一种直驱式液压传动采煤机截割滚筒调高系统及方法

一种直驱式液压传动采煤机截割滚筒调高系统及方法申请号：CN201510783132.0申请日：2015.11.16申请（专利权）人中国矿业大学地址221000|江苏省徐州市大学路1号中国矿业大学南湖校区发明（设计）人李威;刘玉飞;许少毅;魏华贤;王世博;刘万里;徐晗;路恩;鞠锦勇;王茗;杨康;盛连超;司卓印;张金尧;须晓锋;董事主分类E21C35/24公开（公告）号CN105422094A公开（公告）日2016.03.23代理机构徐州市淮海专利事务所32205代理人华德明（19）中国人民共和国国家知识产权局（12）发明专利申请（10）申请公布号CN105422094A（45）申请公布日2016.03.23（21）申请号CN201510783132.0（22）申请日2015.11.16（71）申请人中国矿业大学地址221000|江苏省徐州市大学路1号中国矿业大学南湖校区（72）发明人李威;刘玉飞;许少毅;魏华贤;王世博;刘万里;徐晗;路恩;鞠锦勇;王茗;杨康;盛连超;司卓印;张金尧;须晓锋;董事（74）专利代理机构徐州市淮海专利事务所32205代理人华德明（54）发明名称一种直驱式液压传动采煤机截割滚筒调高系统及方法1（57）摘要本发明公开了一种直驱式液压传动采煤机截割滚筒调高系统，包括依次相连的变频控制装置(4)、伺服电动机(1)、液压泵(2)、液压马达(3)；所述的液压马达(3)的输出轴铰接有摇臂(5)，摇臂(5)的顶部设有滚筒(6)；在所述摇臂(5)上还设有检测摇臂(5)的转向、转速和转矩信号的检测装置(7)，所述检测装置(7)将检测的实际值传送至变频控制装置(4)的预设值进行比较、反馈控制；同时还公开了一种利用本系统的调高方法；本发明发采用变频液压系统，电动机在驱动液压泵的同时，可直接实现调高机构变速、变向、变转矩的功能，大大简化系统液压回路结构；同时消除了液压回路中存在的节流损失，具有明显的节能效果。权利要求书1.一种直驱式液压传动采煤机截割滚筒调高系统，其特征在于，它包括：依次相连的变频控制装置（4）、伺服电动机（1）、液压泵（2）、液压马达（3）；所述的液压马达（3）的输出轴铰接有摇臂（5），摇臂（5）的顶部设有滚筒（6）；在所述摇臂（5）上还设有检测摇臂（5）的转向、转速和转矩信号的检测装置（7），所述检测装置（7）将检测的实际值传送至变频控制装置（4）的预设值进行比较、反馈控制。2.根据权利要求1所述的一种直驱式液压传动采煤机截割滚筒调高系统，其特征在于，在所述液压泵（2）、液压马达（3）之间的回路上还设有调定系统工作压力的主安全阀（10）。3.根据权利要求1所述的一种直驱式液压传动采煤机截割滚筒调高系统，其特征在于，所述的液压马达（3）上设有用于系统回油的安全阀（11）。4.一种直驱式液压传动采煤机截割滚筒调高方法，其特征在于，包括以下控制过程：1）摇臂（5）的转向控制：2通过变频控制装置（4）对摇臂（5）的转向进行预设，通过变频控制装置（4）发出控制信号，改变伺服电动机（1）的旋转方向，进而改变液压泵（2）的旋转方向，实现摇臂（5）的转向控制；2）摇臂（5）的转速控制：通过变频控制装置（4）对摇臂（5）的转速设定预设值，当负载变大时，通过变频控制装置（4）发出控制信号，使伺服电动机（1）的转速升高，进而使液压泵（2）的转速升高；当负载下降时，通过变频控制装置（4）发出控制信号，使伺服电动机（1）的转速降低，进而使液压泵（2）的转速降低，实现摇臂（5）的转速控制；3）摇臂（5）的转矩控制：通过变频控制装置（4）对摇臂（5）的转矩设定预设值，当系统压力升高时，通过变频控制装置（4）发出控制信号，使伺服电动机（1）的转速降低，进而使液压泵（2）的转速降低；当系统压力降低时，通过变频控制装置（4）发出控制信号，使伺服电动机（1）的转速升高，进而使液压泵（2）的转速升高，实现摇臂（5）的转矩控制；4）设计预设值与实际值比较、反馈控制：通过检测装置（7）检测摇臂（5）的转向、转速和转矩转速的实际值，并将摇臂（5）的转向、转速和转矩转速的实际值输送到变频控制装置（4），并与预设值进行比较、反馈控制。3说明书一种直驱式液压传动采煤机截割滚筒调高系统及方法[0001]技术领域[0002]本发明涉及一种采煤机截割滚筒调高系统，具体是一种直驱式液压传动采煤机截割滚筒调高系统及方法，属于矿用采煤机技术领域。[0003]背景技术[0004]随着煤炭开采技术的快速发展以及对煤矿安全重要性的提高，井下采煤工作面实现少人或无人开采已成为必然趋势，其必要条件是实现井下采煤装备机械化和自动化。[0005]采煤机作为主要落煤装备，其自动控制主要包括变频牵引和截割滚筒的智能调高。其中，截割滚筒自动调高是指在采煤机牵引运动时，前后滚筒需要沿工作面煤岩界面的高度自动调整，避免割到顶板和底板，以获得最大的采出率。[0006]同时，采煤机进行截割工作时，由于其截割对象通常是煤或煤与岩石等夹杂物的混合体，截割介质的变化将会引起滚筒负载发生突变。因此，在采煤机在工作过程中，需要通过滚筒调高机构，在煤层高度范围内上、下调整滚筒高度来适应煤层的变化，以达到最佳的割煤效果。[0007]通常，由滚筒调高机构阀控液压系统，其变速、变向和变转矩是通过流量控制阀、方向控制阀和压力控制阀等大功率耗能元件实现控制，且系统液压回路结构较为复杂，液压回路中存在严重的节流损失。[0008]发明内容[0009]针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种直驱式液压传动采煤机截割滚筒调高系统及方法，能够消除液压回路中存在的节流损失、简化系统液压回路结构，进而实现明显的节能效果。[0010]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种直驱式液压传动采煤机截割滚筒调高系统，它包括：[0011]依次相连的变频控制装置、伺服电动机、液压泵、液压马达；[0012]所述的液压马达的输出轴铰接有摇臂，摇臂的顶部设有滚筒；[0013]在所述摇臂上还设有检测摇臂的转向、转速和转矩信号的检测装置，所述检测装置将检将检测的实际值传送至变频控制装置的预设值进行比较、反馈控制。4[0014]在液压泵、液压马达之间的回路上还设有调定系统工作压力的主安全阀。[0015]所述的液压马达上设有用于系统回油的安全阀。[0016]本发明还公开了一种直驱式液压传动采煤机截割滚筒调高方法，包括以下控制过程：[0017]1)摇臂的转向控制：[0018]通过变频控制装置对摇臂的转向进行预设，通过变频控制装置发出控制信号，改变伺服电动机的旋转方向，进而改变液压泵的旋转方向，实现摇臂的转向控制；[0019]2)摇臂的转速控制：[0020]通过变频控制装置对摇臂的转速设定预设值，当负载变大时，通过变频控制装置发出控制信号，使伺服电动机的转速升高，进而使液压泵的转速升高；当负载下降时，通过变频控制装置发出控制信号，使伺服电动机的转速降低，进而使液压泵的转速降低，实现摇臂的转速控制；[0021]3)摇臂的转矩控制：[0022]通过变频控制装置对摇臂的转矩设定预设值，当系统压力升高时，通过变频控制装置发出控制信号，使伺服电动机的转速降低，进而使液压泵的转速降低；当系统压力降低时，通过变频控制装置发出控制信号，使伺服电动机的转速升高，进而使液压泵的转速升高，实现摇臂的转矩控制；[0023]4)设计预设值与实际值比较、反馈控制：[0024]通过检测装置检测摇臂的转向、转速和转矩转速的实际值，并将摇臂的转向、转速和转矩转速的实际值输送到变频控制装置，并与变频控制装置预设值进行比较、反馈控制。[0025]与现有的大功率耗能元件控制系统相比：本发明将变频技术与液压系统相结合，充分利用伺服电机控制的方便性、灵活性和液压系统的大输出力/转矩两个独特优点，组成变频液压系统，伺服电机在驱动液压泵的同时，可直接实现调高机构变速、变向、变转矩的功能，大大简化系统液压回路结构；[0026]同时，在系统主回路中不再使用流量控制阀、方向控制阀和压力控制阀三大耗能控制元件，消除了液压回路中存在的节流损失，另外，当调高机构需要工作时电动机运转，调高机构停止工作时，电动机关机、没有空运转的损失，这两个特点可以实现明显的节能效果。[0027]附图说明[0028]图1为本发明的直驱式液压传动采煤机截割滚筒调高系统示意图。[0029]图中：1、伺服电动机；2、液压泵；3、液压马达；4、变频控制装置；5、摇臂；6、滚筒；7、检测装置；8、油箱；9、过滤器；10、主安全阀；11、安全阀。5[0030]具体实施方式[0031]下面结合附图对本发明作进一步说明。[0032]如图1所示，本发明为一种直驱式液压传动采煤机截割滚筒调高系统，它包括：[0033]依次相连的变频控制装置4、伺服电动机1、液压泵2、液压马达3；[0034]所述的液压马达3的输出轴铰接有摇臂5，摇臂5的顶部设有滚筒6；[0035]在所述摇臂5上还设有检测摇臂5的转向、转速和转矩信号的检测装置7，所述检测装置7将检测的实际值传送至变频控制装置4的预设值进行比较、反馈控制。[0036]其中，在所述液压泵2、液压马达3之间的回路上还设有调定系统工作压力的主安全阀10，所述的液压马达3上设有用于系统回油的安全阀11。[0037]工作时：通过变频控制装置4发出控制信号，控制伺服电动机1旋转，带动液压泵2经过滤器9从油箱8中吸油，从而驱动液压马达3旋转，液压马达3的输出轴与摇臂5铰接，从而驱动摇臂5使滚筒6完成调高操作；[0038]由于伺服电动机1与液压泵2直接相连，控制伺服电动机1的转向即可控制液压泵2的转向，也就进一步控制液压马达3和摇臂5的转向；液压泵2和液压马达3的转速与流量有关，通过控制液压泵2和液压马达3的流量即可实现摇臂5转速的控制，通过转速的控制也就可实现摇臂5转矩的控制；[0039]其中，主系统的工作压力可由主安全阀10调定，回路中的油液可经安全阀11回油箱8。[0040]同时，本发明还公开了一种利用直驱式液压传动采煤机截割滚筒调高系统进行的调高方法，具体包括以下过程：[0041]1)摇臂5的转向控制：[0042]通过变频控制装置4对摇臂5的转向进行预设，通过变频控制装置4发出控制信号，改变伺服电动机1的旋转方向，进而改变液压泵2的旋转方向，实现摇臂5的转向控制；[0043]2)摇臂5的转速控制：[0044]通过变频控制装置4对摇臂5的转速设定预设值，液压泵2的输出流量Qp为：[0045]Qp＝qpnp-klppp[0046]其中，qp为液压泵2的排量；np为液压泵2的转速；klppp为液压泵2的泄漏量；pp为系统压力；[0047]当负载变大时，系统压力pp升高，泄漏量klppp必然增加，为了保证输出流量Qp恒定，则qpnp必须升高，即液压泵2的转速np必须升高(定量泵的排量qp为常数)，此时通过变频控制装置4发出控制信号，使伺服电动机1的转速升高，进而使液压泵2的转速升高；6[0048]同理，当负载下降时，系统压力pp降低，泄漏量klppp减少，为了保证输出流量Qp恒定，则qpnp必须下降，即液压泵2的转速np必须下降(定量泵的排量qp为常数)，通过变频控制装置4发出控制信号，使伺服电动机1的转速降低，进而使液压泵2的转速降低，从而可实现摇臂5的转速控制；[0049]3)摇臂5的转矩控制：[0050]通过变频控制装置4对摇臂5的转矩设定预设值，液压泵2的输出功率P为：[0051]P＝qpnppp-klppp2[0052]由于klppp2相对于qpnppp较小，当系统压力pp升高时，为了保证输出功率P恒定，液压泵2的转速np必须下降，通过变频控制装置4发出控制信号，使伺服电动机1的转速降低，从而使液压泵2的转速降低；同理，当系统压力pp降低时，为了保证输出功率P恒定，液压泵2的转速np必须升高，通过变频控制装置4发出控制信号，使伺服电动机1的转速升高，从而使液压泵2的转速升高，从而可实现摇臂5的转矩控制；[0053]4)设计预设值与实际值比较、反馈控制：[0054]通过检测装置7检测摇臂5的转向、