可伸缩式胶带自移机尾系统研发及应用.pdf
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1、第 卷第 期能源与环保 年月 收稿日期:;责任编辑:郭海霞 :基金项目:河南省科技攻关项目();郑州市 年度重大科技创新专项()作者简介:崔蕾蕾(),男,山东潍坊人,年毕业于中国矿业大学,现从事煤矿综采装备的研发管理工作。引用格式:崔蕾蕾,苏习灿,杨文明,等 可伸缩式胶带自移机尾系统研发及应用 能源与环保,():,():,可伸缩式胶带自移机尾系统研发及应用崔蕾蕾,苏习灿,杨文明,黄莹(郑州煤矿机械集团股份有限公司,河南 郑州 )摘要:胶带自移机尾是煤矿工作面的主要设备,其移动频率直接影响着综采工作面的推进效率。在采煤过程中,采用传统的胶带自移机尾作业模式,拆胶带架频繁、效率低,不利于综采工作面
2、的高效推进。为了提高综采工作面的效能,减少频繁拆胶带架,减轻工人的劳动强度,研发一种可伸缩式胶带自移机尾系统。同时将传统的手操阀就地控制升级为电液控远程或集控控制,并且具备一键调平、自移等功能,此套系统结构简单方便、易操作维护,可以降低人力成本,提高煤炭生产效率。关键词:伸缩胶带架;锁紧机构;大伸缩比;远程控制中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,):,:;我国是一个多煤少油的国家,已探明的煤炭储量占世里煤炭储量的 ,可采量位居第二,产量位居世界第一位,出口量仅次于澳大利亚而居于第二位。煤炭在我国一次性能源结构中处于绝对主要位置,年煤炭在一次性能源生产和消费中占 左右;到 年,煤炭所占比
3、例不会低于 ,煤炭作为我国基础能源的重要地位不可动摇。随着采煤综合机械化程度的提高,胶带机自移机尾装置是煤矿工作面的主要设备,安装在转载机机头和带式输送机之间,转载机机头搭接在自移机尾的行走小车上。煤炭从转载机机头卸载到自移机尾,然后转运给带式输送机,输送到地面 。胶带机自移机尾装置应用于高产高效工作面巷道转载机与带式输送机的快速推移和正确搭接,满足工作面高进度、快推进的需要,同时该装置具有胶带跑偏调整、转载机推移方向校直和自行前移等功能,保证巷道运输、转载的通畅及设备的良好衔接。胶带自移机尾在整个井下运输系统中起着至关重要的作用,它的移动频率直接影响着工作面的推进速度 。传统的巷道转载机所配
4、胶带机机尾为简易机尾,虽然可以满足转载机与其配合实现 的行程,但其结构性差、强度低,机械化程度不高,不能实现自行移动,只能依靠传统的单体支柱及拉移油缸实现自移前行,在实施普通胶带机尾移动时,一般需要 人相互配合搬运、支护单体液压支柱、连接 年第 期能源与环保第 卷拉移油缸、接液压管路等一系列高强度、高危险的劳动。现有的胶带机自移机尾采用一刀一移或三刀一移的工作方式,最大行程约 。如此频繁地移动胶带机尾就会频繁地拆除胶带机中间架体,而每拆除一架胶带机中间架至少需要 名矿工花费 才能完成。因此,现有的胶带机自移机尾也不利于提高生产效率 。传统的采煤过程中,一般采煤机割完 刀后,就必须拆胶带自移机尾
5、移动方向端胶带架,推进自移机尾。这种工艺方法拆胶带架频繁,影响了综采工作面的推进速度。为了减少频繁拆胶带架,研发了一种可伸缩式胶带自移机尾系统,解决了频繁拆胶带架的问题,提高了综采工作面的推进速度,对综采工作面的高产高效意义深远。目前行业内胶带机尾多为手动阀就地控制,工人在设备旁操作具有一定的危险性,机尾调平依靠人眼观察,经验判断准确性比较差,还有一个更为致命因素就是因为油缸流量太大,无法做到油缸的精准控制,上下窜动很难调平。智能开采已成为煤矿安全高效生产的重要手段,国家“十三五”规划已将“加快推进煤炭无人化开采”列为国家重大工程项目。在运输方面各大厂家也开始发力。中煤张家口在陕西榆林、山东兖
6、矿等各大煤业集团纷纷推出了智能化成套输送设备,胶带自移机尾装置可实现转载机、胶带机尾等巷道设备的整体推移,为工作面的高效连续生产创造了必要的条件,除此之外还具有姿态自动检测,遥控远程控制,自动调平等功能,使得胶带自移机尾更加智能化。胶带自移机尾手操控制方式改造为电液控制方式后,可实现自动控制,无需专人长时间看守胶带自移机尾,改造后的胶带自移机尾拥有自移、调偏、调平等功能,因地面不平整、载荷不均等原因造成的胶带跑偏等问题,均可实现自动调平、调偏、自移等,除了上述优点之外,此项目可实现油缸的精准的控制,采集的数据的准确性有了极大提高,对公司实现成套化、智能化的发展战略打下坚持的基础 。系统主要组成
7、及工作原理 主要组成部分由自移式胶带架、连杆、伸缩胶带架及自移机尾组成(图 )。工作原理初始铺设时(图 ),自移机尾安装于转载机机机头的下方,伸缩架完全展开,自移式胶带架和自移图 可伸缩式胶带自移机尾系统示意 图 回采前铺设状态示意 机尾分别通过连杆与伸缩架连接;其中,伸缩架在展开时,利用锁紧机构将伸缩架锁紧。当推移自移机尾时,打开第一组伸缩件上的锁紧机构,自移机尾前移,压缩伸缩架收回,再锁紧伸缩架,进行下一次推进,直至所有伸缩件全部收回(图 ),拆除自移式胶带架的托辊架,打开所有伸缩件的锁紧机构,移动自移式胶带架,通过连杆带动伸缩架完全展开,锁紧,准备进行下一循环推进。图 伸缩胶带架全部收回
8、示意 可伸缩式胶带自移机尾系统为了满足综采工面的高产高效推进,满足日采 刀一移(采煤机截深 ),针对目前状况,采用可伸缩式胶带自移机尾系统(已申请专利)实现了采煤机割煤 刀,集中一次拆 胶带架,自移式胶带架拉移伸缩胶带架完全展开(图 )。关键部件结构()自移机尾。该自移机尾主要由尾架、中间架、小车、推移油缸、头架、液压系统及附件等组成(图 )。图 自移机尾示意 初始状态,推移油缸活塞杆完全伸出,当转载机沿自移机尾轨道向前推移时,以自移机尾作为支点,推移油缸随转载机的前移而随动收回,行走小车移 年第 期崔蕾蕾,等:可伸缩式胶带自移机尾系统研发及应用第 卷动至推移油缸完全收回位置,需移自移机尾,以
9、转载机机头为支点,推移油缸完全伸出,自移机尾向前移动一个油缸行程,同时推动伸缩胶带架收缩一个油缸行程,直至伸缩胶带架完全收回。()伸缩胶带架。该伸缩胶带架主要由托辊架、锁紧机构、伸缩机构及连接件等组成(图 )。图 伸缩胶带架示意 初始状态,托辊架通过伸缩机构完全展开,锁紧机构锁紧伸缩机构;当自移机尾前移时,打开一组伸缩胶带架锁紧机构,自移机尾推动伸缩胶带架收缩。()自移式胶带架。自移式胶带架主要由胶带架体、轨道、抬高装置、推移装置及螺栓组件组成,结构如图 所示。图 自移式胶带架示意 当伸缩胶带架完全收回,自移式胶带架抬高装置将胶带架体抬起,利用轨道与地面之间的摩擦力,以轨道为支点推移油缸伸出,
10、推动胶带架体向前移动 个油缸行程,同时拖动伸缩胶带架展开 个油缸行程;抬高装置收回,拉移轨道离开地面,以胶带架体为支点推移油缸收回,拉移轨道向前移动 个油缸行程,进行下一次循环,直至伸缩胶带架被完全拉开。结构特点 自移机尾()能实现与带宽 以上带式输送机配套使用。()自移机尾采用 刀一移的作业模式,有利于缩短转载机悬空段的长度,进而缩短转载机整机的铺设长度,降低功率需求。()控制精度高。通过研究,将电液控精准控制阀(图 )设置在液压总管路上,精准控制阀连通自动反冲洗的出液口和电液主阀的进液口之间,电液主阀的工作口连通胶带自移机尾的各个执行油缸,这样就会在开启和关闭时,通过小流量进液减缓油缸的速
11、度,使油缸停在想要停止的位置,大大增加了控制精度。图 精准控制阀连接线路 ()控制方式灵活。胶带自移机尾手动操作系统升级为电液控制系统,配置位移、倾角、压力传感器、遥控器等,获取设备数据并传递至控制器,控制器接收感知数据经集控中心运算后反馈至控制器和执行元件,可实现就地控制、遥控控制和远程控制。伸缩胶带架()结构紧凑,伸缩比大。伸缩比达到 ;在满足日采 刀一移的情况下,减少了伸缩胶带架组的数量。()采用锁紧机构锁紧,将伸缩机构机械锁死,有效防止伸缩胶带架在外力作用下收缩的风险。()伸缩机构板材加厚,在展开时有利于加强托辊架的支持强度。自移式托辊架()采用成熟迈步自移作业方式,实现托辊架的自行迈
12、步,拖拽伸缩胶带架展开。()采用电液控制系统,搭载先进的传感器或无线射频技术实现自移式托辊架的自动推移、遥控控制。本系统通过自移机尾、伸缩胶带架、自移式托辊架相互配合作业,实现了自推移、自锁紧、大伸缩比等功能,提高了工作面开采的推进效率,减少了频繁拆胶带架。控制系统胶带自移机尾自动化项目主要硬件由胶带机尾、电液主阀、电磁驱动器、控制器、倾角传感器、遥控器、稳压电源、中继器、位移传感器、反冲阀、精准精准控制阀等组成,需要将传统的手操阀就地控制 年第 期能源与环保第 卷改造为电液控远程或集控控制,并且具备一键调平、自移等功能。控制系统技术路线()对目前国内外的现状做进一步调查,摸清楚现在煤矿、高校
13、以及其他需要运用到此技术的公司或组织的需求,研究胶带自移机尾自动化的总体架构组成,对其产品定义、功能需求和参数标准、研发目标、性能要求等各方面进行总体分析设计;构建机械结构、控制、驱动、信息采集等软硬件的总体设计方案。()研究胶带自移机尾的机械结构、功能及其控制方式,选择合适的传感器等硬件。()对胶带自移机尾原有的控制系统进行改造,实现液压电控控制。()控制系统改造完成后,利用数字采集器加装自买倾角、激光测距传感器等进行控制原理验证。()对现有油缸进行改造,加装位移传感器,取消外置激光传感器。()对精准控制阀进行测试,更换不同规格的阀芯,在加装位移传感器的胶带机尾上做调平实验,直到找到合适的阀
14、芯,并得出调平逻辑。()开发胶带自移机尾调平程序。()用带有调平程序的 型本安控制器做工业性实验。()控制器人机界面设计更换。()胶带自移机尾自动化项目运用多种电气部件,涉及国标生产厂家众多,需逐一对比,选择最优供应厂家保证产品质量。控制系统功能要求()自移机尾电液控制系统应遵循煤矿井下环境使用的电气产品相关的国家标准()。()电气产品满足防爆、防水、防尘等要求,本安部分防护等级不低于 。()具有胶带自移机尾自动推移功能,能够自动检测推移距离,实现推移油缸的精准控制。()具有胶带自移机尾姿态自动调节功能,能够自动检测胶带自移机尾姿态,根据倾角等传感器采集数值,通过算法校正可实现调平缸的精准调节
15、,角度控制精度达 。()系统具备流量调节功能,可根据动作时间或顺序,采用控制器自动精准控制流量的大小,使油缸动作起到减速效果,油缸速度不超过 ,控制精度达 。()具有遥控操作功能,遥控器待机时间不低于 ,无线覆盖范围可达到 。()具有压力检测、位移检测及上传功能,传感器数据可上传至巷道集控仓、地面调度室等,通信延迟时间不超过 。()具有本地闭锁功能。控制系统关键技术 胶带自移机尾结构胶带机尾快速推移装置用于高产高效工作面巷道转载机与带式输送机机尾的快速推移和正确搭接,满足工作面高进度、快推进的需要,同时该装置具有胶带跑偏调整、转载机推移方向校直和自行前移等功能,保证巷道运输、转载的通畅及设备的
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