专利名称：一种带倾角传感器的液压支架及其高度测量方法
技术领域：
本发明涉及一种用于地下开采的液压支架使用倾角传感器进行支架高度测量的方法，通过在构成支架的运动部件上水平固定的倾角传感器，和在支架底座固定件(即与支架不会发生相对位移)上的倾角传感器，确定支架的仰俯角度，计算液压支架高度测量方法。
背景技术：
在地下开采中，这种类型的液压支架用来进行顶板支撑和防止顶部支撑的该顶部过早塌陷的任务。在液压支架在运动过程中需要降架才能实现液压支架的迁移，液压支架降架高度越大，液压支架顶板脱离支撑状态的时间就越长，造成顶板塌陷的机会就越多，同时液压支架降架所需的时间也就越长。最大限度的降低液压支架的降架高度，不但可以实现液压支架对支护顶板的有效管理，而且可以提高液压支架移架速度。因此对液压支架高度的精确测量就显得尤为重要。在现有技术中，液压支架高度的测量一般采用目测或机械测量的方法，由于井下环境比较恶劣，上述测量方法的精度不高，且上述方法都需要人工参与，增加了井下人员负担，很难满足液压支架运行的要求。由于液压支架一般采用铰接的连杆结构，如果能测量连杆结构件的倾角，通过连杆结构件的长度，就可以精确的得出液压支架的高度。CN101358532A公开了一种带倾角传感器的液压支架，但其目的是确定支架各结构件之间的相对位置关系，进行液压支架的姿态测量，而不是确定液压支架的高度，同时，因其目的不同，其底板上也没有设置倾角传感器，无法在倾斜底板的巷道工作面内使用。

发明内容
为了实现液压支架支撑高度的测量，本发明提出一种带倾角传感器的液压支架， 所述液压支架可以实现液压支架在移设过程中降柱高度控制，同时可以方便测量液压支架高度，并通过对液压支架移设过程中控制确保顶板的理想支撑，具体技术方案为—种带倾角传感器的用于地下开采的液压支架，由至少包括底座、连杆、掩护梁和顶梁在内的多个构件依次连接组成，在液压支架的底座、连杆、掩护梁和顶梁上分别安装有一个双轴加速度倾角传感器，各双轴加速度倾角传感器的安装方向与其对应的构件的摆动方向基本垂直；所述液压支架还包括支架控制装置，各双轴加速度倾角传感器可以向所述控制装置报送倾角传感器数据，所述支架控制装置根据所述倾角传感器数据计算得出液压支架高度。所述倾角传感器至少包括两个接口，一个为信号输入接口，另一个为信号输出接口，所述支架控制装置与顶梁或底座上的倾角传感器的信号输入接口通过连接器连接，所述与支架控制装置连接的倾角传感器的信号输出接口与相邻构件上安装的倾角传感器的信号输入接口通过连接器相连接，依次串联四个倾角传感器，最后一个倾角传感器的信号输出接口通过连接器连接所述支架控制装置，这样可将全部倾角传感器的数据全部送到支架控制装置中。根据液压支架各构件的长度和各构件上安装的倾角传感器测量相对角度的变化， 分别计算出液压支架各构件相对于水平面的倾斜高度，计算出液压支架的高度。安装在液压支架底座上的倾角传感器用于检测液压支架的整体仰俯角度。所述支架控制装置为嵌入式计算机系统。一种测量带倾角传感器的液压支架高度的方法，当液压支架处于水平状态时，直接根据其各构件长度和倾角计算出各构件的倾斜高度，各倾斜高度相加得到液压支架的高度；当液压支架不处于水平状态时，首先根据安装在液压支架底座构件上的倾角传感器判断液压支架的仰俯角度，然后测量液压支架各构件的倾角，通过所述俯仰角度对所述倾角进行修订，根据其各构件长度和修订后的倾角计算出各构件的倾斜高度，各倾斜高度相加得到液压支架的高度。计算的液压支架高度值用于在液压支架移架过程中限制液压支架的降柱最大高度。一种测量带倾角传感器的液压支架高度的方法，包括以下步骤在控制装置中输入顶梁、掩护梁、连杆和底座的长度；通过顶梁倾角传感器、掩护梁倾角传感器、连杆倾角传感器和底座倾角传感器分别测量顶梁、掩护梁、连杆和底座相对水平面的倾角，并将所述倾角传输至支架控制装置； 支架控制装置通过各部件的倾角和长度数值，计算各部件的竖直高度，将各竖直高度相加得到液压支架的整体高度。


附图1为本发明所述带倾角传感器的液压支架的示意图。附图标记如下A-底座倾角传感器；B-连杆倾角传感器；C-掩护梁倾角传感器；D-顶梁倾角传感
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具体实施例方式参见附图1，其描述了根据本发明所述的液压支架的一个优选实施例，包括顺次铰接的顶梁、掩护梁、连杆、底座。所述顶梁上设置有顶梁倾角传感器，所述底座上设置有底座倾角传感器，所述掩护梁上设置有掩护梁倾角传感器，所述连杆上设置有连杆倾角传感器，其中可以理解的是， 在某些液压支架中，其可以具有不同与上述液压支架的构件结构，如具有更多的顺次铰接的构件，在这种情况下，在每个构件上都需分别设置倾角传感器。在此实施例中的四个构件仅仅为示例，其并不是对其进行限定。所述各倾角传感器优选采用双轴加速度倾角传感器， 其质量较小，在大冲击或高过载时产生的惯性力也很小，所以具有较强的抗振动或冲击能力，非常适于井下环境中使用。在设置过程中，保证各倾角传感器的测量轴与设置该倾角传感器的各部件的长度方向基本平行，即各倾角传感器与其安装构件的摆动方向基本垂直，也就是说，顶梁倾角传感器的测量轴与顶梁的摆动方向基本垂直、底座倾角传感器的测量轴与底座的摆动方向基本垂直、掩护梁倾角传感器与掩护梁的摆动方向基本垂直、连杆倾角传感器与连杆的摆动方向基本垂直，通过这种方式，保证各倾角传感器能准确测量出各部件长度方向与水平面的倾角。液压支架还包括控制装置，控制装置可以是支架控制器，或者是其它任何具有计算功能的单元，优选采用嵌入式计算机系统。各倾角传感器采用串联或并联的方式分别连接所述控制装置，向控制装置传输测量的倾角数据，控制装置根据倾角数据依照一定算法， 如三角函数，结合各部件的长度计算得出液压支架的高度h。测量上述支架高度的方法为，当液压支架处于水平状态时，直接根据其各构件长度和倾角计算出各构件的倾斜高度，各倾斜高度相加得到液压支架的高度；当液压支架不处于水平状态时，首先根据安装在液压支架底座构件上的倾角传感器判断液压支架的仰俯角度，然后测量液压支架各构件的倾角，通过所述俯仰角度对所述倾角进行修订，根据液压支架高度计算模型进行修订，根据其各构件长度和修订后的倾角计算出各构件的倾斜高度，各倾斜高度相加得到液压支架的高度。计算的液压支架高度值用于在液压支架移架过程中限制液压支架的降柱最大高度。测量的具体步骤优选为在支架控制装置中输入顶梁、掩护梁、连杆和底座的长度；通过顶梁倾角传感器、掩护梁倾角传感器、连杆倾角传感器和底座倾角传感器分别测量顶梁、掩护梁、连杆和底座相对水平面的倾角，并将所述倾角传输至支架控制装置；支架控制装置通过各部件的倾角和长度数值，计算各部件的竖直高度，将各竖直高度相加得到液压支架的整体高度。值得注意的是，由于各部件一般都不是从一端而多是从中间部件铰接，因此如此计算得到的高度存在一定的误差。如需得到更为精确的高度数据，则可以使用多种方法， 如使输入的各部件的长度不为其原始长度，如顶板长度应是顶板前端到掩护梁铰接点的长度、掩护梁长度应是掩护梁与顶板的铰接点与掩护梁与尾梁的铰接点之间的长度，或者在控制装置中设置平衡系数等等。这些误差消除方法是本领域的公知常识，在此不予累述。以上所述，仅为本发明专利较佳的具体实施方式
，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明专利的保护范围之内。
权利要求
1.一种带倾角传感器的用于地下开采的液压支架，由至少包括底座、连杆、掩护梁和顶梁在内的多个构件依次连接组成，其特征在于，在液压支架的底座、连杆、掩护梁和顶梁上分别安装有一个双轴加速度倾角传感器，各双轴加速度倾角传感器的安装方向与其对应的构件的摆动方向基本垂直；所述液压支架还包括支架控制装置，各双轴加速度倾角传感器可以向所述控制装置报送倾角数据，所述支架控制装置根据所述倾角数据计算得出液压支架高度。
2.根据权利要求1所述的液压支架，其特征在于，所述倾角传感器至少包括两个接口， 一个为信号输入接口，另一个为信号输出接口，所述支架控制装置与顶梁或底座上的倾角传感器的信号输入接口通过连接器连接，所述与支架控制装置连接的倾角传感器的信号输出接口与相邻构件上安装的倾角传感器的信号输入接口通过连接器相连接，依次串联四个倾角传感器，最后一个倾角传感器的信号输出接口通过连接器连接所述支架控制装置，这样可将所有倾角传感器的数据全部送到所述支架控制装置中。
3.根据权利要求1或2所述的液压支架，其特征在于，根据液压支架各构件的长度和各构件上安装的倾角传感器测量相对角度的变化，分别计算出液压支架各构件相对于水平面的倾斜高度，计算出液压支架的高度。
4.根据权利要求1或2所述的液压支架，其特征在于，安装在液压支架底座上的倾角传感器用于检测液压支架的整体仰俯角度。
5.根据权利要求1或2所述的液压支架，其特征在于，所述支架控制装置为嵌入式计算机系统。
6.一种测量权利要求1-5中任一液压支架高度的方法，其特征在于，当液压支架处于水平状态时，直接根据其除底座外各构件的长度和倾角计算出各构件的倾斜高度，各倾斜高度相加得到液压支架的高度；当液压支架不处于水平状态时，首先根据安装在液压支架底座构件上的倾角传感器测量液压支架的仰俯角度，然后分别测量液压支架除底座外各构件的倾角，通过所述俯仰角度对所述倾角进行修订，根据各构件长度和修订后的倾角计算出各构件的倾斜高度，各倾斜高度相加得到液压支架的高度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，计算的液压支架高度值用于在液压支架移架过程中限制液压支架的降柱最大高度。
8.一种测量权利要求1-5中任一液压支架高度的方法，包括以下步骤在支架控制装置中输入顶梁、掩护梁、连杆和底座的长度；通过顶梁倾角传感器、掩护梁倾角传感器、连杆倾角传感器和底座倾角传感器分别测量顶梁、掩护梁、连杆和底座相对水平面的倾角，并将所述倾角传输至支架控制装置；支架控制装置通过各部件的倾角和长度数值，计算各部件的竖直高度，将各竖直高度相加得到液压支架的整体高度。\
全文摘要
一种带倾角传感器的用于地下开采的液压支架及其高度测量方法，由至少包括底座、连杆、掩护梁和顶梁在内的多个构件依次连接组成，在液压支架的底座、连杆、掩护梁和顶梁上分别安装有一个双轴加速度倾角传感器，各双轴加速度倾角传感器的安装方向与其对应的构件的摆动方向基本垂直；所述液压支架还包括支架控制装置，各双轴加速度倾角传感器可以向所述控制装置报送倾角数据，所述支架控制装置根据所述倾角数据计算得出液压支架高度。
文档编号G01B21/02GK102392664SQ201110209300
公开日2012年3月28日 申请日期2011年7月26日 优先权日2011年7月26日
发明者师勇, 朱小林, 牛剑峰 申请人:北京天地玛珂电液控制系统有限公司