CN110422562A - 一种综采工作面采煤运煤智能调速系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种综采工作面采煤运煤智能调速系统，智能调速系统包括无线张力监测装置、电涡流接近开关、无线信号接收装置及主控机；无线张力监测装置设置在圆柱段的内侧，用于实时采集和发送刮板链和机头链轮啮合点的张力数据；电涡流接近开关设置圆柱段的外侧，电涡流接近开关用于控制无线张力监测装置输出刮板链和机头链轮啮合点的张力数据；电涡流接近开关闭合时，无线张力监测装置将采集的刮板链和机头链轮啮合点的张力数据发送至无线信号接收装置；无线信号接收装置与主控机相连接。本发明提供的综采工作面采煤运煤智能调速系统能准确监测刮板输送机的负载，有效提高系统的工作效能，延长刮板输送机和采煤机的使用寿命。

Description

一种综采工作面采煤运煤智能调速系统及工作方法

技术领域

本发明涉及一种综采工作面采煤运煤智能调速系统及工作方法，属于采矿设备技术领域。

背景技术

刮板输送机是整个综合采煤工作面最重要的输送设备之一，其主要功能是将采煤机截断的煤料卸载到顺槽转载机上。当被采煤机截断的煤量发生变化时，刮板输送机的运煤量也会发生变化。但是由于当前刮板输送机的转速是保持不变的，运煤量的变化容易导致刮板输送机进入轻载状态，大大降低刮板输送机的工作效能，增加设备的运行耗能，缩短其使用周期。因此，根据运煤量即负载智能调节刮板输送机的转速，提升刮板输送机的工作效能是十分必要的。

中国专利文献CN104444211B公开了一种煤矿井下工作面刮板输送机智能调速的方法，其包括如下步骤：(1)开启刮板转载机；(2)开启刮板输送机，变频器的控制系统开始启动，使刮板输送机稳步运行；(3)通过煤量监测装置监测刮板转载机上的煤量，获取煤量数据；(4)将得到的煤量数据反馈给刮板输送机的控制箱计算出当前运煤量，然后与系统设定值进行比较并据此输出控制指令；(5)将控制指令传输给刮板输送机变频器。该调速方法通过激光扫描传感器监测煤量，但是由于煤块分散且容易产生堆积现象，通过扫描煤层厚度反映的煤量准确性较低且调节刮板输送机速度过于频繁容易降低电动机寿命。

采煤机也是整个综合采煤工作面最重要的输送设备之一，煤矿日常运行时，矿井地下的施工条件十分复杂，而且多数情况下为人为作业，由于对刮板输送机的载煤量缺乏准确的监控，那么采煤机和刮板输送机极有可能出现过载或者超载的现象，导致设备极易出现故障，影响煤矿的生产效能或缩短设备的使用寿命，造成巨大的经济损失。过去几年中，社会对煤炭的需求量非常大，为了在短时间内生产出更多的煤炭，很多煤矿引入了更加先进的采煤机，不过相关的传输设备却没有改进，沿用传统的传输设备，导致刮板输送机由于负荷过大而出现故障，不得不中断生产。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种综采工作面采煤运煤智能调速系统及工作方法。

术语解释：

RFID：Radio Frequency Identification，无线射频识别，是一种通信技术。

本发明的技术方案为：

一种综采工作面采煤运煤智能调速系统，作用于刮板输送机和采煤机，所述采煤机包括采煤牵引电动机；所述刮板输送机包括机头部、机尾部和刮板链，所述机头部包括机头电动机和机头链轮，所述机头链轮套装在所述机头电动机的转轴上；所述机尾部包括机尾电动机和机尾链轮，所述机尾链轮套装在所述机尾电动机的转轴上；所述机尾链轮和所述机头链轮之间通过刮板链相连接；所述刮板链包括若干个首尾扣在一起的圆环链组成，所述圆环链包括两个圆弧段和两个圆柱段，所述圆弧段与所述圆柱段首尾相连接；

所述智能调速系统包括无线张力监测装置、电涡流接近开关、无线信号接收装置及主控机；所述无线张力监测装置设置在所述圆柱段的内侧，用于实时采集和发送刮板链和机头链轮啮合点的张力数据；所述电涡流接近开关设置所述圆柱段的外侧，所述电涡流接近开关用于控制所述无线张力监测装置输出刮板链和机头链轮啮合点的张力数据；所述电涡流接近开关闭合时，所述无线张力监测装置将采集的刮板链和机头链轮啮合点的张力数据发送至所述无线信号接收装置；所述无线信号接收装置与所述主控机相连接，所述主控机根据所述无线信号接收装置接收到的张力数据调控所述机头电动机的转速、机尾电动机的转速以及所述采煤牵引电动机的转速。

无线张力监测装置安装在所述圆环链上，随刮板链运动；电涡流接近开关可以识别有无金属物品接近，当安装无线张力监测装置的圆环链即将与机头链轮啮合时，电涡流接近开关感应到机头链轮，开关闭合，控制无线张力监测装置发送监测到的刮板链与机头链轮啮合处的张力，无线信号接收装置将接收到的张力传输到主控机中，刮板输送机的载煤量可以从啮合处的张力上得到体现，主控机通过比较预存啮合点张力数据和当前啮合点张力数据，获得当前刮板输送机的负载状况，由此调节刮板输送机和采煤牵引电动机的转速，防止刮板链空转以及超载的情况，提高采煤运煤智能调速系统的工作效能，延长设备的使用寿命。

根据本发明优选的，所述电涡流接近开关的型号为LJ18A3-8-Z/BX传感器M18直流三线NPN常开24V型。此设计的好处在于，由于张力数据的测定受到多个的影响因素，相对于测定整个运行过程中的张力数据，啮合点的张力数据更具有针对性，监测到的刮板链的负载情况更加准确。

根据本发明优选的，所述机头链轮与所述刮板链的啮合点处，所述电涡流接近开关的感辨头到所述机头链轮的轮齿的距离d为10mm-15mm；所述电涡流接近开关焊接在所述圆环链中圆柱段的外侧。此设计的好处在于，能够保证电涡流接近开关能够准确的探测到所述机头链轮和圆环链啮合点处的张力数据。

根据本发明优选的，所述主控机的型号为FX2N-48ER-D型可编程控制器。

根据本发明优选的，所述无线张力监测装置包括半导体应变片、信号调理电路、数据采集电路、无线发射模块和外壳；所述外壳围设成安装室，所述信号调理电路、数据采集电路和无线发射模块设置在所述安装室中；所述半导体应变片的数量为两个，两个半导体应变片均粘贴在所述圆柱段中间的内侧，用于测量机头链轮和刮板链啮合点的张力；所述信号调理电路用于将所述半导体应变片监测到的张力进行放大滤波；所述数据采集电路用于将所述信号调理电路输出的信号进行转换和调制，并将调制后的信号输送到无线发射模块；所述电涡流接近开关与所述无线发射模块相连接，控制所述无线发射模块无线发送所述数据采集电路调制后的信号。

根据本发明优选的，所述刮板输送机还包括机头变频器和机尾变频器，所述主控机与所述机头变频器相连接，机头变频器用于调节机头电动机的转速；所述机头变频器与所述机尾变频器同步运行，所述机尾电动机与所述机尾变频器相连接，机尾变频器用于调节机尾电动机的转速；所述采煤机还包括采煤机变频器，所述主控机与所述采煤机变频器相连接，所述采煤机变频器用于控制采煤牵引电动机的转速。此设计好处在于，实现刮板输送机的恒功率运行，防止刮板输送机上的空载或超载，提升刮板输送机的工作效率，延长设备的使用寿命；同时提高采煤机的生产率。

根据本发明优选的，所述机头电动机和机尾电动机均为单机功率大于800KW电动机或刮板输送机装机功率大于1000KW使用的三相交流电动机。此设计的好处在于，重型刮板输送机的应用性更广，重型刮板输送机使用的电动机为大功率电动机，选择机头电动机和机尾电动机为大功率电动机具有更好的实用性。

根据本发明优选的，所述无线信号接收装置固定安装在所述机头链轮与刮板链啮合点的上方。此设计的好处在于，正常运行时，机头链轮与刮板链啮合点的张力可以反映刮板输送机的负载，当安装有无线张力监测装置的圆环链与机头链轮啮合时，啮合点上方的无线信号接收装置可以稳定接收到无线张力监测装置发送的啮合点张力数据。

根据本发明优选的，所述刮板链上设置有若干个所述无线张力监测装置。此设计的好处在于，多个无线张力监测装置可以在提高调速实时性的同时降低调速频率，避免频繁调速对刮板输送机和采煤机造成损害。

根据本发明优选的，所述无线发射模块和所述无线信号接收装置之间为RFID通信方式。此设计的好处在于，RFID通信方式较其他的通信方式实时性和可靠性更高。

上述综采工作面采煤运煤智能调速系统的工作方法，包括步骤如下：

(1)在所述主控机中存入额定负载下刮板输送机的机头链轮和刮板链啮合点的张力值；

(2)开启综采工作面采煤运煤智能调速系统；

(3)在智能调速采煤系统运行过程中，所述主控机将接收到的啮合点张力数据和存入的额定负载下刮板输送机的机头链轮和刮板链啮合点的张力值进行比较；

(4)根据恒功率下电动机转速与负载转矩的关系：P＝T×w，P表示机头电动机转轴上的机械功率，T表示负载力F在机头电动机转轴上产生的负载转矩，w表示机头电动机转速，所述主控机通过控制所述机头变频器调整所述机头电动机的转速；所述主控机控制采煤机变频器调节采煤机牵引电动机的转速档位。

本发明的有益效果为：

1、本发明利用电涡流接近开关控制无线张力监测装置传输机头链轮和刮板链啮合点处的监测数据，更具有针对性，监测到的刮板链的载煤量更加准确。

2、本发明可以在刮板输送机正常工作中，借助无线张力监测装置对机头链轮链条啮合点的张力实时监测，并能够将实时将监测结果反馈给主控机，由主控机通过智能调速变频器实时调整刮板机的速度。

3、本发明中无线张力监测装置可以根据刮板输送机刮板链的长度适当的调整安装个数，提高调速的实时性和稳定性。

4、本发明基于无线张力监测的智能调速方法，调速间隔取决于两相邻无线张力监测装置之间的距离，对电动机的调速是间歇性的，避免了短时间对电动机调速多次反而缩短电动机寿命的情况。

5、本发明应用的无线张力监测装置不仅可以用于智能调速，而且可以监测刮板链的状态，避免刮板输送机卡链、断链时处理不及时的情况，具有很好的拓展性。

6、本发明提供的综采工作面采煤运煤智能调速系统及工作方法为井下工作面实现无人化运作做了一定的技术铺垫，避免了刮板输送机工作效能低的问题。

附图说明

图1为本发明提供的综采工作面采煤运煤智能调速系统的结构示意图；

图2为本发明提供的综采工作面采煤运煤智能调速系统的流程图；

图3为本发明提供的无线张力监测装置的示意图；

图4为本发明中机头链轮与刮板链啮合的结构示意图；

1、刮板输送机；2、主控机；3、无线信号接收装置；4、无线张力监测装置；5、外壳；6、圆环链；7、半导体应变片；8、采煤机变频器，9、感辨头；10、采煤机；11、电涡流接近开关；12、刮板链；13、机头链轮，14、机头变频器，15、机尾变频器，16、采煤牵引电动机，17、机头电动机，18、机尾电动机，19、机尾链轮。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。

实施例1

一种综采工作面采煤运煤智能调速系统，图1和图2所示，作用于刮板输送机1和采煤机10，采煤机10包括采煤牵引电动机16；刮板输送机1包括机头部、机尾部和刮板链12，机头部包括机头电动机17和机头链轮13，机头链轮13套装在机头电动机17的转轴上；机尾部包括机尾电动机18和机尾链轮19，机尾链轮19套装在机尾电动机18的转轴上；机尾链轮19和机头链轮13之间通过刮板链12相连接；刮板链12包括若干个首尾扣在一起的圆环链6组成，圆环链6包括两个圆弧段和两个圆柱段，圆弧段与圆柱段首尾相连接；

智能调速系统包括无线张力监测装置4、电涡流接近开关11、无线信号接收装置3及主控机2；无线张力监测装置4设置在圆柱段的内侧，用于实时采集和发送刮板链12和机头链轮13啮合点的张力数据；电涡流接近开关11设置圆柱段的外侧，电涡流接近开关11用于控制无线张力监测装置4输出刮板链12和机头链轮13啮合点的张力数据；电涡流接近开关11闭合时，无线张力监测装置4将采集的刮板链12和机头链轮13啮合点的张力数据发送至无线信号接收装置3；无线信号接收装置3与主控机2相连接，主控机2根据无线信号接收装置3接收到的张力数据调控机头电动机17的转速、机尾电动机18的转速以及采煤牵引电动机16的转速。

本发明的工作过程为：无线张力监测装置4安装在圆环链6上，随刮板链12运动；电涡流接近开关11可以识别有无金属物品接近，当安装无线张力监测装置4的圆环链6即将与机头链轮13啮合时，电涡流接近开关11感应到机头链轮13，开关闭合，控制无线张力监测装置4发送监测到的刮板链12与机头链轮13啮合处的张力，无线信号接收装置3将接收到的张力传输到主控机2中，刮板输送机1的载煤量可以从啮合处的张力上得到体现，主控机2通过比较预存啮合点张力数据和当前啮合点张力数据，获得当前刮板输送机1的负载状况，由此调节刮板输送机1和采煤牵引电动机16的转速，防止刮板链12空转以及超载的情况，提高采煤运煤智能调速系统的工作效能，延长设备的使用寿命。

电涡流接近开关11的型号为LJ18A3-8-Z/BX传感器M18直流三线NPN常开24V型。此设计的好处在于，由于张力数据的测定受到多个的影响因素，相对于测定整个运行过程中的张力数据，啮合点的张力数据更具有针对性，监测到的刮板链12的负载情况更加准确。

主控机2的型号为FX2N-48ER-D型可编程控制器。

如图3所示，无线张力监测装置4包括半导体应变片7、信号调理电路、数据采集电路、无线发射模块和外壳5；外壳5围设成安装室，信号调理电路、数据采集电路和无线发射模块设置在安装室中；半导体应变片7的数量为两个，两个半导体应变片7均粘贴在圆环链6圆柱段中间的内侧，用于测量机头链轮13和刮板链12啮合点的张力；信号调理电路用于将半导体应变片7监测到的张力进行放大滤波；数据采集电路用于将信号调理电路输出的信号进行转换和调制，并将调制后的信号输送到无线发射模块；电涡流接近开关11与无线发射模块相连接，控制无线发射模块无线发送数据采集电路调制后的信号。

无线发射模块和无线信号接收装置3之间为RFID通信方式。此设计的好处在于，RFID通信方式较其他的通信方式实时性和可靠性更高。

通过调整电涡流接近开关11感辨头9的位置，使刮板链12与机头链轮13啮合时电涡流接近开关11感辨头9可以感应到机头链轮13，如图4所示，在机头链轮13与刮板链12啮合点处，电涡流接近开关11的感辨头9到机头链轮13的轮齿的距离d为10mm-15mm；电涡流接近开关11焊接在圆环链6中圆柱段的外侧。能够保证电涡流接近开关11能够准确的探测到机头链轮13和圆环链6啮合点处的张力数据。

刮板输送机1还包括机头变频器14和机尾变频器15，主控机2与机头变频器14相连接，机头变频器14用于调节机头电动机17的转速；机头变频器14与机尾变频器15同步运行，机尾电动机18与机尾变频器15相连接，机尾变频器15用于调节机尾电动机18的转速。此设计好处在于，实现刮板输送机1的恒功率运行，防止刮板输送机1上的空载或超载，提升刮板输送机1的工作效率，延长设备的使用寿命。

采煤机10还包括采煤机变频器8，主控机2与采煤机变频器8相连接，采煤机变频器8用于控制采煤牵引电动机16的转速。此设计好处在于，提高采煤机10的生产率。

机头电动机17和机尾电动机18均为单机功率大于800KW电动机或刮板输送机1装机功率大于1000KW使用的三相交流电动机。此设计的好处在于，重型刮板输送机的应用性更广，重型刮板输送机使用的电动机为大功率电动机，选择机头电动机17和机尾电动机18为大功率电动机具有更好的实用性。

无线信号接收装置3固定安装在机头链轮13与刮板链12啮合点的上方。此设计的好处在于，正常运行时，机头链轮13与刮板链12啮合点的张力可以反映刮板输送机1的负载，当安装有无线张力监测装置4的圆环链6与机头链轮13啮合时，啮合点上方的无线信号接收装置3可以稳定接收到无线张力监测装置4发送的啮合点张力数据。

刮板链12上设置有若干个无线张力监测装置4。此设计的好处在于，多个无线张力监测装置4可以在提高调速实时性的同时降低调速频率，避免频繁调速对刮板输送机1和采煤机10造成损害。

实施例2

实施例1所提供的一种综采工作面采煤运煤智能调速系统的工作方法，包括步骤如下：

(1)在主控机2中存入额定负载下刮板输送机1的机头链轮13和刮板链12啮合点的张力值。

(2)开启综采工作面采煤运煤智能调速系统。

(3)在智能调速采煤系统运行过程中，当刮板链12与机头链轮13啮合时，电涡流接近开关11控制无线张力监测装置4发送当前啮合点的张力数据，无线信号接收装置3接收到张力数据，并将张力数据传输至主控机2，主控机2将接收到的张力数据和存入的额定负载下刮板输送机1的机头链轮13和刮板链12啮合点的张力值进行比较。

(4)根据恒功率下电动机转速与负载转矩的关系：P＝T×w，P表示机头电动机17转轴上的机械功率，T表示负载力F在机头电动机17转轴上产生的负载转矩，w表示机头电动机17转速；主控机2控制机头变频器14对机头电动机17进行调整：

当主控机2将接收到的啮合点的张力数据大于存入的额定负载下啮合点的张力值时：主控机2控制机头变频器14来降低机头电动机17的转速，以保证刮板输送机1能够恒功率运行；机头变频器14通过主从通讯实现对机尾变频器15的调整，实现对机尾电动机18的同步调整；

当主控机2将接收到的啮合点的张力数据小于存入的额定负载下啮合点的张力值时：主控机2控制机头变频器14来增加机头电动机17的转速，以保证刮板输送机1能够恒功率运行；机头变频器14通过主从通讯实现对机尾变频器15的调整，实现对机尾电动机18的同步调整。

(5)根据主控机2接收到的张力数据与存入的额定负载下刮板输送机1的机头链轮13和刮板链12啮合点的张力值，主控机2控制采煤机变频器8调节采煤牵引电动机16的转速档位：

当主控机2将接收到的张力数据小于存入的额定负载下刮板输送机1的机头链轮13和刮板链12啮合点的张力值时，说明刮板输送机1还未到达额定运煤量，采煤机10应当提升生产率，主控机2控制采煤机变频器8增加采煤机牵引电动机的档位，提高刮板输送机1的利用率的同时增大采煤机10的生产率；

当主控机2将接收到的张力数据大于存入的额定负载下刮板输送机1的机头链轮13和刮板链12啮合点的张力值时，说明刮板输送机1已达到达额定运煤量，采煤机10应当降低生产率，主控机2控制采煤机变频器8降低采煤牵引电动机16的档位，降低刮板输送机1的负载。

Claims (10)

1.一种综采工作面采煤运煤智能调速系统，作用于刮板输送机和采煤机，所述采煤机包括采煤牵引电动机；所述刮板输送机包括机头部、机尾部和刮板链，所述机头部包括机头电动机和机头链轮，所述机头链轮套装在所述机头电动机的转轴上；所述机尾部包括机尾电动机和机尾链轮，所述机尾链轮套装在所述机尾电动机的转轴上；所述机尾链轮和所述机头链轮之间通过刮板链相连接；所述刮板链包括若干个首尾扣在一起的圆环链组成，所述圆环链包括两个圆弧段和两个圆柱段，所述圆弧段与所述圆柱段首尾相连接；其特征在于，

所述智能调速系统包括无线张力监测装置、电涡流接近开关、无线信号接收装置及主控机；所述无线张力监测装置设置在所述圆柱段的内侧，用于实时采集和发送刮板链和机头链轮啮合点的张力数据；所述电涡流接近开关设置所述圆柱段的外侧，所述电涡流接近开关用于控制所述无线张力监测装置输出刮板链和机头链轮啮合点的张力数据；所述电涡流接近开关闭合时，所述无线张力监测装置将采集的刮板链和机头链轮啮合点的张力数据发送至所述无线信号接收装置；所述无线信号接收装置与所述主控机相连接，所述主控机根据所述无线信号接收装置接收到的张力数据调控所述机头电动机的转速、机尾电动机的转速以及所述采煤牵引电动机的转速。

2.根据权利要求1所述的一种综采工作面采煤运煤智能调速系统，其特征在于，所述电涡流接近开关的型号为LJ18A3-8-Z/BX传感器M18直流三线NPN常开24V型。

3.根据权利要求1所述的一种综采工作面采煤运煤智能调速系统，其特征在于，所述机头链轮与所述刮板链的啮合点处，所述电涡流接近开关的感辨头到所述机头链轮的轮齿的距离d为10mm-15mm；所述电涡流接近开关焊接在所述圆环链中圆柱段的外侧。

4.根据权利要求1所述的一种综采工作面采煤运煤智能调速系统，其特征在于，所述主控机的型号为FX2N-48ER-D型可编程控制器。

5.根据权利要求1所述的一种综采工作面采煤运煤智能调速系统，其特征在于，所述刮板输送机还包括机头变频器和机尾变频器，所述主控机与所述机头变频器相连接，机头变频器用于调节机头电动机的转速；所述机头变频器与所述机尾变频器同步运行，所述机尾电动机与所述机尾变频器相连接，机尾变频器用于调节机尾电动机的转速；所述采煤机还包括采煤机变频器，所述主控机与所述采煤机变频器相连接，所述采煤机变频器用于控制采煤牵引电动机的转速。

6.根据权利要求5所述的一种综采工作面采煤运煤智能调速系统，其特征在于，所述无线张力监测装置包括半导体应变片、信号调理电路、数据采集电路、无线发射模块和外壳；所述外壳围设成安装室，所述信号调理电路、数据采集电路和无线发射模块设置在所述安装室中；所述半导体应变片的数量为两个，两个半导体应变片均粘贴在所述圆柱段中间的内侧，用于测量机头链轮和刮板链啮合点的张力；所述信号调理电路用于将所述半导体应变片监测到的张力进行放大滤波；所述数据采集电路用于将所述信号调理电路输出的信号进行转换和调制，并将调制后的信号输送到无线发射模块；所述电涡流接近开关与所述无线发射模块相连接，控制所述无线发射模块无线发送所述数据采集电路调制后的信号。

7.根据权利要求5所述的一种综采工作面采煤运煤智能调速系统，其特征在于，所述机头电动机和机尾电动机均为单机功率大于800KW电动机或刮板输送机装机功率大于1000KW使用的三相交流电动机。

8.根据权利要求5所述的一种综采工作面采煤运煤智能调速系统，其特征在于，所述无线信号接收装置固定安装在所述机头链轮与刮板链啮合点的上方，所述刮板链上设置有若干个所述无线张力监测装置。

9.根据权利要求6所述的一种综采工作面采煤运煤智能调速系统，其特征在于，所述无线发射模块和所述无线信号接收装置之间为RFID通信方式。

10.一种如权利要求5-9任一项所述的综采工作面采煤运煤智能调速系统的工作方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)在所述主控机中存入额定负载下刮板输送机的机头链轮和刮板链啮合点的张力值；

(2)开启综采工作面采煤运煤智能调速系统；

(3)在智能调速采煤系统运行过程中，所述主控机将接收到的啮合点张力数据和存入的额定负载下刮板输送机的机头链轮和刮板链啮合点的张力值进行比较；

(4)根据恒功率下电动机转速与负载转矩的关系：P＝T×w，P表示机头电动机转轴上的机械功率，T表示负载力F在机头电动机转轴上产生的负载转矩，w表示机头电动机转速，所述主控机通过控制所述机头变频器调整所述机头电动机的转速；所述主控机控制采煤机变频器调节采煤机牵引电动机的转速档位。