采煤机摇臂销轴间隙对采高检测的影响分析.pdf

局广山机械第4 8 卷2 0 2 0 年第7 期 检测的影响分析 张斌 天地科技股份有限公司上海分公司上海2 0 0 0 3 0 摘要针对采煤机销轴间隙引起的采高检测误差问题，分析出销轴间隙产生的原因是销轴、轴孔磨损 和锥套松动。通过建立采高误差数学模型，推导出销轴间隙大小对采高影响的计算公式，并通过采煤 机设计实例说明滚筒中心的随机分布范围边界类椭圆，销轴间隙与传感器测量值变化缌l 生相关。提出 了采高误差补偿和采煤机销轴更换提醒的自动化采煤机设计思路。 关键词销轴间隙；采高检测误差；自动化；误差模型；采高控制 中图分类号T D 4 2 1文献标志码A文章编号10 0 1 3 9 5 4 2 0 2 0 0 7 0 0 11 0 4 A n a l y s i so fi n n u e n c eb e t w e e np i nc l e a r a n c eo fs h e a r e rr o c k i n g a r mo n c u t t i n gh e i g h td e t e c t i o n Z H A N G B i n S h 蚰g l l a iB m c h o fT i 觚d iS c i e n c e T e c l l n o l o g yC o ．，L t d ．，S h a n g h a i2 0 0 0 3 0 ，C h i I l a A b s t r a c t I nV i e wo fm ed e t e c t i o ne r r o ro ft h ec u t t i n gh e 远h tc a u s e db ys h e a r e rp i nc l e a 砌c e ，t h ep a p e r c o n c l u d e dt 1 1 ep i nc l e a r 锄c ew a sr e s u l t e d 丘D ma b m s i o no f p i I la n dp i I l h o l ea sw e na sl o o s e n h 培o f c o n es l e e v e ． A f b e re s t a b l i s h i n g 也em 酬} 1 e m a t i c a lm o d e lo fc u t t i n gh e i g h te n ．0 r ，i td e r i V e dt h ef o m m l 嬲o fc a l c u l a t i r 培t h e 龇c eo fp i nc l e 跏c e0 nt h ec u t t i n gh e i 曲t ，锄d 僦C i n gas h e a r e rd e s i 盟e X a m p l et oi l h 缸a t et 1 1 e 瑚d o m d i s t r i b u t i o nm g eo ft l l ed n u nc e n t e rw a ss i m i l a rt oe l l i p s e ，t h er e l a t i o n s h i po f 也ep i nc l e a r a n c ea I l dt h e n l e 弱u r e ds ％s o rV a l u ew 勰r e l a t e d1 i n e a r l y ．A “a s t ，也ed e s i g ni d e ao fa u t o m a t i cs h e a r e rw a sp u tf o r w a r d i n V o l v i l 唱t 1 1 ec o m p e n s a t i o no f t l l ec u 仕i n gh e i g h te r r o ra n d 也er e m i n d i n go f p i I lr 印l a c e m e m ． K 曲W b r d s p i nc l e 钺m c e ；d e t c c t i o n 黜ro f c u 恤gh e i g h t ；羽l t o Ⅱ珀畸0 n ；e n ．o rm o d e l ；c o n 仃0 lo f c 删n gh c i 出 1 f 采高度的实时高精度检测是实现采煤机自动 ／l 运行的基础。目前，采煤机采高检测主要是通 过传感器测量摇臂倾角或调高液压缸的位移量换算来 实现【l 圳，也可采用这2 种方法相结合的方式。在实 际应用中，传感器本身能够满足采高检测精度要求， 但摇臂与采煤机机身连接销轴却经常因磨损后维护不 及时而存在间隙，测算采高与实际采高有一定的偏 差，采煤机自动割煤时易发生割顶板、留底煤、液压 缸频繁往复动作等问题，制约了自动化技术的发展和 基金项目中国煤炭科工集团有限公司科技创新基金项目 2 0 1 8 一T D z D 0 0 9 作者简介张斌，男，1 9 8 5 年生，硕士，助理研究员，主要 从事采煤机设计研究工作。 推广。笔者针对摇臂销轴间隙对采高检测的影响展开 分析和探讨，为自动化工作面采煤机采高控制系统设 计提供理论依据和改进思路。 1 销轴间隙产生原因 为了调节割煤高度，采煤机摇臂与机身采用铰接 形式连接，其中铰接轴主要采用圆柱销或锥销形式， 如图l 所示。 圆柱销通常设计为3 段台阶式，中间轴段与摇臂 轴孔铰接，两端轴段与采煤机机身轴孔固定。使用一 段时间后，销轴、轴孔的磨损与变形导致接触面产生 间隙，由于井下检测困难，且在短期内不会造成采煤 机故障，往往难以引起重视，间隙长期存在并不断增 万方数据 12 去径向定位后即产生晃动。凶此，无论采用哪种形式 的销轴，其间隙普遍存在，且难以消除，对采高检测 的影响也无法避免 2 销轴间隙对采高的影响模型 当销轴产生间隙时，可没销轴初始L } I 心为D f 。 最大偏移量为厂，销轴的实际位置落入圆心为D f 。半 径为厂的圆内，由此建立销轴中心的分布模型，如图 2 所示，销轴中心D 的坐标可表示为 如 x D 。 比o s 口， ≤口≤2 兀 ， 肋 儿、 燃i n 口， ≤口≤2 兀 。 图2 销轴误差模型 F i g ．2 M o d e lo fp i ne r r o r 1 2 图3 所示为采煤机调高模型。取彳点为坐标原 点，则采煤机滚筒中心坐标可表示为 x c 勤 三∞c o s 秒， 3 y f 帕 ￡∞s i n 曰， 4 E D 根据坐标可表示为 E D x ； 露， 7 伽肚a r c t a n 斗a r c 啪 并篆 ， 将式 6 一 8 代入式 5 可得 ～c c 0 0 鬟尝一1 a 咖I 黑b 么伽。 9 I ‰竹c o 叫J 一 将式 9 代入式 3 和式 4 ，即可得滚筒中心c 的坐标点，其分布范围与销轴最大偏移量r 、偏移角 度口及摇臂支腿长度三。D 有关。在设计采煤机时，可 通过调整采煤机相关的结构参数，减小销轴间隙对滚 筒位置变化的影响范围。 3 采高检测数据分析利用 为了更直观地说明销轴间隙对采高检测的影响， 以最大设计采高为5m 的M G 7 5 ／1 9 2 0 w D 型采煤机 设计方案为例进行说明。该机型最大采高状态下对应 的液压缸长度厶。 24 0 0m m ，摇臂长度上c 。 29 3 7 m m ，摇臂支腿长度￡日D 7 4 5m m ，[ c D B 8 9 。。 3 ．1 滚筒中心分布范围 通过编制计算机程序，当r 2m m ，口在 ，2 兀 万方数据 范围内连续变化，得到点C c ，y c 变化范围，如图 4 所示。 I 裔 鎏 、 工偏移量／衄 图4 滚筒中心分布范围 F i g ．4 D i s n 吲b u t i o nr a n g eo fd r u mc e n t e r 从图4 可以看出，点c 坐标变化边界近似为椭 圆，即滚筒中心将随机出现在椭圆范围内的任何位 置。其中，z 轴方向最小值为41 1 3 ．4m m ，最大值为 41 3 0 ．6n Ⅱn ，最大误差为1 7 ．2n 皿；y 轴方向最小值为 31 1 2 ．8 衄，最大值为31 2 8 ．3 岫，最大误差为1 5 ．5 姗。 以上数据表明销轴间隙为2m m 时，采煤机摇 臂在未执行调高操作睛况下，实际采高变化量为1 7 ．2 m m ，因此，采煤机在“示范刀”学习及自动化割煤 过程中，滚筒与煤层顶、底板及其他工作面配套设备 间需留有足够的安全间隙，防止出现设备间干涉引发 安全事故。 3 1 2 销轴间隙对采高误差范围的影响 当全新的采煤机投入使用时，可以认为销轴间隙 接近o ，随着不断割煤，销轴间隙也不断增大，滚筒 中心点C c ，y c 分布范围也不断增大，经过计算， 其变化趋势接近于直线，如图5 所示。通过添加c 点 坐标变化趋势线可知销轴间隙每增加1 ．om m ，x 轴 方向误差平均增大约8 ．6m m ，y 轴方向误差平均增大 约7 ．8 m m 。 I ＼ 茅 A k ／衄 图5 液压缸上置采高计算模型 F l g ．5 C a l c u l a 廿o nm O d d0 fc u t t h l gh e i g h tw h 姐e c y l i n d e rb e i n ga b O V e 舢机械艄籼㈣，期圆 自动化工作面通常要求采煤机记忆截割典型采高 重复误差不大于2 5 衄，对应图5 中的销轴间隙约为 3 姗，即当销轴间隙大于3 咖时，必须对铰接轴进 行检修和维护。 3 ．3 销轴间隙测算 在摇臂销轴存在间隙的情况下，即使采煤机液压 系统及控制系统未进行调高操作，采高传感器的检测 值也会随着摇臂摆动而发生变化，产生错误的采高信 息，导致控制系统发出错误的调高指令，液压缸和阀 组频繁往复动作，引发液压系统故障。因此，采煤机 调高控制系统应具有未调高周期内采高数据的滤波计 算。 图6 所示为采煤机摇臂在未调高周期内摆角秒检 测值随销轴不同间隙变化的曲线，从中可以看出，秒 波动范围与销轴间隙正相关。根据一段时间内采煤机 秒检测值的波动数据，即可估算出销轴间隙的大小， 进而实现采煤机调高误差补偿计算和销轴维修提醒功 能。 偏移角度a ／ 。 图6 口检测值变化曲线 F i 蛋6 V h r i 曩廿o nc u I V eO f 口m e a s u r e dV a l u e 4 结论 1 采煤机采高的精确实时检测是实现自主调高 和自动化运行的基础，而销轴间隙是影响检测精度的 最主要因素。 2 销轴、轴孔的磨损与变形，锥套的轴向松 动，是摇臂铰接销产生间隙的最主要原因。 3 通过建立采高误差模型，推导了销轴间隙大 小对采高影响的计算公式，绘制出滚筒中心的随机分 布范围，其形状近似为椭圆。 4 销轴间隙与传感器测量值变化趋势近似为直 线，因此可以用于采煤机自动调高系统误差补偿，避 免液压和电控系统频繁往复动作而引起机械故障，同 时还能够实现销轴检修提醒，提高采煤机智能化程 度。 参考文献 【l 】孙月华，曹贺．采煤机记忆截割滚筒高度的检测模型【J 】 万方数据 局广山机械第4 8 卷2 0 2 0 年第7 期 编 辑 严 瑾 1 4 矿用履带式钻孔设备爬坡能力 试验台的设计 许海龙1 ’2 1 煤炭科学技术研究院有限公司检测分院北京1 0 0 0 1 3 2 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京1 0 0 0 1 3 摘要为了满足矿用履带式钻孔设备爬坡能力试验要求，同时适应不同设备不同设计坡度值的现场应 用情况，设计了一套可调节角度的爬坡能力试验台。通过分析爬坡能力对矿用履带式钻孔设备整机性 能的重要性及标准试验要求，结合目前产品现状及未来发展趋势，确定了矿用履带式钻孔设备爬坡能 力试验方法及设计参数，完成了试验台整体方案设计。通过机械结构设计、受力计算、关键零部件强 度校核、液压系统设计计算、高精度倾角传感器选型等步骤，完成了试验台各部分的设计与研制。该 试验台不仅满足了标准规定的试验要求，同时能够实现角度调节，调节过程中能够实时显示当前坡度 值，提高了爬坡能力试验方法的科学性及试验数据的准确性。 关键词履带式钻孔设备；爬坡能力；可调角度；试验台设计 中图分类号T D 4 1文献标志码B文章编号10 0 1 3 9 5 4 2 0 2 0 0 7 0 0 14 0 4 D e s i g no f t e s tb e n c hf o rc U m b i n ga b m 够o fm i n e c r a w l e r - t y p e d r ⅡU n ge q u i p m e n t X UH a i l o n 9 1 ，2 1 T e s tB 舢c ho f C h i n ac o a lR e s e 盯c hI n s 廿n n e ，B e i j 啦 0 0 0 1 3 ，C h i n a 2 S 乜I t eK c yL a b o r a t o 叮o f H i g hE 伍c i e n tM i n i n g c l e 蛆u t i l i 烈t i ∞o f c o a lR e s o u r c e s ，B e i j i I 冯1 0 0 0 1 3 ，c h i l l a A b s t 翻瓜1 1 10 r d e rt om e e tt 1 1 er e q l l i 撒n 印晦o ft e s tf ．0 rt h ec l i | n b i n gd b i l j 晦o ft h em i n ec r a w l e r ．t y l c 砸1 1 i n g e q u i p m e m ，锄da d a mt om ef i e l da p p H c a 如no fV 撕。璐e q 【u j p l n e n 伍o nV a 晡。啵d e s i 弘s l o p e ，as e to fo b H ‘l u 毋 a 面瑚妣t e s tk 殂c hf ．0 rc 血曲i n ga b 啦w 鹅d e s 训．腧锄她脚n g 也ei n 】p 凹咖1 c co f 酬血c b i n ga b i l i 够o n 位 p e 秭b r m 砒l ∞o f 疵c r 孙讥盯勺7 p em 她饯I L I 砸m e n t 锄dl h et c s _ tr e q I l i I 就n 觑她s p ∞m e di n 嗽m d a m ’i nc 0 俯b i m 匝o n 蛐雠删删s ‰m d 雠缸u r e 呶他咖慨d ，恤删删f o rc l i m b 吨a b 嘶0 f m cl n i n e 训∞勺供d r i l l i l 唱e q 嘶珥n 锄t 锄l dt h ed e s i 驴p a 均m e 锄w 骶d e t e l 衄j n e d ，锄d 血髓t h ew h 研ed e s 啦s c h 锄e 缸 t h et ∞tb 锄c hw 嬲c 伽叩 e t e d ．1 1 玳 l l g ht h ed e s i g no fm ∞h a n i c a ls t l w t u 他，f o r c ec a l 叫h 曲n ，s 缸℃n g I hc h e c k i l 唱o f k e yp a r t s ，d e s 啦趾d ∞l c 删o no f b 商跚l l i cs y 她m o d e ls e l ∞d n go f h i g h _ p r ∞i s i o n 曲l E l Ⅳi 锣s e 衄o Bt h ed e s i 弘 a n dd e v e l o p m 肌to f e a c hp a no f 恤t e s tb e n c hw ∽∞h i e v e dT h et e s tb e n c h ∞to n l ym e t 雠t e s t 瞅n l i r e m ∞伍 作者简介许海龙，男，1 9 8 6 年生，硕士，助理研究员，主要从事凿岩设备检测方法和试验装置研究工作。 C 醒盛通盛’C 邋鼢G 龟盛X 蔼鼢C 避G 刚的l o 刚昀憾鼢G 童搦迎盛邋G 刚的l c ；t 搦蔺圆o C 避助G 毫G t 量0 G 刚叼憾髓翻’C 过l o a 刚叼I G 刚昀憾助谴 黑龙江科技大学学报，2 0 1 7 ，2 7 2 1 1 4 - 1 1 7 ． [ 2 】李曼，王志鹏．基于巨磁阻效应的采煤机摇臂角度传感器 设计研究田．煤炭科学技术，2 0 1 9 ，4 7 4 2 6 - 3 1 ． [ 3 】钱江泳．采煤机用摆角传感器的改进设计【J 】．煤矿机械， 2 0 1 6 ，3 7 3 1 2 3 1 2 4 ． 【4 】苏秀平．采煤机自动调高控制及其关键技术研究【D 】．徐州 中国矿业大学，2 0 1 3 7 “7 8 ． [ 5 】宋相坤．采煤机摇臂与牵引箱联接装置处异响问题解决方法 【J 】．煤矿机电，2 0 1 6 5 9 7 9 8 ． 【6 】李庆亮．采煤机截割部与牵引部铰接转动异响机理研究[ J 】． 煤矿机械，2 0 1 9 ，4 0 1 2 1 6 4 - 1 6 6 ．口 收稿日期2 0 2 0 _ 0 l 0 4 修订日期2 0 2 0 _ 0 4 - 0 7 万方数据