CN107401421A - 基于plc控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，包括U型架、齿条轨道、通风风筒和PLC可编程控制器，U型架设置在齿条轨道的下方，U型架倒置放置，通风风筒穿过U型架且与U型架下端转动连接，U型架下端一侧安装有上下摆动机构，U型架一侧下端连接安装杆，PLC可编程控制器安装在安装杆下部，U型架顶部中心安装有水平转动齿轮机构，水平转动齿轮机构顶部安装有滑移小车机构，齿条轨道两端均设置轨道挂钩；通风风筒包括风筒主体和风筒出风口，通风风筒内设置有风筒出风口调节机构。本发明可以根据掘进不同阶段的通风需求，科学调节风筒出风口角度、口径和前后距离，为井下人员创造健康舒适工作环境。

Description

基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置

技术领域

本发明涉及一种风筒出风口调控装置，尤其是涉及一种基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置。

背景技术

二十一世纪能源的消耗需求量迅速增加，能源问题早己成为世界各国十分重视的问题。我国是一个用煤大国，煤炭在我国的一次能源消费中占据了超过70％的比例；同时我国也是一个产煤大国，煤炭产量约占一次能源消费总量的78.6％。近年来，我国煤矿的安全状况总体上趋于好转，但煤矿的安全水平较欧美等发达国家水平相差甚远，煤矿生产安全事故仍时常发生，造成重大人员伤亡，财产损失，环境污染等问题。调查表明，在掘进过程中发生的瓦斯与煤尘爆炸事故占矿井瓦斯煤尘爆炸事故总数的60％～70％，目前我国开采的煤矿约有48％为高瓦斯矿井和瓦斯突出矿井。瓦斯是从煤层中逸出的甲烷、二氧化碳和氮等组成的混合气体，而煤巷(半煤巷)综掘工作面是首先进入煤层的工作区域，因此是瓦斯和煤尘爆炸事故最为频繁的区域。

近年来，随着矿井开采深度的逐渐增加，单一工作面开采规模的不断提高，煤巷长度、巷道断面尺寸及推进速度也呈现增大趋势，使得巷道开拓过程具有瓦斯涌出量大、产尘量大、工作面狭窄、作业线路长等特征。掘进煤巷是一个独头巷道，通风回路不完整，稀释和排除来自煤体涌出的瓦斯和作业时产生的粉尘是靠由局部通风机和风筒组成的局部通风系统给端头区域压入的新鲜风流来实现的，局部通风系统通风方式、布置位置及出风口速度等因素将直接影响掘进通风风流分布情况，进而影响瓦斯浓度分布规律及通风排瓦效果。

由此可见，随着煤矿开采规模扩大，煤巷综掘工作面局部通风情况急需改善，由于“煤矿安全规程”仅规定了综掘工作面的合理风速范围和出风口距端头距离。因此，解决煤矿高速大断面煤巷综掘工作面对通风需求增加的方式是实施局部通风控制，也就是不断提高局部通风机功率和加大风筒直径，而综掘工作面风量过度加大，也易造成循环风、工作区域局部风速过高、工作条件劣化等现象。因此，设计一种基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其可以根据掘进不同阶段的通风需求，科学调节风筒出风口角度、口径和前后距离，创造最佳风流场，高效稀释瓦斯和粉尘积累区域浓度，降低事故发生概率，同时为井下人员创造健康舒适工作环境，达到安全、高效、绿色通风的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其特征在于：包括U型架、齿条轨道、通风风筒和PLC可编程控制器，所述U型架设置在齿条轨道的下方，所述U型架倒置放置，所述通风风筒穿过U型架且与U型架的下端转动连接，所述U型架的下端一侧安装有用于带动所述通风风筒上下摆动的上下摆动机构，所述U型架的一侧下端连接安装杆，所述PLC可编程控制器安装在安装杆的下部，所述U型架的顶部中心安装有用于带动U型架和所述通风风筒一起水平转动的水平转动齿轮机构，所述水平转动齿轮机构的顶部安装有带动U型架、所述通风风筒和水平转动齿轮机构一起沿着齿条轨道来回滑移的滑移小车机构，所述齿条轨道的两端均设置轨道挂钩；所述通风风筒包括风筒主体和风筒出风口，所述风筒主体为圆柱形结构，所述风筒出风口为圆台形结构，所述风筒出风口的大端与所述风筒主体的前端连接，所述风筒主体包括风筒框架和设置在风筒框架外的风筒布，所述风筒出风口包括呈间隔设置的多个外叶片和多个内叶片，所述外叶片和内叶片的后端均与风筒框架的前端铰接，所述内叶片的外壁与风筒框架之间连接有弹簧，所述通风风筒内设置有用于调节风筒出风口开口大小的风筒出风口调节机构。

上述的基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其特征在于：所述风筒框架包括前支撑架、中支撑架、后支撑架和加固架，所述前支撑架安装在所述加固架的前部外侧，所述中支撑架安装在所述加固架的中部外侧，所述后支撑架安装在所述加固架的后部外侧，所述前支撑架、中支撑架和后支撑架均为圆形架，所述加固架包括前十字架、中十字架和后十字架，所述前十字架、中十字架与后十字架通过上连接杆、下连接杆、左连接杆和右连接杆固定在一起，所述前十字架位于前支撑架内，所述中十字架位于中支撑架内，所述后十字架位于后支撑架内；所述前十字架的中心设置有第一安装孔，所述中十字架的中心设置有第二安装孔，所述左连接杆和右连接杆的前端均设置有风筒伸出轴。

上述的基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其特征在于：所述前支撑架的外侧均匀设置有多个外叶片连接耳，所述前支撑架的内侧均匀设置有多个内叶片连接耳，所述前支撑架的外侧且对应内叶片连接耳位置处设置有第一弹簧连接耳，所述外叶片连接耳和外叶片的数量相等，所述内叶片连接耳、第一弹簧连接耳和内叶片的数量相等。

上述的基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其特征在于：所述外叶片的后端外侧设置有第一风筒框架连接耳，所述外叶片的内侧中部设置有拉杆连接耳；所述内叶片的后端内侧设置有第二风筒框架连接耳，所述内叶片的外侧中部设置有第二弹簧连接耳；所述第一风筒框架连接耳与外叶片连接耳铰接，所述第二风筒框架连接耳与内叶片连接耳铰接，所述弹簧的一端与第二弹簧连接耳连接，所述弹簧的另一端与第二弹簧连接耳连接。

上述的基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其特征在于：所述风筒出风口调节机构包括第一步进电机、拉杆、螺杆和滑块，所述拉杆的一端与滑块铰接，所述拉杆的另一端与拉杆连接耳铰接，所述拉杆的数量与外叶片的数量相等，所述滑块安装在螺杆上且与螺杆螺纹配合，所述螺杆的一端穿过第二安装孔后与第一步进电机的输出轴固定连接，所述螺杆的另一端穿过第一安装孔，所述螺杆与前十字架和中十字架均转动连接，所述第一步进电机安装在中十字架上。

上述的基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其特征在于：所述U型架的顶部中心设置有传感器过孔和四个连接孔，四个所述连接孔对称设置在传感器过孔的外周；所述U型架的右侧下部设置有第一风筒伸出轴连接孔和电机支撑架连接孔，所述第一风筒伸出轴连接孔位于电机支撑架连接孔的上方，所述U型架的左侧下部设置有第二风筒伸出轴连接孔和传感器支撑架连接孔，所述第二风筒伸出轴连接孔位于传感器支撑架连接孔的下方；所述安装杆设置在U型架的右侧底部，所述U型架的拐角处设置有加强筋。

上述的基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其特征在于：所述上下摆动机构包括电机支撑架和第二步进电机，所述第二步进电机安装在电机支撑架上，所述电机支撑架经穿过电机支撑架连接孔的螺栓固定在U型架上；所述右连接杆前端的所述风筒伸出轴穿过第一风筒伸出轴连接孔后与第二步进电机的输出轴固定连接，所述左连接杆前端的所述风筒伸出轴穿过第二风筒伸出轴连接孔，所述风筒伸出轴通过轴承与U型架转动连接。

上述的基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其特征在于：所述水平转动齿轮机构包括第三步进电机、上壳体、下壳体、连接座、小齿轮、大齿轮和推力球轴承，所述上壳体和下壳体固定连接，所述小齿轮、大齿轮和推力球轴承均设置在下壳体内，所述连接座固定在下壳体的下部，所述第三步进电机竖直安装在上壳体上，所述小齿轮固定安装在第三步进电机的输出轴上，所述大齿轮通过推力球轴承安装在下壳体内，所述小齿轮与大齿轮相啮合，所述大齿轮的底部经穿过连接孔的螺栓固定在U型架上。

上述的基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其特征在于：所述滑移小车机构包括第四步进电机、小车框架和V型滑轮，所述小车框架为倒T字形结构，所述V型滑轮的数量为两个，两个所述V型滑轮分别安装在小车框架的竖直梁两侧且能够沿着齿条轨道的上侧滑行，所述第四步进电机安装在小车框架的下部，所述第四步进电机的输出轴上固定安装有传动齿轮，所述传动齿轮与齿条轨道下侧的齿相啮合，所述小车框架的底部固定在上壳体上。

上述的基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其特征在于：所述第一风筒框架连接耳与外叶片连接耳铰接的铰接轴上安装有用于测量叶片开合角度的第一增量式光电编码器，所述左连接杆前端的所述风筒伸出轴端部安装有用于测量所述通风风筒上下摆动角度的第二增量式光电编码器，所述连接座上安装有用于测量所述通风风筒水平转动角度的第三增量式光电编码器，所述小车框架的水平梁前端底部安装有用于测量风筒出风口距煤矿掘进端头距离的激光测距传感器，所述齿条轨道的两端均设置有用于测量滑移小车机构在齿条轨道上两端极限距离的电感式传感器；所述第一增量式光电编码器、第二增量式光电编码器、第三增量式光电编码器、激光测距传感器和电感式传感器均与PLC可编程控制器的输入端相接，所述PLC可编程控制器的输出端与第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机和第四步进电机均相接。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明结构简单，安装使用方便，安全可靠性高，基于PLC控制，极大的减轻了人工调控风筒的劳动力。

2、本发明在对掘进工作面端头区域全风场风流特征以及煤尘和瓦斯运移规律研究的基础上，通过改变出风口角度，合理控制巷道内风流场，有效解决了现有风筒通风过程中定角度吹风，容易造成瓦斯、粉尘积聚和巷道内容易形成涡流的问题，可合理控制巷道内风流场。

3、本发明在掘进工作面风流特性的基础上，实现了煤矿通风的可调可控，促进了煤矿的精细化管理，具有很强的实际应用价值。

4、本发明在不增加风量的基础上能够实现增加出风口风速，优化巷道风流场的作用，工作可靠性高，节省了资源，实用性强。

5、本发明可有效防止在有限空间气体射流在掘进工作面容易形成涡流，使煤尘等有害物质积聚在端头工作面，具有爆炸危险的煤尘达到一定浓度时，若在引爆火源的作用下发生爆炸的问题，可有效减少矿毁人亡，减少损失，提高了煤矿安全。

6、本发明设备投入和维护成本较低，可以解决变频风机风流方向和前后位置不能调节问题、节约变频风机设备投入和维护成本，避免大风量运行的电能损耗，减少抽放瓦斯、降尘及灾害事故所造成的经济损失，为井下工作人员创造良好健康工作环境，提高煤矿掘进工作面通风管理水平。

综上所述，本发明将原有普通风筒出风口进行了结构的改变，可以实现风筒出风口的智能化调节，结合传感器和步进电机，通过PLC控制器的控制，电动控制风筒出风口的大小，即风筒内风流风速的大小，以及风筒出风口角度的不同，可以通过增量式编码器以及电动机控制，实现出风口的在不同角度的摆动，从而使风流可以在不同角度吹出，以合理控制巷道内风流场为，井下工作人员创造健康舒适的工作环境，达到安全、高效、绿色通风目的。

下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明去除风筒布后的结构示意图。

图3为图2旋转一定角度后的结构示意图。

图4为本发明风筒框架的结构示意图。

图5为本发明外叶片的结构示意图。

图6为图5旋转一定角度后的结构示意图。

图7为本发明内叶片的结构示意图。

图8为图7旋转一定角度后的结构示意图。

图9为本发明去除齿条轨道、水平转动齿轮机构、滑移小车机构和U型架后的结构示意图。

图10为本发明U型架的结构示意图。

图11为本发明水平转动齿轮机构的结构示意图。

图12为本发明下壳体的结构示意图。

图13为本发明上壳体的结构示意图。

图14为本发明小齿轮、大齿轮和推力球轴承的位置关系示意图。

图15为本发明齿条轨道和滑移小车机构的位置关系示意图。

图16为本发明滑移小车机构去除第四步进电机后的结构示意图。

附图标记说明:

1—风筒出风口；1-1—外叶片；1-11—第一风筒框架连接耳；

1-21—拉杆连接耳；1-2—内叶片；1-21—第二风筒框架连接耳；

1-22—第二弹簧连接耳；1-3—弹簧；1-4—拉杆；

1-5—第一步进电机；1-6—滑块；1-7—螺杆；

1-8—第一增量式光电编码器；2—U型架；2-1—传感器过孔；

2-2—连接孔；2-3—第一风筒伸出轴连接孔；2-4—电机支撑架连接孔；

2-5—第二风筒伸出轴连接孔；2-6—传感器支撑架连接孔；

2-7—加强筋；3—齿条轨道；3-1—轨道挂钩；

3-2—电感式传感器；4—PLC可编程控制器；5-1—风筒框架；

5-2—风筒布；5-11—前支撑架；5-12—中支撑架；

5-13—后支撑架；5-14—前十字架；5-15—中十字架；

5-16—后十字架；5-17—上连接杆；5-18—下连接杆；

5-19—左连接杆；5-20—右连接杆；5-111—外叶片连接耳；

5-112—内叶片连接耳；5-113—第一弹簧连接耳；5-141—第一安装孔；

5-151—第二安装孔；6—水平转动齿轮机构；6-1—第三步进电机；

6-2—上壳体；6-3—下壳体；6-4—连接座；

6-5—小齿轮；6-6—大齿轮；6-7—推力球轴承；

6-8—第三增量式光电编码器；7—滑移小车机构；

7-1—激光测距传感器；7-2—传动齿轮；7-3—小车框架；

7-4—V型滑轮；8—安装杆；9—第四步进电机；

10—风筒伸出轴；11—电机支撑架；12—第二步进电机；

13—第二增量式光电编码器。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明包括U型架2、齿条轨道3、通风风筒和PLC可编程控制器4，所述U型架2设置在齿条轨道3的下方，所述U型架2倒置放置，所述通风风筒穿过U型架2且与U型架2的下端转动连接，所述U型架2的下端一侧安装有用于带动所述通风风筒上下摆动的上下摆动机构，所述U型架2的一侧下端连接安装杆8，所述PLC可编程控制器4安装在安装杆8的下部，所述U型架2的顶部中心安装有用于带动U型架2和所述通风风筒一起水平转动的水平转动齿轮机构6，所述水平转动齿轮机构6的顶部安装有带动U型架2、所述通风风筒和水平转动齿轮机构6一起沿着齿条轨道3来回滑移的滑移小车机构7，所述齿条轨道3的两端均设置轨道挂钩3-1；所述通风风筒包括风筒主体和风筒出风口1，所述风筒主体为圆柱形结构，所述风筒出风口1为圆台形结构，所述风筒出风口1的大端与所述风筒主体的前端连接，所述风筒主体包括风筒框架5-1和设置在风筒框架5-1外的风筒布5-2，所述风筒出风口1包括呈间隔设置的多个外叶片1-1和多个内叶片1-2，所述外叶片1-1和内叶片1-2的后端均与风筒框架5-1的前端铰接，所述内叶片1-2的外壁与风筒框架5-1之间连接有弹簧1-3，所述通风风筒内设置有用于调节风筒出风口1开口大小的风筒出风口调节机构。

如图4所示，所述风筒框架5-1包括前支撑架5-11、中支撑架5-12、后支撑架5-13和加固架，所述前支撑架5-11安装在所述加固架的前部外侧，所述中支撑架5-12安装在所述加固架的中部外侧，所述后支撑架5-13安装在所述加固架的后部外侧，所述前支撑架5-11、中支撑架5-12和后支撑架5-13均为圆形架，所述加固架包括前十字架5-14、中十字架5-15和后十字架5-16，所述前十字架5-14、中十字架5-15与后十字架5-16通过上连接杆5-17、下连接杆5-18、左连接杆5-19和右连接杆5-20固定在一起，所述前十字架5-14位于前支撑架5-11内，所述中十字架5-15位于中支撑架5-12内，所述后十字架5-16位于后支撑架5-13内；所述前十字架5-14的中心设置有第一安装孔5-141，所述中十字架5-15的中心设置有第二安装孔5-151，所述左连接杆5-19和右连接杆5-20的前端均设置有风筒伸出轴10。风筒框架5-1计成一个筒架结构，经计算风筒体的重量大大降低(经计算为9.7kg)，为了保证密封性问题，在风筒框架5-1外采用螺栓固定有风筒布5-2。

如图4所示，所述前支撑架5-11的外侧均匀设置有多个外叶片连接耳5-111，所述前支撑架5-11的内侧均匀设置有多个内叶片连接耳5-112，所述前支撑架5-11的外侧且对应内叶片连接耳5-112位置处设置有第一弹簧连接耳5-113，所述外叶片连接耳5-111和外叶片1-1的数量相等，所述内叶片连接耳5-112、第一弹簧连接耳5-113和内叶片1-2的数量相等。

如图5至8所示，所述外叶片1-1的后端外侧设置有第一风筒框架连接耳1-11，所述外叶片1-1的内侧中部设置有拉杆连接耳1-21；所述内叶片1-2的后端内侧设置有第二风筒框架连接耳1-21，所述内叶片1-2的外侧中部设置有第二弹簧连接耳1-22；所述第一风筒框架连接耳1-11与外叶片连接耳5-111铰接，所述第二风筒框架连接耳1-21与内叶片连接耳5-112铰接，所述弹簧1-3的一端与第二弹簧连接耳1-22连接，所述弹簧1-3的另一端与第二弹簧连接耳1-22连接。

弹簧1-3一端拉着内叶片1-2，一端连接着风筒主体，起到开合叶片时的外拉力作用，在外叶片1-1打开或关闭时，内叶片1-2都与外叶片1-1紧密贴合，可以起到一个良好的防漏风作用。内叶片1-2和外叶片1-1的数量均为六个，内叶片1-2和外叶片1-1均为圆弧形叶片，内叶片1-2的叶片曲率小于外叶片1-1的叶片曲率，这样既解决了叶片之间干涉问题，又增加了叶片间的重合度，减少了漏风。

如图9所示，所述风筒出风口调节机构包括第一步进电机1-5、拉杆1-4、螺杆1-7和滑块1-6，所述拉杆1-4的一端与滑块1-6铰接，所述拉杆1-4的另一端与拉杆连接耳1-21铰接，所述拉杆1-4的数量与外叶片1-1的数量相等，所述滑块1-6安装在螺杆1-7上且与螺杆1-7螺纹配合，所述螺杆1-7的一端穿过第二安装孔5-151后与第一步进电机1-5的输出轴固定连接，所述螺杆1-7的另一端穿过第一安装孔5-141，所述螺杆1-7与前十字架5-14和中十字架5-15均转动连接，所述第一步进电机1-5安装在中十字架5-15上。

风筒出风口调节机构可以实现通风风筒不同口径的变化，通过叶片的开合，实现出风口直径变化，进而实现对风速的调节。风筒出风口调节机构基于曲柄滑块机构原理进行设计，曲柄滑块机构可以很好的将运动形式传至所有叶片，且机构结构简单。驱动时，第一步进电机1-5转动时带动螺杆1-7转动，最终可以实现滑块1-6沿螺杆1-7前后移动，进而带动内叶片1-2和外叶片1-1开合，实现风筒出风口直径大小变化，进而改变风速大小。此处，所采用传动形式为滑动螺旋传动，它具有传动简单，便于制造，成本低的特点。螺杆1-7采用梯形螺杆。

如图10所示，所述U型架2的顶部中心设置有传感器过孔2-1和四个连接孔2-2，四个所述连接孔2-2对称设置在传感器过孔2-1的外周；所述U型架2的右侧下部设置有第一风筒伸出轴连接孔2-3和电机支撑架连接孔2-4，所述第一风筒伸出轴连接孔2-3位于电机支撑架连接孔2-4的上方，所述U型架2的左侧下部设置有第二风筒伸出轴连接孔2-5和传感器支撑架连接孔2-6，所述第二风筒伸出轴连接孔2-5位于传感器支撑架连接孔2-6的下方；所述安装杆8设置在U型架2的右侧底部，所述U型架2的拐角处设置有加强筋2-7。

如图2所示，所述上下摆动机构包括电机支撑架11和第二步进电机12，所述第二步进电机12安装在电机支撑架11上，所述电机支撑架11经穿过电机支撑架连接孔2-4的螺栓固定在U型架2上；所述右连接杆5-20前端的所述风筒伸出轴穿过第一风筒伸出轴连接孔2-3后与第二步进电机12的输出轴固定连接，所述左连接杆5-19前端的所述风筒伸出轴穿过第二风筒伸出轴连接孔2-5，所述风筒伸出轴10通过轴承与U型架2转动连接。第二步进电机12带动风筒伸出轴转动，风筒伸出轴固定在风筒框架5-1上，使得整体装置垂直方向上下摆动。

上下摆动机构实现通风风筒垂直方向角度变化，当第二步进电机12转动时，便可实现风筒体垂直方向摆动的功能。

如图11至14所示，所述水平转动齿轮机构6包括第三步进电机6-1、上壳体6-2、下壳体6-3、连接座6-4、小齿轮6-5、大齿轮6-6和推力球轴承6-7，所述上壳体6-2和下壳体6-3固定连接，所述小齿轮6-5、大齿轮6-6和推力球轴承6-7均设置在下壳体6-3内，所述连接座6-4固定在下壳体6-3的下部，所述第三步进电机6-1竖直安装在上壳体6-2上，所述小齿轮6-5固定安装在第三步进电机6-1的输出轴上，所述大齿轮6-6通过推力球轴承6-7安装在下壳体6-3内，所述小齿轮6-5与大齿轮6-6相啮合，所述大齿轮6-6的底部经穿过连接孔2-2的螺栓固定在U型架2上。

推力球轴承6-7下部坐圈的外圈通过过盈配合安装于下壳体6-3中，下部坐圈内部孔通过间隙配合与大齿轮6-6端部伸出的轴配合，上部轴圈外圈通过间隙配合安装于下壳体6-3中，上部轴圈内部孔通过过盈配合与大齿轮6-6端部伸出轴配合。如此，大齿轮6-6转动时，既可以驱动U型架2转动，又可以保持在一个固定的位置。

水平转动齿轮机构6实现通风风筒水平方向角度变化，第三步进电机6-1带动小齿轮6-5转动，由于小齿轮6-5与大齿轮6-6相啮合，因此，小齿轮6-5带动大齿轮6-6转动，大齿轮6-6带动U型架2转动，从而实现整体装置水平转动。

如图15和16所示，所述滑移小车机构7包括第四步进电机9、小车框架7-3和V型滑轮7-4，所述小车框架7-3为倒T字形结构，所述V型滑轮7-4的数量为两个，两个所述V型滑轮7-4分别安装在小车框架7-3的竖直梁两侧且能够沿着齿条轨道3的上侧滑行，所述第四步进电机9安装在小车框架7-3的下部，所述第四步进电机9的输出轴上固定安装有传动齿轮7-2，所述传动齿轮7-2与齿条轨道3下侧的齿相啮合，所述小车框架7-3的底部固定在上壳体6-2上。

滑移小车机构7实现通风风筒前后位置的变化，滑移小车机构7基于齿轮齿条机构原理进行设计，该机构的作用为实现本智能调控装置前后位置变化，也即带动通风风筒、开合机构及摆动机构沿巷道前后移动。第四步进电机9驱动传动齿轮7-2转动，传动齿轮7-2沿齿条轨道3滚动，而电机安装于小车框架7-3，V型滑轮7-4又安装于小车框架7-3，故V型滑轮7-4将沿齿条背部的V型槽滚动。本机构最大的优点在于，将滚轮放齿条上面，将齿轮放齿条下面，若将齿轮放上面(此时齿轮兼顾滚轮作用，不需要滚轮)，齿轮将由于装置其余部分重力作用压在齿条上，将使行走困难，而采用此种结构，既充分发挥了齿轮作为驱动部件的作用，又发挥了滚轮的承载作用，受力将非常良好。

如图2所示，所述第一风筒框架连接耳1-11与外叶片连接耳5-111铰接的铰接轴上安装有用于测量叶片开合角度的第一增量式光电编码器1-8，所述左连接杆5-19前端的所述风筒伸出轴端部安装有用于测量所述通风风筒上下摆动角度的第二增量式光电编码器13，所述连接座6-4上安装有用于测量所述通风风筒水平转动角度的第三增量式光电编码器6-8，所述小车框架7-3的水平梁前端底部安装有用于测量风筒出风口1距煤矿掘进端头距离的激光测距传感器7-1，所述齿条轨道3的两端均设置有用于测量滑移小车机构7在齿条轨道3上两端极限距离的电感式传感器3-2；所述第一增量式光电编码器1-8、第二增量式光电编码器13、第三增量式光电编码器6-8、激光测距传感器7-1和电感式传感器3-2均与PLC可编程控制器4的输入端相接，所述PLC可编程控制器4的输出端与第一步进电机1-5、第二步进电机12、第三步进电机6-1和第四步进电机9均相接。

本实施例中，PLC可编程控制器4采用西门子PLC可编程控制器，PLC可编程控制器4输入的信号包括：齿条两端的电感式传感器3-2的开关信号，安装于实现风筒垂直方向、水平方向摆动处及叶片铰接处的三个增量式旋转编码器的输入脉冲信号，安装于小车框架7-3的水平梁上的激光测距传感器7-1的反馈信号；PLC可编程控制器4输出的开关量包括第一步进电机1-5、第二步进电机12、第三步进电机6-1和第四步进电机9的控制信号。

具体的，第一增量式光电编码器1-8、第二增量式光电编码器13和第三增量式光电编码器6-8均采用GJJ50矿用本安型激光测距传感器，激光测距传感器7-1采用BQH12矿用本安型增量式光电编码器，电感式传感器3-2采用GUC100矿用本安型电感式接近开关传感器，PLC可编程控制器4选取西门子S7-200可编程控制器。装置实时调控时，首先PLC可编程控制器4获取激光测距传感器7-1传入的距离数据，PLC可编程控制器4根据该数据获取通风风口直径大小与出风口角度大小，PLC可编程控制器4输出控制信号控制同步电机运动，达到调控目的。

轨道挂钩3-1是用来悬挂齿条轨道3，其承受整个装置的重量；电感式传感器3-2是用来检测滑移小车机构7的位移情况，规定滑移小车机构7直线来回位移的极限位置；第四步进电机9是用来给滑移小车机构7提供动力。

本发明的工作原理为：本装置是用于煤矿掘进工作面调节达到最佳风场通风，基于PLC控制的风筒出风口调控装置，整体装置可以实现四个功能：第一、实现通风风筒不同口径的变化；第二、实现通风风筒水平方向角度变化；第三、实现通风风筒垂直方向角度变化；第四、实现通风风筒前后位置的变化。据此，整体装置分为四个相对应的机构，分别为风筒出风口调节机构、水平转动齿轮机构6、上下摆动机构和滑移小车机构7，以及整体装置的PLC控制部分。解决了目前掘进工作面局部通风机风筒一般是固定安装在掘进巷道侧壁，位置较偏，结构单一，而掘进工作端头的瓦斯和粉尘散布情况时刻发生这变化，原本粗放式的通风模式不能有效改善工作面上隅角等位置处瓦斯和粉尘积聚状况，从而导致作业区域存在瓦斯、粉尘浓度过高等安全隐患，将直接影响掘进作业的正常安全进行。本装置针对煤矿掘进工作面的上存在这些问题，可以合理控制巷道内风流场。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其特征在于：包括U型架(2)、齿条轨道(3)、通风风筒和PLC可编程控制器(4)，所述U型架(2)设置在齿条轨道(3)的下方，所述U型架(2)倒置放置，所述通风风筒穿过U型架(2)且与U型架(2)的下端转动连接，所述U型架(2)的下端一侧安装有用于带动所述通风风筒上下摆动的上下摆动机构，所述U型架(2)的一侧下端连接安装杆(8)，所述PLC可编程控制器(4)安装在安装杆(8)的下部，所述U型架(2)的顶部中心安装有用于带动U型架(2)和所述通风风筒一起水平转动的水平转动齿轮机构(6)，所述水平转动齿轮机构(6)的顶部安装有带动U型架(2)、所述通风风筒和水平转动齿轮机构(6)一起沿着齿条轨道(3)来回滑移的滑移小车机构(7)，所述齿条轨道(3)的两端均设置轨道挂钩(3-1)；所述通风风筒包括风筒主体和风筒出风口(1)，所述风筒主体为圆柱形结构，所述风筒出风口(1)为圆台形结构，所述风筒出风口(1)的大端与所述风筒主体的前端连接，所述风筒主体包括风筒框架(5-1)和设置在风筒框架(5-1)外的风筒布(5-2)，所述风筒出风口(1)包括呈间隔设置的多个外叶片(1-1)和多个内叶片(1-2)，所述外叶片(1-1)和内叶片(1-2)的后端均与风筒框架(5-1)的前端铰接，所述内叶片(1-2)的外壁与风筒框架(5-1)之间连接有弹簧(1-3)，所述通风风筒内设置有用于调节风筒出风口(1)开口大小的风筒出风口调节机构。

2.按照权利要求1所述的基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其特征在于：所述风筒框架(5-1)包括前支撑架(5-11)、中支撑架(5-12)、后支撑架(5-13)和加固架，所述前支撑架(5-11)安装在所述加固架的前部外侧，所述中支撑架(5-12)安装在所述加固架的中部外侧，所述后支撑架(5-13)安装在所述加固架的后部外侧，所述前支撑架(5-11)、中支撑架(5-12)和后支撑架(5-13)均为圆形架，所述加固架包括前十字架(5-14)、中十字架(5-15)和后十字架(5-16)，所述前十字架(5-14)、中十字架(5-15)与后十字架(5-16)通过上连接杆(5-17)、下连接杆(5-18)、左连接杆(5-19)和右连接杆(5-20)固定在一起，所述前十字架(5-14)位于前支撑架(5-11)内，所述中十字架(5-15)位于中支撑架(5-12)内，所述后十字架(5-16)位于后支撑架(5-13)内；所述前十字架(5-14)的中心设置有第一安装孔(5-141)，所述中十字架(5-15)的中心设置有第二安装孔(5-151)，所述左连接杆(5-19)和右连接杆(5-20)的前端均设置有风筒伸出轴(10)。

3.按照权利要求2所述的基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其特征在于：所述前支撑架(5-11)的外侧均匀设置有多个外叶片连接耳(5-111)，所述前支撑架(5-11)的内侧均匀设置有多个内叶片连接耳(5-112)，所述前支撑架(5-11)的外侧且对应内叶片连接耳(5-112)位置处设置有第一弹簧连接耳(5-113)，所述外叶片连接耳(5-111)和外叶片(1-1)的数量相等，所述内叶片连接耳(5-112)、第一弹簧连接耳(5-113)和内叶片(1-2)的数量相等。

4.按照权利要求3所述的基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其特征在于：所述外叶片(1-1)的后端外侧设置有第一风筒框架连接耳(1-11)，所述外叶片(1-1)的内侧中部设置有拉杆连接耳(1-21)；所述内叶片(1-2)的后端内侧设置有第二风筒框架连接耳(1-21)，所述内叶片(1-2)的外侧中部设置有第二弹簧连接耳(1-22)；所述第一风筒框架连接耳(1-11)与外叶片连接耳(5-111)铰接，所述第二风筒框架连接耳(1-21)与内叶片连接耳(5-112)铰接，所述弹簧(1-3)的一端与第二弹簧连接耳(1-22)连接，所述弹簧(1-3)的另一端与第二弹簧连接耳(1-22)连接。

5.按照权利要求4所述的基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其特征在于：所述风筒出风口调节机构包括第一步进电机(1-5)、拉杆(1-4)、螺杆(1-7)和滑块(1-6)，所述拉杆(1-4)的一端与滑块(1-6)铰接，所述拉杆(1-4)的另一端与拉杆连接耳(1-21)铰接，所述拉杆(1-4)的数量与外叶片(1-1)的数量相等，所述滑块(1-6)安装在螺杆(1-7)上且与螺杆(1-7)螺纹配合，所述螺杆(1-7)的一端穿过第二安装孔(5-151)后与第一步进电机(1-5)的输出轴固定连接，所述螺杆(1-7)的另一端穿过第一安装孔(5-141)，所述螺杆(1-7)与前十字架(5-14)和中十字架(5-15)均转动连接，所述第一步进电机(1-5)安装在中十字架(5-15)上。

6.按照权利要求5所述的基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其特征在于：所述U型架(2)的顶部中心设置有传感器过孔(2-1)和四个连接孔(2-2)，四个所述连接孔(2-2)对称设置在传感器过孔(2-1)的外周；所述U型架(2)的右侧下部设置有第一风筒伸出轴连接孔(2-3)和电机支撑架连接孔(2-4)，所述第一风筒伸出轴连接孔(2-3)位于电机支撑架连接孔(2-4)的上方，所述U型架(2)的左侧下部设置有第二风筒伸出轴连接孔(2-5)和传感器支撑架连接孔(2-6)，所述第二风筒伸出轴连接孔(2-5)位于传感器支撑架连接孔(2-6)的下方；所述安装杆(8)设置在U型架(2)的右侧底部，所述U型架(2)的拐角处设置有加强筋(2-7)。

7.按照权利要求6所述的基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其特征在于：所述上下摆动机构包括电机支撑架(11)和第二步进电机(12)，所述第二步进电机(12)安装在电机支撑架(11)上，所述电机支撑架(11)经穿过电机支撑架连接孔(2-4)的螺栓固定在U型架(2)上；所述右连接杆(5-20)前端的所述风筒伸出轴穿过第一风筒伸出轴连接孔(2-3)后与第二步进电机(12)的输出轴固定连接，所述左连接杆(5-19)前端的所述风筒伸出轴穿过第二风筒伸出轴连接孔(2-5)，所述风筒伸出轴(10)通过轴承与U型架(2)转动连接。

8.按照权利要求7所述的基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其特征在于：所述水平转动齿轮机构(6)包括第三步进电机(6-1)、上壳体(6-2)、下壳体(6-3)、连接座(6-4)、小齿轮(6-5)、大齿轮(6-6)和推力球轴承(6-7)，所述上壳体(6-2)和下壳体(6-3)固定连接，所述小齿轮(6-5)、大齿轮(6-6)和推力球轴承(6-7)均设置在下壳体(6-3)内，所述连接座(6-4)固定在下壳体(6-3)的下部，所述第三步进电机(6-1)竖直安装在上壳体(6-2)上，所述小齿轮(6-5)固定安装在第三步进电机(6-1)的输出轴上，所述大齿轮(6-6)通过推力球轴承(6-7)安装在下壳体(6-3)内，所述小齿轮(6-5)与大齿轮(6-6)相啮合，所述大齿轮(6-6)的底部经穿过连接孔(2-2)的螺栓固定在U型架(2)上。

9.按照权利要求8所述的基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其特征在于：所述滑移小车机构(7)包括第四步进电机(9)、小车框架(7-3)和V型滑轮(7-4)，所述小车框架(7-3)为倒T字形结构，所述V型滑轮(7-4)的数量为两个，两个所述V型滑轮(7-4)分别安装在小车框架(7-3)的竖直梁两侧且能够沿着齿条轨道(3)的上侧滑行，所述第四步进电机(9)安装在小车框架(7-3)的下部，所述第四步进电机(9)的输出轴上固定安装有传动齿轮(7-2)，所述传动齿轮(7-2)与齿条轨道(3)下侧的齿相啮合，所述小车框架(7-3)的底部固定在上壳体(6-2)上。

10.按照权利要求9所述的基于PLC控制的煤矿掘进通风风筒出风口调控装置，其特征在于：所述第一风筒框架连接耳(1-11)与外叶片连接耳(5-111)铰接的铰接轴上安装有用于测量叶片开合角度的第一增量式光电编码器(1-8)，所述左连接杆(5-19)前端的所述风筒伸出轴端部安装有用于测量所述通风风筒上下摆动角度的第二增量式光电编码器(13)，所述连接座(6-4)上安装有用于测量所述通风风筒水平转动角度的第三增量式光电编码器(6-8)，所述小车框架(7-3)的水平梁前端底部安装有用于测量风筒出风口(1)距煤矿掘进端头距离的激光测距传感器(7-1)，所述齿条轨道(3)的两端均设置有用于测量滑移小车机构(7)在齿条轨道(3)上两端极限距离的电感式传感器(3-2)；所述第一增量式光电编码器(1-8)、第二增量式光电编码器(13)、第三增量式光电编码器(6-8)、激光测距传感器(7-1)和电感式传感器(3-2)均与PLC可编程控制器(4)的输入端相接，所述PLC可编程控制器(4)的输出端与第一步进电机(1-5)、第二步进电机(12)、第三步进电机(6-1)和第四步进电机(9)均相接。