[发明专利]一种液压支架高度测量装置及方法

说明书

一种液压支架高度测量装置及方法，高度测量装置包括步进电机、轴编码器、测高拉绳、铅锤、张紧传感器、微控制器、快插通信接口等。进行高度测量时，微控制器驱动步进电机控制测高拉绳在铅锤的重力作用下的收放程度，同时张紧传感器监测测高拉绳的张紧力，其检测到张紧力发生变化时判断铅锤已接触到支架底座，微控制器根据轴编码器反馈的旋转角度计算放线长度，从而得到液压支架的测量高度。

技术领域

本发明涉及煤炭自动化采掘领域，具体而言，涉及一种综采工作面液压支架高度的自动测量方法、装置和系统。

背景技术

随着煤炭开采自动化技术的发展，综采工作面采煤高度是自动化系统监测的一项重要参数。通常采煤高度与工作面液压支架高度相同，检测采煤高度可通过测量支架高度获得，因此，液压支架高度监测，以及相应的综采工作面开采高度监测变成综采自动化领域的关键技术问题。由于综采工作面环境恶劣，传统通用的高度测量方式在井下应用面临一定的局限性。目前在煤矿下应用的现有技术主要包括激光测距法、倾角组合测量法、液管压力测量法。

激光测距法：在支架顶梁安装激光测距仪，朝底座发射激光测距，或者反过来安装在底座，从而测高。激光测距法的主要面临问题有：1、激光发射窗镜头被煤尘遮盖，镜片污染使得装置无法正常工作；2、靶点不固定，安装架位置和姿态随支架结构部件运动发生变化，激光靶点位置会发生大范围移动，落到支架不同位置时测距数值变化很大，测量误差偏大。

倾角组合测量法：在液压支架的几个重要节点安装倾角装置，例如附图1所示，在顶梁、掩护梁、四连杆、底座安装4个倾角装置，测量各部件倾斜角度，然后结合支架结构部件集合尺寸，利用几何关系和三角函数计算其液压高度。其面临的问题是：1、间接测量，系统复杂，各部分误差累积造成测不准；2、各种类型的支架其结构部件的长度不一样，需要单独标定。

液管压力测高法：利用联通器原理，测量液体联通的两点之间的压力差，从而根据压力差换算出两端的高度差，进而计算出液压支架的高度。其面临的问题有：1受温度变化影响大，液体热胀冷缩，液面高度发生变化，影响测量值；2测量误差较大，误差数达到厘米且随量程变大而变大。

发明内容

本发明基于上述技术问题，提出了一种液压支架高度测量方法，通过高度测量装置检测液压支架高度，实现对于工作面液压支架高度和采高的自动监测系统。

本发明的第一方面，提出了一种液压支架高度测量方法。其原理是利用支架顶梁悬挂铅锤的重力拉紧测高拉绳，当铅锤接触到底座时拉绳张紧力变小，利用此特征判断铅锤已经到达测量位置，通过测量拉伸长度换算成支架顶梁到底座距离,即可测量支架高度。

本发明的第二方面，发明了一种液压支架高度测量装置,包括步进电机、轴编码器、测高拉绳、铅锤、张紧传感器、微控制器、快插通信接口等。步进电机驱动测高拉绳的收放，轴编码器测量拉绳长度，测高拉绳一端连接铅锤，另一端连接步进电机，其长度变化可计量液压支架顶梁到底座的距离变化，铅锤连接测高拉绳的一端，其重力使测高拉绳张紧，张紧传感器用于检测测高拉绳上的张紧力，微控制器采集张紧测量装置测得的张紧力，控制步进电机，通过快插通信接口与支架控制系统通信。

在非工作状态下，所述测高拉绳处于收回状态；

在工作状态中，所述微控制器驱动步进电机旋转，测高拉绳在远端铅锤的重力作用下进入放线状态，所述微控制器采集张紧传感器对于测高拉绳上的张紧力的检测值；

当微控制器检测到张紧传感器的信号变化而判断铅锤接触到底座时，微控制器控制步进电机停止旋转，微控制器计算放线长度，及得到所测液压支架的铅锤高度；

微控制器驱动电机反转，使得测高拉绳回到收容状态。

优选的，所述测高拉绳为钢丝。

优选的，所述微控制器计算放线长度S＝N*a，其中N为步进电机的步数，a为步进电机每步对应的测高拉绳放线长度。