礦井泵房移動(dòng)機(jī)器人的研究與應(yīng)用

董彪 李洪國(guó) 楊憲民 陳廣友

摘 要：新汶礦業(yè)集團(tuán)孫村煤礦井下-800泵房原監(jiān)控系統(tǒng)采用固定攝像儀進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控盲點(diǎn)多，不能對(duì)設(shè)備及泵房環(huán)境進(jìn)行全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)控，且無(wú)法采集并傳遞設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的各類信息。泵房實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化排水后，崗位施行無(wú)人值守，設(shè)備運(yùn)行期間由維護(hù)工定時(shí)巡檢，但巡檢人員在泵房?jī)?nèi)巡查時(shí)間短、巡查范圍小，往往存在巡查不到位、維修不到位現(xiàn)象，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的各類隱患。針對(duì)以上問(wèn)題，我礦自主研發(fā)了泵房移動(dòng)機(jī)器人，確保實(shí)現(xiàn)泵房設(shè)備及環(huán)境全方位監(jiān)控，監(jiān)控?zé)o盲點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：360°環(huán)形跑道；自動(dòng)充電裝置；無(wú)線網(wǎng)橋；自動(dòng)化排水

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.194

1 研究實(shí)施方案

（1）在-800泵房?jī)?nèi)制作、安裝360°環(huán)形跑車跑道，自制加工四輪移動(dòng)跑車安裝在環(huán)形跑道上，使用550W電機(jī)驅(qū)動(dòng)，減速機(jī)變低速運(yùn)轉(zhuǎn)，利用輸出軸驅(qū)動(dòng)滾筒，纏繞牽引鋼絲油繩帶動(dòng)移動(dòng)跑車旋轉(zhuǎn)，確保實(shí)現(xiàn)泵房設(shè)備及環(huán)境全方位監(jiān)控，監(jiān)控?zé)o盲點(diǎn)。

（2）使用360°旋轉(zhuǎn)自動(dòng)對(duì)焦夜視高清攝像儀，將全方位監(jiān)控?cái)z像儀安裝在移動(dòng)跑車上，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)橋與工業(yè)環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無(wú)線連接，實(shí)現(xiàn)圖像、數(shù)據(jù)時(shí)時(shí)無(wú)線傳輸。將24V電池電源安裝在移動(dòng)跑車上，供電給監(jiān)控?cái)z像儀及無(wú)線網(wǎng)橋，解決無(wú)線傳輸?shù)钠款i問(wèn)題。

（3）在泵房?jī)?nèi)環(huán)形跑車單向移動(dòng)限位開(kāi)關(guān)位置安裝自動(dòng)充電裝置，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)跑車電池自動(dòng)充電，解決電池使用時(shí)間短，拆卸充電繁瑣的難題。

（4）在移動(dòng)跑車上安裝現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境聲音拾音器，將泵房?jī)?nèi)設(shè)備及環(huán)境的聲音通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控室，地面人員及時(shí)了解泵房設(shè)備及環(huán)境運(yùn)行狀況。

（5）利用泵房排水自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)采集、上傳各類數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)地面集控中心遠(yuǎn)程操作、運(yùn)行、監(jiān)控。

2 技術(shù)方案

（1）攝像儀環(huán)形跑道：使用3*30mm角鋼，每根長(zhǎng)3m，兩兩平行焊接做成直線段跑道；半圓彎道采用4mm鋼板加工，共計(jì)切割成6段寬度為14cm的圓弧，前后焊接成半圓形跑道，沿半圓跑道的外側(cè)垂直焊接厚度4mm的扁鋼做為中間支撐。泵房?jī)?nèi)整個(gè)環(huán)形跑道全長(zhǎng)65m，固定在泵房環(huán)形排水路的下方便于對(duì)水泵進(jìn)行全方位監(jiān)控。

在兩個(gè)半圓彎道處各加工焊接10個(gè)“G”型滑輪組，直線段跑道各安裝5個(gè)“G”型滑輪組，用于牽引鋼絲油繩的支撐和換向。“G”型滑輪組由“G”型支架和滑動(dòng)滑輪組成，“G”型支架使用3*30mm角鋼彎折成90°而成，使用尼龍棒車削尺寸為35*25mm的滑輪，中間旋轉(zhuǎn)軸直徑為16mm。

（2）四輪移動(dòng)跑車：制做四輪移動(dòng)跑車，能夠承載攝像儀及無(wú)線網(wǎng)橋在環(huán)形跑道上快速、穩(wěn)定運(yùn)行。

移動(dòng)跑車使用6mm鋼板加工，尺寸為300*200mm，在鋼板上方安裝4個(gè)直徑40mm的滑動(dòng)滑輪，倒掛在跑道上移動(dòng)運(yùn)行。

（3）驅(qū)動(dòng)部分：選用550W電機(jī)作為跑車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在減速機(jī)輸出軸上安裝直徑40mm的驅(qū)動(dòng)輪。使用耐摩擦高分子材料制作驅(qū)動(dòng)滾筒，以便于增加鋼絲繩的驅(qū)動(dòng)摩擦力，確保鋼絲油繩在驅(qū)動(dòng)滾筒上不會(huì)擠繩或打滑。同時(shí)鋼絲油繩在驅(qū)動(dòng)滾筒上纏繞1-2圈，增加鋼絲繩摩擦力。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速機(jī)安裝在環(huán)形跑道上方，電機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，減速機(jī)帶動(dòng)輸出軸的驅(qū)動(dòng)滾筒，驅(qū)動(dòng)滾筒牽引鋼絲繩實(shí)現(xiàn)跑車的環(huán)形往復(fù)移動(dòng)，對(duì)泵房設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控。

（4）牽引方式：采用3分鋼絲油繩牽引小跑車。鋼絲繩倒掛在環(huán)形跑道的30個(gè)“G”型滑輪組上，便于牽引鋼絲油繩的支撐和換向，確保移動(dòng)跑車在彎道處順利通過(guò)，同時(shí)能夠自動(dòng)調(diào)整滑輪組上、下高度，實(shí)現(xiàn)鋼絲油繩的自動(dòng)脫繩、掛繩功能。

（5）高清自動(dòng)對(duì)焦夜視全方位監(jiān)控?cái)z像儀：在四輪移動(dòng)跑車下方固定360°旋轉(zhuǎn)自動(dòng)對(duì)焦夜視高清攝像儀，實(shí)現(xiàn)泵房設(shè)備及環(huán)境全方位監(jiān)控，監(jiān)控?zé)o盲點(diǎn)。在四輪移動(dòng)跑車上安裝24V電池組，給高清攝像儀及網(wǎng)橋設(shè)備供電，為移動(dòng)跑車無(wú)線牽引打下基礎(chǔ)。

（6）采用無(wú)線網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)路無(wú)線對(duì)接，達(dá)到無(wú)線移動(dòng)監(jiān)控功能：采用IP傳輸機(jī)制，接口協(xié)議采用橋接原理，組網(wǎng)靈活且成本低廉，在跑車無(wú)線網(wǎng)橋和井下千兆環(huán)網(wǎng)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間搭起通信的橋梁，工作在5.8G的免申請(qǐng)無(wú)線執(zhí)照的頻段，比其它有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備更方便部署。

采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)橋接，無(wú)線中繼點(diǎn)用于連接兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)，功率大、傳輸距離遠(yuǎn)（最大可達(dá)約50km）、抗干擾能力強(qiáng)，配備拋物面天線實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。

（7）自動(dòng)充電裝置：為解決電池使用時(shí)間短，拆卸充電繁瑣的難題，設(shè)計(jì)加工了自動(dòng)充電裝置。在環(huán)形跑道移動(dòng)單向限位位置處各安裝了自動(dòng)充電裝置，當(dāng)移動(dòng)跑車電池電量低于30%時(shí)，跑車自動(dòng)返回，充電插頭與充電座自動(dòng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充電功能。

（8）拾音功能：監(jiān)聽(tīng)拾音器采集現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境聲音再傳送到地面監(jiān)控室電腦上，通過(guò)音響傳遞給操作人員，它是由咪頭（麥克風(fēng)）和音頻放大電路構(gòu)成。拾音器采用井下4 芯電話線連接安裝在移動(dòng)跑車上。

（9）在泵房手動(dòng)操作箱內(nèi)安裝CJX2-12交流接觸器兩個(gè)，主回路660v三相接線，電氣接線實(shí)現(xiàn)電氣閉鎖。

（10）將控制回路接入-800泵房?jī)?nèi)自動(dòng)化排水控制柜，通過(guò)水泵自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)傳輸至地面，在控制器上制作控制畫面，地面遠(yuǎn)程操作環(huán)形跑道小車正、反向往復(fù)運(yùn)行。

3 研究項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

（1）自主加工并安裝360°環(huán)形跑道，確保監(jiān)控?cái)z像儀在泵房?jī)?nèi)對(duì)設(shè)備及環(huán)境的全方位監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?zé)o盲點(diǎn)。

（2）自制四輪移動(dòng)跑車，能夠承載監(jiān)控?cái)z像儀及無(wú)線網(wǎng)橋在環(huán)形跑道上快速、穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）根據(jù)環(huán)形跑道特征，自制加工“G”型滑輪組。跑車在環(huán)形跑道上移動(dòng)時(shí)可以解決牽引鋼絲油繩的支撐和換向問(wèn)題，滿足牽引鋼絲油繩在環(huán)形跑道上有足夠的張緊力，移動(dòng)跑車可以靈活運(yùn)行。

（4）驅(qū)動(dòng)滾筒使用耐摩擦高分子材料車削制作，提高鋼絲繩摩擦系數(shù)，確保鋼絲油繩在驅(qū)動(dòng)滾筒不擠繩、不打滑。

（5）無(wú)線網(wǎng)橋與工業(yè)環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)圖像、數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸。

（6）在四輪移動(dòng)跑車下方安裝360°旋轉(zhuǎn)自動(dòng)對(duì)焦夜視高清攝像儀，該攝像儀具備360°旋轉(zhuǎn)、200萬(wàn)像素圖像傳輸、自動(dòng)對(duì)焦、遠(yuǎn)程紅外線功能，實(shí)現(xiàn)泵房設(shè)備及環(huán)境全方位監(jiān)控，監(jiān)控?zé)o盲點(diǎn)。

（7）將24V電池安裝在移動(dòng)跑車上，給監(jiān)控?cái)z像儀及無(wú)線網(wǎng)橋供電，解決無(wú)線傳輸無(wú)法及時(shí)供電的瓶頸問(wèn)題。

（8）安裝自動(dòng)充電裝置，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)跑車電池自動(dòng)充電，解決電池使用時(shí)間短，拆卸充電繁瑣的難題。

（9）現(xiàn)場(chǎng)安裝拾音器，將泵房?jī)?nèi)設(shè)備及環(huán)境的聲音通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控室，及時(shí)了解泵房設(shè)備及環(huán)境運(yùn)行狀況。

（10）利用泵房排水自動(dòng)化電氣控制系統(tǒng)采集、上傳各類數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)地面集控中心遠(yuǎn)程操作、運(yùn)行、監(jiān)控。

4 結(jié)語(yǔ)

孫村煤礦-800泵房移動(dòng)機(jī)器人采用環(huán)形跑車跑道及360°全方位監(jiān)控?cái)z像儀，實(shí)現(xiàn)泵房設(shè)備及環(huán)境全方位監(jiān)控，監(jiān)控?zé)o盲點(diǎn)。及時(shí)監(jiān)控泵房設(shè)備運(yùn)行過(guò)程的各類信息，采集設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中傳遞的各類數(shù)據(jù)，提高設(shè)備及環(huán)境安全。實(shí)現(xiàn)地面集控中心對(duì)井下泵房設(shè)備及環(huán)境24小時(shí)全方位監(jiān)控，提高效率并降低成本。避免了因人為巡查弊端造成的設(shè)備損壞，及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理各類隱患，同時(shí)減少崗位巡檢人員，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益。泵房移動(dòng)機(jī)器人采用無(wú)線傳輸，安全性高、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，在礦井距離遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣的崗位具有極大的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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