Дистанционный способ учета работы горной машины в забое

тенин исполь уется т что если Изобрете томатиза горной пр ние относится кии технологическомпцленности, аому контролю полты горных машин.бретения - повышвыполненной рабсоставу породы з областиих цикловименно кожения и ающаяся в том, ямая 117, совпад с одной из би отораяоначаль ающая перектрис льника АВС дистанцпрежима рЦель гольникасекции стоямую измеение то ности учетродном по ты в однобое. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Государственный проектно-конструкторский и научно-исследовательский институт по автоматизации угольной промьппленцости "ГИПРОУГЛЕАВТОМАТИЗАЦИЯ"(56) Авторское свидетельство СССР825936, кл. Е 21 С 33/00, 1981.Авторское свидетельство СССР1411399, 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 режима 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 1П.НИЯ сейсмоприемниками 6, размещенными в вершинах двух равносторонних треугольников (РТ), Ориентированы РТ в горизонтальной плоскости на поверхности над забоем. Центры РТ находятся на расстоянии Ь, а основания РТ располагают по одной прямой. Задают прямоугольную систему координат, центр которой совпадает с центром одного из РТ. Ось абсцисс координат проходит через центры Т а ось ординат находится в горизонтальной плоскости. фиксируют моменты времени достижением фронтом сейсмоакустической волны сейсмоприемников б и находят интервалы времени ,и Тмежду зафиксиро 1 ванньп"и моментами времени в каждом РТ. Определяют первичные значения азимутов К, затем их уточняют и по уточненным значениям азимутов 1 р и ф определяют пространственные координаты К. 11 о найденным значениям координат К определяют его местоположение. Затем по последующим найденным координатам определяют траекторию К и находят объем срезанной ковшом АЭ равностороннего треуг вращается в плоскости тр вокруг его центра О, то рон треугольника на эту няются по закону синусаСпособ поясняется Фиг. 1-10.На Фиг, 1 представлен чертеж, поясняющий суть этой теоремы, где АВС равносторонний треугольник со стороной 1; АЭ - биссектриса угла А, Ц 7 - прямая, первоначально совпадающая .с биссектрисой ЛЗ; (р - угол между АЭ и О 1, Б, Б, Б - проекции сторон треугольника АВС на прямую П 7, которые 1 О равны Б = 1 фз 1 п (60 + ), Б1 зхп.(, Б-- 1з 3.п (60 - С ).В предложенном техническом решении измеряются не проекции сторон тре- угольника, а задержки времени 1, С, 15 ,Т прихода сейсмоакустического сигнала в вершины равностороннего тра= угольника. Если обозначить буквой ч скорость распространения сейсмоакустического сигнала, то в общем случае 20= Б/,где Б - путь, пройденный сигналом;С - время,прохожцения пути. . 25На фиг. 2 представлен чертеж,пояснягций переход от закона изменения линейных проекций сторон равностороннего треугольника на прямую,вращающуюся вокруг центра треугольника, к закону изменения задержеквремени в зависимости от направления прихода сейсмоакустического сигнала к равностороннему треугольникуАВС, в вершинах которого установленысейсмоприемники. Здесь 11 и С - задержки времени прихода сигнала к сейсмоприемникаи относительно сейсмопри-.емника, принимающего сигналы пер- вым, а 1 - задержка между временами прихода сигнала ко второму ипоследнему сейсмоприемникам, О - центрравностороннего треугольника, (угол между направлением прихода сигнала и началом ответа, М - направление прихода сейсмоакустического сигнала, Ж " биссектриса, начало отсчета,, с - зарегистрированное текул лщее время прихода сейсмосигнала к сейсмоприемникам в вершинах треугольника АВС, 1 = 1/т - время.На фиг. 3 представлен график, поясняющий изменение задержек и взаимосвязь между азимутами, где - Т,С - задержки; Ц - первичный азимут;55Я- вторичный азимут, Ч - уточненныйазимут.На Фиг. 4 представлен чертеж,поясняющий нахождение угла места,б,где Р - горизонтальная плоскостье ц -вертикальная плоскость, А, В, С -вершины равностороннего треугольни-ка;- уточненный азимут источникасигнала (ковша); й - измеренная задержка времени, в соответствии сФиг. 2, 1 будет равно ; Т- задержка времени для уточненного азимута; М - направление прихода сигнала.На Фиг. 5 представлена схема разме.щения сейсмоприемников в забое, гдеА - источник сейсмоакустического сигнала; 0 и 0- центры равностороннихтреугольниковС и ф азимуты Ф иО углы между азимутальными прямымп и прямой О 0, соединяющей центрыравносторонних треугольников; 1 -,расстояние между центрами треугольников.На фиг. 6 представлен треугольникО А 0 в прямоугольной системе координат Х О 7 на плоскости, в которойось абсцисс совпадает с 00, Хи 7 координаты (абсцисса и ордината) ис- .точника А;К - 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 измерениязадержек времени поступления сигналовв различные каналы приема соответственно; 3, 4 и 5 - каналы приема сейсмосигналов и измерения задержек времеюц 6 - сейсмоприемники; 7 - усилитель;. 8 - преобразователь; 9 - компаратор; 10 - формирователь; 11 - КБтриггер; 12 - двоичный счетчик, 13 -элемент совпадения; 14 - генератортактовых импульсов; 15 - вычислительный блок,На Фиг. 8, 9, 10 представленыалгоритмы работы вычислительного блока.В соответствии с определениями-6 = Т з.пЧл /С = ь, -ь = Тзьп (60 -С)ф Если, например, требуется определить азимут ковша с точностью не хуже 0,5 то сначала обращаемся к математической таблице вычисленных синусов и.вблизи нулевой точки определяем5 1640410а затем по экспериментальной Формулевычисляем частоту Г в кГц2 20,008 = 230 кГц. Азимут ковша экскаватора для каж-.дого равностороннего треугольникаопределяется по алгоритму 1з при Ц) = -60+агсзгп - Ц) =агсз 1 п -Сэ , тгфМ= 60 - агсзхп -гэТХгде Т = -- время, в течение которого сейсмоакустический сигнал пройдет путь, равныйдлине стороны равностороннего треугольника 1,которая определяется поэкспериментальной формуле 50 а если и - представлен четным числом по Формуле Ч = ЗО п - (1 - е) - 106,г,25 гденаименьшая задержкаменьшая задержкаРазличные значения ф, и Ч) оказываются в том случае, если угол места(режущая кромка ковша) в момент измегде ч - скорость распространения сейсмоакустических импульсов вмассиве горных пород, которыйвыбран для установки сейсмоприемников Ц), = агсззп С/ТприЦ = 60 - атся 1 п(т-т )/ТгФ = 120 - атсзгп т 1/Т(Ц)1 + Чг)/2измерения задержек времени.Если учесть, что сейсмосигнал к Частоту электрических импульсов Йравностороннему треугольнику может определяют исходя из точности, котоприходить в плоскости с любого нап- рую требуется получить при вычисленииравления, то по аналогии с вращающейся азимутальных значений ковша экскава 30прямой формулы для задержек временитора в момент резания.будутВ последнем случае Ч) определяетзхп(60 -д), т = зп у ся с некоторой ошибкой. Для устране = - ззичния этой ошибки принимают центр равно35 стороннего треугольника за центр окружности, разбивают эту окружность,начиная от биссектрисы начала отсчета, на 12 секторов па 30 .каждык,определяют "грубо" порядковый номери сектора, в котором находится найденный угол С по формуле и К+1,где К - целая часть частного от деЖ + Цгления 2 . 30, Если сектор ипредставлен нечетным числом, то азимутальньш угол определяется по формуле щС= 30 и. -(1 - е ) + 106,. ". щитежится компаратор 9, который пропускает положительные полуволны преобразованных сейсмоколебаний, формиро 1.ватель 10 прямоугольнык импульсов,с длительностью равной длительностиполуволны, на уровне 0,25 от максимума амплитуды, преобразователь 8 длясоздания из двуполярных электроколебаний однополярные, например, положительных полуволн.,Вычислительный блок 15 предназна чен для вычисления по предложенному. алгоритму азимута, угла места, пространственных координат ковша экскаватора в момент резания и учетных данных о выполненной экскаватором работе. 7, = О А соя(90оопределяют задеруточненного азнму После этогоТ, Т, Т дляпо Формуле ф), Т, = Т з.п(су) .ующие макснмальТи определяютрмуле Т= Т зп(60= Тг яхп(60аут соответст Бер ные зад угол м ержки й и ста (3 по Ф= атссоз С /затем определяют а формуле пликату ковш зхп 210 оковшом стружкитной формуле Объем срезанной еделяют по изве7 = .ЙХ АУ рения не находится в плоскости равностороннего треугольника АВС.В предложенном способе измеряются только две задержки времени независимо от направления прихода сейсмического сигнала. Так в соответствии с Фиг. 2 при направлении Б измеряются задержки С, и С, а сз не измеряется, но из фиг. 2 следует, что=- ,0 т.е. может быть вычислена, если измерены две другие задержки времени. В предложенном алгоритме 1 разностьдля данного направления М используется, но уже не как измерен ная величина задержки, а как вычисленная задержка времени. Таким образом в алгоритме 1 для каждого случаяов диапазоне О - 360 одна из задержек времени вычисляется.( Ж)8 Р яз.п(,-30 ф) "Р45 где йХ, йТ, йЕ - приращение соот 50ветствующих 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 содеп 8После определения уточненных азимутов Ци ф для каждого треугольника образуют треугольники ОА Оа из " прямой 00 и двух аэнмутальных прямых на ковш, .пересекающихся в точке А, вычисляют углы между этими прямыми и прямой 0,0 по Формулам К, = 4 З", Ощ 210 -( принимают оси прямоугольной системыкоординат с центром 0, совмещая плоскость координат УХ с плоскостью этоготреугольника, а ось абсцисс Х с О, О,вычисляют сторону треугольника 01 Апо Формулеа затем вычисляют координаты Хи У1(абсциссу и ординату) по Формулам 10-Ю )е яз,п(120 -Ц) ( 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 Ь, соединяющая центры треугольников, равная ширине забоя, обычно параллельна линии забоя и не должна составлять с линией забоя угол более 20 , так как это может164041 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 принимается сейсмоприемниками 6 блоков 1 и 2. Причем этот сигнал сначала достигает ближнего к ковшу сейсиоприемника 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 формирователь 10, где формируется прямоуголь,ный импульс с длительностью, равной длительности полуволны. Затем этот пряиоугольный импульс поступает на вход Р КЯ"триггера 11,Триггер опро-.кидывается, 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 сейсмоприеиника 6, включенного в левый канал блока 1. При этом40 в левом канале, как и в предыдущем- случае 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, поступающего55 на 8 - входы триггеров 11, последние перейдут в исходное состояние, вычислительный блок 15 считывает показания счетчиков 12 блока 1. После 01 Оэтого блок 1 снова готов к приему следующего сигнала, а вычислительный блок по изиеренным задержкам времени вычисляют азимут С 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 счетчиков блока 2 вычисляют еще один азимут(р по тому же алгоритму, но с новыми задержками времени. Затея в блоке 15 вычисляются углыи 0, между соответствующим направ" лецием на ковш и прямой 0,0, УглыЖ,и С вычисляют по ф ормулаиМ =У- у = 210 о Ц)После этого по известной величинерасстояния Ь (Фиг. 6), вычисленным .углаи (, и Ов блоке 15 вычисляютсясторона ОА треугольника 0 А О,координаты ХГи Ууместонахожденияковша, задержка Т для уточненногоазимута, угол места /3 и аппликатаместонахождения ковша по формуламзпЖ,оХ, = О,А ззл(90-0(,),/ = агссоз й,/Т,оФУ, =О,А соз(90 -М,), 2 = Т;Д,Таким образом определяются координаты точки траектории ковша в момент резания стружки. Другие точкитраектории определяются аналогично.После тогокак стружка срезана, вблоке 15 будут данные вычисления координат для нескольких точек, поданным которых находят траекторииковша при резании забоя. Затем восстанавливают траекторию предыдущейздходки со значением абсциссы, отличающейся от текущего не более чемна половину ширины ковша и ординатына толщину стружки и определяют вблоке 15 объем Ч срезанной ковшомстружки по известной формулеНа основании имеющихся данщах вблоке 15 измеряют время резания стружки, которое равно разности времен между конечным и начально012сания ковша 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 1 треугольника первичное значение ази(мута ковша по следующм Формулам: при ( = "гпри "г агсяз.п С/Т60 - агсяхп(г.(-г)/Тили120 - агсяхп г(/Т60 + агсядп(С -С,)/Т- 120 + агсяп/То= 180 1. агсып(С,-С )/Тили= 240 + агся 1 п/Тоу= 300 О - агсзхп(г -1 з)/Т при С . С оф = 360 - згсзхп г./Т ( = 300 + агсяп(-С)/Т при гзг точки траектории абсциссу и ординатуковша по Формуламо1 яхп. (210я 1 п (С -у. я 3.п (2107, з 1 п (120ф) . соя(120 - ,) ро е 164041 значениями. После этого определяют время каждого цикла работы экскаватора по текущемуи предыдущему значениям координат ковша имеющих одиУ5 каковые ординаты и аппликаты, а абсциссы отличаются не более ширины ковша. Затем в вычислительном блоке 15 количество выполненных экскаватором циклов суммируется, а также определяется суммарное время резания. Формула и з о б р е т е н и я Дистанционньп способ учета работы 15 горной машны в забое, основанньп на регистрации колебаний источника излучения приемником излучения, преобразовании выделенных колебаний в электрические сигналы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности учета выполненной работы в однородном по составу породы забое, регистрируют сейсмоакустические колегде Т - время, в течение которогосейсмоакустический сигнал пройдетпуть, равный длине 1 стороны равностороннего треугольника; , Ге и 1 взадержки времени, корректируют первичные значения азнута ковша пропорционально отношению величин наименьшей задержки времени к меньшейзадержке времени, по уточненным значениям азимутов С и Ц определяют расстояние между центрамиравносторонних треугольников;3 164041определяют максимальную задержку 1Тдля уточненного азимута, определяютугол места ковша 3 по формуле 3 = агссоз С 1/Т,находят аппликату ковша по формуле о 1.ф зз,п(210 - Щ) за(Цз - 30 )140и по найденным значениям координаты местоположения ковша определяют его местоположение, по последунщ(им найденным координатам ковша определяют траекторию ковша и находят объем срезанной ковшом стружки породы и время резания стружки.