刮板輸送機直線度檢測方法研究

薛金國

（潞安化工集團左權阜生煤業，山西晉中 032600）

針對于煤炭的開采，影響其開采過程的因素有很多，其中，刮板輸送機的直線度就是其眾多影響因素之一。在煤炭的開采過程中，一旦發現該直線度不符合開采過程中的要求時，將會對其開采工作產生一定的影響，同時，還會影響刮板輸送機的使用壽命，使其壽命大大縮短，更有甚者，還會產生較為危險的安全事故。因此，在此基礎上，在煤炭的開采過程中，需要及時對刮板輸送機中的直線度進行實時監測，同時，還需要對其進行相應的控制，確保該設備在運行過程中，能夠穩定、可靠，進而提高其在煤炭開采中的工作效率。

1 刮板輸送機的結構及形態表征

1.1 主要結構

就目前而言，當下在進行煤礦開采過程中，其刮板輸送機的構成主要如圖1所示。

圖1 刮板輸送機的主要構成

隨著當下時代的不斷發展，相應的在煤礦開采過程中，其機械化水準也在不斷的發展提高中，目前，在煤礦開采過程中，刮板輸送機中的長度也在不斷的增加中，當下，其最長長度約為450m。

1.2 形態表征

對于刮板輸送機的形態表征，主要是指其在工作過程中表現出來的一種形態。同時，又由于在刮板輸送機的整體構成中，占據主要部位的則是機身，因此，所說的刮板輸送機的形態表征，實際上就是其內部機身所呈現出來的一種形態。其中，機身的主要構成部位是中部槽，在中部槽與中部槽之間，采用鉸接的形式進行連接，其連接的部件則是啞鈴銷。在實際工作過程中，機身中的中部槽，其結構分布比較對稱，即：前后、左右均屬于對稱結構，基于此，在對其進行形態表征的研究時，其研究節點的選取可以是該結構兩邊的中心部位。刮板輸送機的形態表征狀況，具體如圖2所示，在圖中，將每一個節點進行連接以后，形成一個曲線，該曲線即是刮板輸送機的形態表征曲線。

圖2 刮板輸送機形態表征

2 刮板輸送機直線度檢測方法

刮板輸送機在工作過程中，主要的功能是在軌道上進行來回運動，而這也是采煤機在實際工作中的主要體現。基于此，能夠發現采煤機在進行實際工作時，其工作軌跡剛好是能夠體現出刮板輸送機的直線度。在實際的煤炭開采過程中，在機身中，中部槽與中部槽之間，是通過啞鈴銷實現的，其角度偏差一般不會大于2°。本文在研究過程中，所采用的原理是航位推測，之后，根據其實際工作狀況以及所選用的中部槽的實際相關尺寸，開始實時監測刮板輸送機的直線度。但是，在實際對其監測過程中，還將會用到捷聯慣導裝置，由于該裝置在使用過程中，會存在一定的安全隱患，因此，為了確保在使用該裝置的過程中，能夠安全可靠，因此，需要在使用過程中，將該裝置安放在防爆箱中，同時，還需要再將其進行固定，一般固定的位置是在采煤機上，與此同時，為了監測其在軌道上的工作速度，還需要在其工作的軌道上，安裝有相應的加速度傳感器。

所謂的航位推測技術，其主要是依據某一時刻中，某點所處的位置坐標，之后，再根據測量出的該點在工作中移動的方向以及移動的距離，進而預測出在下一時刻里，該點的具體位置坐標。捷聯慣導裝置的內部主要含有的零部件主要有：線加速度器（3 個）、速率陀螺（3 個）、微型計算機，基于此，再結合相應的軟件系統，就能夠實現對其精確定位。刮板輸送機監測直線度的具體原理示意圖如圖3所示。

圖3 刮板輸送機檢測原理

在實際的工作過程中，會產生明顯振動的裝置有：回采工作面采煤機、刮板輸送機以及液壓支架，這些裝置在進行工作時，將會影響測量結果的精準性。那么，為了避免此種現象帶來的后果，提高其測量的精確性，就需要將測量的結果在系統內置算法的基礎上，再次進行傅里葉變換，在變換過程中，將剔除掉振動噪聲帶來的影響。

依據Rodrigues 算法，能夠計算出一些向量數據，如根據已知的某空間向量，再依據該算法，就能夠計算出該向量圍繞著另外一個向量旋轉一定的角度以后的向量值。因此，在該算法的基礎上，就能夠依據所收集以及監測到的一些數據，計算出該采煤機的相關狀態，在此基礎上，就能夠得出此過程中刮板輸送機的狀態如何。在對相關數據進行計算時，其選取的基礎節點為：中部槽兩邊的中點處，根據所選擇的參考節點，就能夠計算出其他節點中的詳細信息資料。中部槽的規格尺寸屬于已知，在結合航位推測理論，并且，依據中部槽的相關尺寸，將其長度，作為相鄰節點與節點之間，在水平方向上的步長；而其在豎直方向的步長，則選擇的是其厚度尺寸；而方位角的選擇，則是依據節點之間在水平以及垂直方向中的偏角。要想實現對中部槽間歇狀態的計算，其主要的依據有2個，一個是通過加速度傳感器所監測到的相關數據信息，另外一個則是分解模型，之后，再根據航位推測原理，最終能夠對刮板輸送機的機身狀態狀況進行有效的識別。

3 刮板輸送機直線度控制方法

本文在對刮板輸送機的直線度進行研究的時候，是在PID控制技術的基礎上進行實現的。因為在實際的煤炭開采過程中，其工作環境相對來說比較復雜多變，因此，在矯正機身時，用到的一些參數，如：液壓缸中的液壓油壓力、流量等，這些統統屬于變量，因此，如果用恒定的PID 參數完成工作是不可行的?；诖?，為了提高其工作效率，在模糊算法的基礎上，優化以及調整了PID 中的相關參數，之后，在此基礎上，就能夠較為精確地控制不同液壓缸中的流量等，進而保障能夠精確掌控機身的位置，保障機身幾乎均在一條水平線上。因此，刮板輸送機在對其直線控制過程中，具體的控制過程如圖4所示。其中，在該圖中，中部槽節點的編號分別為：i-1，i，i+1；而對應節點中，需要被調整的位移量分別為：Δyi-1，Δyi，Δyi+1。

圖4 刮板輸送機直線度控制過程

在控制系統中，在進行下一步的指令下達時，其依據就是計算出的調整量，基于此，就能夠實現液壓缸的運動，促使刮板輸送機的機身能夠在正確的位置上進行工作。要想實現以上一系列的運作，就需要在此過程中，實時監測刮板輸送機的直線度，與此同時，還需要將監測到的相關結果在控制器中進行反饋，之后進行不斷的循環往復，最終使得直線度能夠符合相關的要求。上述一系列的調整過程，即是閉環控制。在PID技術上的直線度控制原理具體如圖5所示。

圖5 基于PID技術的直線度控制原理

4 檢測方法的工程應用研究

4.1 工程概況

依據煤礦的實際開采工作，將監測直線度的方法應用在其中，同時，并對其最終檢測結果進行檢測。在本文的研究中，所選用的設備分別為：MG900/2395-WD 型號的采煤機、ZY16000/23/43D 型號的液壓支架（141 架）、SGZ1250/3x1000 型號的刮板輸送機。除此之外，還包含有SZZ1350/525 型號的轉載機、PLM450型號的破碎機。

4.2 直線度檢測精度對比

為了驗證本篇文章研究結果的精準性，分別采用兩種方法對其進行檢測，第一種是在回采工作面中，沒有矯正刮板輸送機；第二種則是采用了PID控制技術，監控直線度，除此之外，還利用全站儀檢測了刮板輸送機的平直度，之后，對獲取到的相關信息進行不同方位的對比，即：水平和豎直。在整個的檢測過程中，其所選用的基準則是位于中間部位的75號支架，最終發現，最終測量出來的結果，無論是在水平還是在豎直方向上的直線度，均存在一些偏差。采用兩種檢測方法對直線度進行檢測以后，其最終檢測結果具體如圖6所示。

圖6 兩種直線度檢測方法結果的對比

由圖6 能夠得知，這兩種不同的檢測方法，其最終的檢測結果基本上均相同，但是仍存在一定的偏差，通過圖6 能夠看出，其最大偏差在50mm 以內，表明在對其進行檢測時，是正確的。根據得出的較為合理的檢測結果，對刮板輸送機進行矯正處理。

通過實際案例，驗證刮板輸送機直線度控制方法是否真是可靠。在系統運作初期，先不使用直線度控制系統，之后，經過一段時間以后，開始使用該系統，工作一段時間以后，整個系統均關閉，之后對其進行驗證，具體所得的結果如圖7所示。其中，前1~3h以及后8~10h 沒有使用直線度控制系統；中間4~7h 直線度控制系統開始使用。根據圖7能夠看出，設備的直線度在使用該系統前后，其直線度偏差已經從600mm降到了300mm。

圖7 直線度控制系統開啟前后的直線度偏差

5 結語

在采煤機中，安裝有捷聯慣導裝置，同時，在航位推測原理的基礎上，實時監測設備的姿態，之后根據檢測的結果，及時地進行調整，以上便是刮板輸送機直線度的控制方法。根據檢測得出的相關信息，發現存在一定的振動及噪聲，因此，需要采用傅里葉變換進行降噪處理，進而確保最終計算結果的精準性。在對機身的姿態進行調整時，所選用的方法是在模糊算法的基礎上的PID 控制參數動態調節，其最終目的就是提高機身的直線度。對直線度控制系統開啟前以及開啟后的狀況進行對比，發現該系統在對機身的直線度進行改進的時候，效果較為明顯。