李 超

（山西焦煤西山煤電官地礦， 山西 太原 030022）

引言

帶式輸送機(jī)為煤礦綜采工作面主要運(yùn)輸設(shè)備，目前主要朝著大運(yùn)量、長(zhǎng)距離以及高運(yùn)速的方向發(fā)展。帶式輸送機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中由于長(zhǎng)時(shí)間的高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)以及惡劣的應(yīng)用環(huán)境導(dǎo)致其頻繁出現(xiàn)輸送帶跑偏、斷裂、堆煤等故障，在影響煤炭運(yùn)輸效率的同時(shí)存在極大的安全隱患。傳統(tǒng)方式由作業(yè)人員對(duì)帶式輸送機(jī)故障巡查不僅效率低，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)，與當(dāng)前綜采工作面的自動(dòng)化生產(chǎn)理念相背離[1]。因此，本文將結(jié)合帶式輸送機(jī)的實(shí)際工況設(shè)計(jì)一款自動(dòng)巡檢裝置并展開(kāi)分析。

1 帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢裝置總體設(shè)計(jì)

本文將結(jié)合帶式輸送機(jī)的實(shí)際運(yùn)輸需求，設(shè)計(jì)與其相匹配且配套的自動(dòng)巡檢裝置。具體闡述如下：

1.1 工程概況

本文所研究帶式輸送機(jī)的應(yīng)用煤礦的生產(chǎn)能力為10 Mt/年，工作面所配套帶式輸送機(jī)的長(zhǎng)度為1338.185 m，適用于工作面的傾角為16°。所配套帶式輸送機(jī)的具體指標(biāo)如表1 所示。

表1 帶式輸送機(jī)具體指標(biāo)

電機(jī)功率2240 kW，三電機(jī)驅(qū)動(dòng)，頭尾部配置比例為2∶1。

目前，該帶式輸送機(jī)每天工作三班，每班工作8 h；其中，早班為對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修，其余兩班為生產(chǎn)班。傳統(tǒng)基于人工巡檢方式需要作業(yè)人員在早班巡檢8 h；而采用人工+監(jiān)控的巡檢方式需要在工作面布置較多的傳輸線，整個(gè)上該種巡檢方式效率偏低且功耗較大[2]。因此，本文將結(jié)合上述帶式輸送機(jī)的生產(chǎn)情況設(shè)計(jì)一款自動(dòng)巡檢裝置，旨在提高帶式輸送機(jī)的檢修質(zhì)量、檢修效率并降低人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)故障進(jìn)行精準(zhǔn)高效定位，從而縮短相應(yīng)設(shè)備的維修和維護(hù)時(shí)間。

1.2 自動(dòng)巡檢裝置總體設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)巡檢裝置將是一款集機(jī)械、計(jì)算機(jī)、無(wú)線通訊以及防爆技術(shù)為一體的自動(dòng)化裝置[3]，其整體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 自動(dòng)巡檢裝置整體架構(gòu)

如圖1 所示，自動(dòng)巡檢裝置除了巡檢裝置本體外，還需為期配置充電器、無(wú)線通信系統(tǒng)、停車傳感器和控制顯示箱等。自動(dòng)巡檢裝置是一種帶電池的設(shè)備，其沿著輸送帶對(duì)整機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)通過(guò)無(wú)線基站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸至控制上位機(jī)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)帶式輸送機(jī)周圍空間情況，將自動(dòng)巡檢裝置采用單側(cè)布置方式布置于帶式輸送機(jī)一側(cè)，一般布置于帶式輸送機(jī)的非行人側(cè)[4]。

2 帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

從整體上分析，帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢裝置包括有機(jī)械部分、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及控制軟件等。本節(jié)將對(duì)帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

2.1 自動(dòng)巡檢裝置機(jī)械部分設(shè)計(jì)

從結(jié)構(gòu)層面上巷分析，自動(dòng)巡檢裝置包括有搭載平臺(tái)、搭載設(shè)備和行走機(jī)構(gòu)。

2.1.1 搭載平臺(tái)

搭載平臺(tái)主要由6 mm 后的鋼板切割、焊接而成，在平臺(tái)上方根據(jù)巡檢裝置的結(jié)構(gòu)形式配置有固定的螺栓孔；同時(shí)，搭載平臺(tái)通過(guò)螺栓與行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)連接。巡檢裝置安裝于搭載平臺(tái)的示意圖如圖2 所示。

圖2 巡檢裝置安裝于搭載平臺(tái)的整體架構(gòu)圖

此外，在搭載平臺(tái)上還安裝有煙霧傳感器、本安型紅外溫度傳感器等檢測(cè)裝置對(duì)帶式輸送機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)煙霧、溫度等進(jìn)行檢測(cè)；配置的定位裝置可實(shí)時(shí)向控制箱上報(bào)位置信息[5]。

2.1.2 行走機(jī)構(gòu)

行走機(jī)構(gòu)為保證巡檢裝置沿著輸送帶沿途檢查的基礎(chǔ)，該裝置采用步進(jìn)電機(jī)并在搭載平臺(tái)前后分別安裝1 組驅(qū)動(dòng)輪實(shí)現(xiàn)對(duì)巡檢裝置的驅(qū)動(dòng)。

自動(dòng)巡檢裝置估算的整機(jī)質(zhì)量約50 kg，為了保證裝置具備足夠的爬坡能力，保證其實(shí)施巡檢效果的同時(shí)確保水平方向的平穩(wěn)運(yùn)行，在實(shí)際行走過(guò)程中需克服自重、導(dǎo)向車輪與工字鋼的靜摩擦和滑動(dòng)摩擦以及在爬坡工況的下滑力。經(jīng)計(jì)算可知，要求步進(jìn)電機(jī)提供的扭矩不得小于8.2 N·m。考慮到步進(jìn)電機(jī)向驅(qū)動(dòng)輪傳動(dòng)效率為95%，并為馬達(dá)設(shè)計(jì)20%的余量，最終確定步進(jìn)電機(jī)所提供的扭矩不得小于（8.2 N·m/95%）×120%=10.37 N·m。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，選擇86 系列的大扭矩步進(jìn)電機(jī)，其具體參數(shù)如表2 所示。

表2 步進(jìn)電機(jī)關(guān)鍵參數(shù)

2.2 自動(dòng)巡檢裝置軟件設(shè)計(jì)

自動(dòng)巡檢裝置應(yīng)用于對(duì)帶式輸送機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)的采集、對(duì)故障問(wèn)題的收集和定位以及根據(jù)故障發(fā)出報(bào)警等功能。自動(dòng)巡檢裝置控制系統(tǒng)將采用以PLC 控制器為核心對(duì)采集到的信息參數(shù)進(jìn)行處理，并發(fā)揮其相應(yīng)的功能。根據(jù)自動(dòng)巡檢裝置的功能要求設(shè)計(jì)如圖3 所示的控制軟件流程。

圖3 自動(dòng)巡檢裝置控制軟件流程

3 自動(dòng)巡檢裝置現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的自動(dòng)巡檢裝置對(duì)帶式輸送機(jī)故障的檢查和定位功能，將自動(dòng)巡檢裝置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采用單側(cè)安裝方式安裝于帶式輸送機(jī)的非人行側(cè)，對(duì)自動(dòng)巡檢裝置投入使用前后人工和巡檢及運(yùn)輸效率進(jìn)行對(duì)比。

3.1 人工投入成本對(duì)比

在同樣均為四班三倒的工作方式下，采用傳統(tǒng)巡檢方式需要人員數(shù)量為32 人，每年人工費(fèi)用約307.2 萬(wàn)元；而采用自動(dòng)巡檢方式需要人員數(shù)量為16 人，每年人工費(fèi)用約153.6 萬(wàn)元。則，自動(dòng)巡檢方式較傳統(tǒng)巡檢方式每年可直接節(jié)省人工成本約153.6 萬(wàn)元。

3.2 巡檢效率對(duì)比

在對(duì)帶式輸送機(jī)巡檢任務(wù)不變的情況下，即對(duì)1300 m 的輸送帶進(jìn)行巡檢。采用傳統(tǒng)巡檢方式，整個(gè)過(guò)程約4.8 h；而采用自動(dòng)巡檢方式，整個(gè)過(guò)程耗時(shí)約2.23 h。從整體上分析，自動(dòng)巡檢方式較傳統(tǒng)巡檢方式可直接提高巡檢效率37.5%，運(yùn)輸效率提升69.6%。