地面煤倉(cāng)清堵機(jī)器人的設(shè)計(jì)研究

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(xiàn)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(guò)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(kāi)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(xiàn)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(wèn)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(kāi)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(wèn)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(wèn)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(lái)解決煤倉(cāng)堵塞問(wèn)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(guò)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(chē)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(mǎn)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(lái)觀(guān)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(chē)，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(guò)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(chē)，行走小車(chē)上裝有卷?yè)P(yáng)機(jī)，清倉(cāng)機(jī)械手通過(guò)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(chēng)布置的兩個(gè)卷筒分別通過(guò)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(guò)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(guò)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(chē)沿工作臂做勻變速直線(xiàn)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(guò)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(guò)調(diào)整行走小車(chē)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(guò)行走小車(chē)的行走和卷?yè)P(yáng)機(jī)上下拉動(dòng)來(lái)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(yǔ)

綜上所述，通過(guò)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(guò)程中吸收了國(guó)內(nèi)外同類(lèi)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(lái)，保障了煤炭運(yùn)輸?shù)陌踩a(chǎn)。

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