CN108223013A - 一种基于振动的煤矸识别试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于振动的煤矸识别试验系统，属于煤矸识别设备技术领域。其包括抓料机构、放料机构、升降机构、冲料机构、振动机构和移动机构，其中抓料机构通过电机启动实现三个轴向丝杠转动继而带动机械手实现三维空间内的自由移动，保障机械手在抓料放料时没有任何位置障碍，同时由于丝杠传动的引入不仅使得抓取与放料过程中具备高精度与刚度，还保证了传动的平稳性，为物料的放置与位置调整提供了有力保障；采取的振动机构可实现振动板的多角度变换，实现大范围信号测取。本发明试验系统可避免出现放煤过程中的过放与欠放状况，为有效节约资源，高效开采，实现放顶煤自动化放煤过程。

Description

一种基于振动的煤矸识别试验系统

技术领域

本发明涉及煤矸识别设备技术领域，具体涉及一种基于振动的煤矸识别试验系统。

背景技术

煤炭是我国的重要能源，在己探明的化石能资源中煤炭约占94％，是国民经济和社会发展不可缺少的物质基础。为实现有效开采和利用煤炭资源，综采放顶煤开采技术得到了广泛运用，综采放顶煤是厚煤层开采的一种煤炭回采方法，能够实现高产、高效、低耗，但长期以来，放顶煤开采存在工作面环境恶劣、粉尘噪声多，光靠人工很难准确判断顶煤的放落程度，因此不可避免地导致放煤过程中的欠放和过放状况。欠放会使煤炭损失，造成回收率降低；过放则会将顶板矸石大量放出而增加运输及洗选成本，降低煤质。同时放煤过程人员劳动强度大，人力投入多。

如何根据煤炭放落程度确定放煤口放煤时间是综采放顶煤开采过程中遇到的难题。再者，随着采煤工作面产量增加，需要提高液压支架移架速度，提高移架速度的有效方法是采用自动程序控制电液放顶煤支架代替人工手动控制的放顶煤支架，人工目测判断顶煤放落程度、手动控制放煤口启闭的方法已不再适用电液放顶煤支架操作需要。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的技术缺陷，本发明提出了一种基于振动的煤矸识别试验系统，该试验系统基于振动模拟不同尾梁放煤状态下(顶煤下落和煤矸混放)对振动信号进行时域分析，提取出均值、方差等时域特征量，将煤矸界面识别简化为顶煤下落和煤矸混放两种放煤状态的判别，利用煤和矸石随机下落冲击尾梁过程中的振动行为具有统计规律的理论依据，分析煤与矸石下落过程的冲击振动，实现煤与矸石的区别，避免出现放煤过程中的过放与欠放状况，为有效节约资源，高效开采，实现放顶煤自动化放煤过程。

其技术解决方案包括：

一种基于振动的煤矸识别试验系统，其包括抓料机构、放料机构、升降机构、冲料机构、振动机构和移动机构，所述移动机构包括移动支架以及位于所述移动支架下方的转向脚轮，通过所述转向脚轮带动所述试验系统移动；

所述升降机构包括电机一、齿轮、齿条、滑块一、滑块二、导轨一、导轨二、气缸和齿条固结件，所述导轨一、导轨二呈竖向布置，其二者底部连接在所述移动支架上，所述滑块一、滑块二分别位于所述导轨一、导轨二上，所述电机一用于驱动所述齿轮转动，所述齿轮与齿条相互啮合，通过所述齿轮与齿条的相互啮合、滑块一与导轨一、滑块二与导轨二的相互配合带动整个试验系统上下移动，当整个试验系统移动到指定位置时，所述气缸启动伸出所述导杆齿条固结件，通过所述导杆齿条固结件与所述齿条的相互卡紧来实现固定；

所述振动机构包括两个竖向设置的电动推杆一、电动推杆二、活动铰链一、活动铰链二和振动板，所述振动板位于所述电动推杆一、电动推杆二的顶端，所述振动板与电动推杆一、电动推杆二之间分别通过所述活动铰链一、活动铰链二连接；

所述冲料机构包括电机二、丝杠一、导杆一、导杆二、冲料块和冲料板，所述导杆一和导杆二位于所述丝杆一两侧，且平行布置，所述电机二驱动所述丝杠一转动，所述导杆一、导杆二的下方为所述冲料板，所述冲料板下方设置所述冲料块，所述冲料板在所述丝杠一、导杆一和导杆二的作用下实现垂直升降，同时由所述冲料板带动冲料块向下冲料实现物料的自由下落；

所述抓料机构用于将抓取的物料放置在所述放料机构上，所述放料机构通过所述冲料机构和所述升降机构共同作用，将所述物料送至所述振动机构冲击所述振动板。

作为本发明的一个优选方案，所述抓料机构包括机械卡爪和设置在X、Y、Z三个方向的电机三、电机四和电机五，所述电机三、电机四和电机五分别与传动丝杠一、传动丝杠二和传动丝杠三连接，在所述传动丝杠一、传动丝杠二和传动丝杠三的两侧均平行设置有传动导杆，每个传动导杆均连接有连接板，所述电机三、电机四和电机五分别驱动所述传动丝杠一、传动丝杠二和传动丝杠三转动，并带动其两侧的传动导杆运动。

作为本发明的另一个优选方案，所述机械卡爪包括齿轮连杆机构，通过所述电机三带动所述齿轮连杆机构转动。

优选的，所述放料机构包括底板、放料板、合页和压簧所述放料板的中部设置有凹槽，所述放料板的一端与所述底板铰接在一起，所述压簧设置在所述放料板上，所述合页固定在所述压簧上。

优选的，所述移动机构还包括调平部件，所述调平部件设置在所述支架上。

优选的，所述放料板设置有9个，所述底板与所述放料板的连接面为正方形，9个放料板在所述底板上呈三行三列的方式排布。

本发明所带来的有益技术效果为：

(1)采用三轴抓料机构，可实现三维空间内物料任意方位的抓取与放置，抓放料位置精准，结构稳固，大小适宜；

(2)采用齿轮齿条气缸升降系统，在实现高精传动与定位的同时，通过小型推杆与齿条配合实现自锁，确保升降机构在工作点的稳固停放。机械手结构采用独特的齿轮连杆配合方式，实现机械卡爪的自由卡紧与松放；

(3)采取的振动机构可实现振动板的多角度变换，实现大范围信号测取；

(4)放料机构，可实现放料板在约束条件下0－90°的自由开合，保障物料的稳固存放与自由下落。

(5)通过对移动机构的嵌入可实现试验系统的自由移动，适用于多种应用场合同时协同4个调平固定装置，保证试验台在工作时的平稳安全。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明试验系统整体结构示意图；

图2为本发明抓料机构结构示意图；

图3为本发明机械卡爪结构示意图；

图4、图5、图6、图7为本发明放料机构升降状态示意图；

图8、图9为本发明冲料机构结构示意图；

图10为本发明振动机构结构示意图；

图11为本发明移动机构结构示意图；

图中，1、X向电机；2、Y向电机；3、Z向电机；4、丝杠；5、丝杠；6、丝杠；7、X向连接板；8、Y向连接板；9、Z向连接板；10、X向导杆；11、X向导杆；12、Y向导杆；13、Y向导杆；14、Z向导杆；15，Z向导杆；16、电机；17、机械卡爪；18、齿轮连杆机构；19、齿轮连杆机构；20、连杆机构；21、连杆机构；22、放料机构；23、放料板；24、合页；25、压簧；26、电机；27、齿轮；28、齿条；29、滑块；30、滑块；31、导轨；32、导轨；33、气缸；34、齿条固结件；35、电机；36、齿轮；37、齿条；38、电机；39、齿轮；40电机；41、丝杠；42、导杆；43、导杆；44、冲料板；45、冲料块；46、电动推杆；47、活动铰链；48、活动铰链；49、振动板；50、重型转向脚轮；51、重型转向脚轮；52、重型转向脚轮；53、重型转向脚轮；54、调平装置；55、调平装置；56、调平装置；57、调平装置。

具体实施方式

本发明提出了一种基于振动的煤矸识别试验系统，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

结合图1至图8所示，本发明煤矸识别试验系统，包括抓料机构、放料机构、升降机构、冲料机构、振动机构和移动机构，抓料机构主要包括X向电机1、Y向电机2和Z向电机3，XYZ三个方向上的传动丝杠4、5、6与传动导杆以及机械卡爪17组成，X向电机1驱动传动丝杠4转动带动剩余的Y向以及Z向部件和机械卡爪17在X向导杆10与11上实现X向的水平前进以及后退运动，同理，在Y向电机2与驱动丝杠5以及Y向导杆12、13作用下Z向传动部件以及机械卡爪可以实现Y向的自由移动，此时通过Z向电机3驱动Z向驱动丝杠6带动机械卡爪17在Z向导杆14、15上实现机械卡爪17的竖直升降，以此实现在XYZ三个方向上的协同配合保障机械卡爪17的三向自由移动。

当处于抓料阶段时，X向电机1，Y向电机2，Z向电机3，分别驱动X向丝杠4，Y向丝杠5以及Z向丝杠6转动，通过X向连接板7，Y向连接板8，Z向连接板9分别在X向导杆10、11，Y向导杆12、13，以及Z向导杆14、15的三向移动，实现电机16与机械卡爪17的在三个方向上的自由移动保障机械手在抓料放料时没有任何位置障碍，在抓料位置确定后通过电机16驱动齿轮连杆机构18，19相互啮合并用齿轮连杆机构18，19与连杆机构20，21的运动副连接实现机械卡爪17的自由抓取，完成抓料的工作。

放料机构22主要由放料板23和合页24以及压簧25组成，放料板23位于放料机构22中可沿左侧(内部有细小轴放料版与小轴铰接)实现放料板的自由开合，同时压簧25被固定在合页上，压簧的右端抵在放料板23上保证未冲料时放料板不会向下开合，当冲料时压簧可以被弹性压缩实现放料板的向下开放使物料顺利放出。放料板的设计是根据物料大小来设定，比物料偏大，保证物料的有效放置，不会出现放料板过小无法放料的情况。同时，在放料板的中央挖圆槽，深度为1mm，保证球形物料在放置后能够自动对心，放置在中心位置，不会出现物料滑动的情况。合页放置在总固定板后，用于定位，固定弹簧所在位置，确保弹簧不会偏位以及保证弹簧在受压时能够为弹簧另外一端提供一个反向支撑力，顺利实现压簧的工作和非工作状态的自由切换。压簧在放料机构中起到非常重要的作用，当物料放置在放料板上时，压簧起到支撑作用，防止物料下落。当冲料装置冲料时，压簧受到压缩，似的放料板向下，物料沿放料口下方，最终实现下料功能。

当物料抓取结束后，通过机械卡爪17将抓取的物料分别放置在放料机构22的上的指定位置，例如将物料放置在放料板23上，通过安装在合页24下的压簧25实现对放料板23的支撑，保证物料放置后不会出现物料下落，实现物料的放置。

升降机构主要由电机26、齿轮27、齿条28、滑块29、滑块30、导轨31、导轨32、气缸33和齿条固结件34组成，电机26带动齿轮27转动，齿轮27与齿条28相互啮合，同时再通过滑块29、30与导轨31、32的相互配合带动整个上部工作台上下移动，当齿轮27上升或下降到指定位置后，气缸33启动伸出导杆齿条固结件34，实现位置确定后，齿条固结件34与齿条28的相互卡紧完成自锁，实现任意高度位置的固定。

滑动部分主要由电机35、齿轮36、齿条37、电机38以及齿轮39组成，齿轮35、36通过电机驱动分别带动抓料机构和冲料机构在齿条37上自由移动，实现对放料板的先抓放料再冲料的动作。

冲料机构主要由电机40、驱动丝杠41、导杆42与43、冲料板44以及冲料块45组成。电机40驱动丝杠41转动，通过冲料板44在丝杠41以及导杆42与43的作用下实现垂直升降，同时由冲料板44带动冲料块45向下冲料以及冲料行程结束后动作的升降，最终实现物料的自由下落。

振动机构主要由电动推杆46、活动铰链47、活动铰链48及振动板49组成，当物料下落时，通过调节电动推杆46与活动铰链47与48实现振动板49在从水平到倾斜的不同角度的自由变换，模拟冲击工况。

移动机构包括移动支架以及位于移动支架下方的重型转向脚轮50、51、52、53，在位置不便实验的时候，可通过重型转向脚轮50、51、52、53实现整个试验台的位置移动，并通过调平装置54、55、56、57实现整体试验台的调平与固定。

本发明试验系统基于振动模拟不同尾梁放煤状态下(顶煤下落和煤矸混放)对振动信号进行时域分析，提取出均值、方差等时域特征量，将煤矸界面识别简化为顶煤下落和煤矸混放两种放煤状态的判别，利用煤和矸石随机下落冲击尾梁过程中的振动行为具有统计规律的理论依据，分析煤与矸石下落过程的冲击振动，实现煤与矸石的区别，避免出现放煤过程中的过放与欠放状况，为有效节约资源，高效开采，实现放顶煤自动化放煤过程。

Claims (6)

1.一种基于振动的煤矸识别试验系统，其包括抓料机构、放料机构、升降机构、冲料机构、振动机构和移动机构，其特征在于：

所述移动机构包括移动支架以及位于所述移动支架下方的转向脚轮，通过所述转向脚轮带动所述试验系统移动；

所述升降机构包括电机一、齿轮、齿条、滑块一、滑块二、导轨一、导轨二、气缸和齿条固结件，所述导轨一、导轨二呈竖向布置，其二者底部连接在所述移动支架上，所述滑块一、滑块二分别位于所述导轨一、导轨二上，所述电机一用于驱动所述齿轮转动，所述齿轮与齿条相互啮合，通过所述齿轮与齿条的相互啮合、滑块一与导轨一、滑块二与导轨二的相互配合带动整个试验系统上下移动，当整个试验系统移动到指定位置时，所述气缸启动伸出所述导杆齿条固结件，通过所述导杆齿条固结件与所述齿条的相互卡紧来实现固定；

所述振动机构包括两个竖向设置的电动推杆一、电动推杆二、活动铰链一、活动铰链二和振动板，所述振动板位于所述电动推杆一、电动推杆二的顶端，所述振动板与电动推杆一、电动推杆二之间分别通过所述活动铰链一、活动铰链二连接；

所述冲料机构包括电机二、丝杠一、导杆一、导杆二、冲料块和冲料板，所述导杆一和导杆二位于所述丝杆一两侧，且平行布置，所述电机二驱动所述丝杠一转动，所述导杆一、导杆二的下方为所述冲料板，所述冲料板下方设置所述冲料块，所述冲料板在所述丝杠一、导杆一和导杆二的作用下实现垂直升降，同时由所述冲料板带动冲料块向下冲料实现物料的自由下落；

所述抓料机构用于将抓取的物料放置在所述放料机构上，所述放料机构通过所述冲料机构和所述升降机构共同作用，将所述物料送至所述振动机构冲击所述振动板。

2.根据权利要求1所述的基于振动的煤矸识别试验系统，其特征在于：所述抓料机构包括机械卡爪和设置在X、Y、Z三个方向的电机三、电机四和电机五，所述电机三、电机四和电机五分别连接有传动丝杠一、传动丝杠二和传动丝杠三，在所述传动丝杠一、传动丝杠二和传动丝杠三的两侧均平行设置有传动导杆，每个传动导杆均连接有连接板，所述电机三、电机四和电机五分别驱动所述传动丝杠一、传动丝杠二和传动丝杠三转动，并带动其两侧的传动导杆运动。

3.根据权利要求2所述的基于振动的煤矸识别试验系统，其特征在于：所述机械卡爪包括齿轮连杆机构，通过所述电机三带动所述齿轮连杆机构转动。

4.根据权利要求1所述的基于振动的煤矸识别试验系统，其特征在于：所述放料机构包括底板、放料板、合页和压簧所述放料板的中部设置有凹槽，所述放料板的一端与所述底板铰接在一起，所述压簧设置在所述放料板上，所述合页固定在所述压簧上。

5.根据权利要求1所述的基于振动的煤矸识别试验系统，其特征在于：所述移动机构还包括调平部件，所述调平部件设置在所述支架上。

6.根据权利要求4所述的基于振动的煤矸识别试验系统，其特征在于：所述放料板设置有9个，所述底板与所述放料板的连接面为正方形，9个放料板在所述底板上呈三行三列的方式排布。