李永紅

（山西西山煤電股份有限公司鎮(zhèn)城底礦， 山西 太原 030203）

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，我國已經(jīng)采用機械化采煤的方式。綜采工作面的設(shè)備主要是由采煤機、刮板輸送機、破碎機以及轉(zhuǎn)載機等組成，刮板輸送機在綜采工作面承擔(dān)著運輸煤炭的任務(wù)。當(dāng)采煤機將煤炭從煤壁上截割下來后，刮板輸送機將其輸送至破碎機中。刮板輸送機同時還是采煤機的運行軌道，也是液壓支架移架的支點，由此可知，刮板輸送機是綜采工作面不可或缺的大型機電設(shè)備[1]。刮板輸送機主要是由驅(qū)動電機、減速器、鏈輪、刮板以及刮板鏈組成的，其工作過程中主要是通過驅(qū)動電機提供整個設(shè)備的動力來源，通過減速機帶動鏈輪轉(zhuǎn)動，鏈輪帶動刮板鏈拖動刮板進行輸送煤炭的動作，將刮板輸送機上的煤炭輸送至刮板輸送機的頭部，完成整個煤炭的運輸。刮板鏈?zhǔn)枪伟遢斔蜋C輸送煤炭的關(guān)鍵工作部件，用來傳遞動力和直接刮運煤炭[2]。刮板鏈在刮板輸送機上工作的過程主要是以滑動摩擦的方式進行運行，承受著較大的靜載荷和動載荷。在日常的使用過程中，刮板輸送機經(jīng)常會出現(xiàn)卡鏈、斷鏈等現(xiàn)象的發(fā)生，并且隨著工作時間的增加，刮板鏈的張緊力會降低，這就降低了刮板鏈在實際使用過程中的工作效率，因此對刮板鏈的張緊力進行監(jiān)測就顯得尤為重要[3]。目前社會上現(xiàn)有的監(jiān)測張緊力的方式主要有兩種：第一種，對刮板鏈的物理狀態(tài)進行監(jiān)測，利用力學(xué)傳感器等對其物理參數(shù)進行監(jiān)測，當(dāng)其傳感器發(fā)生變化時，這就說明了刮板鏈已經(jīng)出現(xiàn)了故障。這種檢測方式存在著一定的滯后性，當(dāng)其出現(xiàn)故障時，才能夠反饋出相應(yīng)的信號，這就極大地影響了帶式輸送機的開機率。第二種是對刮板鏈的張緊力進行監(jiān)測，張緊力的變化表示刮板鏈的工作狀態(tài)，當(dāng)處于工作狀態(tài)出現(xiàn)不同情況刮板鏈的張緊力會發(fā)生顯著變化，尤其出現(xiàn)卡鏈時，張緊力會由于電機的驅(qū)動發(fā)生短時間的劇增，這就可以利用對張緊力的變化實現(xiàn)對刮板鏈故障進行實時監(jiān)測，降低刮板鏈的故障率，提高刮板輸送機的開機率及煤炭開采效率。

1 刮板輸送機故障原因及實際工況對監(jiān)測系統(tǒng)的影響

1.1 刮板輸送機故障原因

刮板輸送機是以撓性體為牽引機構(gòu)的連續(xù)運輸機械，在綜采工作面承擔(dān)著全部的運輸任務(wù)，該裝置在井下的工作環(huán)境是十分惡劣。刮板輸送機工作過程中，其刮板鏈的張緊力處于動態(tài)變化中，當(dāng)其遇到工況的變化時，刮板鏈過緊過松都會對刮板輸送機正常的運行狀態(tài)產(chǎn)生影響。當(dāng)受到長時間的重載和摩擦作用的影響，刮板鏈會出現(xiàn)松弛的狀態(tài)，這就會導(dǎo)致刮板鏈在刮板輸送機頭輪位置出現(xiàn)脫鏈的現(xiàn)象。當(dāng)載荷突然增加或者是刮板鏈卡鏈時，會造成刮板鏈產(chǎn)生急劇的張緊力變化，造成刮板鏈變緊，甚至可能出現(xiàn)斷鏈現(xiàn)象發(fā)生。本文結(jié)合實際工作中造成刮板鏈過緊或過松的現(xiàn)象原因進行分析，主要有以下幾點：

1）由于工作面位置的傾斜，造成刮板鏈不平整，刮板鏈產(chǎn)生水平和垂直方面的彎曲。

2）刮板輸送機上煤炭的產(chǎn)量增加，刮板鏈負載發(fā)生變化。

3）長時間的磨損造成了刮板鏈的機械失效現(xiàn)象發(fā)生。

4）綜采工作面高濕的空氣和具有腐蝕性的礦井水的長期腐蝕，致使刮板鏈生銹，強度明顯降低。

5）工作人員的操作不當(dāng)會造成刮板鏈鏈距不同或者其裝置的螺栓等的脫落也會產(chǎn)生故障。

1.2 實際工況對監(jiān)測系統(tǒng)的影響

對刮板輸送機刮板鏈張力監(jiān)測系統(tǒng)進行設(shè)計需要充分考慮到井下的實際工況對監(jiān)測系統(tǒng)的影響，本文主要從綜采工作面的礦井水、電氣設(shè)備的電磁干擾進行分析。

1）井下開采煤炭的過程中通常會有地下水的滲出，根據(jù)不同地方的地理環(huán)境和水文環(huán)境，井下礦井水的性質(zhì)也各不相同。當(dāng)其出現(xiàn)大量地下水滲出時，若刮板輸送機的位置較低，就會出現(xiàn)將刮板輸送機淹沒的情況。當(dāng)對監(jiān)測系統(tǒng)進行設(shè)計時，就需要充分考慮其防水措施，對張力監(jiān)測系統(tǒng)中的采集裝置進行密封設(shè)計。在封裝設(shè)計的過程中要考慮到刮板輸送機鋼性機體對無線通信質(zhì)量的影響，需要設(shè)置相應(yīng)的特殊信號溢出口。同時當(dāng)?shù)V井水漫過機體時，水體會影響電磁波的發(fā)散，使得電磁波產(chǎn)生能量損耗。

2）井下綜采工作面存在著大量的高壓線和大功率的電機設(shè)備，當(dāng)其工作時，會產(chǎn)生電流的波動，產(chǎn)生電磁干擾。在設(shè)計時要充分考慮使用高頻段的電磁波超過井下產(chǎn)生的干擾頻率。

2 刮板鏈張力監(jiān)測系統(tǒng)的整體方案設(shè)計

結(jié)合刮板輸送機的實際使用情況，根據(jù)刮板鏈張力監(jiān)測系統(tǒng)的功能需要，刮板鏈張力監(jiān)測系統(tǒng)主要分為以下三部分：

1）張力信號采集部分。該部分主要是由兩個集成應(yīng)變片作為張力物理量的采集裝置，通過信號的轉(zhuǎn)換將張力轉(zhuǎn)換為電信號，同時將信號發(fā)送出去。

2）數(shù)據(jù)接收部分。該部分主要是信號接收裝置接收到采集部分的信號后解調(diào)，隨后將信號傳輸至上位機及顯示裝置上對張力狀態(tài)進行顯示。

3）接近開關(guān)部分。該部分主要是由永磁體裝置進行監(jiān)測，當(dāng)前兩部分的裝置靠近永磁體裝置時，霍爾傳感器接收到信號后，向前兩部分發(fā)送信號采集和數(shù)據(jù)傳送任務(wù)。當(dāng)整個任務(wù)完成后，整個監(jiān)測系統(tǒng)進入到休眠狀態(tài)。

在裝置實際安裝時，張力信號采集部分的應(yīng)變片是直接連接在刮板鏈上的，數(shù)據(jù)接收部分的天線裝置以及接近開關(guān)的霍爾傳感器及其他裝置是安裝在刮板輸送機內(nèi)腔中的，其導(dǎo)線部分和信號放大電路部分需要導(dǎo)線連接時，在刮板輸送機上加工通孔實現(xiàn)其導(dǎo)線的連接。裝置安裝在內(nèi)腔時，需要采用保護罩來進行密封操作。其裝置的整個控制芯片采用的是CC2530，該芯片能夠?qū)崿F(xiàn)整個監(jiān)測系統(tǒng)的信號的采集和信號的處理功能。在芯片的供電方面采用兩種模式的電源供給，一種是高功率的工作狀態(tài)，另一種是休眠模式，達到節(jié)能的效果。裝置的安裝圖如圖1 所示。

圖1 裝置的安裝示意圖

3 刮板鏈張力監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計

刮板鏈張力監(jiān)測系統(tǒng)主要是由三部分組成，分別是應(yīng)用層、通信層以及硬件抽象層。該系統(tǒng)的軟件架構(gòu)圖如圖2 所示。

圖2 軟件架構(gòu)

刮板鏈張力采集系統(tǒng)的工作流程首先進行程序的初始化，程序初始化完成后，對應(yīng)變片進行供電，供電完成后系統(tǒng)對其電壓的穩(wěn)定性進行判定，當(dāng)其電壓穩(wěn)定后，進行應(yīng)變片的數(shù)據(jù)采集工作，數(shù)據(jù)采集完成后將應(yīng)變片采集到的信號傳送至處理器，完成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作，其裝置的程序流程圖如圖3 所示。

圖3 數(shù)據(jù)采集層的程序流程圖

4 實驗驗證

為了保證該設(shè)計能夠在井下正常運行，通過對其進行實驗驗證，保證其功能的完整性，其裝置的硬件圖如圖4 所示。

圖4 刮板鏈張力監(jiān)測系統(tǒng)硬件裝置

當(dāng)整個裝置連接完成后對其張力監(jiān)測裝置部分使用永磁體靠近傳感器，根據(jù)實際的測試表明，顯示器部分和上位機部分都能夠接收到相關(guān)信號的數(shù)據(jù)，以此證明刮板鏈張力監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)的發(fā)送功能正常。

5 結(jié)語

礦井綜采工作面設(shè)備的自動化和智能化程度不斷提升。本文通過對刮板輸送機在井下發(fā)生故障的問題進行分析，研究了井下實際工況中刮板鏈張緊力監(jiān)測系統(tǒng)需要注意的兩個方面的因素，以此為基礎(chǔ)設(shè)計了刮板鏈張力監(jiān)測系統(tǒng)的整體方案，并對其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的程序流程圖進行了設(shè)計。最后通過實際實驗，驗證了刮板輸送機刮板鏈張力監(jiān)測系統(tǒng)功能正常。刮板鏈的數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)能夠在刮板輸送機使用過程中對其故障的發(fā)生進行預(yù)測，提升刮板輸送機的開機率，從而提升煤炭開采的效率。