CN109577976A - 一种新型煤矿采掘设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及煤矿开采设备技术领域，且公开了一种新型煤矿采掘设备，包括散热泵和散热水箱，散热泵为连续采煤机的冷却系统总泵，散热水箱为连续采煤机的冷却系统冷却液总箱，散热泵的进液口与散热水箱之间通过导流管连通，散热泵的出液口与散热机组的进液口通过导流管连通。本发明通过在各运行部的电机输出端安装转速传感器，由转速传感器测得各运行部实际输出转速，并与其额定转速比较，再由PLC控制器依据相对转速差调节各运行部的冷却调节阀处进液量来实现冷却性能再分配，避免通过温度升高来实现冷却性能再分配导致的散热滞后的问题，从而保证个运行部依据实际工况合理获得相应的散热能力，保障设备在多工况下的运行稳定性。

Description

一种新型煤矿采掘设备
技术领域
本发明涉及煤矿开采设备技术领域，具体为一种新型煤矿采掘设备。
背景技术
煤矿采掘设备是从截煤机发展演变而来，其中，连续采煤机因具备高效的采煤效率，已逐渐替代同类产品，主要用以巷道开掘和露天采煤，连续采煤机包括截割部、装煤部、运煤部、行走部以及液压系统、电气系统等。
上述组成结构运行中产生的热量通过连续采煤机的冷却系统进行冷却散热，以保证各设备组件的正常持久运行，现有技术中，连续采煤机的截割部宽度一般为3.3m，需要开采的巷道宽度为6.6m以内，需要先进行3.3m宽的切槽工序，再进行巷道剩余宽度的采垛工序，一方面，在采垛工序时，连续采煤机的截割部只有一侧进行开掘，另一方面，连续采煤机在截割煤层的过程中，总是会遇到不同硬度或厚度的夹矸、硬煤、特硬煤，损耗截割部的大量机械能并转化为内能。
由于连续采煤机的冷却系统对于各运行部产生的热量所提供的散热性能是固定不变的，即单位时间内的散热量不变，由此，造成散热性能分布不合理，无法依据实时工况使得各运行部的散热性能达到最佳，对此，也有提出依据各运行部温升，通过截流阀控制流往各运行部的冷却液量来调整散热性能的分布，但是，此种调节是基于各运行部温度升高后再进行冷却液量再分配工作，加之温度升高与降低均需时间段实现，其散热性能再分布具有严重的滞后性，对各运行部的产热设备仍然造成散热不及时的影响，设备的故障率仍然会很高，为此，提出一种连续采煤机的冷却系统，旨在解决上述问题。
发明内容
针对背景技术中提出的现有连续采煤机的冷却系统在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种新型煤矿采掘设备，具备冷却性能再分配实时性能、冷却液管道导流更稳定的优点，解决了上述背景技术中提出的因温升启动冷却性能再分配导致的散热滞后的问题。
本发明提供如下技术方案：一种新型煤矿采掘设备，包括散热泵和散热水箱，所述散热泵为连续采煤机的冷却系统总泵，所述散热水箱为连续采煤机的冷却系统冷却液总箱，所述散热泵的进液口与散热水箱之间通过导流管连通，所述散热泵的出液口与散热机组的进液口通过导流管连通，所述散热机组的出液口与散热水箱通过导流管连通，所述散热机组包括行走电机、运输机电机、泵站电机、截割电机和铲板电机，所述散热机组的进液总口通往所述行走电机、运输机电机、泵站电机、截割电机和铲板电机的各冷却支路进液口处均设有冷却调节阀，所述行走电机、运输机电机、泵站电机、截割电机和铲板电机的各输出轴上均设有能够检测转速的转速传感器，所述转速传感器的输出端与A/D转换器的输入端电连接，所述A/D转换器的输出端电连接有PLC控制器，所述PLC控制器的输出端分别电连接行走电机、运输机电机、泵站电机、截割电机和铲板电机处安装的冷却调节阀，所述PLC控制器的内部设有等效分配模块，所述等效分配模块用以计算各所述冷却调节阀能够获得的冷却液量分配系数。
优选的，所述等效分配模块按下式计算冷却液量分配系数：
式中，和分别表示行走电机、运输机电机、泵站电机、截割电机和铲板电机的输出轴实际输出相对转速差，A、B、C、D和E分别表示行走电机、运输机电机、泵站电机、截割电机和铲板电机额定功率下的输出转速，ra、rb、rc、rd和re分别表示行走电机、运输机电机、泵站电机、截割电机和铲板电机处转速传感器测得的实际转速，m表示散热机组所需冷却变量总和，n表示冷却系统的冷却性能余量，A0、B0、C0、D0和E0分别表示行走电机、运输机电机、泵站电机、截割电机和铲板电机处冷却调节阀的流量增量。
优选的，所述行走电机、运输机电机、泵站电机、截割电机和铲板电机处于额定功率转速下，对应的冷却调节阀流量设定值为其量程的一半，所述散热泵的额定泵出量是行走电机、运输机电机、泵站电机、截割电机和铲板电机处各冷却调节阀量程之和。
优选的，所述导流管由底盘、角条、伸张膜和连接头组成，所述底盘顶端上方的左右两侧均设有角条，所述底盘和两个角条围成一个方形截面，所述底盘与角条之间壁板以及两个角条之间的壁板设有伸张膜，所述底盘和角条的两端均固定连接有能够密封截面端口的连接头，所述连接头的外部设有螺纹，所述连接头与待连接设备采用螺纹连接。
进一步的，所述伸张膜采用具有弹性的薄膜材料制成，其厚度设为2～3mm。
进一步的，所述底盘和角条的内转角均作倒圆角光滑处理。
本发明具备以下有益效果：
1、本发明通过在各运行部的电机输出端安装转速传感器，由转速传感器测得各运行部实际输出转速，并与其额定转速比较，再由PLC控制器依据相对转速差调节各运行部的冷却调节阀处进液量来实现冷却性能再分配，避免通过温度升高来实现冷却性能再分配导致的散热滞后的问题，从而保证个运行部依据实际工况合理获得相应的散热能力，保障设备在多工况下的运行稳定性。
2、本发明通过设置等效分配模块，利用实际测得的电机输出转速与额定转速差相对各运行部转速差之和的比值，作为散热泵与散热水箱散热性能余量再分配的系数，可能够将散热泵与散热水箱散热性能余量进行实时合理的完全等效分配，保障冷却性能依相对转速差进行再分配的功能实现。
3、本发明通过对导流管进行改进，使得导流管的三面具备伸缩性能，依据伯努利原理，导流管的内腔可依其内部液体流量与流速实时自适应调整截面积，由此，保证导流管内部液体流通的通畅性，避免冷却调节阀在调节流量大小时，导致导流管内流体因流速流量改变而产生的喘振现象，进一步保证设备运行的稳定性。
附图说明
图1为本发明散热系统结构示意图；
图2为本发明导流管正视图；
图3为本发明图2的A-A处剖面图；
图4为本发明伸张膜内凹示意图；
图5为本发明散热系统控制框图。
图中：1、散热泵；2、导流管；21、底盘；22、角条；23、伸张膜；24、连接头；3、散热水箱；4、散热机组；41、行走电机；42、运输机电机；43、泵站电机；44、截割电机；45、铲板电机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，一种新型煤矿采掘设备，包括散热泵1和散热水箱3，散热泵1为连续采煤机的冷却系统总泵，散热水箱3为连续采煤机的冷却系统冷却液总箱，散热泵1的进液口与散热水箱3之间通过导流管2连通，散热泵1的出液口与散热机组4的进液口通过导流管2连通，散热机组4的出液口与散热水箱3通过导流管2连通，散热机组4包括行走电机41、运输机电机42、泵站电机43、截割电机44和铲板电机45，散热机组4的进液总口通往行走电机41、运输机电机42、泵站电机43、截割电机44和铲板电机45的各冷却支路进液口处均设有冷却调节阀，在行走电机41、运输机电机42、泵站电机43、截割电机44和铲板电机45处均是采用S型盘管形状的换热管对所处内部环境温度散热，且换热管与导流管2连通，行走电机41、运输机电机42、泵站电机43、截割电机44和铲板电机45的各输出轴上均设有能够检测转速的转速传感器，转速传感器的输出端与A/D转换器的输入端电连接，A/D转换器用以将转速传感器的模拟信号转换为数字信号，提供给PLC控制器的内部等效分配模块计算使用，转速传感器每隔50～60s检测转速并传输一次数据，用以保证在复杂工况下，冷却调节阀过度频繁的调整参数设定。
其中，此处亦可以通过在PLC控制器中增设一组判断模块，该判断模块用以对和的值进行比较判断，比较的基数为预设值，若大于预设值，则判定相对转速差达到散热性能再分配所需条件，并由PLC控制器做出相应控制动作，若小于预设值，则判定不需要做散热性能再分配动作，以此避免实际采煤过程中，各运行部电机转速因各种因素产生的波动导致冷却调节阀频繁动作，损害设备使用寿命。
A/D转换器的输出端电连接有PLC控制器，PLC控制器用以将A/D转换器传来的数据进行模块计算后，输出相应的流量参数给对应的冷却调节阀，同时，冷却调节阀需要采用线性调节阀，用以按照流量分配额度进行流量线性调节，PLC控制器的输出端分别电连接行走电机41、运输机电机42、泵站电机43、截割电机44和铲板电机45处安装的冷却调节阀，PLC控制器的内部设有等效分配模块，等效分配模块用以计算各冷却调节阀能够获得的冷却液量分配系数。
其中，等效分配模块按下式计算冷却液量分配系数：
式中，和分别表示行走电机41、运输机电机42、泵站电机43、截割电机44和铲板电机45的输出轴实际输出相对转速差，A、B、C、D和E分别表示行走电机41、运输机电机42、泵站电机43、截割电机44和铲板电机45额定功率下的输出转速，ra、rb、rc、rd和re分别表示行走电机41、运输机电机42、泵站电机43、截割电机44和铲板电机45处转速传感器测得的实际转速，m表示散热机组4所需冷却变量总和，n表示冷却系统的冷却性能余量，A0、B0、C0、D0和E0分别表示行走电机41、运输机电机42、泵站电机43、截割电机44和铲板电机45处冷却调节阀的流量增量。
当电机输出轴因外部条件导致连续采煤机的截割部转速降低，从而导致电机输出轴转速降低，电机输出轴的多余输出机械能转换为内能，相对转速差越大，产生的内能越多，发出的热量也就越大，因此采用相对转速差作为温升的前提判定条件，能够避免散热性能再分配的滞后性问题。
其中，行走电机41、运输机电机42、泵站电机43、截割电机44和铲板电机45处于额定功率转速下，对应的冷却调节阀流量设定值为其量程的一半，散热泵1的额定泵出量是行走电机41、运输机电机42、泵站电机43、截割电机44和铲板电机45处各冷却调节阀量程之和，此设置是保证各电机在正常转速工作下，冷却调节阀只打开一半，同时冷却系统的冷却液流量只达到了冷却系统总量的一半，以此保证冷却系统具备充足的冷却余量满足各工况下电机的散热性能要求。
其中，导流管2由底盘21、角条22、伸张膜23和连接头24组成，底盘21顶端上方的左右两侧均设有角条22，底盘21和两个角条22围成一个方形截面，采用底盘21作为底部设置，目的在于冷却液在导流管2内流动时会因自重原因而带动底盘21底部下凸，因此将底盘21处采用刚性板，底盘21与角条22之间壁板以及两个角条22之间的壁板设有伸张膜23，底盘21和角条22的两端均固定连接有能够密封截面端口的连接头24，连接头24的外部设有螺纹，连接头24与待连接设备采用螺纹连接，导流管2的设定是为了满足冷却系统对流量调节时的需要，当冷却系统进行流量再分配时，导流管2内流量有些大，有些小，但由于散热泵1的额定泵出流量不变，则导流管2内因小流量的存在会产生喘振现象，危及设备散热性能，甚至损害相应设备，而由伸张膜23的设置，可随着导流管2内流量、流速的变更，自适应调整导流管2的截面积，以此保证导流管2的内部始终处于接近充满饱和状态，避免发生明显的喘振现象。
其中，伸张膜23采用具有弹性的薄膜材料制成，其厚度设为2～3mm，该弹性薄膜材料可以是PVC、硅橡胶等，保证伸张膜23能够随内外负压差而自由变形。
其中，底盘21和角条22的内转角均作倒圆角光滑处理，保证冷却液内部流通的流畅性。
本发明的工作原理如下：
行走电机41、运输机电机42、泵站电机43、截割电机44和铲板电机45在额定功率下的转速正常工作时，各处冷却调节阀的开启量为其量程的一半左右，当局部设备因外部因素如硬煤等导致的转速降低时，位于各处的转速传感器检测到相应的转速，并发给A/D转换器，经由A/D转换器将模拟信号转换为数字信号后传输给PLC控制器，由PLC控制器中的等效分配模块计算后，输出相应的流量控制信号并传给对应的机组冷却调节阀，冷却调节阀动作，控制相应机组的冷却液流量大小，流量增大导流管2会出现伸张膜23向外膨胀的现象以适应大流量通过，流量相对小于导流管2内径的管道，伸张膜23则会因伯努利原理而出现内凹现象，最终，所有导流管2的内部都会呈现充满流通状态。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种新型煤矿采掘设备，包括散热泵(1)和散热水箱(3)，所述散热泵(1)为连续采煤机的冷却系统总泵，所述散热水箱(3)为连续采煤机的冷却系统冷却液总箱，其特征在于：所述散热泵(1)的进液口与散热水箱(3)之间通过导流管(2)连通，所述散热泵(1)的出液口与散热机组(4)的进液口通过导流管(2)连通，所述散热机组(4)的出液口与散热水箱(3)通过导流管(2)连通，所述散热机组(4)包括行走电机(41)、运输机电机(42)、泵站电机(43)、截割电机(44)和铲板电机(45)，所述散热机组(4)的进液总口通往所述行走电机(41)、运输机电机(42)、泵站电机(43)、截割电机(44)和铲板电机(45)的各冷却支路进液口处均设有冷却调节阀，所述行走电机(41)、运输机电机(42)、泵站电机(43)、截割电机(44)和铲板电机(45)的各输出轴上均设有能够检测转速的转速传感器，所述转速传感器的输出端与A/D转换器的输入端电连接，所述A/D转换器的输出端电连接有PLC控制器，所述PLC控制器的输出端分别电连接行走电机(41)、运输机电机(42)、泵站电机(43)、截割电机(44)和铲板电机(45)处安装的冷却调节阀，所述PLC控制器的内部设有等效分配模块，所述等效分配模块用以计算各所述冷却调节阀能够获得的冷却液量分配系数。
2.根据权利要求1所述的一种新型煤矿采掘设备，其特征在于：所述等效分配模块按下式计算冷却液量分配系数：
式中，和分别表示行走电机(41)、运输机电机(42)、泵站电机(43)、截割电机(44)和铲板电机(45)的输出轴实际输出相对转速差，A、B、C、D和E分别表示行走电机(41)、运输机电机(42)、泵站电机(43)、截割电机(44)和铲板电机(45)额定功率下的输出转速，ra、rb、rc、rd和re分别表示行走电机(41)、运输机电机(42)、泵站电机(43)、截割电机(44)和铲板电机(45)处转速传感器测得的实际转速，m表示散热机组(4)所需冷却变量总和，n表示冷却系统的冷却性能余量，A0、B0、C0、D0和E0分别表示行走电机(41)、运输机电机(42)、泵站电机(43)、截割电机(44)和铲板电机(45)处冷却调节阀的流量增量。
3.根据权利要求1所述的一种新型煤矿采掘设备，其特征在于：所述行走电机(41)、运输机电机(42)、泵站电机(43)、截割电机(44)和铲板电机(45)处于额定功率转速下，对应的冷却调节阀流量设定值为其量程的一半，所述散热泵(1)的额定泵出量是行走电机(41)、运输机电机(42)、泵站电机(43)、截割电机(44)和铲板电机(45)处各冷却调节阀量程之和。
4.根据权利要求1所述的一种新型煤矿采掘设备，其特征在于：所述导流管(2)由底盘(21)、角条(22)、伸张膜(23)和连接头(24)组成，所述底盘(21)顶端上方的左右两侧均设有角条(22)，所述底盘(21)和两个角条(22)围成一个方形截面，所述底盘(21)与角条(22)之间壁板以及两个角条(22)之间的壁板设有伸张膜(23)，所述底盘(21)和角条(22)的两端均固定连接有能够密封截面端口的连接头(24)，所述连接头(24)的外部设有螺纹，所述连接头(24)与待连接设备采用螺纹连接。
5.根据权利要求4所述的一种新型煤矿采掘设备，其特征在于：所述伸张膜(23)采用具有弹性的薄膜材料制成，其厚度设为2～3mm。
6.根据权利要求4所述的一种新型煤矿采掘设备，其特征在于：所述底盘(21)和角条(22)的内转角均作倒圆角光滑处理。
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