Дистанционный способ учета работы горной машины в забое

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 5 Е 21 С 35/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ТД\ Ю

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ 1

ПРИ ГКНТ СССР (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ - -"- — - - - ) В изобретении используется теорема, заключающаяся в том, что если некоторая прямая БЧ, совпадающая первоначально с одной из биссектрис

AD равностороннего треугольника АВС, вращается в плоскости треугольника вокруг его центра О, то проекции сторон треугольника на эту прямую изменяются по закону синуса. (2i) 4488461/03 (22) 29.09.88 (46) 07.04.91. Бюл. № 13 (71) Государственный проектно-конструкторский и научно-исследовательский институт по автоматизации угольной промьппленности "ГИПРОУГЛЕАВТОМАТИЗАЦИЯ" (72) Ю.Н. Камынин, Л.В. Винокуров и С.Г. Лаевский (53) 622.232.72(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 825936, кл. Е 21 С 33/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР !

¹ 1411399, кл. Е 02 Г 9/20, 1985. (54) ДИСТАНЦИОННЫЙ СПОСОБ УЧЕТА РАБОТЫ ГОРНОЙ ИАЫИНЫ.В ЗАБОЕ (57) Изобретение относится к автоматизации технологических циклов в горнон промышленности при дистанционном контроле положения и релшма работы горных машин. Цель изобретения— повышение точности учета выполненной работы в однородном по составу породы забое. Способ основан на фик . ции сейсмоакустических колебаний, генери-: руемых ковшом (К) экскаватора горной машины. Колебания принимаются шестью

Изобретение относится к области автоматизации технологических циклов в горной пром пцленности, а именно к дистанционному контролю положения и . режима работы горных машин„

Цель изобретения — повышение точности учета выполненной работы в однородном по составу породы забое...SUÄÄ 1 4 410 А1

2 сейсмоприемниками 6, размещенными в вершинах двух равносторонних треугольников (PT). Ориентированы PT в горизонтальной плоскости на поверхности над забоем. Центры PT находятся на расстоянии Ls а основания PT располагают по одной прямой. Задают прямоугольную систему координат, центр которой совпадает с центром одного из

PT. Ось абсцисс координат проходит через центры Т а ось ординат находит7 ся в горизонтальной плоскости. Фиксируют моменты времени достижением фронтом сейсмоакустической волны сейсмоприемников б и находят интервалы времени t, и t > между зафиксированньп.и моментами времени в каждом

PT. Определяют первичные значения азимутов К, затем их уточняют и по уточненным значениям азимутов (р a(P определяют пространственные координаты К. По найденным значениям координат К определяют его местоположение. Затем по последующим найденным координатам определяют траекторию К и находят объем срезанной ковшом стружки и время резания стружки.

10 ил.

1640410

Способ поясняется фиг. 1-10.

На фиг. 1 представлен чертеж, поясняющий суть этой теоремы, где АВС ° равносторонний треугольник со стороной 1; AD - биссектриса угла А, UV— прямая, первоначально совпадающая".с биссектрисой ЛЗ; (p — угол между AD u

О, S., S S g — проекции сторон треугольника АВС на прямую UV которые 10 ! равны S» = 1 зЫ (60 + P) S

1 sing, S = 1 ° sin (60 — ).

В предложенном техническом решении измеряются не проекции сторон тре- угольника, а задержки времени t, tg 15 ,t прихода сейсмоакустического сиг нала в вершины равностороннего тра= угольника. Если обозначить буквой v скорость распространения сейсмоакустического сигнала, то в общем случае

t = S/v, где S — путь, пройденный сигналом;

t — время,прохожцения пути. 25

На фиг. 2 представлен чертеж, поясняющий переход от закона изменения линейных проекций сторон равностороннего треугольника на прямую, вращающуюся вокруг центра треуголь- 30 ника, к закону изменения задержек времени в зависимости от направления прихода сейсмоакустического сигнала к равностороннему треугольнику

АВС, В вершинах кОтОрОгО устанОвлены сейсмоприемники. Здесь t1 и tq — задержки времени прихода сигнала к сейсмоприемникаи относительно сейсмопри-. емника, принимающего сигналы пер-.вым, à tg — задержка между вре- 40

-менами прихода сигнала ко второму и

-последнему сейсмоприемникам, 0 — центр равностороннего треугольника, (f— угол между направлением прихода сигнала и началом ответа, N — направле- 45 ние прихода сейсмоакустического сигнала, Ж " биссектриса, начало отсчета, о,, с, С вЂ” зарегистрированное текул и щее время прихода сейсмосигнала к сейсмоприемникам в вершинах треугольника АВС, T = 1/v — время.

На фиг. 3 представлен график, поясняющий изменение задержек.и взаимосвязь между азимутами, где — t, задержкию Vl первичный азнмутю55 я — вторичный азимут, (p — уточненный азимут.

На фиг. 4 представлен чертеж, поясняющий нахождение угла места,6, где P — - горизонтальная плоскость; Ч— вертикальная плоскость, А, В, С— вершины равностороннего треугольни- ка; (f - -уточненный азимут источника сигнала (ковша); t — измеренная задержка времени, в соответствии с фиг. 2, t будет равно t»; Т < — задержка времени для уточненного азимута; N — направление прихода сигнала.

На фиг. 5 представлена схема размещения сейсмоприемников в забое, где

А — источник сейсмоакустического сигнала; 0 » и 0 — центры равносторонних треугольников; (и ф - азимуты; 0 и (KZ- углы между аэимутальными прямымп и прямой О» 0, соединяющей центры равносторонних треугольников; 1—, расстояние между центрами треугольников.

На фиг. 6 представлен треугольник

О» А 0 в прямоугольной системе координат Х 0 Y на плоскости, в которой ось абсцисс совпадает с 0 О, и 7<координаты (абсцисса и ордината) ис- . точника А; g ф. — углы между азимутальными направлениями на ковш и прямой, соединяющей центры треугольников ° . На фиг. 7 представлено устройство, реализующее способ, где 1 и 2 — блоки передачи информации и измерения задержек времени поступления сигналов в различные каналы приема соответственно; 3, 4 и 5 — каналы приема сейсмосигналов и измерения задержек време ш; 6 — сейсмоприемники; 7 — усилитель;. 8 — преобразователь, 9 — компар атор; 10 — формирователь; 1 1 — RSтриггер; 12 - двоичный счетчик, 13— элемент совпадения; 14 — генератор тактовых импульсов; 15 — вычислительный блок, На фиг. 8, 9, 10 представлены алгоритмы работы вычислительного блока.

В соответствии с определениями (фиг. 2) можно записать

n . о

= (з - = Т sin (60 +Cp), 3 2 Т ° з П Ч

2- . О

3 -(,, = Т ° зЫ (60 -q) °

Если, например, требуется определить азимут ковша с точностью не хуже 0,5,,то сначала обращаемся к математической таблице вычисленных синусов и вблизи нулевой точки определяем

Q--sin 0,5 — sin 0 = 0,0087-0,0000 =

= 0,0087

5 1640410 а затем по экспериментальной формуле вычисляем частоту f в кГц

2 2

0,0087 = 230 кГц.

Азимут ковша экскаватора для каж-.дого равностороннего треугольника определяется по алгоритму 1 при при

Ц = -60+arcsin — (P =arcsin—

t . t2

Т 9 Т 9

М= 60 — arcs in—

° Э

Т

Х где Т = — — время, в течение котороЧ

ro сейсмоакустический сигнал .пройдет путь, равный длине стороны равностороннего треугольника 19 которая определяется по экспериментальной формуле

50 а если n — представлен четным числом по формуле

Ч= 30 п - (t е ) - 106, r,26

1/100 Ъ v/f, где (" наименьшая задержка меньшая задержка

Различные значения ф, и ЕР оказы» ваются в том случае, если угол места

Р не равен нулю, т.е. точка резания (режущая кромка ковша) в момент измегде v — скорость распространения сейсмоакустических импульсов в массиве горных пород, который выбран для установки сейсмоприемников ф = arcsin t

z.

120 — arcs in t < /T (= 60 + агсзп(й -t, ) /Т (1 = 120 + а .сзiп t

-гг или (=, 240 — arcsin t /Ò

180 + arcsin (t ) /Т гг Э

ИЛИ

Ч0 = 240 +.arcsin tz/Т при г—

t — t (= 300 — arcsin(t - )/Т .гz

ИЛИ ф = 360 - arcsin /Т

= 300 + arcsin(t>-t>)/Ò

2 о — частота следования электричесEcnHtЖ вЂ” (Щ >095, то (p = ких импульсов служащих для (+ Чг)/2 ° измерения задержек времени.

Если учесть, что сейсмосигнал к Частоту электрических импульсов f равностороннему треугольнику может определяют исходя из точности, котоприходить в плоскости с любого нап- рую требуется получить при вычислении равления, то по аналогии с вращающейся азимутальных значений ковша экскава30 прямой формулы для задержек времени тора в момент резания. будут

В последнем случае Ср определяетп(600,) - „ (ся с некоторой ошибкой. Для устране = — ялп

2 т„т ния этой ошибки принимают центр равно\

35 стороннего треугольника за центр окружности, разбивают эту окружность, начиная от биссектрисы начала отсчета, на 12 секторов па 30 ..каждыи, определяют "грубо порядковый номер и сектора, в котором находится найденный угол Ср по формуле п К+1, где К вЂ” целая часть частного от деЖ +4 2 ления 2 . 30. Если сектор п представлен нечетным числом, то азимутальньш угол определяется по формуJIe щ (g= 30 п. -(1 — е ) + 1089

1640410 ф, = 43- 30", 0 = 210 -(P

0 А

I Э о

Х = О А зж(90 -D(< ) — (30" sin(120 -CL >), о . Т,| sin(210 -Ч+) . о

1. 1 . . s in((— 30 о

7 = О А соз(90 -0,) o L s ia. (21 О - ) cos(120 -Я3) . о

35

V= .dXdY dZ рения не находится в плоскости равностороннего треугольника АВС.

В предложенном способе измеряются только две задержки времени независи-5 мо от направления прихода сейсмического сигнала. Так в соответствии с фиг. 2 прн направлении N измеряются задержки t< и t, à t> не измеряется, но из фиг. 2 следует, что t® = t - t 0 т.е. может быть вычислена, если измерены две другие задержки времени. В предложенном алгоритме 1 разность для данного направления М используется, но уже не как измерен- 15 ная величина задержки, а как вычисленная задержка времени. Таким образом в алгоритме 1 для каждого случая о в диапазоне Π— 360 одна из задержек времени вычисляется.

После этого определяют задержки

Т, Т, Тз для уточненного азимута по формуле

Т = Т sin(60 +ф), Т = Т з1пЦ, о

Т = Т.sin(60 -CP).

Берут соответствующие максимальные задержки t „и Т < и определяют угол места по формуле

= arccos t

L sin(210 -Ц ) (sin. (Ц2 — 30 ) 45

Объем срезанной ковшом стружки определяют по известной формуле где dX, dY, dZ — приращение соот50 ветствующих координат.

Блоки 1 и 2 передачи информации и измерения задержек времени (фиг.7)., идентичны Каждый из этих блоков содержит три канала 3, 4 и 5 и элемент совпадения 13 на три входа и один выход. В каждом канале содер8

После определения уточненных азимутов СР>и СР< для каждого треугольника образуют треугольники О А 0 из " прямой 0 0 и двух аэимутальных прямых на ковш, .пересекающихся в точке

А, вычисляют углы между этими прямыми и прямой 0,,0 по формулам принимают оси прямоугольной системы координат с центром О, совмещая плоскость координат YX с плоскостью этого треугольника, а ось абсцисс Х с О< О, вычисляют сторону треугольника 0,<А по формуле а затем вычисляют координаты Х и У< (абсциссу и ординату) по формулам. "-«Ф»- .. жится компаратор 9, который пропускает положительные полуволны преобразованных сейсмоколебаний, формирователь 10 прямоугольнык импульсов ,с длитсльностью равной длительности полуволны, на уровне 0,25 от максимума амплитуды, преобразователь 8 для создания из двуполярных электроколебаний однополярные, например, положительных полуволн..

Вычислительный блок 15 предназна- . чен ппя вычисления по предложенному . алгоритму азимута, угла места, пространственных координат ковша экскаватора в момент резания и учетных данных о выполненной экскаватором работе.

Длина стороны 1 равностороннего треугольника выбирается в пределах

0,2-2,0 м. Она выбирается так же,как и частота Х генератора в завйснмости от обеспечения необходимой точности.

Треугольники для установки сейсмоприемников (фиг. 5) размещаются не более чем в 150 м впереди забоя и ориентируются в горизонтальной плоскости, а прямая 1., соединяющая центры треугольников, равная ширине забоя, обычно параллельна линии забоя и не должна составлять с линией забоя угол более 20, так как это может

164041 отразиться на точности определения координат. Основания треугольников располагают на одной прямой. Сейсмоприемники и усилители устанавливаются на горном массиве, Предположим, что устройство (фиг.7) готово к работе, а его сейсмоприемники 6 размещены на почве в вершинах равносторонних треугольников, которые, как отмечалось, размещены впереди забоя в одной горизонтальной плоскости (фиг. 5). При резании экскаватором стружки забоя образуются сейсмоакустические колебания, фронт которых при-15 нимается сейсмоприемниками 6 блоков

1 и 2. Причем этот сигнал сначала достигает ближнего к ковшу сейсмоприемника 6 блока 1, включенного в средний канал, преобразуется в электрический сигнал, усиливается в усилителе 7 и передается на преобразователь 8 двуполярных сигналов в однополярные, например в положительные полуволны. Если сигнал по величине превосходит заданный уровень, то он проходит через комаратор 9 и поступают на формирова„тель 10, где формируется прямоуголь, ный импульс C длительностью, равной длительности полуволны. Затем этот прямоугольный импульс поступает на вход Pi RS-триггера 11.Триггер опрокидывается, при этом дается разрешение счетчику 12 вести счет импульсов, вырабатываемых генератором 14 тактовых импульсов, а также поступает сигнал на вход элемента 13 совпадения. Через некоторое время сейсмический сигнал от режущего ковша достигает сейсмоприемника 6, включенного в левый канал блока 1. При этом

40 в левом канале, как и в предыдущемслучае срабатывают аналогичные элементы, и в результате счетчик 12 левого.канала тоже начнет считать импульсы, вырабатываемые генератором

14. С приходом этого же сигнала к третьему сейсмоприемнику 6, включенному в правый канал блоха 1, соответственно срабатывают все элементы правого канала и в том числе триггер 11. При этом на входе элемента

13 совпадения одновременно существует три сигнала, он срабатывает и от

его выходного сигнала, поступающего

55 на S — входы триггеров 11, последние перейдут в исходное состояние, вычислительный блок 15 считывает показания счетчиков 12 блока 1. После

I0 этого блок 1 снова готов к приему следующего сигнала, а вычислительный блок по измеренным задержкам времени вычисляют азимут (Р ковша по алгоритму на фиг. 8. Через некоторый промежуток времени или даже одновременно сейсмосигнал от ковша достигнет сейсмоприемникоь блока 2. При этом в соответствующей последовательности срабатывают каналы блока 2 и элемен- ты каналов, а вычислительный блок 15 по данным счет птков блока 2 вычисляют еще один азимут(по тому же алгоритму, но с новыми задержками времени. Затем в блоке 15 вычисляются углы

, и 0, между соответствующим направлением на ковш и прямой 0 0 . углый,и вычисляют по ф ормулам

0!Ä - =V% - 30, 0, = 210 -Ю,.

11осле этого по известной величине расстояния L (фиг. 6), вычисленным углам (X, и 0(в блоке 15 вычисляются сторона О„А треугольника 0 А О, координаты Х и Yg местонахождения ° ковша, задержка Т для уточненного азимута, угол места /3 и аппликата местонахождения ковша по формулам з пК, о

Х, = О, А sin(90 -0(,),P = arccos t,/T, о

У< =О,А cos(90 -М,), 2 = Т;tgP, Таким образом определяются координаты точки траектории ковша в момент резания стружки. Другие точки траектории определяются аналогично.

После того.,как стружка срезана, в блоке 15 будут данные вычисления координат для нескольких точек, по данным которых находят траектории ковша при резании забоя. Затем восстанавливают траекторию предыдущей заходки со значением абсциссы, отличающейся от текущего не более чем на половину ширины ковша и ординатына толщину стружки и определяют в блоке 15 объем V срезанной ковшом стружки по известной формуле

Ч=Щ1ХЛ 12.

На основании имеющихся данных в блоке 15 измеряют время резания стружки, которое равно разности времен между конечным и начально . при,» при t< =н

arcsin tz/Т

60 — arcsin(tf-t<)/Т или t20 — arcsin tq/Т

60 + агсздп(С -t,)/Ò (Pf

Vz =

Ч = 120 + arcsin t /Т о (Vz 180 — arcsin(t - )/Т или

pq = 240 - arcsin t /Т о з (= 180 1. агсзiп(-t>)/T или

|-I i = 240 + arcsin t /T о у

gz= 300 arcsin,(t - )/Т при С с о

٠= 360 — srcsin tz/T

С = 300 + arcsin(t » )/T при tЗ 0 tã точки траектории абсциссу и ординату ковша по формулам о

1. зхп (210

sin (с

L sin (210

° sin(120 ®

° cos(120 — ), о

164041 значениями. После этого определяют время каждого цикла работы экскаватора по текущему и предыдущему значениям координат ковша имеющих одиУ

5 каковые ординаты и аппликаты, а абсциссы отличаются не более ширины ковша. Затем в вычислительном блоке 15 количество выполненных экскаватором циклов суммнруется, а также определяется суммарное время резания.

Формула и з о б р е т е н и я

ДистанционньпЪ способ учета работы горной мапппсы в забое, основанньпЪ на регистрации колебаний источника излучения приемником излучения, преобразовании выделенных колебаний в электрические сигналы, о т л и ч а ю- 20 шийся тем, что, с целью повышения точности учета выполненной работы в однородном по составу породы забое, регистрируют сейсмоакустические колегде Т вЂ” время, в течение которого сейсмоакустический сигнал пройдет путь, равный длине 1 стороны равностороннего треугольника; tf, t< и и задержки времени, корректируют первичные значения азю ута ковша пропорционально отношению величин наименьшей задержки времени к меньшей задержке времени, по уточненным значениям азимутов (и Ц определяют

12 банна канна горной машины сансмоириемниками, которые размещают в вершинах двух равносторонних треугольников со стороной 1, треугольники ориентируют в горизонтальной плоскости на поверхности над забоем, а их основания располагают по одной прямой, задают прямоугольную систему координат, центр которой совпадает с центром одного из равносторонних треугольников, ось абсцисс координат проходит через центры треугольников, а ось ординат .находится в горизонтальной плоскости, фиксируют моменты времени достижения фронтом сейсмоакустической волны сейсмоприемников, находят интервалы времени между зафиксированными моментами времени в каждом треугольнике, по двум наименьшим задержкам времени определяют для каждого

1треугольника первичное значение ази. мута"ковша по следукицим формулам:

1 где L - -расстояние между центрами равносторонних треугольников;!

3 164041 определяют максимальную задержку Т для уточненного азимута, определяют угол места ковша 8 по формуле

P = arccos t t/T, находят аппликату ковша по формуле о

1" з1.п(210 — gy) 4, - st(P - 30 ) а

14 о и по найденным значениям координаты местоположения ковша определяют его местоположение, по последующим найденным координатам ковша определяют траекторию ковша и находят объем срезанной ковшом стружки породы и время резания стружки.! 640410

0,9

0,6

0,5 о4 ою

- OrO (-О,гО - 050

-Π0 — 05

-Об

-070

- 080

-ОЮ - 100

1640410

Фиг.8

i 640410

1640410

Определение праеипооии ооижения кооша ао коа динашам тпчек зшои поаекпчооии пои значении адсциссы Х

43

Босстанооление праекао ии Ивкенця ю3ша аре3ыфщец захо3ки пуи значении аоецасси Х лийщейl делах(Х+05шк))Х (Х- 0,5шк).

Вычисление ооъема II срезаноои коошом сьчружки

V = ОУ а х ар й

Й мм рйпит обьето еои аинь х ко5шпм зкска5аша а спр жек

Измерение 5ремени резиния сприжек 7=7Я г0е С> и Гд — аця начала икон а оезанця. фммарое ецио оезанич

Z Cа

Определение 3 емени цикла Йц ра1ошы зкскааапыра.

&em количества цикло3 абовыэкскайли а

Составитель Б. Барбаращ

Редактор И. Ыубенко Техред С.Мигунова Корректор Л. «сауленко

Тираж 299

Заказ 1260

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент.", r.Óæãoðîä, ул. Гагарина,101