CN104153778B - 一种板式快速定量装载系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种板式快速定量装载系统和方法，包括：煤仓，煤仓下方设置储存式板式定量输送机的进料端，输送机的出料端设置箕斗装料溜槽的进口，箕斗装料溜槽的出口对着箕斗的上口，储存式板式定量输送机的动力由可变速传动装置构成，储存式板式定量输送机设有多个称重传感器，称重传感器与称重装置电连接，称重装置和可变速传动装置与控制器电连接。本发明巧妙的采用储存式板式定量输送机代替传统竖直高大的定量斗，卧式运输机在接近水平的运输煤炭的过程中，还对煤炭进行称重，在箕斗没有到来的时候还可以以缓慢的速度运行，形成缓冲作用，一台设备集运输、称重、缓冲为一身，大大简化了整个称重运输系统的设备量，进而还减少了设备的维护费用。

Description

一种板式快速定量装载系统和方法

技术领域

本发明涉及一种板式快速定量装载系统和方法，是一种机械系统和方法，是一种用于煤矿井中装载和输送散装物料的系统和方法。

背景技术

现代深层煤炭开采使用高速上下行运动的竖直运输箕斗，将深达数百米井下挖掘出的煤炭运输到地面。由于箕斗每次要运输数十吨的物料向上运行，其牵引钢绳受到很大的拉力，因此，箕斗每次装载量都要严格限制，绝对防止超载，否则就可能出现严重的事故。为此，现有的矿井中都专门设置装载量称重的定量斗，用以在装载箕斗之前称出适当重量的散装物料，防止超载。现有的定量斗通常为竖直的筒形，设置在箕斗运行的竖井旁的硐室中，直接对箕斗输煤。同时，定量斗还有缓冲的作用，即在等待箕斗来到的过程中，将适量的煤炭放在定量斗中，待箕斗到达，可以快速的将定量斗中的物料送入箕斗中，提高了效率。在井下围岩状况较硬时，定量斗的上方可以直接设置煤仓。但由于煤仓的重量较大，在多数情况下为了保证竖井井筒围岩足够的支撑，常常将煤仓的设置与箕斗运行的井筒拉开一段距离，以避免煤仓对井筒的挤压。煤仓与定量斗之间使用转运胶带机输送煤炭，煤炭进入箕斗的过程成为：煤仓-胶带输送机-定量斗-箕斗。即便是这样，在一些围岩较软的地层中，在井筒边缘开凿安装定量斗及其相应设备的高大装载硐室，其基础破坏了井筒的连续性，降低了井壁的承载能力，定量斗本身的重量和装载的煤炭对井筒的围岩也造成较大的压力，为保证安全必须对硐室周围的井筒做强化的工程处理，从而增加了施工难度，提高造价和维护费用。特别对20吨以上箕斗的大型矿井，该问题更加突出。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种板式快速定量装载系统和方法。所述的系统和方法革除竖直筒形的定量斗，采用储存式板式定量输送机，避免了在井筒边缘开凿高大的硐室，提高了井筒的强度。

本发明的目的是这样实现的：一种板式快速定量装载系统，包括：煤仓，所述的煤仓下方设置储存式板式定量输送机的进料端，所述储存式板式定量输送机的出料端设置箕斗装料溜槽的进口，所述箕斗装料溜槽的出口对着箕斗的上口，所述的储存式板式定量输送机的动力由可变速传动装置构成，所述储存式板式定量输送机设有多个称重传感器，所述的称重传感器与称重装置电连接，所述的称重装置和可变速传动装置与控制器电连接。

进一步的，所述的可变速传动装置包括：一套高速传动装置和一套低速传动装置。

进一步的，所述的可变速传动装置是通过变速器带动的变频调速电机，所述变频调速电机与变频调速器连接。

进一步的，所述的储存式板式定量输送机设有两个以上的主动链轮和对应数量的从动链轮，以及对应数量的链条，所述的各个主动链轮按节距等分分开齿的周向排列。

进一步的，所述的储存式板式定量输送机设有双数的链轮，每两个链轮带动一条具有副啮合齿的链条。

进一步的，所述的链条的链节旋转轴上设有与链节旋转轴同轴的承载滚轮，所述的承载滚轮在承载导轨上滚动。

进一步的，所述的承载轨道安装在称重架上，所述的称重架设有多个称重传感器。

进一步的，所述的导轨分为两节，两节导轨分别安装在两个称重架上。

进一步的，所述的链条的链板上设有连接片，所述的连接片通过螺栓与承载板连接；所述的承载板的截面形状为：头部向下倾斜，中部呈倒V形，尾部为圆弧形。

一种使用上述的系统的板式快速定量装载方法，所述方法的步骤如下：

准备载煤的步骤：用于储存式板式定量输送机按照载煤速度运行；

载煤的步骤：用于煤仓打开仓门将煤炭卸入储存式板式定量输送机上，随着储存式板式定量输送机的运转，煤炭均匀的堆积在储存式板式定量输送机的承载板上；

称重的步骤：随着煤炭不断的卸入储存式板式定量输送机的承载板上，称重装置不断的计量卸入的煤量，一旦达到预定的煤量则煤仓停止卸煤；

存储运行的步骤：用于储存式板式定量输送机在停止卸煤后降低运行速度，等待箕斗的到来；

装载箕斗的步骤：用于储存式板式定量输送机在箕斗到达后加速运转，以高于载煤速度的速度运行，将储存式板式定量输送机上承载的煤炭装载到箕斗中，卸载全部的煤炭后，回到“准备载煤的步骤”进入下一个装载循环。

本发明产生的有益效果是：本发明巧妙的采用称重储存式板式定量输送机代替传统竖直高大的定量斗，储存式板式定量输送机在水平运输煤炭的过程中，还对煤炭进行称重，在箕斗没有到来的时候还可以以缓慢的速度运行，形成缓冲作用，一台设备集运输、称重、缓冲为一身，大大简化了整个称重运输系统的设备量，进而还减少了设备的维护费用。由于储存式板式定量输送机是一种卧式的设备，其高度大大降低，因此，安装储存式板式定量输送机的硐室较传统的定量斗所使用的硐室高度大大降低，即保证了井筒的强度，又降低了工程量及其相应的工程难度和工程费用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的实施例一所述系统的结构示意图；

图2是传统的井下定量斗式装载系统的结构示意图；

图3是本发明的实施例四所述链轮和链条啮合的原理示意图；

图4是本发明的实施例五所述链条的结构示意图；

图5是本发明的实施例六所述承载链条的结构示意图；

图6是本发明的实施例七所述的承载导轨和称重装置的结构示意图；

图7是本发明的实施例九所述的承载板的截面示意图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种板式快速定量装载系统，如图1所示。本实施例包括：煤仓1，所述的煤仓下方设置储存式板式定量输送机2的进料端，所述储存式板式定量输送机的出料端设置箕斗装料溜槽3的进口，所述箕斗装料溜槽的出口对着箕斗4的上口，所述的储存式板式定量输送机的动力由可变速传动装置201构成，所述储存式板式定量输送机设有多个称重传感器，所述的称重传感器与称重装置202电连接，所述的称重装置和可变速传动装置与中央控制器5电连接。

本实施例的思路是革除传统井下向箕斗装煤的定量斗。通过将胶带输送机更换为集定量称重、缓冲、输送为一身的设备，煤炭通过板式输送机，可以直接输送到箕斗中，不在经过定量斗。革除了定量斗可以大大降低硐室的高度，使矿井的施工费用大大降低。如图2所示，是传统的井下定量斗式装载系统的结构示意图。图中煤仓6将煤炭输送到胶带运输机7上，胶带运输机将煤输送至定量斗8中，进行称重和等待箕斗9的到来。当箕斗到来后就可以将煤卸入箕斗中。对比图1和图2十分明显的看到本实施例与传统定量斗是输送系统的硐室大小的差别，体现出本实施例的优越。

由于本实施例中的板式定量输送机具有称重、缓冲和输送的功能，其功能比较传统的输送机大大的扩展，并不是将传统的输送机安装上了事，必须进行彻底的改造，进行全新的设计，才能适应称重、缓冲和输送的要求。

首先需要解决的是变速的问题。本实施例所述的板式输送机的输送链板在载煤时设定一个相对适中的速度，称为载煤速度。在作为缓冲时设定一个相对缓慢的速度，称为缓冲速度。而在装载箕斗的时候则设置一种相对较快的速度，称为卸载速度。当然为了简化设备可以将卸载速度设定的与载煤速度相同。

因为输送链板以载煤速度运行时还要进行称重，因此载煤速度不能太高也不能太低，以保证煤炭在输送链板上能够积累一定的高度，并且随着链板的运动而均匀的摊平在链板上。

装载速度、缓冲速度和卸载速度与箕斗的运行周期有关。三个速度的运行时间之和等于箕斗的提升循环时间。箕斗的运行速度一般在0.15米/秒到0.3米/秒之间，提升循环时间长的取小值、提升循环时间短的取大值。向箕斗内装煤时的快速运行速度，一般取0.9米/秒到1.2米/秒，若选高的速度，箕斗休止时间虽然能缩短一些，但驱动电动机需要较大的储备功率，以满足较大的加速度满载启动，并维持在高速度下运行。选择运行速度时，既要保证提升效率，又要考虑运行费用。

如果板式输送机选择使用三种速度的变化，则可以使用大功率的调频电机，如果使用较为简单的两速变化，则可以使用简单的双速电机或双速减速器。

板式定量输送机第二的要解决的是承载问题。在传统的胶带输送上，由于运行是匀速的，因此胶带所受到的载荷也是均匀的，因此，只要校核胶带的许用拉力就可以满足运输煤炭的要求。但是对于本实施例来说，由于在装煤、缓冲和卸载之间要有速度的变化，因此承载链板要承受比普通胶带机要大得多的载荷，普通的胶带机根据无法胜任。为此，本实施例应当使用板式输送机，而不是胶带输送机。

本实施例使用的板式输送机可以采用链条驱动，即便是链条这种具有相当强度的传动器件，要改变数十吨物料的加速度，也必须有一定的改进，才能胜任。因此，本实施例推荐使用几种承载较大载荷的链传动方式。

首先是采用多链条分度传动的方式，即：使用两条以上的链条，两对链轮按照节距等分的原则，使两个链轮的齿岔开半个节距，这样，可以使来链轮的齿受力更加均匀。如果使用更多条链条，例如：3条链条，对应的三对链轮的齿按照节距的三等分岔开安装，则可以使三条链条和相应的链轮上的齿受力更加均匀。当然还可以搞四条、五条或更多的链条和对应的链轮，按照节距等分，使链条和链轮的轮齿受力更加均匀，并且传动更加平稳，消除了链条传动的多边形效应。

另一个方式是使用两个链轮，但一根链条，链条上设有副啮合滚轮。副啮合滚轮安装的位置是每个链节板的中间位置，这样可以是链条受到两个链轮的啮合，改善链节的受力状况，并使链条运行更加平稳。

除了改善链条的承载能力之外，还需要改善整个承载物料的承载板的承载状况。本实施例推荐使用一种将链条上设置承载轮的方式。该方式是在链条的每个链节板上设置承载轮，承载轮在承载轨道上滚动，将整个承载板上的重量传递到轨道上。这样的设计有利于减少链条承受物料所施加的静载荷，链条仅仅受到改变运动状态而拉动的动载荷。

使用链板上的承载轮的另一个好处是可以十分简便的设置承重装置。在承载轮滚动的承载轨道下面设置称重传感器，可以准确的称量承载板上物料的重量。

承载导轨可以在整个输送机的长度上分为两到三个部分，各部分的承载导轨安装分别安装在各自的称重架上，每个称重架的四角使用四个称重传感器支撑，这样就可以通过称重传感器获取承载板上物料的重量，如果设置两个称重架，只需将两个称重架上测出的重量相加，就可以获得整个输送机上的物料重量了。如图1中画出了两个称重架（图1中用虚线表示），实际还可以设置三个或者更多个称重架。

承载板在传统的板式输送机中有各种设计，但这些设计都只是为了承担均匀的承载力，而没有考虑物料在承载板上改变运动状态的情况。本实施例则推荐使用一种承载板，该承载板的截面形状为倒V形，连接的整体形状使承载面具有较大的起伏，堆积在承载板上的物料的底层呈凹凸状态，使整堆物料上下结合相对较好，以便在输送机改变速度时，承载板上堆积的物料不会发生错动，或较小的错动，保持物料堆的稳定。

倒V形承载板的另一个好处是，倒V形具有良好的抗物料冲击的作用。当物料从煤仓中流出时，虽然有溜槽，但还是会对承载板有一定的冲击。使用倒V形的承载板，相当于在承载板的中央安装了加强筋，可以有效的抵抗物料对承载板的冲击。

中央控制器可以是PC机、工控计算机、PLC等具有数字处理和存储、运算的数字控制器。

称重装置可以标准的电子秤计量器。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于可变速传动装置的细化。本实施例所述的可变速传动装置包括：一套高速传动装置和一套低速传动装置。

本实施例所述的输送机选择了简单的两种运行速度：将载煤速度和卸载速度合一。形成两种速度的方式也有两种：

一种为专用防爆双速电机，根据不同机型、不同快、慢速度配有4/32极或8/32极。双速电机体积小结构简单，但箕斗每一次提升就要转换一次快慢速，双速电机传动方式因频繁转换快慢速度而带来发热大、故障率高，而风冷双速电动机体积大，选择了体积小的水冷双速电动机，单独设循环水冷却系统给电机散热，造成系统较复杂等问题。

另一种为双速减速机，用两套电机相应配合两个减速机，配用超越离合器实现运输机的双速运行。传动装置中装有两个楔块式超越离合器，快、慢分别由两个YB系列防爆电机驱动，当快速时由大电机驱动，小电机停止，慢速时，由小电机驱动，大电机停止。离合器既要满足频繁离合又要性能可靠，由于超越离合器是成熟的产品，性能优越，体积小，承载力强，噪音低，与双速电机传动装置方式相比较，具有系统简单、故障率低、维护量小、运行可靠性高的显著优点。

实施例三：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于可变速传动装置的细化。本实施例所述的可变速传动装置是通过变速器带动的变频调速电机，所述变频调速电机与变频调速器连接。

本实施例采用变频调速的驱动技术，产生载煤速度、缓冲速度、卸载速度。特别是提高卸载速度可以提高向箕斗承载煤炭的速度。变频调速的方式还可以智能化的进行总体控制，通过主动追踪箕斗位置、速度等运行参数，通过中央控制器实时调整输送机的运行策略，实现与箕斗同步运行，在等待箕斗期间不停机，避免频繁重载启动对设备的损害。

由于变频技术已经十分成熟，因此，使用变频调速的输送机传动装置不会增加太多的设备成本。

实施例四：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于链条传动的细化。本实施例所述的储存式板式定量输送机设有两个以上的主动链轮和对应数量的从动链轮，以及对应数量的链条，所述的各个主动链轮按节距等分分开齿的周向排列。

本实施例将多个同轴驱动的主动链轮组成链轮组，链轮组中的多个链轮带动多条链条，在一个节距上分配多个啮合点，使链轮在加载过程中不断的有承载的轮齿加入，缩短各个轮齿在进入啮合时的单独承载时间，将载荷不断的分配到多个链轮的啮合齿上。图3画出了具有两个链轮的链轮组，这个两个链轮的安装相差半个节距。图中用粗、细实线分别表示两个链轮。在图3具有ABC轮齿的链轮（图3中用粗实线代表），同时还有一个节距相差一半的链轮（用细实线代表），该链轮带有轮齿H、K，两个链轮直径、齿形、节距都相同，只是相差半个节距，同时增加一根链条（图3中用网格代表）。当轮齿A带动链条滚子a，轮齿H也被链条滚子h拉动，只是受力略微小一点，同时轮齿B带动链条滚子b，受力比轮齿B小一点，同时轮齿K也带动链条滚子k，轮齿C开始接触链条滚子c，这样不断循环。从图3中的啮合情况看，在一个节距中，链轮与链条的啮合受力分为两等分，从F1-F4-F2- F5-F3逐渐增大的受力幅度要好于传统的链轮，降低了多边形效应的影响，提高链轮和链条的承载能力。

实施例五：

本实施例是实施例一至三的改进，是实施例一至三关于链条传动的细化。本实施例所述的储存式板式定量输送机设有双数的链轮，每两个链轮带动一条具有副滚子的链条，如图4所示。

本实施例所述的链轮由两个并排安装直径相同、节距相同、齿形相同、由同一驱动轴驱动，共用一条付动链条。两个链轮的节距所对的圆心角之间的角度差为节距所对圆心角α的一半（α/2）。如图4所示，链条的链节板701的一侧，在半个节距的位置设有回转中心轴线垂直于链条运动方向的短轴，短轴上设有副滚子702。两个并排安装的链轮，一个啮合链条上的滚子，另一个啮合副滚子。两个链轮交替的啮合，可以降低链传动的多边形效应，而对于本实施来说重要的是改善了链轮和链条的承载状况，提高了链传动的承载能力。这一点对于本实施例这种不断改变运行速度的输送机来说，特别重要。

实施例六：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于链条的细化。本实施例所述的链条的链节旋转轴上设有与链节旋转轴同轴的承载轮703，所述的承载轮在承载导轨704上滚动，见图5。

本实施例主要是为了改善链条的受力情况和便于称重。

本实施例也可以如实施例五那样，在链条的链节板的一侧，在半个节距的位置设有回转中心轴线垂直于链条运动方向的短轴，短轴上设有副滚子。所不同的是副滚子在承载导轨上运行。实际，本实施例与实施例五并不冲突，也就是说副滚子即可以与链轮啮合，也可以在承载导轨上滚动，一举两得。

实施例七：

本实施例是实施例六的改进，是实施例六关于承载轨道的细化。本实施例所述的承载轨道安装在称重架705上，所述的称重架设有多个称重传感器706，如图6所示，图6中的箭头表示输方向。

为方便称重，可以设置一个或多个称重架。称重架类似于称重平台，称量放在称重平台的上的物料。由于称重架上设置承重导轨，而承重导轨承担承载轮所传递的承载板707上的物料重量，因此，可以认为称重架上所承担的是除系统本身重量之外的物料的重量，这样通过称重架下面的称重传感器就可以准确的称量出承载板上的物料重量。图6中画出了两个称重架，实际还可以有更多个称重架。称重架相当于一个具有较强抗弯能力平台，挠度变化应当在1/600以内，图7中的箭头表示承载板运动方向。

实施例八：

本实施例是实施例七的改进，是实施例七关于承载轨道的细化。本实施例所述的导轨分为两节，两节导轨分别安装在两个称重架上。

实施例九：

本实施例是实施例六的改进，是实施例六关于链条的细化，本实施例所述的链条的链板上设有连接片，所述的连接片通过螺栓与承载板连接；所述的承载板的截面形状为：头部7071向下倾斜，中部7072呈倒V形，尾部7073为圆弧形。

板式输送机有多种标准的承载板，但这些承载板都只能适应匀速的物料输送，不能适应变化输送的特点。本实施例提出一种承载板，中间呈V字形，使堆积在承载板上的物料形成比较稳固的形态，同时提高承载板抗物料冲击的能力。

后部的圆弧是为了承载板沿链轮的圆弧运行时互相可以搭接，避免物料中两块承载板之间遗落。

实施例十：

本实施例是一种使用上述系统的板式快速定量装载方法。所述方法的基本思路是：利用板式输送机，通过在板式输送机上称量和缓冲，革除定量斗，有效降低了硐室的高度。本实施例所述步骤是由煤仓到箕斗的装载工艺过程。整个工艺过程可以通过中央控制器进行程序控制，实现智能化自动控制。

所述方法的具体步骤如下：

准备载煤的步骤：用于储存式板式定量输送机按照载煤速度运行。煤炭有工作面挖掘下来后先通过胶带运输机送至井底的煤仓中，等待向地面运输。

载煤的步骤：用于煤仓打开仓门将煤炭卸入储存式板式定量输送机上，随着储存式板式定量输送机的运转，煤炭均匀的堆积在储存式板式定量输送机的承载板上。在煤仓打开的时候，储存式板式定量输送机以装载速度运行，使煤炭均匀的落在承载板上。

称重的步骤：随着煤炭不断的卸入储存式板式定量输送机的承载板上，称重装置不断的计量卸入的煤量，一旦达到预定的煤量则煤仓停止卸煤。称重的过程可以在煤仓打开的时候就开始，直到在承载板上卸入足够的物料为止。称重过程也可以在煤仓开启一段时间后再进行。

存储运行的步骤：用于储存式板式定量输送机在停止卸煤后降低运行速度，等待箕斗的到来。这一步骤相当于缓冲的过程，承载板以缓冲速度运行，甚至可以停下来，等待箕斗的到来。但承载板停下来，再启动，需要有较大的启动力矩，在实际生产中是不划算的。因此，本实施例还是推荐在等待箕斗到来的期间，储存式板式定量输送机还是以低速运转为佳。

装载箕斗的步骤：用于储存式板式定量输送机在箕斗到达后加速运转，以高于载煤速度的速度运行，将储存式板式定量输送机上承载的煤炭装载到箕斗中，卸载全部的煤炭后，回到“准备载煤的步骤”进入下一个装载循环。当箕斗到达装载位置时，储存式板式定量输送机的承载板开始加速运转，使物料尽快卸入箕斗中。箕斗在装满后，离开装载点，这时装载过程就开始一个新的装载循环。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如储存式定量输送机是板式或带式、装载过程的先后顺序、硐体的形式等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种板式快速定量装载系统，包括：煤仓，所述的煤仓下方设置储存式板式定量输送机的进料端，所述储存式板式定量输送机的出料端设置箕斗装料溜槽的进口，所述箕斗装料溜槽的出口对着箕斗的上口，所述的储存式板式定量输送机的动力由可变速传动装置构成，所述储存式板式定量输送机设有多个称重传感器，所述的称重传感器与称重装置电连接，所述的称重装置和可变速传动装置与控制器电连接；所述的可变速传动装置包括：一套高速传动装置和一套低速传动装置；所述的可变速传动装置是通过变速器带动的变频调速电机，所述变频调速电机与变频调速器连接；所述的储存式板式定量输送机设有两个以上的主动链轮和对应数量的从动链轮，以及对应数量的链条，各个所述的主动链轮按节距等分分开齿的周向排列；其特征在于，所述的储存式板式定量输送机设有双数的链轮，每两个链轮带动一条具有副啮合齿的链条。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的链条的链节旋转轴上设有与链节旋转轴同轴的承载滚轮，所述的承载滚轮在承载导轨上滚动。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的承载导轨安装在称重架上，所述的称重架设有多个称重传感器。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述的承载导轨分为两节，两节承载导轨分别安装在两个称重架上。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的链条的链板上设有连接片，所述的连接片通过螺栓与承载板连接；所述的承载板的截面形状为：头部向下倾斜，中部呈倒V形，尾部为圆弧形。

6.一种使用权利要求1所述的系统的板式快速定量装载方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：

准备载煤的步骤：用于储存式板式定量输送机按照载煤速度运行；

载煤的步骤：用于煤仓打开仓门将煤炭卸入储存式板式定量输送机上，随着储存式板式定量输送机的运转，煤炭均匀的堆积在储存式板式定量输送机的承载板上；

称重的步骤：随着煤炭不断的卸入储存式板式定量输送机的承载板上，称重装置不断的计量卸入的煤量，一旦达到预定的煤量则煤仓停止卸煤；

存储运行的步骤：用于储存式板式定量输送机在停止卸煤后降低运行速度，等待箕斗的到来；

装载箕斗的步骤：用于储存式板式定量输送机在箕斗到达后加速运转，以高于载煤速度的速度运行，将储存式板式定量输送机上承载的煤炭装载到箕斗中，卸载全部的煤炭后，回到“准备载煤的步骤”进入下一个装载循环。