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采煤机滚筒调高控制算法研究第六图书馆基于空间坐标变换原理,分析采煤机的运动姿态对滚筒高度控制的影响,推导滚筒自动调高控制中摇臂角度及摇臂油缸行程的控制公式。基于空间坐标变换原理,分析采煤机的运动姿态对滚筒高度控制的影响,推导滚筒自动调高控制中摇臂角度及摇臂油缸行程的控制公式。采煤机运动姿态坐标变换滚筒调高算法煤矿机电李军利廉自生李元宗太原理工大学机械工程学院,山西太原0300242007第六图书馆第六图书馆 8 煤矿机电 2 0 0 7年第4 期采煤机滚筒调高控制算法研究李军利，廉自生，李元宗太原理工大学机械工程学院，山西太原 0 3 0 0 2 4 摘要基于空间坐标变换原理，分析采煤机的运动姿态对滚筒高度控制的影响，推导滚筒自动调高控制中摇臂角度及摇臂油缸行程的控制公式。关键词采煤机；运动姿态；坐标变换；滚筒调高；算法中图分类号 T D 4 2 1 ． 6 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 0 7 0 40 0 0 8 0 3 R e s e a r c h o n L e v e l Re g u la t i o n Alg o r it h m o f S h e a r e r Dr u m L ／J u n - l i ，L I A N Zi - s h e n g，L I Y u a n - z o n g C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g o f T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， T a i y u a n 0 3 0 0 2 4 ，C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n t h e s p a c e c o o r d i n a t e t r a n s f o r ma t i o n p rin c i p l e ，t h e p a p e r a n a l y z e s t h e i n fl u e n c e o f mo v e me n t p o s t u r e o f s h e a r e r o n d r u m l e v e l r e g u l a t i o n ，d e d u c e s t h e f o rmu l a s o f a n g l e o f r a n g i n g a r l n a n d t r a v e l o f r a n gi n g a r l n c y l i nd e r f o r d r u m l e v e l r e g u l a t i o n． K e y wo r d s s h e a r e r ；mo v e me n t p o s t u r e ；c o o r d i n a t e t r a n s f o rm a t i o n；d rum l e v e l r e gul a t i o n；alg o ri t h m 近年来，滚筒采煤机记忆控制自动调高得到广泛研究⋯。本文以坐标变换模型为理论基础，分析采煤机的运动姿态对滚筒高度的影响和摇臂油缸行程的控制算法。 1 采煤机运动姿态及坐标变换在采煤机中心位置建立坐标系，轴垂直采煤机机身指向工作面推进方向， y轴平行采煤机机身沿工作面指向左侧， z轴垂直、 y轴由右手规则建立，见图 1 。 X I L j 图 1 采煤机坐标系及其变换图设初始坐标系 I 为 0 X Y Z ，实施记忆控制时的采煤机坐标系 Ⅱ为 0 。 X i 1 、 2 、 3 ⋯⋯ 。根据坐标变换原理引，坐标系 I 先绕轴旋转 O l 角，然后绕 y轴旋转角，再绕 z轴旋转 y角，得到中间坐标系 o； x z ，最后在中间坐标系内沿矢量 m m ， m ， m 平移，得到坐标系 Ⅱ。三个转角分别叫做横滚角 r o l 1 、俯仰角 p i t c h 和偏转角 y a w y，而矢量 m m ， m ， m 为初始坐标系 I的坐标原点 O到被测坐标系 Ⅱ的坐标原点 O 的空间矢量。由采煤机运行状况及移架操作过程知一r r ／ 2 r r ／ 2，一r r ／ 2 r r ／ 2 ，一r r ／ 2 7 r ／ 2 。根据空间坐标变换原理，坐标系 Ⅱ 相对坐标系 I的坐标变换为，TR P Y 7，， R o t Z， y R o t Y ， R o t X， I c T s T 0 o I F c 0 s o I F 1 0 0 O l l s T c T 0 0 l1 0 1 0 0 l1 0 c s 0 I 1 0 0 1 0 IJ 一 0 0 IJ 0 0 l L 0 0 0】 J L 0 0 0 】 J L o 0 0 】 J 式中 c 1 ，表示 C O S y ， s T表示 s i n y，其它同理。坐标系 Ⅱ相对坐标系 I的坐标变换为一一卜 ● 附、维普资讯第六图书馆第六图书馆 2 0 0 7年第4 期煤矿机电 9 T ，T 3 Tr P Y y ，卢， c T r a n s m ， m ， m c y s ／ 3 s o 一s y c o t s c 8 s y s B s o 七C y C O t S 8 c 8 S 仪 0 0 c c S yS O t s y s B c o c y s o t c 0 式中坐标系Ⅱ相对坐标系 Ⅱ 的变换为 3 TT r a n s ／n ， m ， m 1 0 0 m 0 1 0 1 17 , 0 0 1 m 0 0 0 1 c m c s y c o m y c C O t s y s o m s y c B m s y s B s o c y c o r n s y s B c o 一c y s o r n 一 m c m y 1 2 同理， Ⅳ点相对初始坐标系 D y z的z坐标为 p I一G LS C O S O z c 卢 s 一 3 5 s i n O z一尺 c 一 m m c m 7 3 自动调高控制正常割煤行程分为左滚筒割底煤、右滚筒割顶煤图2 和左滚筒割顶煤、右滚筒割底煤两种情况。 M 图 2 采煤机割煤示意图最高点坐标为尸 [ G ，一￡5 c o s O y ， H5 s i n O yR ， 1 ] 4 最低点 Ⅳ坐标为 P w-- - [ G ， LS C O S 0 ， H～S s i n 一R ， 1 ] 5 式中 G 一滚筒轴线的轴坐标，为固定值； L 一摇臂转轴的 y轴坐标；一右摇臂倾角；一左摇臂倾角； 5 一摇臂长度；尺一滚筒半径。根据坐标变换原理，被测坐标系 0 X z 中点相对初始坐标系 0 X Y Z的坐标可由 4 式左乘 2 式获得 P P p | I pM ， p z 1 点相对初始坐标系 0 X Y Z的 z坐标 p 为 p L 一 G 一 L S C O S O y q 日 5 s i n 尺 c 卢 c 一 m s myc 卢 c m 6 1 摇臂倾角控制自动调高控制主要是控制滚筒的 z坐标。设被记忆割煤行程右摇臂采高倾角和左摇臂下切倾角分别为和 0 ，则在初始坐标系中， M点和 N点的 z轴坐标，也就是右摇臂采高量和左摇臂下切量的初始记忆值分别为 P H 5 s i n 尺 8 P H S s i n 一尺 9 根据滚筒记忆截割控制的基本思想，被测坐标系下相应摇臂的采高和下切量应保持相同值。设坐标替换 s i n 够， C O S 啦，由于一7 r ／ 2 2 ，一7 r ／ 2 卢0 ， t a n s i n‘ C O S t a n ，。由式 6 和式 8 相等整理可得右摇臂的控制升角 0 a r e s i n [ 尺 1一 c ／ S s i n 0 c G s ／ SL c 8 s o SS 8 m ／ s一 s m ／ Sc 卢 c m ／ S J 口a r e s i n [ 尺 1一 c ／ S s i n 0 C s ／ SL c 8 s Q ／ SS 8 m ／ s c m ／ S一 c ， n ／ S ] 1 0 同理，设坐标替换 s i n ， C O S 啦仅，由于一霄／ 2 仪霄／ 2。一霄／ 2 0时，调高右油缸伸长； A O 0时，卧底左油缸收缩； A 0 z 0时，油缸伸长； A 0 0时，油缸行程保持。 4 结论前述采煤机滚筒两种正常割煤情况的算法类似。摇臂的记忆控制倾角与被测坐标系相对初始记忆坐标系的三个相对转角以及支架油缸推移矢量有关。一般情况下，油缸推移矢量的三坐标中 m ， m 的值相对较小，可忽略，而 m 值由推移油缸行程决定。可见，只需测得液压支架推移输送机油缸的位移量以及采煤机坐标系之间的三个相对转角，再结合采煤机左右滚筒割煤方式，计算摇臂控制倾角和调高油缸的行程控制量，即可实现采煤机记忆调高的精确控制。现在的液压支架推移油缸多数装有位移传感器，可满足的测量要求而采煤机坐标系之间的三个相对转角的测量，则需要用陀螺仪、加速度计、倾角仪等角度传感器进行测量得到。参考文献 [ 1 ] 李萍，刘春生，李跷豁．采煤机调高机构的动力学分析 [ J ] ．黑龙江矿业学院学报． 2 0 0 0 4 [ 2 ] 黄宣国．空间解析几何 [ M] ．上海复旦大学出版社， 2 0 0 4 作者简介李军利 1 9 7 0一，男，讲师。2 0 0 1 年毕业于太原理工大学硕士学位，现主要从事机械测试与控制方面的研究工作。收稿日期 2 0 0 7 0 40 2 ；责任编辑陶驰东维普资讯第六图书馆第六图书馆