矿用带式输送机自动纠偏系统的研究.pdf

引言 相关统计研究表明， 在带式输送机故障类型中， 皮 带跑偏所占比例相对较高，达到了 1030左右[1]。 出现皮带跑偏问题后，轻则导致煤矿物料洒落引发 浪费问题， 重则引发重大安全事故， 造成人员伤亡。 随着人们安全意识不断提高，皮带跑偏问题越来越 受到关注。在实践过程中采取了很多措施避免出现 皮带跑偏问题，设计研究出了多种类型的皮带纠偏 系统或装置[2-3]。但这些纠偏装置或系统， 不具备普 适性， 或控制策略存在缺陷， 导致纠偏效果不尽如人 意[4]。 因此， 应对带式输送机的特点进行深入分析和 研究， 在此基础上设计更加完善的纠偏系统。 1带式输送机的基本结构 带式输送机在煤矿行业中有着非常广泛的应 用， 其整体可以分为三大段， 分别为机尾段、 中间段 和机头段。 煤矿物料从机尾段装载， 机尾段包含的机 构主要是改向滚筒、 倒料槽以及缓冲托辊。 卸料则在 机头部分进行， 主要包含有卸料装置以及主动滚筒。 带式输送机的驱动装置通常安装在机头段，外界驱 动力直接与主动滚筒连接实现主动滚筒的驱动， 进 而带动整个带式输送机进行工作。中间段部分主要 由大量托辊组成。 另外， 矿用带式输送机中张紧装置 以及清扫装置是必不可少的机构，为机器的正常运 行提供重要保障。如图 1 所示为 DTL120 型带式输 送机的总体结构示意图。 2自动纠偏装置的设计方案 针对带式输送机在工作过程中容易出现跑偏问 题的现状， 设计研究了一种自动纠偏系统， 如图 2 所 示为带式输送机自动纠偏系统示意图。设计的自动 纠偏系统基本原理可以概述如下通过位置检测元 件对皮带在横向方向上的位置进行检测，并采集相 关数据信息，采集得到的数据信息进行数据转换后 输入到控制计算机中，控制计算机根据预设算法对 数据信息进行分析和计算，基于计算结果输出一个 控制信号。 执行电机在接收到控制信号后启动工作， 驱动蜗轮蜗杆运动，最终使得托辊架产生一定角度 的旋转， 实现皮带纠偏。 3主要机械结构的设计 与普通托辊架相比较，本系统中的拖辊架不仅 需要承受煤矿物料的重量和皮带自身重量，同时还 需要完成皮带纠偏任务，进而需要承受一定的惯性 矿用带式输送机自动纠偏系统的研究 董基伟 （霍州煤电集团三交河煤矿， 山西洪洞041600） 摘要 针对矿用带式输送机在工作过程中容易发生皮带跑偏的现象， 设计研究了一种自动纠偏系统。通过 对传统的托辊架结构进行优化改善， 使其在电动机的驱动下经过蜗轮蜗杆机构能够在对称位置进行旋转， 进 而实现皮带纠偏。创新性地提出了一种皮带横向位置检测方法， 有效规避了皮带横向位置检测的难题， 测量 结果精度较高。 将自动纠偏系统应用到 DTL120 型带式输送机中， 在长达 1 年时间的运行过程中， 带式输送机 没有出现跑偏问题。 关键词 带式输送机煤矿皮带跑偏纠偏系统 中图分类号 TD528.1文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 07-0251-03 收稿日期 2020-05-10 作者简介 董基伟 （1988） ， 男， 本科， 毕业于太原理工大学采矿 工程专业， 从事煤矿开采技术相关工作， 助理工程师。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.07.108 总第 207 期 2020 年第7 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 207 No.7， 2020 1 3 2 4 56 7 8910 111213 1415 161718 19 20 1头部漏斗； 2机架； 3头部清扫器； 4传动滚动； 5安 全保护装置； 6输送带； 7承载托辊； 8缓冲托辊； 9导料 槽； 10改向滚筒； 11螺旋拉紧装置； 12尾架； 13空段清 扫器； 14回程托辊； 15中间架； 16电动机； 17液力耦合 器； 18制动器； 19减速器； 20联轴器 图 1DTL120 型带式输送机的总体结构示意图 图 2带式输送机自动纠偏系统示意图 皮带 托辊支架 蜗杆传动机构 基座 位置检 测元件 A 控制计算机 A 向 自动化技术与设计 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 载荷。这就要求托辊架必须具备充足的强度。此外， 还需要设计专门的与底座进行连接的运动副接口机 构。在充分借鉴传统托辊架结构优势的基础上进行 优化改进， 得到本系统所需要的托辊架结构。如图 3 所示为带式输送机纠偏系统机械装配图，其中就包 含有托辊架结构。 在带式输送机正常工作过程中，所有的重量都 会间接或直接地作用于托辊架上。此时通过托辊架 对皮带进行纠偏时， 皮带与托辊间会产生相对运动， 进而引发较大的摩擦力。纠偏装置在工作时需要克 服此摩擦力实现皮带纠偏。 因此， 在设计蜗轮蜗杆传 动机构时， 首先需要对相关载荷条件进行计算。 经过 计算后最终确定，蜗杆顶圆直径和分度圆直径分别 为 96 mm 和 80 mm， 模数和齿数分别为 8 和 1， 使用 45 钢材料进行生产制作， 表面进行淬火处理， 要求 表面硬度达到 45HRC。蜗轮的喉圆直径和分度圆直 径分别为 416 mm 和 400 mm，模数和齿数分别为 8 和 50， 使用合金材料进行生产制作， 要求屈服强度 达到 220 MPa。 对皮带位置进行纠正是本系统最基本的功能， 除此之外还需要保证纠正过程中皮带运行的稳定 性， 防止皮带出现较大的波动。因此， 需要对皮带的 跑偏速率以及跑偏程度进行精确检测， 基于检测结 果进行控制。由于皮带形状特殊， 这对检测装置提 出了较高的要求， 本文结合实际情况设计研究了一 种皮带位置检测装置。皮带位置不好直接测量， 设 计了一种专门的四杆运动机构， 可以将皮带位置偏 量进行转移， 进而对转移后的信息进行检测， 如图 4 所示为皮带位置检测原理示意图。当皮带发生横向 偏移时， 通过四杆运动机构可以带动距离检测元件 发生移动， 距离检测元件可以自动测量得到移动前 后的距离差值， 再结合四杆运动机构的运动特点推 导计算得到皮带的横向偏移量。同时， 距离检测元 件的移动速度也能够反映皮带在横向方向上的移 动速率。通过测量检测元件的移动速度和移动距 离， 就能够计算得到皮带在横向方向上的移动速度 和移动距离。 4主要元器件的设计选型 驱动器的根本作用在于为负载提供满足实际使 用需要的功率，基本原理是控制弱电信号实现电动 机转动速度的准确控制。在充分结合实际情况的基 础上，查阅相关设计手册选择的伺服电机驱动器型 号为 FDS50A-2600。通过该驱动器可以对电动机转 动速度进行准确控制，即便是在高速运转时也基本 没有噪声， 输出扭矩很大。具体而言， FDS50A-2600 型号伺服电机驱动器的特征包括具有优越的过 载能力； 能够有效抑制共振问题， 避免出现共振现 象；高速反应能力较强。此驱动器能够与伺服电 机、 控制计算机进行连接， 方便控制计算机对电机 进行控制。 本文基于红外线距离检测传感器来测量皮带的 偏移量。该种类型传感器的距离测量原理可以概述 如下 发射元件不断地向外部发出红外信号， 遇到阻 碍物时将信号返回， 传感器可以接收到返回的信号。 通过计算信号发出与接收的时间差，并结合信号在 空气中的传输速度就可以计算得到传感器与障碍物 之间的距离。 本系统中可以将障碍物的位置固定， 这 样就可以准确确定传感器自身的位置。 充分考虑本系统实际需要， 选用的距离检测传感 器型号为 GP2YOA21YKOF， 该型号传感器能检测的 有效距离在 100800mm范围内，需要利用 DC5V 电 压对其进行供电，正常工作时静态电流值为 30 mA。 输出的信号为模拟量信号，通过 A/D 转换器将其转 换成为数字信号后， 输入到控制器中进行分析计算。 本系统选用 PLC 作为控制器，控制器型号为 STC89C516RD。该型号 PLC 控制器编程过程简单， 功率消耗相对较低， 抗干扰能力很强。 拥有全双工异 步串行口， 对于普通的 8051 串口也具有非常好的兼 容性。 内部嵌入了大量的指令集结构， 在很大程度上 提升了 PLC 控制器的运算处理能力， 完全能够满足 矿用带式输送机自动纠偏系统的使用需要。 图 3带式输送机纠偏系统机械装配图 图 4皮带位置检测原理示意图 距离检 测元件 基座 滚轮 输送带跑 偏 方 向 v h h0 驻h 252 2020 年第 7 期 5结论 对传统的托辊架结构进行优化改善，使其在电 动机的驱动下经过蜗轮蜗杆机构能够在对称位置进 行旋转，进而实现皮带纠偏。皮带横向位置检测方 法， 可有效规避皮带横向位置检测的难题， 测量结果 精度较高。将本文研究的自动纠偏系统应用到 DTL120 型带式输送机中，在长达 1 年的运行过程 中， 带式输送机没有出现跑偏问题， 显著提升了输送 机的工作效率。 参考文献 [1]付国武， 张艳红.煤矿带式输送机故障探析[J].技术与市场， 2015 （8） 161-163. [2]崔建红， 李允旺， 马振国， 等.带式输送机用复合运动纠偏装置 [J].煤矿机械， 2018， 39 （7） 104-105. [3]冯建通， 贾纪兵.带式输送机纠偏装置的现状与趋势[J].矿山机 械， 2012， 40 （6） 4-6. [4]邹廷彪. 带式输送机皮带跑偏研究及液压自动纠偏装置设计 [J].自动化应用， 2015 （11） 16-17； 42. （编辑 贾娟） Research on Automatic Deviation Correction System for Mine Belt Conveyor Dong Jiwei （Sanjiaohe Coal Mine, Hongtong Shanxi 041600） Abstract Aiming at the phenomenon that belt deviation is ea sy to occur in mine belt conveyor, an automatic correction system is designed and studied. Through the optimization and improvement of the traditional roller frame structure, it can rotate in symmetrical position through worm gear and worm mechanism under the drive of motor, and then realize belt correction. An innovative of belt lateral position detection is proposed, which effectively avoids the difficult problem of belt lateral position detection, and the accuracy of measurement results is high. Applying the automatic correction system to the DTL120 belt conveyor, the belt conveyor does not have the running deviation problem during the running process of up to one year without belt deviation fault. Key words belt conveyor; coal mine; belt deviation; correction system 节系统具有响应速度快、 振荡小、 超调量小的优势， 对 于提升通风机的工作效率具有显著效果， 且能够保证 通风机在其所需工况下运行， 从而达到节能的目的。 4结语 通风系统作为矿井生产中的关键系统，其主要 功能是为综采工作面提供新鲜的空气，保证工作面 的安全生产和作业人员的身心健康。本文所设计的 风量调节系统能够对现场工作面的风量进行实时监 测，并基于神经网络和变频调速控制理论对风量进 行调节， 从而解决通风机工作效率低，“大马拉小车” 的问题，对实现综采工作面的节能生产和提升采煤 效率具有实际意义。 参考文献 [1]巨广刚.我国煤矿用主通风机节能现状分析[J].矿业安全与环 保， 2010， 37 （6） 84-86. [2]王丙湘， 赵学义， 霍树友.大型离心式通风机节能技术改造的研 究与应用[J].煤炭工程， 2000 （10） 42-43. [3]姜筱瀛.矿井主通风机节能调节方式探讨[J].煤炭工程， 2016 （5） 21-22. [4]吴娟， 杨冰冰.叶片可调式对旋风机叶轮模态及振动分析[J].煤 矿安全， 2006 （5） 123-125. [5]洪涛， 韩建国， 张庆民.晶闸管串级调速技术在矿井通风机节能 改造上的应用[J].工矿自动化， 2000 （1） 47-48. （编辑 赵婧） Design and Application of Air Volume Regulating System Shang Peng （Sijiazhuang Co., Ltd., Xiyang Shanxi 045000） Abstract Aiming at the problem of low ventilation efficiency and “big horse pull car“ in practical application of ventilator, the theory of variable frequency speed regulation and neural network control algorithm are applied to the air volume regulation system. The simulation results show that the fan air volume regulation system has the advantages of good response characteristics and small oscillation, and can be applied to the practical application of air volume regulation in fully mechanized mining face. Key words ventilator; neural network; variable frequency speed regulation （上接第 243 页） 董基伟 矿用带式输送机自动纠偏系统的研究253