矿用皮带机自动巡检装置设计与研究.pdf
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1、第5期(总第2 40 期)2023年10 月机械工程与自动化MECHANICAL ENGINEERING A U T O M A T I O NNo.5Oct.文章编号:16 7 2-6 413(2 0 2 3)0 5-0 19 5-0 2矿用皮带机自动巡检装置设计与研究王月清(山西焦煤西山煤电西铭矿,山西太原0 30 0 52)摘要:皮带机作为煤矿主要运输设备,需长时间连续运行,且工作负荷较大,极易发生皮带跑偏、断裂等事故,严重影响煤矿生产安全及效率。针对上述问题,提出了一种矿用皮带机自动巡检装置设计方案,采用多传感器融合技术及视觉检测系统实现对皮带机运行及环境参数的实时检测及皮带跑偏等故障
2、的诊断,从而取代效率低下的人工巡视,可有效提高皮带机运行安全性及可靠性。关键词:矿用皮带机;自动巡检装置;控制系统;跑偏中图分类号:TP274文献标识码:B0引言矿用皮带机主要负责将井下原煤由综采面运输到提升井口,同时还可运送其他物资物料,是煤矿生产中最重要的运输设备。由于皮带机需要长时间高负荷运行,极易发生皮带跑偏、断裂、打滑等故障,存在极大安全隐患,因此需要按照规程每日进行巡检,保证其安全稳定运行-。传统巡检方式采用人工定时往返巡检,不仅费时费力,效率低下,而且部分皮带断裂等故障难以通过肉眼准确识别,极易发生漏检问题,给皮带机运行留下极大安全隐患。为此,本文提出了一种矿用皮带机智能巡检装置
3、设计方案,通过多传感器融合技术及视觉检测系统替代人工巡检,实时采集皮带机运行状态参数及沿线环境数据,实现对皮带跑偏等故障的自动判断及报警,不仅大大降低了操作人员的劳动强度,同时也有效提高了巡检效率及可靠性。1皮带机自动巡检装置实施方案1.1自动巡检装置功能分析该自动巡检装置的设计目标是代替人工巡检完成对皮带机运行参数采集、工作环境状态监测及皮带跑偏等故障的检测识别,在设计过程中需针对井下通信状况差、巡检途中充电困难、因巷道复杂导致的定位精度差等问题进行充分考虑并提出相应解决方案。结合上述要求,井下皮带机自动巡检装置需具备以下功能:(1)皮带机运行状态及工作环境参数采集功能。自动巡检装置通过配备
4、温湿度、气体检测、超声波测距等多种传感器对皮带机工况及周围环境参数进行实时检测,当出现超限异常时立即报警。(2)远程控制及通信功能。自动巡检装置通过无线网络可实现与地面监控平台的数据实时传输,通过对上位机控制系统的设计可在地面对巡检现场进行远程监控并实时显示监测数据。(3)高精度图像采集处理功能。通过对机器视觉系统的设计实现现场图像的高精度采集,针对皮带跑偏等故障采用数字图像处理技术进行图像特征提取。收稿日期:2 0 2 3-0 2-0 7;修订日期:2 0 2 3-0 6-2 9作者简介:王月清(198 2-),男,山西静乐人,助理工程师,本科,主要从事煤矿智能化建设方面的工作。(4)完善的
5、运动及定位功能。自动巡检装置采用巷道顶部运动方案,通过无极钢绳及伺服电机提供动力,并通过轴编码器实现装置的精确定位。1.2具体实施方案自动巡检装置的核心设计内容分别为运动系统、动力系统及定位系统三部分,下面针对这三个部分对其具体实施方案分别进行阐述。1.2.1自动巡检装置运动系统实施方案目前市面上常见的自动巡检设备以滚轮式、导轨式及履带式三种运动方式为主,由于本设备应用场景为井下狭窄巷道及上下坡、拐角处较多的路面,且巡检路线障碍物较多,滚轮式巡检设备在地面行走过程中易发生侧翻、碰撞等事故,因此难以满足要求;履带式巡检设备拥有更好的地面适应能力,但易对巷道沿线电缆及通风管路造成损坏;导轨式巡检设
6、备悬挂于皮带机上方行驶,可最大程度地避免因地面障碍物较多及路面不平坦所带来的问题,同时针对皮带机的巡检路线较为固定,采用钢绳悬空牵引的方式更便于装置定位,因此本文选用钢绳导轨式运动方案对自动巡检装置进行设计。1.2.2自动巡检装置动力系统实施方案自动巡检装置的动力通常由以步进电机、直流电机或伺服电机等组成的电力拖动系统提供,受井下巷道复杂环境影响,在上、下坡及拐角处对电机调速性能要求较高,步进电机及直流电机因失步现象及负荷波动引起的转速变化剧烈等问题无法实现精确调速控制。而伺服电机因其具备闭环控制方式及大输出扭矩可有效解决上述问题,为巡检装置提供良好的调速性能,因此本文采用伺服电机作为巡检装置
7、的动力源。1.2.3自动巡检装置定位系统实施方案目前巡检设备多采用GPS定位及RFID射频识别定位方式,由于皮带机巡检路线较长且深入井下,GPS信号无法全面覆盖,安装射频收发器的成本较高,因此两种定位方案均不适用于皮带机巡检装置。自动巡检:196本文采用转速定位法对巡检装置进行定位,将轴编码器安装于伺服电机上,通过编码器采集的电机转速及转向参数计算得到自动巡检装置当前位置,实现实时定位。2自动巡检装置及其控制系统设计按照实施方案具体要求,本文对自动巡检装置整体结构及电机、传感器等硬件设备进行设计与选型,自动巡检装置通过滚轮及无极钢绳悬挂于皮带机上方,通过调整伺服电机的正反转为无极钢绳提供向前或
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