刮板运输机自动张紧装置优化分析.pdf

2020 年第 6 期2020 年 6 月 刮板链作为井下刮板运输机得以有效运转的运动 牵引机构，在刮板运输机运行中不仅作业强度最大， 也是最容易发生故障和损伤的部件。特别是在刮板运 输机启动、停止和载重作业中，刮板链会受到不同程 度的拉伸力或张紧力作用，一旦无法及时对这种伸长 或张紧进行补偿，便会导致刮板链运行张力迅速降低， 严重的甚至会引起卡链、断链等现象，从而对刮板运输 机的有效运转造成阻碍。有鉴于此，为有效提升井下刮 板运输机作业时链条张紧力的稳定性，矿方均会为刮板 运输机配设自动张紧装置，以便于实现对刮板链张力的 自动调控，提升作业稳定性。但常用的刮板运输机自动 张紧装置在使用中普遍存在故障频率高、反应速度慢、 冲击大等不足，因此，开展针对性分析探究，提升刮 板运输机自动张紧装置运行的有效性和稳定性，对于 提升矿井综合效益意义重大[1-2]。 1刮板运输机概述 刮板运输机是用于生产物料内运和煤炭外运的主 要设备，其作业时需将刮板固定于刮板链上，借助电 机、液力耦合装置和传动装置带动链条持续转动，进 而通过链条拉动刮板及其溜槽内物料自机尾传递至机 头。而在整个作业过程中，刮板链围绕转轮持续不断 地循环运行，实现井下运输的持续运转[3]。 2刮板运输机自动张紧装置数值模拟分析 图 1 为刮板运输机自动张紧装置液压作业示意图。 1.过滤装置；2.降压阀门；3.控制阀门；4.节流阀门；5.安全阀门； 6.电液单向阀门；7.压力感应装置；8.执行油缸；9.回收阀门； 10.压力指示器。 图 1刮板运输机自动张紧装置液压作业示意图 在此，借助 AMESIM 数值模拟软件对刮板运输机 自动张紧装置运行效果进行模拟研究。鉴于刮板运输 机正常运行中最常见的异常现象为刮板链张紧力快速 下降导致卡链或掉链，所以，设定模拟研究中自动张紧 装置常用工况为拉紧刮板链的油缸收缩作业。设定模拟 分析时长为 10 s，系统采样周期为 0.1 s。通过模拟分 析可以获得液压油缸无杆侧压力、活塞杆位移、速度曲 收稿日期2020-04-14 作者简介熊志强，1986年生，男，河南原阳人，2010年毕业于中 北大学机械设计制造及其自动化专业，工程师。 刮板运输机自动张紧装置优化分析 熊志强 （ 大同煤矿集团机电装备制造有限公司同比公司，山西 大同 037001 ） 摘要 刮板链作为刮板运输机的重要构成组件，对于矿井生产的持续高效开展意义重大。以此为着手点，针对矿井 刮板运输机自动张紧装置优化开展分析探究。在概述刮板运输机的基础上，借助数值模拟手段对刮板运输机自动张紧装 置开展针对性的分析，运用遗传算法开展优化研究，并对应用效果做出检验。结果表明，优化后的自动张紧装置能够有 效提升刮板运输机作业的有效性和稳定性，并减少刮板链磨损情况，对于推动矿井综合效益提升意义显著。 关键词 矿井；刮板运输机；刮板链；自动张紧装置 中图分类号 TD528.3文献标识码 A文章编号 2095-0802-202006-0098-02 Optimization Analysis of Automatic Tension Device of Scraper Conveyor XIONG Zhiqiang Tongbi Company of Mechanical and Electrical Equipment Manufacturing Co., Ltd., Datong Coal Mine Group, Datong 037001, Shanxi, China Abstract As an important component of scraper conveyor, scraper chain is of great significance for the continuous and efficient development of mine production. Taking this as a starting point, this paper analyzed and explored the optimization of the automatic tension device of the scraper conveyor in the mine. On the basis of summarizing the scraper conveyor, it carried out targeted analysis on the automatic tension device of scraper conveyor by means of numerical simulation, carried out optimization research by using genetic algorithm, and tested the application effect. The results show that the optimized automatic tension device can effectively improve the efficiency and stability of scraper conveyor operation, and reduce the wear of scraper chain, which is significant for promoting the comprehensive benefits of the mine. Key words mine; scraper conveyor; scraper chain; automatic tension device （总第 177 期） 技术研究 乳化液泵站 出油管路 10 9 12 5 3 4 7 8 6 98 2020 年第 6 期2020 年 6 月 线和推力曲线的变化示意图，其中，液压油缸无杆侧 压力变化如图 2 所示。 图 2液压油缸无杆侧压力变化示意图 分析图 2 可知，在刮板运输机自动张紧装置运行 时，其油缸收缩作业为先收缩后伸长的过程。作业初 始阶段，当液压缸有杆侧的液压油压力无法满足液控 单向阀门开启条件，使得腔体内油压持续增高；当液 压缸有杆侧的油压达到单向阀开启标准后，系统开始 泄流作业，这时无杆侧压力便会快速缩减，整个缩减 过程耗时不超过 3 s。随后无杆侧腔体压力会低于预设 的收缩阀门复位值，使收缩阀复位，接着伸出阀开始 作业，促使活塞杆伸出至指定位置。 在整个收缩作业过程中，由于油缸无杆侧腔体内 液压油持续压缩，会造成相连管路膨胀变形。在这种 情况下，如果单向阀门反向开启，便会造成液压油大 量外泄，直至腔体内油压低于预设阈值后，系统开始自 动补油，从而引起活塞杆收缩时的液压系统压力波动现 象。这种现象会对整个液压系统造成一定的冲击，进而 引起刮板链张力的波动变化，对自动张紧装置的正常运 转产生负面影响，甚至会缩短刮板链的使用寿命。 3基于遗传算法的自动张紧装置优化分析 对于刮板运输机自动张紧装置而言，其液压控制 的关键节点是电液换向阀，常规作业中换向阀只有 2 种 作业状态，即全开或全关，不具备可控的中间状态。面 对这一问题，对自动张紧装置原有的液压控制系统进 行优化研究，立足遗传算法，将电液换向阀更改为电 液比例换向阀，从而实现对液压油流量的精准控制[4-5]。 图 3 即为基于遗传算法的控制优化原理示意图。 整个优化方案借助提前整定优化后的参数，实现对自 动张紧装置液压缸无杆侧腔体内液压油压力与系统预 设压力差值间的比例或线性组合的调控，实现对电液 比例换向阀的精准调控，实现对阀门开口度的精准调 控，确保液压缸内液压油流量的精准操控，确保活塞 杆收缩工况的优化。 4自动张紧装置优化后模拟分析 将优化后的刮板运输机自动张紧装置模型带入数 值模拟软件中，对其使用效果进行模拟研究。模拟主 要针对执行油缸收缩作业阶段，模拟时长为 8 s，模拟 步长为 0.05 s。图 4 即为优化后液压缸无杆侧压力变化 示意图。 P0.液压缸输入压力；P.液压缸输出压力；Kp、Ti、Td.遗传算法的3个参 数量。 图 3基于遗传算法的控制优化原理示意图 图 4优化后液压缸无杆侧压力变化示意图 分析图 4 可知，通过基于遗传算法的优化研究，对 液压油进入液压缸的流量实现了精准化控制，从而确 保活塞杆运行速率降低 60多，有效延长了系统压力 释放的时间，促使优化后的液压系统在收缩作业时的 压力波动幅度降低 65多，提升了刮板运输机运行的 稳定性和有效性，延长了刮板链的使用寿命。 5自动张紧装置优化后的使用效果分析 通过对 A 矿井下刮板运输机自动张紧装置的优化 改进，优化后的自动张紧装置在使用中展现出良好的 减震缓冲效果，刮板运输装置在启动作业中遭受的冲 击和设备波动明显改善，特别是由于启动引起的刮板 链松弛打滑或跑偏等事故发生的概率降幅超过 80， 取得了良好的使用效果[6]。 6结语 刮板运输机作为井下生产中不可或缺的关键运输 设备，其运行的稳定性和有效性对矿井综合效益的获 得至关重要。因此，矿井管理者必须高度重视对其的 日常管理维护，特别是要加强对刮板运输机自动张紧 装置的优化研究，在确保作业有效性的前提下，实现 对刮板运输机自动张紧装置的优化改良，提升其运行 的稳定性和有效性，真正为矿井生产的持续、安全、高 效开展提供坚实保障，同时有效缓解刮板链磨损程度， 为生产综合效益的提升提供帮助。 260 240 220 200 180 160 140 120 0246810 时间/s 遗传算法 PID控制器电液比例换向阀液压缸 压力传感器 PP0 TdTiKp - 260 240 220 200 180 160 140 012345678 时间/s （下转 101 页） 熊志强 刮板运输机自动张紧装置优化分析 99 2020 年第 6 期2020 年 6 月 （上接 99 页） 参考文献 ［1］ 李银广.边双链刮板输送机的结构分析及优化 ［J］ .露天采矿 技术， 2019， 344 103-106. ［2］ 李洋.刮板输送机链传动张紧控制系统的研究 ［J］ .机械管理 开发， 2019， 349 115-117. ［3］ 郭俊武.刮板输送机智能控制系统在煤矿综采工作面中的应 用研究 ［J］ .当代化工研究， 201914 61-62. ［4］ 李铁莲.综采工作面刮板输送机链条张紧分析 ［J］ .自动化应 用， 201910 109-110. ［5］ 郭荣.刮板输送机自动张紧液压系统研究 ［D］ .西安 西安科技 大学， 2014. ［6］ 郭卫， 郭荣.刮板输送机自动张紧系统性能分析 ［J］ .煤矿机 械， 2014， 353 32-34. （ 责任编辑白洁 ） a 单体液压支柱b 铰接梁和网 图 1巷道的临时支护设施 当工作面通过空巷所在区域时，必须加大超前支 护的强度，一般是将单体液压支柱的支护密度加倍， 以此来保证对工作面顶板有足够的支撑力，以免压死 液压支架。支护的密度并不是固定的，需要根据实时 监测的液压支架的应力数据进行调整，如果发现液压 支架的压力过大，要及时停止回采，找出存在的问题 并解决。通常情况下，单体液压支柱的排距在 1 m 左 右，柱间距在 1.5 m 左右。 2过空巷的安全技术管理 2.1控制过空巷时的回采速度 虽然已经对空巷采取了一些支护措施，但是并不 能保证回采安全。这是因为回采时支承压力的集中系 数与回采速度还存在一定的关系，回采速度越大，支 承压力的系数越大，回采的安全性也就越差。回采速 度慢时，虽然可以保证生产安全，但不利于快速通过 空巷，影响了生产效率。因此，要根据实际情况，选 择合适的回采速度。选择回采速度的参考标准就是监 测液压支架的压力，当液压支架压力较大时，要适当 减慢回采速度；当液压支架的压力与工作阻力相差较 大时，可以适当加快回采速度[4]。 2.2做好通风安全管理 当工作面推进到与空巷的距离比较近，10耀20 m 的 位置时，要根据实际情况，重新进行通风规划。通风 规划中的重要内容是要关注空巷中的瓦斯排放问题， 保证工作面通过空巷时瓦斯不会超标。这就要求充分 估算空巷中的瓦斯量和巷道中的风量。如果在估算后 发现风量不能满足作业要求时，应该禁止进行回采作 业，以免引发安全事故。在回采过程中，如果发现存 在瓦斯涌出量异常的情况，应该立即停止作业，将所 有人撤离到工作面以外，待瓦斯恢复正常且查明情况 后，方可继续进行下一步作业。 2.3做好回采过程中的顶板管理 当工作面靠近空巷时，要进行加强支护，保证空 巷内部以及周围回采巷道的稳定性。为了确认空巷周 围的应力情况，一般采用钻眼法进行测试。测试时，需 要关闭回采设备，设置好安全警戒，待确认安全后方 可继续施工。在回采工作面贯通空巷后，要确保液压 支架、支护、刮板输送机符合“三直一平”的基本布置 要求。考虑到空巷的顶板可能比较破碎，需要及时进 行移架作业。与此同时，还可以通过敲帮问顶的方式 来确定岩层的完整情况。在工作面通过空巷 10 m 后， 可以适当降低超前支护的强度。 在空巷进行支护或撤柱时，要遵循以下几点a 工 人应该严格遵守煤矿作业制度，保证操作准确无误； b 工作面与空巷贯通后，对空巷进行作业时，需要关 闭相应的回采设备，不得私自启动回采设备，以免出 现安全问题；c 要确保作业安全，严禁在空顶情况下 作业或长时间作业，要保证支架位移的合理性，之后 再由工作人员做好安全措施，手持电缆跨入工作区域 内完成作业；d 距离空巷 5 m 作业时，要确定工作区 域巷道顶板的完整性，这可以通过敲帮问顶来完成。 3结语 当回采工作面中存在空巷时，会严重威胁工作面 的回采安全，因此，必须采取有效的措施来保证工作 面的回采。一种方式是在回采工作面过空巷时对空巷 进行充填，这种方式不会影响到工作面的正常回采速 度，操作起来十分简便，但需要考虑支护成本；另一种 方式就是对空巷进行临时支护，这种支护技术主要是 采用金属网、铰接梁和单体液压支柱来进行加强支护， 具有支护强度高、成本低的特点，但支护效率非常低， 影响了工作面的正常回采速度。除了空巷区域加强支 护以外，还应该做好空巷回采时的安全管理，主要有 控制过空巷时的回采速度、做好通风安全管理以及做 好回采过程中的顶板管理。 参考文献 ［1］ 张伟.综采工作面过空巷技术探讨 ［J］ .山西化工， 2019， 395 76-78. ［2］ 贾常忠， 郭海亮.大采高综采工作面过空巷施工实践 ［J］ .能源 技术与管理， 2019， 441 106-108. ［3］ 原永伟.30103 综采工作面过空巷技术的探索 ［J］ .煤， 2015， 248 104-106. ［4］ 郭佰壮.综采工作面过空巷的技术研究 ［J］ .山西煤炭， 2010， 309 52-55. （ 责任编辑白洁 ） 贾晋雷 回采工作面过空巷施工技术探讨 101