智能采煤机（共7篇）
智能采煤机 篇1
1 智能采煤机电动系统功能特点
1.1 模块化设计,方便维修与维护
采煤机是大型煤矿生产加工的重要设备,采煤机设备运行是否正常直接影响到大型煤矿生产加工的产量品质与操作过程的安全度。在煤矿生产中,操作环境较恶劣,很容易因多尘、多粉、高温等外界影响导致机器设备运行出现障碍,因此,要格外注意设备的维修与保护。智能采煤机电动系统采用模块化设计,将整个运行分成一个个独立但是被总系统所制约与管理的模块,通过每个模块的分工合作,提升各模块的运行效率。另外,各个模块在出现受损情况时能自动检测与修复,若是受损情况严重,存在问题的模块能单独的将具体受损部位指示出来,以便工作人员进行针对维修,从而方便对采煤机设备的维护。
1.2 智能化对实际操作情况实时监控
智能采煤机电动系统能将采煤机的实际运行情况进行实时监控,通过各模块的协同合作,及时将工作情况反映至管理人员,便于相关管理人员在第一时间就能获取采煤机的运行状态以及工作的实际情况。主要利用的原理有采煤机内的各智能控制系统,通过CAN系统将整个设备的各结构统一起来,各结构中又分为各个独立运行的模块,在具体操作时,各模块负责对应的部分,然后由整个CAN系统管理,另外,模块能将实际的运行状况发送至主控制系统内部中,系统再将相关资料反映出来,实现对设备的及时监控。
1.3 采煤机进行远程资料传输
利用采煤机内的监控系统,能将所检测到的大量实时数据进行分析、整理与统计,并且能够入档保存。在引进国外先进的煤矿监管的技术上加强对监管资料的管理,以及提高采煤机实际操作资料的管理技术层次,实现远程资料的控制与反映,达到地面工作人员对现场采煤机操作进行控制的目的,避免了工作人员进入实际的工作区间内,减少了人力物力,也降低了会影响到人身安全的风险。远程资料传输的技术实现,让无人式管理成为现实,相关工作人员只需远程调控设备运行即可,观察资料反映的情况,了解设备最新的运行情况,从而也利于对设备的维护与控制。
2 智能采煤机电动系统存在问题
2.1 电动系统陈旧
由于智能采煤机发展已久,使用期限较长,许多设备比较陈旧,一部分电动系统机型相对较老。设备的技术水平跟不上当下对采煤产量的需要与质量的要求,导致影响了采煤机的效益,有一些老旧的设备结果还容易出现损害等现象,严重制约了采煤机的正常运行。电动系统陈旧也会妨碍采煤机进行实时数据传递,甚至有可能在资料传送中出现错误,未能真实反映采煤机运行情况,使得工作人员处理不及时或者错过了问题产生且需要处理的时候,给设备带来很大影响。
2.2 电动系统配件供应不及时
由于相关工作人员的疏忽和对设备管理还未引起足够的注意,导致采煤机出现电动系统配件供应不及时的问题,这也是管理部门没有加大资金投入力度、未足够关注采煤机设备电动系统控制与管理所导致的结果之一。电动系统需要定期进行维修与更换,防止系统老化影响设备的正常运行,而配件供应不及时,直接影响到了设备结构的维修进度,若设备性能产生问题,自然是难以正常运行的,这也间接导致了煤矿生产产量以及质量受到影响。
3 智能采煤机电动系统设计
为提升目前采煤机的工作效率,减轻相关工作人员的工作压力与工作强度,实现采煤机的自动化使用,增强采煤行业的经济收益,在采煤机中加入了智能化的系统设计。通过模块化的管理方式,使得对采煤机的维修和使用更方便。
3.1 电动系统按功能划分模块
智能采煤机电动系统设计通过按照功能将系统划分为各模块,每个模块有着具体的功能属性以及工作内容,大大加强了采煤机设备的工作效率,相比于传统的在设备出现障碍时,要对整个设备进行结构分析与检查,模块化的智能采煤机只用研究出问题的模块,从而缩短了对设备的维修与维护时间。另外,各模块间采用独特的滑道式结构连接,拆卸也很容易,不会影响到其他模块的正常运行,这也是有利于对采煤机设备进行管理和定期维修的主要技术支持之一。
3.2 采用DCS控制方式
整个智能采煤机电动系统都采用DCS控制方式进行,能够保证设备内各功能模块在独立工作的情况下不会干扰到其他结构运行,各模块既相互独立也相互连接,独立在实际工作运行上,一个模块出现问题,不会影响与其功能不同的模块正常使用,但各个模块会受到整个电动系统的控制,避免模块单独运行却不受管理的现象出现,通过一个大系统将整个模块统一起来,提高了设备的实际运行效率,也保证了设备运行始终都处在最佳的运行状态中。DCS控制方式主要原理是在模块互不影响的情况下也要受到统一的系统支配。
3.3 模块间通讯方式采用CANBUS协议
智能采煤机电动系统设计中,将设备内各功能模块的通讯方式采用CANBUS协议,使得模块能够参照其他功能模块的运行状态,结合实际的操作情况,反映自身运行现状,并进行自我诊断与控制。保证了模块能实时反映操作结果,若遇到障碍,比如工作进度与其他模块不同,模块会进行自我功能修复,若在自我恢复范围外,则反映至人工干预。模块自我修复很好地体现了采煤机电动系统的智能性,另外,CANBUS协议也确保了设备内各模块的正常运行效果,起到对设备的保障作用。
4 总结
智能采煤机电动系统能实现采煤机自动化,对采煤机的实际操作有极大的改进作用,通过优化的设备机构与技术层次提升,使得采煤机在实际操作中更能适应目前对煤矿急剧需求的现状。在今后研究中,还需要深入探究设备内部结构,提升各元件的工作性能,为不断增强采煤机的工作效率以及提高产品质量做努力。
摘要：采煤机是综采设备中的重要设备,在采煤生产过程中,采煤机发挥着不可小觑的作用,直接影响煤炭产量与质量。对采煤机进行技术改革,通过智能化电动系统设计,能满足当下对煤炭的产量、质量等的要求。
关键词：智能采煤机电动系统设计,功能特点,存在问题,控制方式
参考文献
[1]徐鹏,郭凤仪.薄煤层综采工作面液压支架电液控制系统的研究[A].煤矿自动化与信息化——第20届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第2届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集[C].2010.
[2]冯泾若,等.MG200/456-WD型薄煤层电牵引采煤机[A].中国煤炭新型工业化之路——安全、高效的集约化生产技术与装备研讨会论文集[C].2005.
智能采煤机 篇2
电牵引采煤机是一种机械和电子信息结合的自动化采煤设备, 基本原理是通过电动机直接带动牵引机构, 能够实现在运输机上按照预定的工艺要求自动变速滑动的目的, 由于其具有性能优良、可靠性高、操作方便、自动化程度高的优点, 因此得到了广泛的应用。然而, 由于复杂的煤岩特点以及操控者的熟练程度差异使得采煤机电动机的工作效率低下、功率波动幅度大、且控制特性不正常, 直接对截割电动机的工作性能和使用寿命产生重要的影响。鉴于采煤机的控制对象包含与煤岩有关的反馈参数, 建立准确的数学模型比较难。本文给出了一种新型的电牵引采煤机调速控制系统, 在确定控制系统总体方案的基础上, 完成了系统各个功能模块的硬件电路和相应的软件程序。
采煤机在恒功率下的调速理论
电动机是实现采煤机做机械移动的动力源, 通过截割电机来驱动采煤机的螺旋滚筒转动, 使得采煤机的行走机构正常行进, 液压泵电机驱动相应的液压系统, 完成采煤机的滚筒调高等动作。一般的采煤系统具有4~7台电机, 包括了两台大功率三相异步截割电机, 特点是能够进行恒速运行;还有两台带有调速控制的牵引电机, 以及需要调速的液压泵电机等。从电机总功率配置角度可以看出, 截割功率在总装机功率中占有很大的比重, 牵引功率缺占有很少的比例, 因此要实现采煤机的恒功率调速, 首先需要保证截割电机的功率保持恒定。由采煤机恒功率控制的机理可以得到相应的功率计算公式为:
式 (1) 中, U代表电动机额定电压, I代表相应的额定电流, cosφ代表相应的功率因数, 为电机工作效率。从式 (1) 看出, 由于工作效率和功率因数是恒定不变的, 因此当电动机额定电压确定后, 电动机输出的功率与额定电路成正比关系。
根据文献介绍可知, 电动机的负载主要是截割阻力, 随着截割阻力变大, 截割阻抗呈现上升趋势, 引起负载电流增大。通过这个规律, 利用电流互感器测量电机的负载工作电流, 将工作电流与额定电流相比较, 根据比较结果发出相应的“超载”或“欠载”信号。综上所述, 牵引速度和截割电机的功率大致呈现正比关系, 因此当发生电机过载时, 可以降低牵引速度来减小截割功率, 保持电机能够大致处在额定功率运行, 达到充分发挥电机效能目的。
电牵引采煤机调速控制系统的总体架构
采煤机基于恒功率下的调速系统实时采集和处理当前的各个运行参数, 包括牵引速度、电动机工作电流和温度以及截割电机的电流、温度等参数, 当上述的某一个参数超过规定值时, 自动发出报警信息并要求运行人员做出处理, 最恶劣情况下将采煤机停止运行;并且依据采集到的截割电机电流信号, 由控制器CPU程序做出及时处理, 同时给变频器控制信号以此来调节牵引电机的速度, 达到截割电机基于恒功率下的调速目的。
本文提出的系统模块化的设计方案包括以下的功能模块:电流信号测量模块、通信接口模块、温度检测模块、PLC控制模块等。控制模块包括了模拟量测量、通信传输以及控制中心处理等功能, 上述的模块功能如下所述。
模拟信号检测模块
该模块主要包括电流和温度两个检测量子模块, 各个子模块采集相应的信号, 并对采集到的信号进行编码处理, 定时的将检测信息发送到通信总线上, 利用LED指示灯实时显示该模块的总线工作状态。
PLC的CPU控制模块
该模块主要用来接收遥控信号和开关控制信号, 并对上述两个信号做出编码处理, 同时发送到通信总线上。操作人员利用遥控器对采煤机进行远程控制, 不仅减少了工作量, 同时降低了恶劣环境下工作人员的危险度。控制开关的按键装设在端头站, 防止遥控器失效, 造成无法控制采煤机的事故, 进一步提高了系统工作的可靠性。
通信接口与传输模块
该模块的接口用于实现PLC、变频器与CAN总线之间的数据传输, 把采集到的采煤机运行参数和控制信号实时地发送到CAN总线, 同时将接收到的各个信号利用RS485总线传送到PLC;并且该模块还将变频器的各项运行数据定时地传送给PLC。
调速系统的硬件电路与软件功能
本文提出的系统采用CAN通信总线, 该串行通信网络具有实时提供数据流、能够分散控制并且保密好的优点。该总线的通信媒介包括了光导纤维、双绞线和同轴电缆。CPU主控模块芯片采用MCU-C8051F050。其带有CAN控制, 是一种具备信号高速处理的单片机, 内核采用了CIP-51, 软件程序开发采用标准的803x/805x汇编/编译器。该CPU具有2个全双UART、5个16位的定时/计数器、256B的RAM以及128B的特殊功能寄存器。温度测量模块用于实时测量牵引电机和截割电机的温度。把每一个截割电机和牵引电机都安装一个PT100。该温度传感器能够显示电机工作温度。电流信号检测模块主要用于测量截割电动机的工作电流, 并能够将当前工作电流信号传送到CAN总线, 最终传送给PLC, PLC根据当前的工作电流值发出相应的反馈控制信号。电流互感器以及变送器主要完成截割电机的电流/电压转换功能, 最终变成0~10V范围的电压信号, 该模块选用F-20B遥控组件, 包括遥控器、接收器和按键三部分。将接收器安装到终端头上, 作为采煤机控制的后备保护。
结束语
智能采煤机 篇3
关键词：采煤机,轴承故障,现场管理,BP神经网络,思路构架
0 引言
伴随着经济的发展, 社会对煤矿企业的要求越来越高, 采煤机轴承故障的处理办法与现场管理工作受到了行业建设者的广泛关注。采煤机是现代煤矿企业发展建设过程中必不可少的基础设备之一, 伴随着采煤机械化、自动化以及系统化的发展, 采煤机的养护工作成煤矿企业发展的重点工作。采煤机具有规模大、结构复杂的特点, 这给采煤机养护工作带来了极大的挑战。另外, 煤矿企业属于劳动密集型产业, 工作环境尤为复杂, 采煤机长期在恶劣的环境下高负荷工作, 各零部件很容易受到严重的损坏, 影响采煤机正常运行。在现代采煤过程中, 由轴承故障引发的煤矿事故率最高, 轴承故障的原因有很多, 如何解决采煤机轴承故障是煤矿企业发展的当务之急。
1 采煤机轴承故障分析及其改进措施
1.1 采煤机轴承产生的原因和存在的问题
1.1.1 采煤机驱动机构轴承工作条件
采煤机驱动机构轴承在320#齿轮油条件下运行, 运行速度受电动机A、B传动齿轮齿数的影响, 轴承外部有大量煤粉尘。
1.1.2 密封结构
本文中研究的采煤机轴承以O型结构为主, 采煤机长期在井下工作, O型密封结构很容易受到严重损坏, 拆卸过程中可以发现该结构已完全变形, 密封效果较差。技术人员结合以上情况对其进行了改造, 改造后结构以Y形孔用密封, 提高密封性能的同时, 还具有防尘作用。
1.1.3 存在的问题
Y形密封结构与传统O型密封结构最大的区别在于其具有无骨架支撑, 这种结构通常在润滑脂、活塞杆往复运动时发挥吸尘作用, 或者对低速运行的采煤机进行密封。本文中研究的传动机构轴承型号以320#齿轮润滑油为主, 因此, Y形密封结构很难满足驱动机构的工作条件及相关零件运行的实际需求。存在的问题主要有以下几点:第一, Y形密封结构的密封胶以橡胶硫化为主, 外缘稳定性较差、强度较低, 运作过程中密封在轴承内剧烈晃动, 情况严重的时候还会导致密封滑移;第二, 装配工艺性能有待提高。采煤机轴承使用的密封以孔用为主, 在装配过程中, 必须保证唇口的朝向, 通常应该与润滑油处保持一致, 唇口的大小也有严格控制, 通常大于后端位置, 而该位置密封唇口非常容易产生裂缝、扭曲甚至外翻, 拆卸后唇口通常处于残缺不全的状态。实际安装过程中, 由于反向安装比较容易操作, 不仅可以保证唇口的完整性, 还能提高该位置的防尘作用, 但是, 这个过程中采煤机内的油液非常容易渗出;采煤机在运行过程中温度升高, 橡胶密封材料受高温影响容易发生变形、收缩等问题, 导致机械漏油, 效果仍然有待提高;第三, 密封唇口尺寸和基本结构明显存在问题, 不仅会产生漏油、吸入灰尘等问题, 今后的维修工艺也会因此较难开展。
1.2 改进措施
利用有骨架支撑的L形轴承代替上文中提到的Y形轴承密封, 在轴承压盘和轴承杯下位置各加上两条凹形槽, 改造示意图如图1所示。集合密封齿轮运行的实际状况, 在该位置添加密封用金属环过盈装配, 采用电焊的方式进行点焊, 增强该装置的稳固性。安装过程中, 齿轮在装入轴承杯内时必须保持垂直状态, 保证密封环与密封之间处于无空隙状态。密封唇口与轴承方向保持一致, 大口出朝向齿轮方向, 安装工艺比较简单, 也不会损坏密封唇口。L形有骨架支撑轴径大于内径, 密封效果非常明显。最后, 该结构还具有安装位置小、轴向尺寸小、结构紧凑以及使用周期长等特点, 是我国采煤机轴承的最佳选择。
2 采煤机现场管理思路构架
轴承为采煤机的正常使用提供动力保障的同时, 还能增强采煤机的可靠性、提高采煤机轴承的使用质量, 是煤矿企业必须关注的重点。因此, 煤炭企业必须高度重视采煤机现场管理工作, 减少采煤机轴承故障导致的煤炭开采问题。
2.1 采煤机的健康管理系统
采煤机健康管理系统比较复杂, 主要分为煤矿设备层、传感器层、数据层以及决策层四类, 笔者对以上四层管理系统做了以下介绍。
2.1.1 煤矿设备层
煤矿设备层是设备健康运行的基础保障, 作为基础层, 工作人员必须高度重视该层结构健康管理系统的形成, 这一层主要是矿山机械中的采煤机所在位置, 也是合理控制采煤机故障的重要手段。
2.1.2 传感器层
传感器层最能体现各设备的实际性能, 保证传感器层的健康运行, 才能在实际使用中更加准确地反映出设备的实际运行状态和当前的数据信息, 例如动力来源、传动部件状况以及执行部件的精确度等。以采煤机为采集对象, 传感数据名称主要有牵引速度、摇臂振动状况、左右截割电机电流、变压器温度以及水流量等。
2.1.3 数据层
数据预处理是数据层必须完成的任务之一, 数据预处理的主要目的是将传感器上的数据进行解析, 并对解析后的数据进行相关处理, 判断出设备本身的性质。另外, 还应该根据数据层的实际需求建立相关数据库, 数据库中包含着采煤机的历史资料以及健康指数, 为采煤机轴承的安全运行提供保障。
2.1.4 分析决策层
结合数据路中存储的信息, 可以建立一个健全的训练神经网络, 将现有的数据输入神经网络, 通过得到的分析数据可以判断采煤机的健康状况, 通过健康指数对采煤机的运行状态进行评估;了解采煤机的实际运行状态后, 对采煤机将抗状态的发展趋势进行预测, 对可能发生故障的位置进行确定。
2.2 基于BP神经网络的采煤机传感数据与健康指数关系模型
以数据库内存储的数据为依据, 建立采煤机健康系统的BP神经网络模型, 建立该模型的主要目的是对采煤机的健康状态进行预测, 减少运行过程中轴承故障对煤炭开采工作的影响。该模型以采煤机传感器数据和采煤机健康指数之间的关系为依据, 对采煤机全过程运行状态进行准确判定。采煤机BP神经网络模型结构图如图2所示。该模型的建立可以有效地判定出各阶段采煤机中轴承实际运行状况, 这种模型的测定结果不仅可靠、真实, 对采煤机的实际运行又很好的预测作用, 是我国现在以致今后很长一段时间煤矿企业采煤机运行模型的主要选择。
3 结束语
综上所述, 采煤机在煤炭行业的发展建设中发挥着不可代替的作用, 轴承是采煤机是否健康运行的基础保障, 因此, 行业建设者必须明确实际运行过程中采煤机轴承存在的问题, 在提高检测结果准确性、保障采煤机健康运行的同时, 针对问题对采煤机轴承进行改造。另外, 现代化煤矿必须高度重视煤矿设备的运行管理, 通过建立采煤机的健康管理系统, 基于BP神经网络的采煤机传感数据与健康指数关系模型为我国煤炭行业采煤机的正常运行提供技术保障。
参考文献
[1]扈玉辰, 姚竹亭.基于EMD-HSMM的采煤机轴承故障诊断[J].煤矿机械, 2014.
[2]刘萍.小波包-BP神经网络在采煤机滚动轴承故障诊断中的应用[J].煤矿机械, 2013.
采煤机壳体振动时效浅析 篇4
常规的时效方法有三种:即自然时效、热时效和振动时效。目前广泛应用的时效方法是热时效和振动时效。
热时效是传统的时效方法, 消除残余应力较大, 但能耗大、成本高。
近年来, 随着现代科学技术的发展, 振动理论、测试技术和激振设备都得到迅速发展, 振动时效工艺和设备越来越广泛应用于生产实践当中。
二、 振动时效特点
1.投资少。
与热时效相比, 它无需庞大的时效炉, 可节省占地面积与昂贵的设备投资。
2.生产周期短。
自然时效需经几个月的长期放置, 热时效需经数十小时的周期方能完成, 而振动时效一般只需振动数十分钟即可完成。而且振动时效不受场地限制, 可减少工件在时效前后的往返运输。
3.使用方便。
振动设备体积小, 重量轻, 便于携带。
4.节约能源, 降低成本。
目前我公司的热时效炉功率是320kW, 而振动时效设备的功率是1.5kW, 处理工件的时间也大大缩短, 实践证明, 其成本仅为热时效的8%～10%。
三、采煤机壳体振动时效的方法及过程
振动时效是利用工件的共振给工件施加附加交变应力或变形, 当附加交变应力与残余应力叠加, 通过材料内摩擦吸收能量, 达到或超过材料的某一个阀值时, 工件发生微观或宏观粘弹塑性变化, 从而降低和均化工件内的残余应力, 并使其尺寸精度达到稳定。振动时效具体操作步骤如下:
1.时效前扫描
在开机待命状态, 按“手动”键, 激振器启动, 转速稳定在设定的最低转速 (一般在2000r/min) 。
(1) 全部扫描:按“扫录”键, 系统打印出A-f曲线的纵坐标轴, 按“∧”键, 激振器以每秒钟增加50r/min 的速度升速, 同时打印出A-f曲线, 一直升到用户设定的最高允许转速时, 激振器停机, 并返回到开机待命状态, 将扫描出来的所有共振频率的峰值 (峰点序号、固有频率和对应的加速度值) 打印出来, 完成一次完整的扫描。若按“∨”键, 则以50r/min的速率降速。
(2) 局部扫描:用定速“∧”、“∨”或+1、-1键将激振器的转速调到某一转速值, 再开始上述扫描, 即先按“扫录”键, 再按 “∧”键, 若需停止扫描, 可先按“扫录”键, “∧”键激振器停止升速或按停机键回到开机待命状态。在正常升速过程中可随时按“扫录”键进行扫描打印, 再随时按“扫录”键来结束该状态, 这是局部扫描的一种方法。
(3) 在上述两种扫描过程中, 若不按“扫录”键, 则系统只是完成扫描过程, 而不打印A-f曲线和峰值数据。
2.时效
在开机待命状态按手动键, 激振器启动, 转速在2000r/min, 用“定速”+1或-1键将激振器转速调到某个共振频率的亚共振点 (通常选在共振频率之前, 其速度值为该峰值的1/3～2/3倍) , 输出频率不超过额定频率的80%。按“时录”键, 系统打印出A-f曲线或A-t曲线, 并开始手动时效, 主频振动的时间大约15min。操作人员认为时效完成时, 按“时录”键结束时效状态。此时有三种选择:
(1) 高速调到另一个峰点进行时效 (附振处理4～5 min) ;
(2) 转入时效后扫描;
(3) 按手动返回开机待命状态。
上述时效时, 也可以连续对几个共振频率进行时效, 再返回到开机待命状态。
3.时效后扫描
操作过程与时效前手动操作相同。
根据时效前后扫描的数据 (参考标准JB/T5926-2005) , 判断时效效果, 若时效效果不佳, 可重复操作。
以下是对我公司14MJ02-1牵引部壳体所做的振动时效前后工件变化进行的记录:
四、 结束语
振动时效具有投资少、生产周期短、使用方便、节约能源等特点, 并且操作简便, 易于实现机械化、自动化。可避免零件在热时效过程中产生的翘曲变形、氧化、脱碳及硬度降低等缺陷。振动时效对减少和均化残余应力皆有着良好作用, 广泛应用于生产实践中, 在采煤机壳体制造过程获益非浅。
摘要：采煤机牵引部、摇臂以及行走系等铸造壳体, 经过铸造、机械加工等工艺过程, 其内部产生残余应力, 应力的产生极大地影响了零件尺寸的稳定性、强度、寿命和机械加工性能, 甚至会导致裂纹和应力腐蚀, 破坏了壳体的几何精度和缩短了使用寿命。因此, 必须采用适当的工艺方法来消除或减轻这种危害。“振动时效”是降低铸造壳体残余应力比较经济有效的方法。
关键词：壳体,振动时效
参考文献
[1]全国振动时效技术研讨会论文集[J].机械电子工业部.
采煤机CAN总线调速系统 篇5
采煤机CAN总线能将采煤机设备各个单独的功能模块连接起来,进行统一调配,并控制采煤机实际操作情况的速度,避免模块独立运作时不受制约,影响采煤机正常运行。随着我国煤炭等产量的减少,为了满足当下对煤矿产品较大的需要量,在采煤过程中提升开采效率尤为重要,目前对煤炭开采技术的革新与设备结构的优化已成了重要研究的任务之一。采煤机通过采用CAN总线调速系统能实现采煤机设备的智能调速,其能给采煤机带来以下几方面的优势:
1.1 操作简单,使用可靠
CAN总线调速实现采煤机的无线调控操作,采煤机运行环境通常较恶劣,工作人员长期处在这样的条件下会对个人健康不利,但对采煤机的控制又必须执行。利用CAN总线调速将采煤机设备内各结构结合在一起,进行统一的速度控制,使得实际操作采煤机方法更简单,不用考虑或者另外投入过多的人力物力,通过采煤机设备内管理系统智能控制使用也较可靠。
1.2 维修成本低,容易维护
CAN总线调速系统能够保证在采煤机各设备内功能模块单独运行时能正常进行,使每个模块工作效率以及工作速度与实际进程相当,避免有的快有的慢造成整个机器内运作不良。利用统一调速系统,避免模块运行时发生不良状况,也保障了采煤机设备的顺利运行,使得维修过程变得更加简便,只需要对系统调速进行设置即可,有针对性的问题处理与分析也减少了维修成本浪费,具有维修成本低、容易维修的优势。
1.3 牵引功率大,采煤效率高
CAN总线调速系统能给采煤机设备内各功能模块提供较大的牵引功率,通过平均分配与整体控制,将各模块运行功率平均,使采煤机实际运行能充分发挥所被利用的功率,提升工作效率。CAN总线调速根据具体的设备运行情况,结合每个功能模块的工作需求,提供适应的功率,将总的牵引功率按照每个功能模块的结构与要求分成一个个单独的功率,使得采煤机整体在实际操作时具备强有力的大功率,提升采煤效率。
2 传统采煤机调速系统存在的问题
2.1 成本高
目前,采煤机调速系统还存在有成本高、误差大等问题,成本高主要是因为采煤机调速系统所需的结构元件费用较高。我国当下还未开发出来技术层次较高的调速系统设备,大多数都是从国外引进,使得采煤机的制作成本提高。另外,对调速系统也要进行定期维护,防止系统紊乱,在出现意外情况时,要及时进行编程,在这方面也存在一些人力物力的成本费用。
2.2 误差大
传统的采煤机系统由于设备老旧,精准度不高,使得在实际操作中对设备的调速做得不够,容易出现误差较大的情况。另外,误差大的原因还有采煤机设备内各结构制作较为粗糙,也未采用最新型的分功能模块的形式开展运行,导致采煤机本身在操作上就很容易产生问题,只要一处结构有怠慢,那么整个设备运行就会受到影响,对设备的调速也难以做到高度精准。
2.3 测量烦琐
老式的采煤机调速系统未能智能化,为了保证设备正常运行,需要隔一段时间就去检测一次,这会导致测量较烦琐,不仅给人工操作带来麻烦,系统以及设备内各配件使用的太频繁也会影响到采煤机的使用寿命。另外,多次测量会进行多次调速操作,调速过程太多容易损坏设备,设备速度若变动频率较大,很难在今后的实际工作中保持正常的速度运行,速度不正常就需要重复调速,这样恶性循环,会对采煤机造成很大影响。
2.4 不能实时监控
传统的采煤机不能进行实时监控,需要相关技术人员定期去操作,实地去检查,然而采煤机工作环境恶劣,高温、多尘、多灰,长期停留在这种环境内会给工作人员的身体健康带来严重危害。但是这种环境对采煤机运行也会产生不良影响,为了保证设备能够正常运行,避免出现运行障碍,采煤机的实时监控这个部分不能少,因此,现代的采煤机设备内增添了智能化系统,实现了对采煤机的实时监控管理,还节省了一定的人力物力成本,是采煤机设备的一大进步。
3 采煤机CAN总线调速系统
3.1 主控模块
主控模块是采煤机管理系统的主体,连接CAN总线调速口,能对设备中各个功能模块进行管理与控制,是整个CAN总线调速系统的核心部位。对主控模块设计需要注意的地方就是能够提供足够的控制动力实现对其他各个功能模块的管理,以及能够将其他模块的实际操作情况结合起来,进行针对的控制处理,并不影响各个功能模块的正常使用。将主控模块编入进人工操作的系统显示上,让相关工作人员能及时了解设备运行的实时情况及主控模块对其他模块的调速进度。
3.2 数据采集模块
数据采集模块通过通信接口单位连接主控模块,这部分的工作内容主要是将采煤机设备的实际操作情况转化成数据,再将这些数据整理起来,通过系统控制,将数据反映至主控模块中心,供模块分析,再决定是否模块运行状态不佳是否需要调速等。设计数据采集模块这部分结构时需要注意保证其具备较大的数据储存空间,并能够进行自行数据整理。通过把工作情况数据化,为设备智能控制创建一个平台。
3.3 指令执行模块
指令执行模块也是通过通信接口与主控模块相连,此模块的功能主要是传达主控模块的指令,主控模块根据对数据采集信息的分析,针对不同功能模块制定合适的调速方案,再由指令模块执行下去,指令将调速控制传达至每个独立模块,并确保其按照指令进行调速操作。在设计指令模块这部分中需要注意信息传送与接收的敏捷性,要让高敏捷性的结构元件构成此模块,这样才能确保信息发布及时。
3.4 数据显示模块
数据显示模块既与主控模块相连,也与人工控制界面相连,能够通过远程通信将采集到的数据传送至计算机控制中心并显示出来,供相关工作人员参考与管理。数据显示提供给主控模块中心,主控模块根据其进行调速操作,实现CAN总线调速功能。另外,数据显示模块设计时,需注意采用新型的数据整理的结构元件,能智能地对采集到的数据进行处理,再将处理后的数据反映至主控模块,增强主控模块的运行效率。
4 小结
采煤机CAN总线调速系统能实现对设备的实时监控,能够智能地针对实际情况进行相应的调速操作,保证采煤机设备能始终保持在正常的运行速度范围内,不仅有利于延长采煤机设备的使用寿命,还能提升设备仪器的实际操作效率。另外,利用CAN总线模块化的系统控制方式,将整个设备结构分为一个个独立的功能模块,方便了对设备维修与检查,也能使维护的成本降低。在今后的工作研究中,还要深入探究该如何优化采煤机结构的问题,进一步增强采煤机的技术层次,推进我国煤矿产业发展。
参考文献
采煤机无线监测系统的设计 篇6
采煤机是综采工作面落煤和装煤的机械, 它的运转正常与否决定着综采工作面的生产率。对采煤机的运行状态及参数进行监测与诊断, 是提高电牵引采煤机可靠性与安全性的重要手段[1]。由于采煤机特殊的工作环境, 一方面, 传统传感器不能完全适应井下的工作条件, 井下现场繁冗的布线以及线路的维护问题不但增加了生产成本, 也使生产效率降低;另一方面, 大量信息的实时快速处理需要高性能的处理器, 如果处理器的性能不能满足要求, 就会产生信息拥塞等问题, 造成通信中断[2,3,4]。
无线MESH网络作为一项新兴技术, 具有组建容易、设置和维护简单的特点, 无线MESH网络简称WMN。在WMN中, 任何一个节点都可以同时作为AP和路由器, 每一个节点都具有发送和接收数据的功能, 任意两个WMN之间都可以建立连接, 从信源到信宿之间有多条冗余的通信路径, 有效避免了网络的单点故障和潜在的链路瓶颈[5]。与传统的无线网络相比, WMN具有增强的可靠性、更低的部署成本、更大的覆盖范围。DSP是专门用来进行高速数字信号处理的微处理器, 与传统的CPU和MCU相比, DSP采用了哈佛结构、流水技术、硬件乘法器等技术, 提高了处理器的处理速度。因此, 笔者采用WMN和DSP设计了一种采煤机无线监测系统, 该系统通过WMN采集采煤机的工作信号, 利用DSP完成信号处理任务, 将处理后的信号通过WMN、网桥AP、光纤等发送至监控中心。
1 采煤机状态参数检测
1.1 采煤机状态参数
采煤机无线监测系统监测的参数如表1所示[1], 准确获取这些参数是采煤机实现自动控制的前提。
1.2 系统结构
采煤机无线监测系统采用分布式、模块化结构, 如图1所示。每个监测单元都是一个独立的数据采集传输节点, 各单元与中心计算机的数据传输采用数字式传输方式。中心计算机利用采集到的状态信息和参数值进行实时操作控制。
应用于采煤机的传感器从采煤机的牵引功能、滚筒调高功能、截割破碎功能和辅助功能4个方面进行配置, 实现对采煤机姿态控制、滚筒高度调节、牵引速度调节、主电动机运行保护和环境参数监控等方面信息的采集。
根据采煤机监测系统的监测要求, 配置的开关量传感器分为开关状态检测信号、设备状态检测信号和运行保护信号;模拟量传感器分为电动机温度和湿度传感器、电动机电流传感器、机身及摇臂倾角传感器、油缸位移传感器、摇臂振动传感器、瓦斯传感器等。
1.3 系统工作原理
在采煤机机身的指定部位安装特定功能的无线传感器节点, 用于采集采煤机的工作信号, 该信号通过信号调理电路处理后, 由AD转换电路转换为数字信号, 再由DSP对数字信号进行实时处理 (集成化智能传感器节点中, 实时信号处理单元集成在微片中) , 并按照规定的格式将处理后的数据存入输出数据缓存区。数据处理的步骤由复杂可编程逻辑控制器 (CPLD) 完成。输出数据缓存区中的数据经过无线收发模块传至无线网桥AP, 再通过光纤传送到中心计算机, 并按照规定格式保存在数据库中。中心计算机上的分析软件对接收到的采煤机的工作信号进行分析并在电脑屏幕上实时显示数据值和分析曲线, 根据预先设定的门限值进行报警或作其它处理。采煤机工作信号传递流程如图2所示。
2 采煤机无线监测网络
2.1 网络结构
采煤机无线监测系统的网络结构如图3所示。
图3中, 传感器节点单元由传感器单元和无线传输单元2个部分组成[6]。传感器单元负责采集采煤机工作时的实时信号。无线传输单元需要集成并实现TCP/IP的传输功能, 物理结构部分主要由处理器、存储器、无线接口和电源组成, 它支持低带宽和有限数据的传输, 也可以支持需要高带宽的流视频、图像和音频。WMN和光纤之间通过无线网桥AP进行连接。
2.2 无线传输协议
常用的无线传输协议有ZigBee、WiFi、Bluetooth等, 每一种协议都有其自身特殊的使命。采煤机无线监测系统网络间的数据传送协议选用WiFi, 相比于其它无线传输协议, WiFi具有信号覆盖范围广、传输速度快等特性, 能够满足现场的使用需求。WiFi主要由无线网卡和无线网桥AP组成, 无线网桥AP作为传统的有线局域网络和无线局域网络之间的桥梁, 能够很好地解决无线与无线、无线与有线传输之间的连接问题。
3 基于DSP的实时信号处理单元
信号实时变换和处理是采煤机无线监测网络的主要任务之一[7]。实时信号处理单元主要是DSP、CPLD的设计。
(1) DSP的功能
DSP集成在传感器节点中, 用来处理传感器采集到的信号, DSP对传感器采集到的诸如振动信号等进行快速Fourier变换, 信号经过DSP处理后, 节点中的无线发射模块将信号传送至WMN, 进行下一步的传输[8]。中心计算机接收到信号后, 相关软件对信号进行频谱分析, 获得信号的频率成分、频率分布范围和各个频率成分的功率和能量的分布情况。通过频谱分析, 可以避免采煤机故障发生和预防故障发生的早期问题, 避免重大生产事故的发生。
(2) CPLD的功能
CPLD是一种用户根据需要自行构造的逻辑功能的数字集成电路, 在本文中用于采煤机无线监测网络的逻辑控制。在控制过程中, CPLD一方面协调8路AD采集, 将采集到的信号存放在存储器A中, 另一方面, 协调DSP读取存储器A中的数据, 并将处理后的数据存放在存储器B中。
4 结语
采煤机无线监测系统通过无线传感器节点采集采煤机工作信号;利用DSP完成信号处理任务, 通过光纤传送至中心计算机;中心计算机中的分析软件根据采集的数据情况, 调整采煤机的各个参数, 实现了对现场工况实时监控的目的。在平顶山二矿以及西安煤机厂进行的现场试验结果表明, 该系统运行良好, 无线信号强度能够保持在-60～+70 dB之间, 满足采煤机无线监测系统的使用要求。
参考文献
[1]刘云霞, 黄静雯, 谭得健.基于现场总线技术的电牵引采煤机监测监控与故障诊断系统[J].工矿自动化, 2002 (6) :29-31.
[2]冯泾若, 杨旗平, 刘建功.我国薄煤层电牵引采煤机的技术现状和发展趋势[J].煤矿机电, 2005 (1) :11-14.
[3]张寒松, 贾瑞清, 王廷军.采煤机的故障分析与诊断及其发展趋势[J].矿冶, 2004 (2) :85-88.
[4]杨志伊, 刘同冈.煤矿井下设备振动监测与故障诊断的研究[J].煤矿机电, 2002 (1) :20-22.
[5]薛婷.分布式在线振动监测网络系统研究及其DSP的应用[D].天津:天津大学, 2003.
[6]王开治, 刘翠珊, 栾江峰, 等.数字无线网络技术在实时无损检测系统中的应用[J].虚拟仪器技术, 2008 (8) :182-184.
[7]周智勇.智能传感器无线网络提高采矿作业的安全性[J].电子产品世界, 2008 (6) :56-60.
采煤机减速器设计原理初探 篇7
减速器是一种封闭在箱体内的齿轮或蜗杆传动所组成的独立的传动装置, 通常应用于原动机和工作机之间, 用来降低转速, 增大转距或改变轴线之间的相互位置以适应工作要求。在个别情况下也用来增速, 此时应成为增速器。减速器由于结构紧凑, 使用维修简单和效率较高, 在工程中得到了广泛的应用。为了便于成批生产, 对于某些类型的减速器已经标准化, 由专业厂进行生产, 用户可根据工作要求选用标准减速器。
1 轴及轴上零件的结构设计
1.1 按轴向定位要求确定各轴段直径和长度
轴段 (1) :轴段 (1) 与联轴器通过键相连, 查手册, 凸缘式联轴器因轴的最小直径为40, 因此选用内孔为40mm的联轴器, 因此初步设定 (1) 段直径为40mm, 长度为60mm。
轴段 (2) :为了便于安装, 应使轴段 (1) 右端制出轴肩取轴肩高度h=2.5mm (h>0.07d) 所以轴段 (2) 直径为d=45mm, 根据减速器与一轴压盖的结构, 一轴压盖右端面, 通过调整螺母固定在减速器右端面上, 一轴压盖最小内孔设计成47mm, 总长设计为65mm。其中包括 (2) 段和 (3) 段, (2) 段长度为42mm, 装油封一端的轴承右端轴向定位用两个圆螺母、中间设置防松垫片、进行轴承间的轴向定位。
轴段 (3) :一轴轴承选用GB2.9.7-6.4, 滚动轴承7610, 其内径为50mm, 轴段 (3) 长度为25mm, 在 (3) 和 (4) 过渡处设一个槽, 让轴承左端一小段覆盖沟槽, 目的是为了轴承轴向定位到靠、沟槽长度L=3mm、深h=1mm。
轴段 (4) :此处装轴承、轴承宽度为44mm, 可取 (4) 长为41mm, 轴承右端用挡圈定位。
轴段 (5) :此处不装任何零件, 为了方便装轴承, 以及加工中的困难, 把 (5) 段h减小1mm。
轴段 (6) :此处装轴承, 直径50mm、l=44mm。
轴段 (7) :放置挡油盘、轴径减小 (h=2mm) 。
轴段 (8) :设计直径60mm、宽度4mm。
轴段 (9) :为圆弧锥齿轮。
轴承放在轴承套内、轴承套与箱体上的圆弧面配合, 轴承套的固定, 是在轴承套内两轴承中间设一个圆柱孔, 通过螺钉, 从箱体上固定, 轴向定位, 在端面用调整螺母固定。
1.2 分析轴上零件的配合关系
首先在没有压盖螺孔的一端与轴配合的是空心轴, 空心轴和四轴之间没有两排滚针, 中间有隔套隔角, 实现空心轴和四轴之间是滚动配合。空心轴右端和轴肩之间设有用耐磨材料制的止推垫, 空心轴的轴向固定, 右端用轴肩, 左端用挡圈。
空心轴上的零件, 右端依次是大直齿轮, 齿轮定位, 右端用挡圈, 左端用套, 接着装轴承, 右端用隔套定位, 左端用密封套定位, 接着轴承盖, 空心轴最左端装的是内连接盘, 内连接盘左端轴向定位用档圈, 外连接盘装在轴上, 轴向定位用档圈。
四轴右端, 接着空心轴的是两个轴肩, 一个是空心轴的定位, 另一个是为了轴承的定位, 轴承外边设置密封壳体, 内设油封。
2 传动装置的布置原则
传动方案的总体布置如下:
1) 电动机输出轴与一轴用凸缘式联轴器联接, 起到过载保护作用。
2) 一轴和二轴位置关系为垂直, 而圆弧锥齿轮使用于两交错轴传动, 并且圆锥齿轮又使用于高速级, 因此第一级齿轮传动用圆弧锥齿轮。优点有:
(1) 重迭系数大, 可超过2, 故传动平稳。
(2) 因重迭系数较大, 故承载能力较高, 且磨损均匀, 使用寿命较长。
(3) 小齿轮最小齿数Zmin=5, 故可以获得大传动比和减小传动尺寸。
3) 第二级齿轮传动用斜齿轮传动。
4) 第三级齿轮传动用直齿圆柱齿轮传动, 采用轴与空心轴结构, 安装在空心轴一端的连接盘与安装在轴上的连接盘用保险销连接, 起到过载保护。
3 电动机选择
3.1 电动机类型选择
因链式刮板输送机用于煤井下面, 工作环境恶劣, 选择的电动机要考虑到防尘, 防暴, 防水保护, 因此, 我们试选用JDSB类型电机。
3.2 电动机额定功率的确定
电动机的功率选择合适与否, 对电动机工作性能和经济性能都有影响。若功率小于工作要求, 电动机将长期在过载下工作, 发热严重, 降低电动机的使用寿命。若功率选的过大, 则电动机价格增高, 能量又不能充分利用, 造成浪费, 所以为确定合适的电动机功率, 应首先计算出工作机的最大使用功率。
4 箱体设计
减速器箱体是支承和固定轮系零件的重要零件。它的设计合理与否, 将直接影响减速器的工作性能, 如传动件的啮合精度、润滑与密封等。另外, 其重量较大, 加工也比较复杂, 所以在设计箱体结构时必须综合考虑传动质量和加工工艺等问题。
4.1 保证箱体具有足够的刚度
在箱体结构设计中, 首先应考虑要有足够的刚度。因为箱体的刚度不够, 会在加工和工作过程中产生不允许的变形, 从而引起轴承座孔中心线偏斜, 影响减速器的正常工作。由此可见, 保证轴承座的刚度尤为重要, 故应使轴承座有足够的厚度。
4.2 箱体结构应便于润滑和密封
当减速器传动件采用浸油润滑时, 减速器中滚动轴承则采用飞溅润滑或刮板润滑。为了保证良好的密封性, 箱盖与箱座的结合面应精加工。
4.3 箱体结构应具有良好的工艺性
箱体结构工艺性的好坏, 对提高劳动生产率以及便于检修维护等都有直接影响, 设计时应特别注意。箱体上下盖完全对称, 箱体跳转180度就可以放在机头架另一侧, 一适应井下复杂的地形运输机安装。减速器横向侧面设置两个凸耳, 内设圆孔, 用M24的螺栓经过垫块加固在机头上, 减速器一轴这边的端面设计成法兰盘, 面上设计一个止口, 保证和连接罩可靠配合。在减速器侧面和上面设一个螺孔和一轴轴承套相通, 所以实现轴承套的周向固定。
通过以上井田水文地质特征及充水因素分析, 可知:
1) 第二类一型, 即充水水源以含煤层基岩裂隙充水为主, 充水方式以顶板裂隙充水为主, 水文地质条件简单的煤矿床;
2) 矿井直接充水水源为龙潭组风化、构造裂隙水, 间接充水水源为飞仙关组基岩裂隙水、茅口组岩溶水;