CN109578044B - 煤矿综掘面风流场plc式智能调控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿综掘面风流场PLC式智能调控装置，包括直线位移机构、出风风筒、转动机构、开合机构和PLC控制箱，出风风筒设置在直线位移机构下方，转动机构安装在直线位移机构与出风风筒之间，出风风筒包括风筒出风口和风筒框架，风筒出风口后端与风筒框架前端连接，开合机构设置在出风风筒上，PLC控制箱外接出去；风筒出风口包括多个外叶片和多个内叶片，外叶片和内叶片的后端均与风筒框架的前端铰接，外叶片和内叶片的前端经第一弹力绳串接，外叶片和内叶片的后端经第二弹力绳串接。本发明解决了采用不断提高局部通风机功率和加大风筒直径易造成循环风、工作区域局部风速过高、工作条件劣化的问题，可合理控制巷道内风流场。

Description

煤矿综掘面风流场PLC式智能调控装置

技术领域

本发明涉及一种出风口调控装置，尤其是涉及一种煤矿综掘面风流场PLC式智能调控装置。

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。

目前，国内外关于综掘工作面风流调控研究多数基于仿真模拟、现场实验等方法，这些方法或是利用软件进行模拟分析，或是根据现场实测进行实验分析，或是二者结合。虽然这些方法都得到了具体的研究结果，但一方面单独用软件进行模拟分析缺乏实际性，而结合现场实践则又影响到矿上的正常生产。因此，设计一种煤矿综掘面风流场PLC式智能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，提供一种煤矿综掘面风流场PLC式智能调控装置，其结构简单，安装使用方便，安全可靠性高，有效模拟并解决了采用不断提高局部通风机功率和加大风筒直径易造成循环风、工作区域局部风速过高、工作条件劣化的问题，可合理控制巷道内风流场。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种煤矿综掘面风流场PLC式智能调控装置，其特征在于：包括直线位移机构、出风风筒、转动机构、开合机构和PLC控制箱，所述出风风筒设置在所述直线位移机构的下方，所述转动机构安装在所述直线位移机构与所述出风风筒之间且用于带动所述出风风筒水平转动，所述出风风筒包括风筒出风口和风筒框架，所述风筒出风口的后端与风筒框架的前端连接，所述开合机构设置在所述出风风筒上且用于带动所述风筒出风口张开与闭合，所述PLC控制箱外接出去且用于控制所述出风风筒在所述直线位移机构上的直线位移、控制所述出风风筒的水平转动和控制所述风筒出风口的张开与闭合；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框架的前端连接，所述风筒出风口包括均匀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均为弧形叶片，所述外叶片和内叶片的后端均与风筒框架的前端铰接，所述外叶片的前端沿中轴线开有第一弹力绳固定孔，所述外叶片的后端沿中轴线开有第二弹力绳固定孔，所述外叶片的内侧设置有第一铰接座，所述内叶片的前端沿中轴线开有第一弹力绳连接孔，所述内叶片的后端沿中轴线开有第二弹力绳固定孔，所述多个外叶片和多个内叶片的前端经依次穿过第一弹力绳固定孔和第一弹力绳连接孔的第一弹力绳相串接，所述多个外叶片和多个内叶片的后端经依次穿过第二弹力绳固定孔和第二弹力绳固定孔的第二弹力绳相串接，所述开合机构与第一铰接座连接。

上述的煤矿综掘面风流场PLC式智能调控装置，其特征在于：所述外叶片的后端设置有第一连接耳，所述内叶片的后端设置有第二连接耳。

上述的煤矿综掘面风流场PLC式智能调控装置，其特征在于：所述风筒框架包括从前至后依次设置的前支架、中支架和后支架，所述前支架、中支架和后支架均为圆形支架，所述前支架、中支架和后支架通过上侧安装板、下侧连杆、左侧连杆和右侧连杆固定在一起，所述前支架内固定有第一十字架，所述中支架内固定有第二十字架，所述第一十字架的中心开有第一光孔，所述第二十字架的中心开有第二光孔，所述第一十字架的四根杆上沿长度方向均开有第一滑槽，所述前支架的外侧固定有多个外叶片连接耳和多个内叶片连接耳，所述多个外叶片连接耳和多个内叶片连接耳间隔设置，所述外叶片连接耳和第一连接耳铰接，所述内叶片连接耳和第二连接耳铰接。

上述的煤矿综掘面风流场PLC式智能调控装置，其特征在于：所述开合机构包括滑块、螺杆、拉杆、电机传动轴、第一电机支撑架和开合机构步进电机，所述滑块的中心设置有螺纹孔，所述螺杆与螺纹孔螺纹连接，所述滑块的外侧设置有多个第二铰接座，所述第二铰接座、第一铰接座和拉杆的数量相等，所述拉杆的一端与第一铰接座铰接，所述拉杆的另一端与第二铰接座铰接，所述拉杆穿过第一滑槽且能够沿着第一滑槽滑动，所述滑块位于前支架与中支架之间，所述螺杆的前后两端分别穿过第一光孔和第二光孔且能够相对第一光孔和第二光孔转动；所述第一电机支撑架安装在上侧安装板的顶部，所述开合机构步进电机安装在第一电机支撑架上，所述电机传动轴的一端与开合机构步进电机的输出轴固定连接，所述电机传动轴的另一端固定安装有第一锥齿轮，所述螺杆上靠近第一锥齿轮的一端固定安装有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮位于第一锥齿轮的下方且与第一锥齿轮相啮合，所述开合机构步进电机通过第一电机驱动器与PLC控制箱内的PLC控制器输出端相接。

上述的煤矿综掘面风流场PLC式智能调控装置，其特征在于：所述外叶片、内叶片、外叶片连接耳、内叶片连接耳、第一铰接座、第二铰接座、拉杆和第一滑槽的数量均为四个，所述滑块的横截面形状为正方形，四个所述第二铰接座分别布设在滑块的上下左右四个侧壁上。

上述的煤矿综掘面风流场PLC式智能调控装置，其特征在于：所述第一铰接座设置在外叶片的内侧中部，所述第二十字架的四根杆上沿长度方向均开有第二滑槽。

上述的煤矿综掘面风流场PLC式智能调控装置，其特征在于：所述直线位移机构包括滑移小车轨道、轨道挂环和滑移小车机构，所述轨道挂环的数量为多个，多个所述轨道挂环均匀安装在滑移小车轨道的顶部，所述滑移小车机构设置在滑移小车轨道的下部且用于驱动所述出风风筒沿着滑移小车轨道移动。

上述的煤矿综掘面风流场PLC式智能调控装置，其特征在于：所述滑移小车机构包括轨道滑移小车、位移步进电机、减速箱、导轨滚轮和滑轮，所述导轨滚轮的数量为四个，四个所述导轨滚轮通过轮轴对称安装在轨道滑移小车上部的左右两内侧，所述减速箱安装在轨道滑移小车的一外侧，所述位移步进电机安装在减速箱的外侧，所述位移步进电机的输出端与减速箱的输入端连接，所述减速箱的输出端与其中一个导轨滚轮固定连接，所述滑轮的数量为两个，两个所述滑轮对称安装在轨道滑移小车的前侧上部，所述轨道滑移小车跨骑在滑移小车轨道的下部且导轨滚轮能够沿着滑移小车轨道行走，所述滑轮与滑移小车轨道相接触，所述位移步进电机通过第二电机驱动器与PLC控制箱内的PLC控制器输出端相接，所述位移步进电机的尾部同轴安装有用于测量位移步进电机电机轴转动角度的第一增量式编码器，所述轨道滑移小车的另一外侧安装有用于测量所述风筒出风口距掘进端头距离的激光测距传感器，所述激光测距传感器和第一增量式编码器均与PLC控制器的输入端相接。

上述的煤矿综掘面风流场PLC式智能调控装置，其特征在于：所述转动机构包括第二电机支撑架、轨道连接件、转动机构步进电机、小齿轮、大齿轮和推力球轴承，所述轨道连接件的下部伸入第二电机支撑架内且与第二电机支撑架相固定，所述转动机构步进电机安装在第二电机支撑架的顶部，所述小齿轮固定安装在转动机构步进电机的输出轴上，所述大齿轮位于轨道连接件的下部内，所述大齿轮与小齿轮相啮合，所述推力球轴承安装在大齿轮的下部且与大齿轮同轴设置，所述大齿轮的下端与上侧安装板的顶部固定连接，所述第二电机支撑架安装在上侧安装板的顶部，所述轨道连接件的上端与轨道滑移小车的底部连接；所述转动机构步进电机通过第三电机驱动器与PLC控制器的输出端相接，所述转动机构步进电机的尾部同轴安装有用于测量转动机构步进电机电机轴转动角度的第二增量式编码器，所述第二增量式编码器与PLC控制器的输入端相接。

上述的煤矿综掘面风流场PLC式智能调控装置，其特征在于：所述PLC控制器为西门子S7-200smart PLC控制器。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明叶片发生改变，将内外叶片利用弹力绳固定在一起，取消了弹簧所给出的力，只需要外叶片开合便可实现内外叶片整体开合，成本降低，减少了叶片漏风；避免了利用弹簧连接内叶片与风筒框架，给内外叶片整体外扩的弹簧力，由于弹簧需一直处于绷紧状态，弹簧和弹簧与内叶片连接处易产生疲劳失效，对装置寿命有一定的危害。

2、本发明叶片开合机构传动部分发生改变，利用一对锥齿轮将传动轴和螺杆连接，开合机构电机从风筒外部给出驱动力，极大地减小了风流损失，而且对电机安装要求有了一些降低；避免了将开合机构步进电机放置于风筒内部，其截面积造成较大的风流损失，且风速过大时对其稳定性产生很大的影响。

3、本发明水平转向机构发生变化，将大齿轮与风筒框架相连，省去转向框架，对整体重量有所减轻，结构相对简化，控制精度提高；避免利用转向框架带动整体装置转向，比较笨重，也增加了成本。

4、本发明结构简单，安装使用方便，基于PLC控制，安全可靠性高，在实验室内研究综掘面瓦斯和粉尘安全隐患及工人舒适度等问题，研究所需空间小，避免频繁出入矿井工作现场，降低了研究人员的危险系数及工作量，减小了对矿井下的生产进度的影响。

5、本发明在掘进工作面风流特性的基础上，模拟研究了煤矿通风的可调可控性，可以应用到实际矿上生产过程，促进了煤矿的精细化管理，具有很强的实际应用价值。

6、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。

7、本发明在实验室实验平台中研究风流、瓦斯及粉尘运移分布，研究了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实际井下问题，可有效减少矿毁人亡，减少损失，提高了煤矿安全。

8、本发明设备投入和维护成本较低，可以研究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，可以有效研究并实现风筒出风口的智能化调节，结合步进电机，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，通过电动机控制，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。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的问题。

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为图1旋转一定角度后的结构示意图。

图3为本发明外叶片的结构示意图。

图4为图3旋转一定角度后的结构示意图。

图5为本发明内叶片的结构示意图。

图6为本发明风筒框架和转动机构的安装关系示意图。

图7为本发明滑块的结构示意图。

图8为本发明螺杆的结构示意图。

图9为本发明出风风筒、转动机构和开合机构的安装关系示意图。

图10为本发明直线位移机构的结构示意图。

图11为本发明滑移小车机构的结构示意图。

图12为本发明转动机构的结构示意图。

图13为本发明小齿轮、大齿轮和推力球轴承的安装关系示意图。

图14为本发明的电路原理框图。

附图标记说明:

1-1—外叶片； 1-11—第一连接耳； 1-121—第一弹力绳固定孔；

1-122—第二弹力绳固定孔； 1-13—第一铰接座； 1-2—内叶片；

1-211—第一弹力绳连接孔； 1-212—第二弹力绳固定孔；

1-22—第二连接耳； 2-1—转动机构步进电机； 2-2—轨道连接件；

2-3—小齿轮； 2-4—第二电机支撑架； 2-5—大齿轮；

2-6—推力球轴承； 3-1—轨道挂环； 3-2—滑移小车轨道；

4—PLC控制箱； 4-1—PLC控制器； 5—风筒框架；

5-1—前支架； 5-2—中支架； 5-3—后支架；

5-4—上侧安装板； 5-5—下侧连杆； 5-6—左侧连杆；

5-7—右侧连杆； 5-8—第一十字架； 5-81—第一光孔；

5-82—第一滑槽； 5-9—第二十字架； 5-91—第二光孔；

5-92—第二滑槽； 5-10—外叶片连接耳； 5-11—内叶片连接耳；

6-1—滑块； 6-11—第二铰接座； 6-12—螺纹孔；

6-2—螺杆； 6-3—拉杆； 6-4—电机传动轴；

6-5—第一电机支撑架； 6-6—开合机构步进电机； 6-7—第一锥齿轮；

6-8—第二锥齿轮； 8—滑移小车机构； 8-1—轨道滑移小车；

8-2—位移步进电机； 8-3—减速箱； 8-4—导轨滚轮；

8-5—滑轮； 9—第二电机驱动器； 10—激光测距传感器；

11—第一增量式编码器； 12—第三电机驱动器；

13—第二增量式编码器； 14—第一弹力绳； 15—第二弹力绳。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明包括直线位移机构、出风风筒、转动机构、开合机构和PLC控制箱4，所述出风风筒设置在所述直线位移机构的下方，所述转动机构安装在所述直线位移机构与所述出风风筒之间且用于带动所述出风风筒水平转动，所述出风风筒包括风筒出风口和风筒框架5，所述风筒出风口的后端与风筒框架5的前端连接，所述开合机构设置在所述出风风筒上且用于带动所述风筒出风口张开与闭合，所述PLC控制箱4外接出去且用于控制所述出风风筒在所述直线位移机构上的直线位移、控制所述出风风筒的水平转动和控制所述风筒出风口的张开与闭合；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框架5的前端连接，所述风筒出风口包括均匀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均为弧形叶片，所述外叶片1-1和内叶片1-2的后端均与风筒框架5的前端铰接，所述外叶片1-1的前端沿中轴线开有第一弹力绳固定孔1-121，所述外叶片1-1的后端沿中轴线开有第二弹力绳固定孔1-122，所述外叶片1-1的内侧设置有第一铰接座1-13，所述内叶片1-2的前端沿中轴线开有第一弹力绳连接孔1-211，所述内叶片1-2的后端沿中轴线开有第二弹力绳固定孔1-212，所述多个外叶片1-1和多个内叶片1-2的前端经依次穿过第一弹力绳固定孔1-121和第一弹力绳连接孔1-211的第一弹力绳14相串接，所述多个外叶片1-1和多个内叶片1-2的后端经依次穿过第二弹力绳固定孔1-122和第二弹力绳固定孔1-212的第二弹力绳15相串接，所述开合机构与第一铰接座1-13连接。

本发明装置可以实现出风风筒不同口径的变化、实现出风风筒水平角度变化和实现出风风筒前后位置的变化，其中，开合机构实现出风风筒不同口径的变化，转动机构实现出风风筒水平方向角度变化，直线位移机构实现出风风筒前后位置的变化。多个内叶片1-2之间用两根弹力绳通过内叶片1-2上的弹力绳连接孔串接，同时弹力绳穿过外叶片1-1上的弹力绳固定将弹力绳固定，达到将外叶片1-1和内叶片1-2连接的作用，外叶片1-1开合的同时通过弹力绳带动内叶片1-2开合。

如图3至图5所示，所述外叶片1-1的后端设置有第一连接耳1-11，所述内叶片1-2的后端设置有第二连接耳1-22。

如图6所示，所述风筒框架5包括从前至后依次设置的前支架5-1、中支架5-2和后支架5-3，所述前支架5-1、中支架5-2和后支架5-3均为圆形支架，所述前支架5-1、中支架5-2和后支架5-3通过上侧安装板5-4、下侧连杆5-5、左侧连杆5-6和右侧连杆5-7固定在一起，所述前支架5-1内固定有第一十字架5-8，所述中支架5-2内固定有第二十字架5-9，所述第一十字架5-8的中心开有第一光孔5-81，所述第二十字架5-9的中心开有第二光孔5-91，所述第一十字架5-8的四根杆上沿长度方向均开有第一滑槽5-82，所述前支架5-1的外侧固定有多个外叶片连接耳5-10和多个内叶片连接耳5-11，所述多个外叶片连接耳5-10和多个内叶片连接耳5-11间隔设置，所述外叶片连接耳5-10和第一连接耳1-11铰接，所述内叶片连接耳5-11和第二连接耳1-22铰接。

如图7、图8、图9和图14所示，所述开合机构包括滑块6-1、螺杆6-2、拉杆6-3、电机传动轴6-4、第一电机支撑架6-5和开合机构步进电机6-6，所述滑块6-1的中心设置有螺纹孔6-12，所述螺杆6-2与螺纹孔6-12螺纹连接，所述滑块6-1的外侧设置有多个第二铰接座6-11，所述第二铰接座6-11、第一铰接座1-13和拉杆6-3的数量相等，所述拉杆6-3的一端与第一铰接座1-13铰接，所述拉杆6-3的另一端与第二铰接座6-11铰接，所述拉杆6-3穿过第一滑槽5-82且能够沿着第一滑槽5-82滑动，所述滑块6-1位于前支架5-1与中支架5-2之间，所述螺杆6-2的前后两端分别穿过第一光孔5-81和第二光孔5-91且能够相对第一光孔5-81和第二光孔5-91转动；所述第一电机支撑架6-5安装在上侧安装板5-4的顶部，所述开合机构步进电机6-6安装在第一电机支撑架6-5上，所述电机传动轴6-4的一端与开合机构步进电机6-6的输出轴固定连接，所述电机传动轴6-4的另一端固定安装有第一锥齿轮6-7，所述螺杆6-2上靠近第一锥齿轮6-7的一端固定安装有第二锥齿轮6-8，所述第二锥齿轮6-8位于第一锥齿轮6-7的下方且与第一锥齿轮6-7相啮合，所述开合机构步进电机6-6通过第一电机驱动器7与PLC控制箱4内的PLC控制器4-1输出端相接。

拉杆6-3一端与外叶片1-1铰接，另一端与滑块6-1连接，滑块6-1装在螺杆6-2上，电机传动轴6-4一端与开合机构步进电机6-6通过联轴器连接，另一端通过一对锥齿轮与螺杆6-2连接，开合机构步进电机6-6驱动电机传动轴6-4转动。电机传动轴6-4带动第一锥齿轮6-7转动，第一锥齿轮6-7带动与其啮合的第二锥齿轮6-8转动，第二锥齿轮6-8带动螺杆6-2转动，则螺杆6-2带动滑块6-1在其上前后移动，滑块6-1带动拉杆6-3改变角度，拉杆6-3则拉动叶片实现开合。

本实施例中，所述外叶片1-1、内叶片1-2、外叶片连接耳5-10、内叶片连接耳5-11、第一铰接座1-13、第二铰接座6-11、拉杆6-3和第一滑槽5-82的数量均为四个。

如图7所示，所述滑块6-1的横截面形状为正方形，四个所述第二铰接座6-11分别布设在滑块6-1的上下左右四个侧壁上。

如图4所示，所述第一铰接座1-13设置在外叶片1-1的内侧中部。

如图9所示，所述第二十字架5-9的四根杆上沿长度方向均开有第二滑槽5-92。

如图10所示，所述直线位移机构包括滑移小车轨道3-2、轨道挂环3-1和滑移小车机构8，所述轨道挂环3-1的数量为多个，多个所述轨道挂环3-1均匀安装在滑移小车轨道3-2的顶部，所述滑移小车机构8设置在滑移小车轨道3-2的下部且用于驱动所述出风风筒沿着滑移小车轨道3-2移动。

如图11和图14所示，所述滑移小车机构8包括轨道滑移小车8-1、位移步进电机8-2、减速箱8-3、导轨滚轮8-4和滑轮8-5，所述导轨滚轮8-4的数量为四个，四个所述导轨滚轮8-4通过轮轴对称安装在轨道滑移小车8-1上部的左右两内侧，所述减速箱8-3安装在轨道滑移小车8-1的一外侧，所述位移步进电机8-2安装在减速箱8-3的外侧，所述位移步进电机8-2的输出端与减速箱8-3的输入端连接，所述减速箱8-3的输出端与其中一个导轨滚轮8-4固定连接，所述滑轮8-5的数量为两个，两个所述滑轮8-5对称安装在轨道滑移小车8-1的前侧上部，所述轨道滑移小车8-1跨骑在滑移小车轨道3-2的下部且导轨滚轮8-4能够沿着滑移小车轨道3-2行走，所述滑轮8-5与滑移小车轨道3-2相接触，所述位移步进电机8-2通过第二电机驱动器9与PLC控制箱4内的PLC控制器4-1输出端相接，所述位移步进电机8-2的尾部同轴安装有用于测量位移步进电机8-2电机轴转动角度的第一增量式编码器11，所述轨道滑移小车8-1的另一外侧安装有用于测量所述风筒出风口距掘进端头距离的激光测距传感器10，所述激光测距传感器10和第一增量式编码器11均与PLC控制器4-1的输入端相接。

轨道挂环3-1焊接在滑移小车轨道3-2上，将整体装置悬挂固定在巷道模型顶板上。位移步进电机8-2是用来给轨道滑移小车8-1提供动力，驱动轨道滑移小车8-1在滑移小车轨道3-2上直线位移，达到轨道滑移小车8-1直线位移的作用；滑轮8-5与滑移小车轨道3-2通过压力接触，增加轨道滑移小车8-1与滑移小车轨道3-2之间摩擦力，避免惯性滑移。

如图12至图14所示，所述转动机构包括第二电机支撑架2-4、轨道连接件2-2、转动机构步进电机2-1、小齿轮2-3、大齿轮2-5和推力球轴承2-6，所述轨道连接件2-2的下部伸入第二电机支撑架2-4内且与第二电机支撑架2-4相固定，所述转动机构步进电机2-1安装在第二电机支撑架2-4的顶部，所述小齿轮2-3固定安装在转动机构步进电机2-1的输出轴上，所述大齿轮2-5位于轨道连接件2-2的下部内，所述大齿轮2-5与小齿轮2-3相啮合，所述推力球轴承2-6安装在大齿轮2-5的下部且与大齿轮2-5同轴设置，所述大齿轮2-5的下端与上侧安装板5-4的顶部固定连接，所述第二电机支撑架2-4安装在上侧安装板5-4的顶部，所述轨道连接件2-2的上端与轨道滑移小车8-1的底部连接；所述转动机构步进电机2-1通过第三电机驱动器12与PLC控制器4-1的输出端相接，所述转动机构步进电机2-1的尾部同轴安装有用于测量转动机构步进电机2-1电机轴转动角度的第二增量式编码器13，所述第二增量式编码器13与PLC控制器4-1的输入端相接。

转动机构实现风筒出风口水平转动，通过竖直安装的转动机构步进电机2-1转动，带动小齿轮2-3转动，小齿轮2-3带动与其相啮合的大齿轮2-5转动，大齿轮2-5带动风筒框架5转动，从而实现整体装置水平转动。推力球轴承2-6安装于大齿轮2-5和风筒框架5之间，起到保护和润滑作用。轨道连接件2-2的一端与第二电机支撑架2-4焊接，另一端通过螺柱与轨道滑移小车8-1连接，起到固定和承重作用。

本实施例中，所述PLC控制器4-1为西门子S7-200smart PLC控制器，PLC控制箱4通过缆线单独安装于整体设备之后，用以控制三台步进电机。激光测距传感器10、第一增量式编码器11和第二增量式编码器13向PLC控制器4-1输入信号，PLC控制器4-1向开合机构步进电机6-6、位移步进电机8-2和转动机构步进电机2-1输出信号；其中，激光测距传感器10通过RS485接口与PLC控制器4-1进行数据传输，第一增量式编码器11和第二增量式编码器13均输出矩形脉冲信号，为NPN集电极开路输出型。因为需要对装置的转动角度和前后位移进行监测反馈，确定其转动和位移的精度，所以采用两个增量式编码器来进行反馈步进电机的转动量，以此来保证运动精度。

本发明的工作原理为：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，结合激光测距传感器、增量式编码器和步进电机，通过PLC控制器4-1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，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。

激光测距传感器10进行风筒出风口距掘进端头的距离测定，根据距离信号反馈，若反馈距离大于2m(不包括2m)，PLC控制器4-1通过减速箱8-3驱动轨道滑移小车8-1在滑移小车轨道上实现前后位移，达到调节出风口距掘进端头的距离，使其保证在1m～2m范围内；且在1m～2m范围内，根据不同的模拟工作环境，PLC控制器4-1执行设定程序，驱动转动机构的转动机构步进电机2-1和开合机构的开合机构步进电机6-6工作，转动机构步进电机2-1驱动一对大小齿轮，实现整体装置在不同模拟环境下的角度变化。开合机构步进电机6-6驱动电机传动轴6-4通过一对锥齿轮带动螺杆6-2转动，实现不同模拟环境下装置口径的变化。若反馈距离在1m～2m范围内时，直接执行设定程序，驱动转动机构的转动机构步进电机2-1和开合机构的开合机构步进电机6-6工作，实现不同工况下其角度和口径的变化。同时利用第一增量式编码器11和第二增量式编码器13进行步进电机角度偏转的反馈，确保最佳风场调控规则的在智能调控装置上角度偏转的准确性。

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 (5)

1.一种煤矿综掘面风流场PLC式智能调控装置，其特征在于：包括直线位移机构、出风风筒、转动机构、开合机构和PLC控制箱(4)，所述出风风筒设置在所述直线位移机构的下方，所述转动机构安装在所述直线位移机构与所述出风风筒之间且用于带动所述出风风筒水平转动，所述出风风筒包括风筒出风口和风筒框架(5)，所述风筒出风口的后端与风筒框架(5)的前端连接，所述开合机构设置在所述出风风筒上且用于带动所述风筒出风口张开与闭合，所述PLC控制箱(4)外接出去且用于控制所述出风风筒在所述直线位移机构上的直线位移、控制所述出风风筒的水平转动和控制所述风筒出风口的张开与闭合；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框架(5)的前端连接，所述风筒出风口包括均匀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)均为弧形叶片，所述外叶片(1-1)和内叶片(1-2)的后端均与风筒框架(5)的前端铰接，所述外叶片(1-1)的前端沿中轴线开有第一弹力绳固定孔(1-121)，所述外叶片(1-1)的后端沿中轴线开有第二弹力绳固定孔(1-122)，所述外叶片(1-1)的内侧设置有第一铰接座(1-13)，所述内叶片(1-2)的前端沿中轴线开有第一弹力绳连接孔(1-211)，所述内叶片(1-2)的后端沿中轴线开有第二弹力绳固定孔(1-212)，所述多个外叶片(1-1)和多个内叶片(1-2)的前端经依次穿过第一弹力绳固定孔(1-121)和第一弹力绳连接孔(1-211)的第一弹力绳(14)相串接，所述多个外叶片(1-1)和多个内叶片(1-2)的后端经依次穿过第二弹力绳固定孔(1-122)和第二弹力绳固定孔(1-212)的第二弹力绳(15)相串接，所述开合机构与第一铰接座(1-13)连接；

所述外叶片(1-1)的后端设置有第一连接耳(1-11)，所述内叶片(1-2)的后端设置有第二连接耳(1-22)；

所述风筒框架(5)包括从前至后依次设置的前支架(5-1)、中支架(5-2)和后支架(5-3)，所述前支架(5-1)、中支架(5-2)和后支架(5-3)均为圆形支架，所述前支架(5-1)、中支架(5-2)和后支架(5-3)通过上侧安装板(5-4)、下侧连杆(5-5)、左侧连杆(5-6)和右侧连杆(5-7)固定在一起，所述前支架(5-1)内固定有第一十字架(5-8)，所述中支架(5-2)内固定有第二十字架(5-9)，所述第一十字架(5-8)的中心开有第一光孔(5-81)，所述第二十字架(5-9)的中心开有第二光孔(5-91)，所述第一十字架(5-8)的四根杆上沿长度方向均开有第一滑槽(5-82)，所述前支架(5-1)的外侧固定有多个外叶片连接耳(5-10)和多个内叶片连接耳(5-11)，所述多个外叶片连接耳(5-10)和多个内叶片连接耳(5-11)间隔设置，所述外叶片连接耳(5-10)和第一连接耳(1-11)铰接，所述内叶片连接耳(5-11)和第二连接耳(1-22)铰接；

所述直线位移机构包括滑移小车轨道(3-2)、轨道挂环(3-1)和滑移小车机构(8)，所述轨道挂环(3-1)的数量为多个，多个所述轨道挂环(3-1)均匀安装在滑移小车轨道(3-2)的顶部，所述滑移小车机构(8)设置在滑移小车轨道(3-2)的下部且用于驱动所述出风风筒沿着滑移小车轨道(3-2)移动；

所述滑移小车机构(8)包括轨道滑移小车(8-1)、位移步进电机(8-2)、减速箱(8-3)、导轨滚轮(8-4)和滑轮(8-5)，所述导轨滚轮(8-4)的数量为四个，四个所述导轨滚轮(8-4)通过轮轴对称安装在轨道滑移小车(8-1)上部的左右两内侧，所述减速箱(8-3)安装在轨道滑移小车(8-1)的一外侧，所述位移步进电机(8-2)安装在减速箱(8-3)的外侧，所述位移步进电机(8-2)的输出端与减速箱(8-3)的输入端连接，所述减速箱(8-3)的输出端与其中一个导轨滚轮(8-4)固定连接，所述滑轮(8-5)的数量为两个，两个所述滑轮(8-5)对称安装在轨道滑移小车(8-1)的前侧上部，所述轨道滑移小车(8-1)跨骑在滑移小车轨道(3-2)的下部且导轨滚轮(8-4)能够沿着滑移小车轨道(3-2)行走，所述滑轮(8-5)与滑移小车轨道(3-2)相接触，所述位移步进电机(8-2)通过第二电机驱动器(9)与PLC控制箱(4)内的PLC控制器(4-1)输出端相接，所述位移步进电机(8-2)的尾部同轴安装有用于测量位移步进电机(8-2)电机轴转动角度的第一增量式编码器(11)，所述轨道滑移小车(8-1)的另一外侧安装有用于测量所述风筒出风口距掘进端头距离的激光测距传感器(10)，所述激光测距传感器(10)和第一增量式编码器(11)均与PLC控制器(4-1)的输入端相接；

所述转动机构包括第二电机支撑架(2-4)、轨道连接件(2-2)、转动机构步进电机(2-1)、小齿轮(2-3)、大齿轮(2-5)和推力球轴承(2-6)，所述轨道连接件(2-2)的下部伸入第二电机支撑架(2-4)内且与第二电机支撑架(2-4)相固定，所述转动机构步进电机(2-1)安装在第二电机支撑架(2-4)的顶部，所述小齿轮(2-3)固定安装在转动机构步进电机(2-1)的输出轴上，所述大齿轮(2-5)位于轨道连接件(2-2)的下部内，所述大齿轮(2-5)与小齿轮(2-3)相啮合，所述推力球轴承(2-6)安装在大齿轮(2-5)的下部且与大齿轮(2-5)同轴设置，所述大齿轮(2-5)的下端与上侧安装板(5-4)的顶部固定连接，所述第二电机支撑架(2-4)安装在上侧安装板(5-4)的顶部，所述轨道连接件(2-2)的上端与轨道滑移小车(8-1)的底部连接；所述转动机构步进电机(2-1)通过第三电机驱动器(12)与PLC控制器(4-1)的输出端相接，所述转动机构步进电机(2-1)的尾部同轴安装有用于测量转动机构步进电机(2-1)电机轴转动角度的第二增量式编码器(13)，所述第二增量式编码器(13)与PLC控制器(4-1)的输入端相接。

2.按照权利要求1所述的煤矿综掘面风流场PLC式智能调控装置，其特征在于：所述开合机构包括滑块(6-1)、螺杆(6-2)、拉杆(6-3)、电机传动轴(6-4)、第一电机支撑架(6-5)和开合机构步进电机(6-6)，所述滑块(6-1)的中心设置有螺纹孔(6-12)，所述螺杆(6-2)与螺纹孔(6-12)螺纹连接，所述滑块(6-1)的外侧设置有多个第二铰接座(6-11)，所述第二铰接座(6-11)、第一铰接座(1-13)和拉杆(6-3)的数量相等，所述拉杆(6-3)的一端与第一铰接座(1-13)铰接，所述拉杆(6-3)的另一端与第二铰接座(6-11)铰接，所述拉杆(6-3)穿过第一滑槽(5-82)且能够沿着第一滑槽(5-82)滑动，所述滑块(6-1)位于前支架(5-1)与中支架(5-2)之间，所述螺杆(6-2)的前后两端分别穿过第一光孔(5-81)和第二光孔(5-91)且能够相对第一光孔(5-81)和第二光孔(5-91)转动；所述第一电机支撑架(6-5)安装在上侧安装板(5-4)的顶部，所述开合机构步进电机(6-6)安装在第一电机支撑架(6-5)上，所述电机传动轴(6-4)的一端与开合机构步进电机(6-6)的输出轴固定连接，所述电机传动轴(6-4)的另一端固定安装有第一锥齿轮(6-7)，所述螺杆(6-2)上靠近第一锥齿轮(6-7)的一端固定安装有第二锥齿轮(6-8)，所述第二锥齿轮(6-8)位于第一锥齿轮(6-7)的下方且与第一锥齿轮(6-7)相啮合，所述开合机构步进电机(6-6)通过第一电机驱动器(7)与PLC控制箱(4)内的PLC控制器(4-1)输出端相接。

3.按照权利要求2所述的煤矿综掘面风流场PLC式智能调控装置，其特征在于：所述外叶片(1-1)、内叶片(1-2)、外叶片连接耳(5-10)、内叶片连接耳(5-11)、第一铰接座(1-13)、第二铰接座(6-11)、拉杆(6-3)和第一滑槽(5-82)的数量均为四个，所述滑块(6-1)的横截面形状为正方形，四个所述第二铰接座(6-11)分别布设在滑块(6-1)的上下左右四个侧壁上。

4.按照权利要求1所述的煤矿综掘面风流场PLC式智能调控装置，其特征在于：所述第一铰接座(1-13)设置在外叶片(1-1)的内侧中部，所述第二十字架(5-9)的四根杆上沿长度方向均开有第二滑槽(5-92)。

5.按照权利要求1所述的煤矿综掘面风流场PLC式智能调控装置，其特征在于：所述PLC控制器(4-1)为西门子S7-200 smart PLC控制器。

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