煤矿井下带式输送机纠偏装置的设计与应用.pdf

引言 带式输送机是一种大型功能复杂的多设备系 统，是煤矿井下生产过程中不可或缺的物料运输 设备[1]。带式输送机在实际运输过程中， 工作环境 恶劣复杂，常常出现胶带偏离纵向中心线即跑偏 的问题[2]， 从而引起物料的倾洒， 甚至胶带边沿的 磨损， 降低输送带的使用寿命， 严重时还会造成输 送带断裂、 烧损甚至引发火灾， 导致煤炭运输线停 运， 影响安全生产， 严重阻碍着带式输送机的发展[3]， 因此， 本文设计一种光电式的有源纠偏装置以解决 上述问题。 1带式输送机跑偏原因 煤矿井下带式输送机跑偏的原因较多[4-6]， 分析 其原因主要有以下三个方面 输送机胶带松弛张紧力不足时，会引起胶带所 受拉力不均匀， 这时容易导致胶带跑偏。 而导致输送 机胶带松弛也主要有两个方面的因素，一是胶带初 始安装后， 张紧力正常， 由于胶带一般承受的载荷量 较大， 在长时间的高负荷运行之后， 胶带容易发生变 形， 甚至造成胶带边缘严重磨损， 从而导致胶带张紧 力较低，不能满足胶带正常运输时所需的张紧力要 求； 二是载荷较大的问题， 当输送机没有载荷或者载 荷较小时， 胶带不会发生跑偏， 但是当载荷逐渐加大 一定量的时候， 此时张紧力也会出现降低， 胶带发生 跑偏。 带式输送机的安装对各部位结构的相对位置是 有一定要求的， 一旦位置安装不合理， 胶带容易出现 跑偏。例如 在进行前后滚筒安装过程中， 如果前后 的滚筒中心线偏差大或者与胶带的中心线不垂直 时，带式输送机在运行过程中，都会产生横向的拉 力，从而导致胶带始终偏向一侧，随着幅度不断增 加， 最终导致胶带跑偏。 还有当托辊轴线和胶带的中 心线安装不垂直时， 也会在高速运行时， 产生一个横 向力， 最终导致偏移。 胶带接收物料的位置是一个槽型，并且都是从 转载机处进行接收，如果卸料点在进行物料卸载时 总是偏向于一侧相同的方向， 这样长时间运行后， 受 料多的一侧侧辊受力较大引起一定程度的倾斜， 此 时物料作用于胶带上的力产生一个横向的作用力， 从而导致胶带向一侧移动， 积累到一定的程度后， 胶 带发生跑偏。 2输送带纠偏装置的设计 输送带的纠偏根据有无外力的输入可以分为无 源纠偏和有源纠偏。其中无源纠偏利用的是输送带 跑偏后自身产生的阻力，使得托辊支架反向偏转实 现输送带的自动纠偏。 而有源纠偏又有机械传动式、 液压式、 气动式和光电式等几种自动纠偏装置。 其中 机械传动式纠偏装置的稳定性不足，纠偏效果也较 差，但是成本较低，在小型带式输送机上应用比较 多； 液压式自动纠偏装置稳定性较好， 纠偏效果也较 好， 并且反应灵敏， 但是液压传动装置结构复杂， 占 用空间也大， 成本相对较高， 同时容易对输送带的边 沿造成损伤， 零部件易出现故障； 气动式自动纠偏装 置采用气动的方式进行控制， 纠偏效果明显， 并且自 动化的程度较高， 对输送带的损伤较小， 但是安装和 后期维护较为麻烦和复杂， 成本很高， 适用于高瓦斯 的场所；光电式自动纠偏装置能够实现检测和纠偏 一体化， 纠偏速度较快， 同时对输送带的损伤小， 但 是对环境较为敏感， 适应性较差， 在大中型带式输送 机上应用较多。 本文采用光电式的有源纠偏装置，其结构原理 煤矿井下带式输送机纠偏装置的设计与应用 刘乐 （晋煤集团晟泰公司机电安装分公司， 山西晋城048000） 摘要 分析了煤矿井下带式输送机跑偏的原因， 设计了一种光电式的有源纠偏装置， 并对跑偏检测的传感器 进行了二级响应设计， 对系统的控制器控制方案进行了设计， 结合纠偏装置的应用实例， 从三个方面对纠偏装 置的设计和应用给出了相应的建议， 以确保带式输送机安全生产。 关键词 煤矿带式输送机跑偏纠偏装置 中图分类号 TD528.1文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 05-0037-02 收稿日期 2020-02-03 作者简介 刘乐 （1984） ， 男， 本科， 毕业于重庆大学， 机电助 理工程师， 从事煤矿机电技术相关工作。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.05.016 总第 205 期 2020 年第5 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 205 No.5， 2020 设计理论与方法 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 如图 1 所示。首先跑偏量检测装置监测输送带横向 位置的数据信息， 并传递给控制器， 控制器按照特定 算法对数据信息进行计算和分析，并根据计算出的 控制量驱动伺服电机转动的速度、 方向和角度， 从而 驱动蜗杆、 涡轮运动， 最终带动与涡轮连接在一起的 托辊支架绕旋转中心一起偏转，小角度改变托辊轴 线， 实现输送带的自动纠偏。 跑偏检测是输送带纠偏的基础，目前在煤矿中 应用较多并且效果较好的检测方法是接触式的跑偏 检测法，在输送胶带容易跑偏的两端旁边分别安装 一个跑偏传感器， 如图 2 所示。该传感器为立棍式， 工作电压为 DC 18 V， 工作电流为 20 mA， 包括万向 活动杆、 接线板和出现嘴。 该传感器根据输送带的倾 斜角度分为了两级响应， 输送胶带跑偏以后， 其中一 个传感器会有一定角度的偏转，当这个角度较小为 一级跑偏时， 控制器接收信号后只发出声光报警， 不 做停机处理， 由工作人员对胶带进行人工调整； 当胶 带跑偏严重后， 传感器的偏转角度较大， 达到二级响 应， 控制器接收信号后既发出声光报警， 同时也发出 电机停机指令。 控制系统是实现纠偏的核心，对系统输出和控 制要求具有较高的稳定性，因此选用模糊比例积分 控制器，该控制器综合了模糊控制器和比例积分控 制器的优点， 与常规比例积分微分控制器相比， 在对 复杂控制系统的控制效果上控制效果更优。该纠偏 装置控制系统框图如图 3 所示，控制系统具体方案 如下 1） 当传感器检测到的输送带的位移量小于 95 cm 时， 跑偏较小时， 为了提高控制系统的稳定性， 此时 切断模糊控制器， 仅仅使用比例积分控制器， 并将其 输出量直接作为电机控制器的唯一输入量。 2） 当传感器检测到的输送带的位移量大于 95cm， 跑偏较大时， 为了降低各种随机因素对系统的影响， 模糊和比例积分控制器都同时起作用，两者共同的 输出量同时传输给电机控制器。 3应用效果及建议 输送带跑偏在现场比较常见，通过采取纠偏措 施解决。该纠偏装置通过在现场应用，有一定的效 果。 对于带式输送机纠偏装置方面的设计和应用， 可 以进一步提高 1） 对于带式输送机的零部件， 要实现标准化和 模块化， 并且在加工和安装过程中实现精密化， 从根 本上解决输送带跑偏的问题。 2） 提升输送带纠偏装置的智能化， 输送带纠偏 装置需要结合计算机检测和机电一体化等技术， 实 时监测输送带跑偏情况， 并能及时反馈调整， 形成一 个完整的反馈系统。 3） 提高输送带纠偏装置的适应性， 由于带式输 送机的工况条件恶劣， 尤其是在煤矿井下应用时， 工 况更加复杂， 纠偏装置需要保证足够的精度， 因此需 要尽可能提高纠偏装置的适应能力。 参考文献 [1]贾英新， 靳晔， 王勇， 等.基于视觉检测带式输送机输送带纠偏 系统[J].煤矿机械， 2019， 40 （9） 62-64. [2]刘泽华.带式输送机输送带跑偏原因及纠偏方法探讨[J].机械 工程与自动化， 2017 （4） 213-214. [3]顾文杰.论煤矿带式输送机胶带跑偏原因及调整方案[J].机电 工程技术， 2017， 46 （6） 162-164. [4]田洪瑞.带式输送机胶带跑偏原因分析与纠偏措施[J].现代制 造技术与装备， 2016 （2） 103-104； 106. [5]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. [6]史回京.皮带输送机自动纠偏装置的研究与应用[J].橡塑技术 与装备， 2011， 37 （1） 51-55. （编辑 王瑾） 图 1纠偏装置机构原理 图 2跑偏检测传感器示意图 图 3纠偏装置控制系统框图 输送带 托辊 托辊支架 伺服电机 蜗杆 底座 蜗轮 万向活动杆 接线板 出线嘴出线嘴 跑 偏 传 感 器 r （t） e （t） de （t） /dt 模糊控制器PI 控制器执行机构输送带输送带位置 Y （t） （下转第 52 页） 38 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 下中部槽受力情况分别进行分析，给出了直行割煤 及斜进刀割煤下中部槽应力分布情况。对模拟后的 应力集中部位槽帮部进行优化设计，较好地解决了 应力集中， 且中部槽的最大应力载荷有所降低， 有效 提升了中部槽的使用寿命。 2） 根据现场实际测量发现中部槽中板及底板的 平均厚度均低于设计厚度，链道部位的磨损较其余 部位多了 1～2 mm，但中部槽未发现明显的破坏变 形情况， 保证了刮板输送机的安全稳定运行效率。 参考文献 [1]吴乐平， 杨兆建， 王学文.基于 ANSYS 的刮板输送机中部槽参 数化设计研究[J].煤矿机电， 2009 （3） 59-62. [2]周书颖， 曾羿博， 周娟.刮板输送机功率协调与载荷均衡控制研 究[J].煤矿安全， 2016， 47 （5） 77-80. [3]杜贵云， 张敏， 时连军.刮板输送机中部槽的优化设计[J].煤矿 机械， 2007 （4） 11-12. [4]周万春， 王启佳， 孙维.基于 ANSYSWorkbench 的刮板输送机 中部槽优化设计[J].煤矿机械， 2015 （4） 14-15. [5]张利民.综采工作面刮板输送机优化设计关键技术研究[J].机 械管理开发， 2019， 34 （4） 16-18.（编辑 赵婧） Optimal Design of Central Slot of Scraper Conveyor Based on ANSYS Zhang Xiaowen （Zhenchengdi Mine of Xishan Coal Power Group Co., Ltd., Taiyuan Shanxi 030000） Abstract The key design dimensions of the middle groove of the SGZ 764/630 scraper conveyor are optimized by combining the mining scheme of Zhenchengdi Mine with the mining plan of the mine. Based on the statics analysis of the middle slot structure, the ANSYS Workbench numerical simulation software is used to simulate and analyze the force of the middle slot， bottom plate and groove side of the scraper conveyor. The simulation optimization analysis of the middle slot is carried out with the maximum deation, equal effect force and mass as the target parameters. Field practice has proved that the optimized middle groove structure is more reasonable to meet the production needs of the mine. Key words scraper conveyor; ANSYS; numerical simulation; middle groove; optimization design Application and Design of Deviation Rectifying Device for Underground Belt Conveyor in Coal Mine Liu Le （Shengtai Electrical and Mechanical Installation Branch, Jincheng Shanxi 048000） Abstract This paper analyzes the reason of belt conveyor run ning deviation in coal mine, designs a kind of photoelectric active rectifying device, designs the sensor of running deviation detection, designs the controller control scheme of the system, combines the application example of rectifying device, and gives the corresponding suggestion to the design and application of rectifying device from three aspects to ensure the safe production of belt conveyor. Key words coal mine; belt conveyor; deviation; deviation correction device （上接第 38 页） Parameter Design and Effect Monitoring of Coal Mine Bolt Cable Support Du Xuwen （Huozhou Coal Power Group Jinneng Coal Industry Co., Ltd., Xinzhou Shanxi 035100） Abstract In view of the problem that the roadway support effect is not good or the support cost is high caused by excessive support, the mechanism of bolt cable combined support is analyzed based on the analysis of the characteristics of coal seam No .3 in a coal mine, and the deation and stress of and the deation and stress of roof and bottom plate under the designed support parameters are simulated and verified. Key words bolt; anchor cable; combined support; coupling support; safety production （上接第 11 页） 52