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        地面煤倉(cāng)清堵機(jī)器人的設(shè)計(jì)研究

        2019-01-13 01:25:17于汝
        科技風(fēng) 2019年36期
        關(guān)鍵詞:清倉(cāng)煤倉(cāng)原煤

        于汝

        摘?要:地面煤倉(cāng)作為儲(chǔ)存煤炭的中間儲(chǔ)存裝置,會(huì)有原煤不斷流入和流出,原煤倉(cāng)結(jié)構(gòu)上部呈圓柱體,下部呈雙曲線圓錐。上口大,下口小,原煤自上而下靠自重下落,長(zhǎng)時(shí)間會(huì)形成煤倉(cāng)堵塞。傳統(tǒng)的煤倉(cāng)清理過程主要依靠人工清理,為提高工作效率和避免出現(xiàn)塌方,有毒氣體危害清倉(cāng)人員,故提出采用煤倉(cāng)清堵機(jī)器人代替人工和放炸藥的清倉(cāng)技術(shù),該清倉(cāng)機(jī)器人采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),依靠PLC控制,將煤倉(cāng)清堵機(jī)器人下放到工作位置后,煤倉(cāng)清堵機(jī)器人開始工作。煤倉(cāng)清堵機(jī)器人提高了工作效率,節(jié)省了工作時(shí)間,降低了清倉(cāng)人員的人身危害。

        關(guān)鍵詞:地面煤倉(cāng);清堵機(jī)器人;自動(dòng)化清倉(cāng)

        1?研究背景

        地面煤倉(cāng)作為儲(chǔ)存煤炭的中間儲(chǔ)存裝置,會(huì)有原煤不斷流入和流出,原煤倉(cāng)結(jié)構(gòu)上部呈圓柱體,下部呈雙曲線圓錐,原煤自上而下靠自重下落,煤倉(cāng)的側(cè)壁上因凸起或凹陷形成傾角較小的平臺(tái),會(huì)阻止煤粉下落并為煤粉提供容留場(chǎng)地,同時(shí)也增大了煤倉(cāng)壁面的摩擦系數(shù),從而增大煤倉(cāng)壁面與煤料之間的摩擦力,此外,煤倉(cāng)堵塞還與煤料在煤倉(cāng)內(nèi)的存儲(chǔ)時(shí)間有關(guān),一般情況下,存儲(chǔ)時(shí)間越長(zhǎng),煤的流動(dòng)性越差,也就越容易形成堵塞[1-2]。當(dāng)前我國(guó)煤礦煤倉(cāng)普遍存在煤倉(cāng)堵塞問題,故每隔一段時(shí)間就要停止生產(chǎn)進(jìn)行人工清倉(cāng),否則嚴(yán)重影響采掘工作效率和煤炭開采成本。傳統(tǒng)的清倉(cāng)工藝存在工序復(fù)雜,使用施工人員多,勞動(dòng)量大和存在安全隱患等問題,成了制約煤炭運(yùn)輸安全的瓶頸。人工入倉(cāng)清倉(cāng),不僅效率低,而且各種有害氣體毒害入倉(cāng)施工人員。且煤倉(cāng)一般深達(dá)20~35m,如果出現(xiàn)倉(cāng)壁塌方等事故,那么人工清倉(cāng)就存在著重大安全隱患[3-5]。為了實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn),為了解決上述問題,實(shí)現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn),有必要研制地面煤倉(cāng)清堵機(jī)器人來解決煤倉(cāng)堵塞問題,煤倉(cāng)清堵機(jī)器人使人員不必進(jìn)入煤倉(cāng)內(nèi)部,使用機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)化清理,減少施工時(shí)間、施工人員和勞動(dòng)強(qiáng)度,增加清倉(cāng)施工的安全性。

        2?地面煤倉(cāng)清堵機(jī)器人的設(shè)計(jì)

        2.1?地面煤倉(cāng)清堵機(jī)器人的設(shè)計(jì)思路

        根據(jù)目前常用的人工清倉(cāng)方式,設(shè)計(jì)煤倉(cāng)清堵機(jī)器人,設(shè)計(jì)思路如下:(1)煤倉(cāng)清堵機(jī)器人上端固定在煤倉(cāng)進(jìn)煤口處,操作人員通過煤倉(cāng)內(nèi)部攝像頭能夠看到煤倉(cāng)內(nèi)部煤炭板結(jié)情況,進(jìn)行自動(dòng)化清理。(2)煤倉(cāng)清堵機(jī)器人的徑向尺寸有所限制,破壞煤倉(cāng)倉(cāng)口及壁面的前提下,要小于煤倉(cāng)進(jìn)煤口2.5m的尺寸,使煤倉(cāng)機(jī)器人能夠放入煤倉(cāng)內(nèi)部。(3)采用模塊化的結(jié)構(gòu),按照其功能分為回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、蓄水箱、右工作臂、行走小車等,使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于安裝拆卸。(4)煤倉(cāng)清堵機(jī)器人所需設(shè)備必須滿足防爆要求。(5)煤倉(cāng)清堵機(jī)器人工作機(jī)構(gòu)采用三自由度機(jī)械手清理,末段清理裝置外布置著按一定規(guī)律布置的銑刀片,利用其高速回轉(zhuǎn)使得板結(jié)的煤塊松動(dòng)掉落,達(dá)到清堵的目的。(6)煤倉(cāng)內(nèi)部設(shè)置有探燈,用來觀察煤倉(cāng)堵塞情況。

        2.2?地面煤倉(cāng)清堵機(jī)器人系統(tǒng)

        地面煤倉(cāng)清堵機(jī)器人是一種用于煤礦的特種機(jī)器人,使用地面煤倉(cāng)清堵機(jī)器人代替工人進(jìn)入煤倉(cāng)進(jìn)行清倉(cāng)活動(dòng),其結(jié)構(gòu)如右圖所示,它包括:01.電控柜,02.回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),03.蓄水箱,04.右工作臂,05.行走小車,06.清倉(cāng)機(jī)械手,07.平衡裝置,08.左工作臂,09.立柱結(jié)構(gòu),10.工作臂提升機(jī)構(gòu)。

        地面煤倉(cāng)清堵機(jī)器人的立柱結(jié)構(gòu)上端固定在煤倉(cāng)進(jìn)煤口處,回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過齒形帶傳動(dòng)連接,立柱末節(jié)下端左側(cè)連接支桿和左工作臂鉸接相連,左工作臂和配重裝置相連;右側(cè)連接支桿和右工作臂鉸接相連,右工作臂上裝有行走小車,行走小車上裝有卷?yè)P(yáng)機(jī),清倉(cāng)機(jī)械手通過滑輪與鋼絲繩聯(lián)接,鋼絲繩一端和卷?yè)P(yáng)機(jī)相連,另一端和工作臂末端相連;立柱機(jī)構(gòu)中間安裝有工作臂提升機(jī)構(gòu),對(duì)稱布置的兩個(gè)卷筒分別通過鋼絲繩和工作臂末端及配重裝置末端的吊環(huán)螺釘相連;電控柜和平衡水箱置于煤倉(cāng)外的頂板上。上述左工作臂和右工作臂起始位置相對(duì)于力主結(jié)構(gòu)各偏移一定角度布置。當(dāng)整機(jī)置于煤倉(cāng)中心位置時(shí),兩工作臂在卷?yè)P(yáng)機(jī)的拉動(dòng)下提升至和主機(jī)架垂直的位置。

        2.3?煤倉(cāng)清堵機(jī)器人清倉(cāng)過程

        煤倉(cāng)清堵機(jī)器人清理煤倉(cāng)時(shí),煤倉(cāng)機(jī)器人整體放入煤倉(cāng)中心處,煤倉(cāng)機(jī)器人上端固定在煤倉(cāng)進(jìn)煤口出,兩工作臂在卷?yè)P(yáng)機(jī)的拉動(dòng)下提升至和主機(jī)架垂直的位置。煤倉(cāng)機(jī)器人通過回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工作臂做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),煤倉(cāng)工作臂上安裝有行走小車沿工作臂做勻變速直線運(yùn)動(dòng),使用橡膠水袋作為配重裝置,采用水作為配重介質(zhì),通過對(duì)橡膠水袋中注水吸水,不斷調(diào)整配重裝置的重量,用于平衡工作臂作業(yè)的穩(wěn)定性,通過調(diào)整行走小車和右工作臂之間位置,帶動(dòng)下方的機(jī)械手移動(dòng),機(jī)械手具有三個(gè)自由度,機(jī)械手末端的清理裝置外布置著按一定規(guī)律布置的銑刀片,利用其高速回轉(zhuǎn)使得板結(jié)的煤塊松動(dòng)掉落。通過行走小車的行走和卷?yè)P(yáng)機(jī)上下拉動(dòng)來使機(jī)械手在工作面上進(jìn)行作業(yè),實(shí)現(xiàn)在工作面上的反復(fù)清理。

        3?結(jié)語

        綜上所述,通過對(duì)煤倉(cāng)清堵機(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,地面煤倉(cāng)清倉(cāng)機(jī)器人在研制過程中吸收了國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)并與國(guó)情相結(jié)合,做到了機(jī)、電之間的相互配合,借鑒了山東科技大學(xué)宋志安老師研制的井下清倉(cāng)機(jī)器人,保證了地面煤倉(cāng)清堵機(jī)器人的良好性能.它可以代替施工人員進(jìn)入煤倉(cāng),提高了工作效率,降低了安全風(fēng)險(xiǎn),將工人從危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來,保障了煤炭運(yùn)輸?shù)陌踩a(chǎn)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]宋志安.井下煤倉(cāng)新型清倉(cāng)技術(shù)[J].礦業(yè)工程研究,2010,25(01):59-62.

        [2]肖林京,李振華,肖洪彬.煤倉(cāng)結(jié)拱現(xiàn)象的原因分析和解決方法[J].煤礦機(jī)電,2007(05):16-18.

        [3]羅寬.井下煤倉(cāng)清倉(cāng)機(jī)器人機(jī)械臂的設(shè)計(jì)與分析[J].煤炭技術(shù),2013,32(08):41-43.

        [4]吳冰.井下料位圖像采集方法研究[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008(4):34-36.

        [5]國(guó)家煤炭安全監(jiān)查局.煤炭安全規(guī)程[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2005.

        [6]楊國(guó)華,王洪杰,宋玉明,王振方.新式清倉(cāng)技術(shù)的應(yīng)用[J].礦山機(jī)械,2010,38(12):87-88.

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