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矿用自移机尾控制系统方案概述

2019-12-13 17:33

1 、液压自动纠偏装置分为上纠偏和下纠偏两系列; 2 、可根据皮带输送机的单向运输和双向运输的工作方式选型;3 、请用户根据使用的皮带输送机填写提供的参数表。

矿用自移机尾控制系统方案概述

1. 概述

1.1 矿用皮带自移机尾

煤炭工业是我国经济和发展的支柱型产业,在我国能源生产和国民消费结构中占左右。在将来的相当长的一段时间内煤炭在我国的能源生产仍会占有较大份额。据煤炭行业协会统计,年我国煤炭产量亿吨,约占一次能源生产总量煤炭消费总量亿吨,约占一次能源消费总量。煤炭生产和消费总量同比分别增加和个百分点。我国是一个富煤缺油少气的国家,这种能源资源状态决定了在今后较长时期内,煤炭仍将是我国的主要能源。

随着经济的快速发展,科学技术的蓬勃兴盛,国家对煤炭开采工业提出更高的要求,我国在大型综釆设备上的研究已经有了长足的进展,其中包括滚筒采煤机、液压支架、刮板输送机、自移机尾和胶带输送机在内的主要设备,以及一些辅助配套设备。并且将所取得的成果成功地应用到实际开采中,不仅大大地提高了效率,而且保证了开采的安全性和可靠性。

胶带机自移机尾是综合机械化采煤工作面顺槽运输设备之一,作为连接桥式转载机和顺槽胶带机的枢纽,不仅具有自移和调高的功能,而且能够调整因地面不平整、载荷不均等原因造成的胶带跑偏问题,可以校正转载机的推移方向,让综采工作面实现从落煤到支护,从破碎到运煤的机械化,自移机尾联合转载机结构如下图。

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自移机尾联合转载机结构图

1.2 自移机尾自动控制系统概述

目前,对于自移机尾的操作均通过人工自行手动完成的,工人按照操作规程,结合工作经验,手动调节液压油路上的换向阀,控制相应油紅,来完成机尾的推移、调偏和调高等动作。这样人工手动控制固然会带来诸多缺点:

  • 手动操作并没有实现机尾的“自移”功能。实际上仍然依靠手动。

  • 操作工人往往由于对规定不了解或是工作经验不足等原因,调节皮带跑偏时调节不到位,加上皮带运行速度很快,导致皮带跑偏速度也很快,若调节不及时将导致皮带边缘磨损严重。

  • 当皮带跑偏较频繁时,手动调偏工作量增加,加重了工人的劳动强度。

  • 目前自移机尾部分在通讯方面仍没实现自动化。

诸如此类的由于手动操作带来的缺陷还有很多,所以,迫切需要自移机尾的自动化改造。针对自移机尾的自动控制的研究除了能改善上面说的诸多缺点以外,还有他自身的自动控制的优点。比如,控制动作精确,晌应速度较快,工作效率高,能实现无人自动作业,能与其他釆煤设备通讯,实现中央集中控制等优点。

自动控制理论已经发展了近一个世纪,理论上已经非常成熟,这为自移机尾自动控制系统的研究奠定了强大的理论基础。另外,当今各种工控硬件已经实现了模块化,而且控制精度高,稳定性强,这为建立精准和稳定的系统提供了硬件基础。因此,本项目具有可实现性和可操作性。自移机尾自动控制系统的实现,关键是对皮带自动纠偏方面的研究,研究皮带自动纠偏技术自然先从皮带跑偏机理的分析开始,对皮带跑偏机理的讨论中将针对皮带滚筒组成的非线性结构在皮带跑偏过程中的力学特性进行探究,通过对跑偏机理的讨论,能对非线性问题有更清晰的认识;对于自动纠偏控制算法的研究,同样能够检验先进的控制算法是否能够对非线性问题起到预期的控制效果。

1.3 理论基础概述

根据国内外目前研究情况,皮带跑偏主要归因于某种原因导致的皮带内部张力不均匀。张力的不均勻时,皮带与滚筒的相互作用力同样不一致,皮带缠在滚筒上会发生形变和打滑现象,形变大小和打滑程度的与皮带和滚筒间的作用力有关,作用力不一样,打滑程度不尽相同,皮带的形变大小不一致。张力较大的位置形变大,打滑程度低,促使运动速度相对较快,导致该处皮带就会想着张力更大的方向移动,此动作进一步导致皮带横向张力越来越不均勻,由于这种动作的多次循环,皮带进一步横移,最终导致皮带跑偏。

根据实践经验,可就皮带跑偏的现象得出如下结论。

  • 一般的皮带输送机在机头和机尾之间分布着若干个承载皮带运行的托辊,每个托辊在安装时,其轴线必须同皮带的运输方向相垂直,这样才能使得皮带的受力与速度二者相平行,即在横向上的受力为零,不会出现横向窜动现象。若其中有一个或多个托辊没有达到这样的安装要求,皮带在运行过程中就会发生横向窜动,也就是说,托辊的轴线与皮带的中心线非垂直,在皮带的运行方向上,托辊的一端在前,一端在后,这是导致皮带跑偏的直接原因。

  • 当托辊机架在安装过程中,其水平偏差不在允许范围内,从而导致托辊一端较高,一端较低,如图所示,皮带具有向托辊低端滑动的趋势,因此,皮带会受到和这种趋势反向的摩擦力,即向托辑高端的摩擦力,皮带最终向着托辊高端跑偏。此时的解决方法应该是,调整机架,使得其中心线与理论水平线平行。

  • 皮带输送机自身制造质量有问题,导致皮带截面上在横向上所受张力不同,从而在其中心线发生弯矩作用。或是皮带接头质量低,比如接头不正,或存在倾斜偏移的现象,这些都会导致皮带在作业过程中跑偏。

  • 由于给料方向、落料高度和落料位置布置的不当,使得物料对皮带机产生横向冲击导致其相对皮带跑偏。当物料的落料点和皮带中心线存在较大偏差时,假如物料落点在皮带中心线右侧,皮带具有向右的滑动速度,此时,皮带就会收到相对滑动速度相反的摩擦力,即皮带向左跑偏,反之,则向右跑偏。为解决这类问题,可以安装导流板,如下图所示,将落料点向皮带中心位置引导。

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自移机尾导流板

  • 生产环境所带来的影响,例如,滚筒或托親由于清理不及时,表面粘上了一定量的物料,运行过程中,粘有物料的位置相当于增大了辊子的直径,使得其表面皮带受力增大,从而导致跑偏;另外,皮带在运输过程中避免不了受到某种程度的损坏,由于皮带在横向上的受损不一样,在受到相同拉力时,横向的拉伸量不均勾,若拉伸量相差比较大,很容易造成皮带跑偏。

1.4 控制方案概述

本方案采用电控式纠偏装置,是指利用相关执行器,控制器和传感器,根据反馈回的皮带位置信号,通过纠偏算法,驱动执行器(如液压缸、电机等),直接或间接对皮带进行防偏或纠偏作用。如下图所示,本方案横向推移式纠偏系统由液压伺服系统(包括液压站、伺服阀等、伺服液压紅、光电检测仪(由防爆摄象头和日光灯组成、控制器、位移传感器等组成。此类系统的特点是横向推动辊子,通过调整辑子的位置,从而纠正皮带的相对位置。该系统利用布置在皮带上下侧的光电检测仪来拾取带材的边缘位置,釆用此类非接触式光电传感器需采用软件方式进行干涉分析,以防止各种大颗粒杂质的干扰。

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控制系统

如下图所示,本方案纵向推移式纠偏系统在机架上的皮带边缘处安装一套对称的位置检测装置,根据编号为1、2、3、4的四个传感器来判断皮带是否跑偏,接受到纠偏指令后驱动四个纠偏油紅,从而控制前后两托辑的运动实现纠偏。此类系统的特点是推动托辑的纵向移动,利用“跑后不跑前”的规律来纠偏。该系统把皮带在横向上分为A、B、C三区,简单的硬性分区使得系统缺乏控制柔性,降低了系统的准确性和稳定性。

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纵向推移式纠错系统

2. 水平纠偏系统介绍

2.1 自移机尾主要结构及工作原理

自移机尾是井下综采工作面巷道运输系统的重要组成部分,连接桥式转载机和顺槽胶带机,配合工作面的推进而自动前移,具有适应不同地势的调髙功能,而且能够调整因设备偏移或载荷不均等原因造成的胶带跑偏问题,从而起到校正转载机推移方向的作用,实现综采系统从破碎到运输的机械化。随着煤炭产量的不断增加,对综采系统提出了更高的要求,不仅是在结构上进行优化,增加系统可靠性等方面,更要提高系统的自动化程度,在保证系统可靠性的同时,提高设备的生产效率,并且尽量避免人工的直接操作,保护操作工人的人身安全。

2.1.1 自移机尾的主要结构

自移机尾主要组成部分有:尾端架、中间机架、头端架、浮动托辊组、推移油缸和
滑移小车等,如下图所示。对于自移机尾各部分详细功能,用户方面已非常清楚,在此不做赘述。

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自移机尾结构图

2.1.2 自移机尾的工作原理

自移机尾利用摩擦力,与转载机互为支点,迈步自移。将四个立缸的活塞杆收缩,让机身落下,以转载机为支点,推移赶活塞收缩,由于推力的作用,自移机尾相对于转载机前进了一个行程,完成自动推移。将四个立缸的活塞伸出,撑起机身,使得固定滑座抬离地面,此时,转载机随着刮板机的推进而推进,滑移小车同样随之推移,带动推移缸逐渐推出,直到推移到一个行程为止。像这样循环往复运动,实现了机尾的迈步自移。

纠偏装置是通过布置在机尾前后端的水平油虹的伸缩运动,使得自移机尾在滚筒的轴向进行移动,从而调整机身中心线与皮带中心线的相对距离,实现纠偏功能。自移和纠偏的动力源均使用综采工作面提供的高压粟站。四个立赶的进液回路布置液控单向阀,用来维持整个机身的实时姿态,不让机身在重力作用下自行下落。纠偏水平赶的进液回路同样布置液控单向阀,用来维持机尾滚筒的横向状态,保证滚筒在皮带横向张力的作用下不会随之移动。

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