度工况是指当单轨吊运行到坡度轨道后，由于自身载重联动坡度轨道紧密连接，插板轨道1的插板101向夹板201内部槽底部做紧密贴合，此时插板101挤压夹板底部压电传感5，夹板底部压电传感5受力输出，发出信号给单轨吊控制系统6；由于夹板底部压电传感5输出值与轨道载重和受力相关，故设置夹板底部压电传感5输出值为一个开关限值，在0-300n之间，超过300n定义其输出值表示单轨吊已运行到坡度轨道，多个夹板底部压电传感5信号并联进入单轨吊控制系统6，为了避免误操作，超过2个夹板底部压电传感5信号工作时，单轨吊控制系统6才认为单轨吊进入坡道工况，实现自动识别，无需人工干预，不依赖外界附加设备，控制驱动部电磁阀进行动力分配。
34.如图5所示，所述单轨吊控制系统6置于单轨吊系统的前2驱动部605和中间驱动部607之间，单轨吊前后有前驾驶室601和后驾驶室602，靠近前驾驶室601的有前1驱动部603和前2驱动部605，靠近后驾驶室602的有后1驱动部604和后2驱动部606，每个驱动部都有独
立的电磁阀，受单轨吊控制系统6输出信号单独控制，实现动力分配；动力分配通过驱动部的甩驱实现，即关闭电磁阀，使对应驱动部不工作。
35.优选的，本发明结合单轨吊坡度轨道自身插板和夹板结构和受力，自动识别单轨道的坡道工况，自动检测轨道左右偏离危险，控制单轨吊控制系统电磁阀，进行动力分配保护，所形成的坡度轨道偏离检测及控制方法包括以下步骤：
36.步骤1.当单轨吊未进入坡度工况，即未在坡度轨道上运行时，夹板侧面压电传感4和夹板底部压电传感5输出均未超过限值，动力分配系统不工作输出；
37.步骤2.当单轨吊进入坡度工况，即在坡度轨道上运行时，以图2所示的下坡工况为例，当单轨吊运行在下坡工况时，夹板底部压电传感5动作，单轨吊控制系统6自动识别到坡度工况，由于自重和载重，驱动部运行速度慢；此时，检测夹板侧面压电传感4工作信号，若夹板侧面压电传感4不动作输出，则坡度轨道不偏离和弯折，但为了改善坡度轨道受力状况，单轨吊控制系统6输出信号，控制靠近前驾驶室601和后驾驶室602的前1驱动部603和后1驱动部604的对应电磁阀切断，进行坡度工况甩驱，此时改善了受力，避免因靠近前驾驶室601的前1驱动部603由坡度轨道8转到平巷轨道7时，不受自重和载重作用速度加快，而造成轨道对接处9产生弯折力矩，使轨道对接处9发生偏离；
38.步骤3.若夹板侧面压电传感4动作输出，超过300n第一限值时，自动识别坡度轨道偏离，单轨吊控制系统6输出信号，控制靠近前驾驶室601和后驾驶室602的前1驱动部603、前2驱动部605、后1驱动部604和后2驱动部606的对应电磁阀全部切断，加大坡度工况甩驱力度，此时进一步改善了受力，避免轨道对接处9发生偏离乃至弯折；
39.步骤4.若夹板侧面压电传感4动作输出超过500n第二限值时，轨道偏离危险，单轨吊控制系统6输出紧急制动信号，切断所有驱动部电磁阀，进入保护程序。
40.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。