Система автоматического управления движением коллекторного проходческого щита

 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к автоматическому управлению проходческими щитами, проходческими комбайнами и др. Цель изобретения - повышение надежности за счет упрощения системы. Система управления содержит последовательно соединенные оптический задатчик 1 направления (например, лазер), блок 2 отклонения луча, диафрагму 3, фотоэлектрическое приемное устройство 4 с двумя матрицами 8, 24 и блок 5 управления. К входу блока 2 отклонения луча подключен блок 7 задания угла поворота, а к блоку 5 управления - блок 6 измерения угла крена. Блок 7 состоит из последовательно соединенных путевого выключателя 52 гидродомкрата механизма перемещения проходческого щита, шагового искателя 51 и секционированного потенциометра 50. Параллельно основным фотоэлементам (ФЭ) 25 второй марицы 24 установлены дополнительные ФЭ 26, соединенные попарно. Между матрицами 8 и 24 расположены зеркало 23 и полупрозрачное зеркало 22, за которым установлены дополнительные ФЭ 31 и 32. Выходы ФЭ 25 и 26 второй матрицы 24 через избирательные усилители 27 и блоки сравнения 28 подаются на регулируемые усилители 29, 30, в обратную связь которых включены ФЭ 31, 32. Указанное расположение зеркал 22 и 23 и ФЭ 25 и 26, а так же введение блока 7 позволило существенно упростить систему. Расположение ФЭ 31, 32 за полупрозрачным зеркалом 22 позволило устранить влияние изменения интенсивности задающего луча на измерение углов наклона. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1599537

А1 (51)5 Е 21 С 35/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4446833/31-03 (22) 04.05.88 (46) 15.10.90. Бюл. № 38 (71) Новочеркасский политехнический институт им. Серго Орджоникидзе (72) Н. А. Глебов, 1О. В. Захаров и P. Г. Сивашинский (53) 622.232.72 (088.8) (56) Патент США № 4142763, кл. Е 21 D 9/06, 1976.

Авторское с в идетел ьств о СССР № 1122823, кл. Е 21 С 35/24, 1983. (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ КОЛЛЕКТОРНОГО ПРОХОДЧЕСКОГО ЩИТА (57) Изобретение относится к горной промышленности, а именно к автоматическому управлению проходческими щитами, проходческими комбайнами и др. Цель изобретения — повышение надежности за счет упрощения системы. Система управления содержит последовательно соединенные оптический задатчик I направления (например, лазер), блок 2 отклонения луча, диафрагму 3, фотоэлектрическое приемное устройство 4 с двумя матрицами 8, 24 и блок 5 управления. К входу блока 2 отклонения луча подключен блок 7 задания угла поворота, а к блоку 5 управления — блок 6 измерения угла крена.

Блок 7 состоит из последовательно соединенных путевого выключателя 52 гидродомкрата механизма перемещения проходческого щита, шагового искателя 51 и секционированного потенциометра 50. Параллельно основным фотоэлементам (ФЭ) 25 второй матрицы 24 установлены дополнительные ФЭ 26, соединенные попарно. Между матрицами 8 и 24 расположены зеркало 23 и полупрозрачное зеркало 22. за которым установлены дополнительные

ФЭ 31 и 32. Выходы ФЭ 25 и 26 второй матрицы 24 через избирательные усилители 27 и блоки сравнения 28 подаются на регулируемые усилители 29, 30, в обратную связь которых включены ФЭ 31, 32.

Указанное расположение зеркал 22 и 23 и ФЭ 25 п 26, а так же введение блока 7 позволило существенно упрсстить систему. Расположение ФЭ 31, 32 за . полупрозрачным зеркалом 22 позволило устранить влияние изменения интенсивности задающего луча на измерение углов наклона. 1 з. и, ф-лы, 3 ил.

1599537

10 з

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к автоматическому управлению проходческими щитами, проходческими комбайнами и др.

Цель изобретения — повышение надежности за счет упрощения системы.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы; на фиг. 2 — схема блока измерения угла крена и блока управления; на фиг. 3 — расположение элементов системы в проходческом забое.

Система состоит из оптического задатчика направления лазера 1, луч которого проходит через блок 2 отклонения луча, диафрагму 3 и поступает на матрицы фотоэлектрического приемного устройства 4, связанного с блоком управления 5 исполнительными устройствами проходческого щита, один из входов которого соединен с вйходом блока 6 измерения угла крена.

Вход блока 2 отклонения луча связан с блоком задания угла поворота 7.

Фотоэлектрическое приемное устройство состоит из матрицы 8 с четырьмя фотоэлементами 9, расположенными друг от друга на расстоянии, равном диаметру луча, связанной механически через винтовую передачу 10 с электродвигателем 11 и подвижной катушкой индуктивного датчика 12 измерения перемещения. Посредством горизонтальной винтовой передачи 13 матрица 8 связана с электродвигателем 14 и подвижной катушкой индуктивного датчика измерения перемещения 15. Фотоэлементы 9 через избирательные усилители 16, устройства сравнения 17 и усилители мощ ности 18 электрически связаны с электродвигателями 1 и 14. Индуктивные датчики 12 и 15 электрически связаны через фазочувствительные усилители 19 и 20 с блоком 5. С матрицей 8 механически, посредством корпуса 1 и оптически, посредством полупрозрачного зеркала 22 и отражающего зеркала 23, связана матрица 24, состоящая из четырех основных фотоэлементов 25, расположенных на взаимноперпендикулярных осях и восьми дополнительных фотоэлементов 26, размещенных между основными и соединенных по два параллельно с основными, связанными через избирательные усилители 27, устройства сравнения 28 и регулируемые усилители 29, 30 с блоком управления 5. В цепи обратных связей выходных усилителей 29 и 30 включены дополнительные фотоэлементы фоторезисторы 31 и 32 соответственно.

Блок отклонения луча 2 состоит из зеркальной призмы 33, связанной через редуктор 34 с электродвигателем 35, соединенным через усилитель 36 с устройством сравнения 37, которое подключено к блокам 3 и 7.

40 45

Диафрагма 3 состоит из основания 38, на котором установлена матрица 39 с отверстием 40 и двумя фотоэлементами 41, связанными через усилители напряжения

42 и 43 с устройством сравнения 44, которое через усилитель мощности 45 подключено к электродвигателю 46. Электродвигатель соединен через винтовую передачу 47 с матрицей 39 и датчиком перемещений 48, который через усилитель 49 соединен с устройством сравнения 37 блока 2.

Блок 7 задания угла поворота оптического луча состоит из секционированного потенциометра 50, подключенного к ламелям шагового искателя 51, соединенного электрически с путевым выключателем 52, связанным с механизмом перемещения 53 проходческого щита (например, гидродомкратом).

Блок измерения угла крена 6 (фиг. 2) состоит из электролитического датчика 54, электрически связанного с резисторами 55 и 56 и механически с винтом 57.

Кроме того, блок 6 содержит усилитель 58, вход которого электрически связан с резисторами 55 и 56, а выход подключен к электродвигателю 59, который через редуктор 60 соединен с электролитическими датчиком 54 и индуктивным датчиком 61.

Блок управления 5 содержит функциональные преобразователи 62 и 63, входы которых связаны с индуктивным датчиком

61 блока 6 и с задатчиком 64, а выходы соответственно подключены к суммато рам 65 и 66 учета поправок, соединенными с сумматорами 67, 68 формирования сигналов управления, на выходы которых подключены реле соответственно 69, 70,...,n и 71, 72,...,m

Система работает следующим образом.

Лазер 1, блок отклонения луча 2 и диафрагма 3 устанавливаются в тоннеле, а все остальные блоки (фиг. 3) на щите.

С помощью луча лазера 1 задается направление движения щита. Слежение за лучом и измерение линейных и угловы координат щита осуществляется фотоэлектрическим приемным устройством 4 (фиг. ) .

В установившемся состоянии все фотоэлементы 9 освещены лучом лазера. Снимаемые с них электрические сигналы, усиленные избирательными усилителями 16, поступают на устройства сравнения 17.

При этом выходные сигналы их равны нулю. Если имеет место отклонение ши, а, а следовательно, и фотоэлектрического приемного устройства, то оказываются засвеченными не все фотоэлементы 9 матриць ..

На выходе устройств сравнения !7 ".. являются сигналы рассогласования. к ..г -..:, е через усилители мощности 18 вклю .; ;: электродвигатели 1 и 14. Эти двигатели через винтовые передачи .i 13

5 перемещают матрицу 8 таким образом, чтобы все. фотоэлементы 9 были освещены одинаково. Пройденный матрицей 8 путь, определенный отклонением точки щита, в которой закреплено приемное устройство 4, измеряется датчиками !2 и .15. Аналоговые сигналы U- и 13у с датчиков через, фазочувствительные усилители 19 и 20 поступают в блок управления 5.

При этом

Х Uv=K2 У, 10

U-=к х; U> кр. у, где х — отклонение щита в горизонтальной плоскости; у — отклонение щита в вертикальной плоскости; к и к2 — коэффициенты пропорциональности.

Л уч лазера, проходя через отверстие матрицы 8, поступает на полупрозрачное зеркало 22, отразичшись от которого попа- 20 дает на зеркало 23 и затем на фотоэлементы 25, 26 матрицы 24, которая измеряет углы разворота и уклона оси щита.

Установка двух зеркал 22 и 23 увеличивает точность измерения угловых координат пульта.

При отсутствии углов разворота и уклона оси щита от заданных луч лазера падает на центр матрицы 24 и. равномерно освещает фотоэлементы 25, 26. При этом сиг- . налы на выходе устройств сравнения 28 равны нул ю. Когда имеет место отклонение углов разворота сс и уклона р оси щита, луч лазера перемещается по фотоэлементам

25, 26. В результате освещенность одних фотоэлементов увеличивается, . а других уменьшается, что приводит к появлению электрических сигналов U и U> на выходах устройств сравнения 28 и выходных .усилителей 29, 30, пропорциональных углам отклонения оси щита в горизонтальной и вертикальной плоскостях, Ц =к,з «х Up=ê4 40 гдн кз и к< — коэффициенты пропорциональности (усиления).

Эти напряжения поступают в блок управления 5. Для устранения влияния изменения интенсивности задающего луча лазера на измерения углов уклона и разворота 45 щита в цепи отрицательных обратных. связей выходных .усилителей 29 и 30 включены фоторезисторы соответственно 31 и 32, которые освещаются лучом, проходящим через полупрозрачное зеркало 22. При изменении интенсивности задающего луча изменяется сопротивление фотоэлементов-фоторезисторов. 31 и 32 в результате изменяются коэффициенты усиления выходных . усилителей 29 и 30, в результате чего выходные напряжения U и U> остают- 55 ся неизменными. При работе на криволинейных участках трассы в функции пройденного, расстояния производятся отклоне6 ние луча -в плане посредством блока 2.

На устройство сравнения 37 этого блока поступают аналоговые сигнал ы с блоков

3 и 7. С блока 7 поступ ает аналоговый сигнал, пропорциональный требуемому угл у поворота луча, с блок а 3 — а н алоговыи сигнал, пропорциональный действительному углу поворота луча. Разностный сигнал, усиленный усилителем 36, включает электродвигатель 35 и производ итс я поворот призмы 33. При повороте призмы на требуемый угол сигналы на входе устройства сравнения 37 равны по величине и противоположны по знаку, поэтому на выходе устройства сравнения сигнал равен нулю и привод, отключается. Поворот луча производится через заданные отрезки пройденного щитом расстояния (например, 0,5 м — 1,0 м) сигналом, поступающим из блок а задания угла .поворота 7. П риз ма Г3 блока 2 поворачивает луч в горизонтальной плоскости, что вызывает изменение освещенности фотоэлементов 41 блока 3, это приводит к появлению сигнала на выходе элемента сравнения 44 и включению электродьигателя 46. Электродвигатель 46 переме;цвет матрицу 39 и подвижную часть дат- ика 48 измерения перемещений. Аналоговый сигнал с датчика 48 поступает через усилитель 49 на вход устройства сравнения 37 блока 2.

При движении щи-,а механизм перемещенйя 53 щита, посредством путевого выключателя 52, включает шаговый искател."

51. Движок шагового искателя перемещается по ламелям, выдает через секционированный потенциометр 50 сигнал на. вход устройства сравнения 37 блока 2.

Измерение угла крена щита осуществляется блоком 6 (фиг. 2), представляющим собой следящую измерительную систему. В качестве чувствительного элемента в блоке используется электролитический датчик 54, который с резисторами 55 и 56 образует мост Датчик 54 устанавливается в горизонтальное положение с помощью винта 57. при этом мост. сбалайсирован и .разность потенциалов в диагонали моста равна нулю. При крене: щита .нарушается равновесие моста и сигнал поступает через усилитель 58 на управляемую обмотку элгктродвигателя 59, который ерез редуктор 60 перемещает датчик в горизонтальное положение;. Как только датчик займет горизонтальное положение,: дви атель остановится. Величина поворота вала редуктора, пропорциональная углу . крена, преобразуется в электрический сигнал индуктивным датчиком 61. Таким образом на выходе блока 6 получается аналоговый электрически ": сигнал, пропорциональный углу крена rp.

Следящая ..система в блоке измерения угла крена использована, с целью увелиl г995 7 чення линейной части характеристики датчика. С блока измерения крена 6 сигнал поступает и блок управления 5 с целью введения поправок в линейные координаты х и у проходческого щита.

Величины поправок AU. и Л1 3„определяются по формулам:

AU.= — г. зинр — в горизонтальной плоскости

7 .ЛЦ,=r (I — cos{p) — в вертикальной плоскости, г 1 г —,расстояние от оси щита до точки установки матриц блока 4., Для получения поправок ЛЬ и AU и пользуются функциональные преобразователи 62 и 63, а постоянная величина г поступает из задатчика 64.

В блоке управления 5 сумматороМ 65 (фиг. 2) вычисленная поправка AU. склад{ {вается с координатой U- . и на выходе су мматора 65 получается . сигнал U,=

4U-+AU-. В сумматоре 66 блока 5 вычисленная поправка ЛО„складывается с коорд({натой U H на выходе получается сигнал Uiу=U +AUv. Для управления щитом необходимо сформировать управляющие в6здействия в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Формирование управляющих сигналов в горизонтальной плоскости U, и: Upy вертикальной — осуществляется сумматорами 67 и 68 соответственно по с4едуюгцему закону

Ug»= Кг>U!. + +44{ UBJ»К (U IY + RBUJI где кь, кб, кт, кв -- постоянные коэффициенты

Управляющий сигнал U ïîñòóïàeT на .вХоды реле 69, 70,...,п, которые включают посредством электрогидрозолотников гидродомкраты для управления щитом и горизонтальной плоскости. Управляющие сигналы Иг,, поступают на входы реле 71, 72,,m, которые включают гидродомкраты д„ля управления щитом в вертикальной плоскости..

Формула изобретения

1. Система автоматического управления движением коллекторного проходческого щита, содержащая последовательно соединенные оптический задатчик направления, блок отклонения Луча, диафрагму, фотоэлектрическое приемное устройство с двумя матрицами, каждая из которых содержит четыре основных фотоэлемента и блок упра»лений, к первому входу которого полк.люнен блок измерения угла крена, отличающаяся ем, Что, с целью повышения надежности зЭ

{, чет упрощения систеМы, она снабжена блоком задания угла поворота, двумя зерка45

5

f5

40 лами, одно из которых полупрозрачное, установленными между матрицами и связанными между собой оптическими и механически, а вторая матрица снабжена десятью дополнительными фотоэлементами, четырьмя избирательными усилителями, двумя регулируемыми усилителями при этом восемь дополнительных фотоэлементов соединены попарно и установлены параллельно с каждым из четырех основных фотоэлементов н расположены взаимноперпенди кулярно, выходы противоположных основыых фотоэлементов второй матрицы через избирательные усилители подключены к входам соответствующих блоков сравнения, выходы последних через . регулируемые усилители подключены непосредственно к второму и третьему входам, блока управления ссютветственно, а через соответствующие девятый и десятый фотоэлементы, установленные за полупрозрачным зеркалом, к своим вторым входам, блок задания угла поворота выполнен из последовательно соединенных путевого выключателя гидродомкрата механизма перемещения проходческого щита, шагового искателя и секционированного потенциометра, выход которого подклю- . чен к соответствующему входу блока от-. клонения луча, а соответствующие выходы фотоэлектрического приемного устройства подключены к четвертому и пятому входам блока управления.

2. Система щита по п. l, отличающаяся тем, что блок управлений выполнен из двух функциональных преобразователей, аадатчика, двух сумматоров учета поправок и двух сумматоров формирования сигналов уп равления. и реле управления в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно по количеству механизмов управ-, ления, при этбм первые зходы функцйональных преобразователей соединены между собой и являются первым входом . блока уп,равления, вторые входы функциональных преобразователей подключены к выходам за-, датчиков, а выходы,— к первым входам соответствующих сумматоров. учета поправбк, вторые входы которых являются соответственно четвертым и пятым входами блока управления, выходы сумматоров учета поправок соединены с первыми входами соот. ветствующнх сумматоров формирования снг; налов управления, вторые входы которых являются. соответственно вторым и третьим входами блока управления, а выходы подключены соответственно к входам реле управления в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

1599537

l>!IIIIIIII! Г<>< I <а!< »< ><>I<>I к<>митста I><> и 3<>f>I>< I< «»><÷ и <»>< р>,«ил<»>I»< ГI<,II! С! <.1 ! l 3I)35, .Чоскн<>, Ж -35. Рву шок»< ii;i<> ..<. 5

11р<>извозств IIII<>-издател»ский комбинат «11атсит», г. Ужг<>рол, x.l. 1 ага рина. 1 б!

Релактор М. Т<>втин

Заказ 31213

Составитель Л .. 1 ука»>a иеи

Техреду А. Кравчук К<>ррсктор T М<>лс«

Тираж 387 11<>лписное