CN114436097B - 一种罐道绳的维检机器人、智能维检系统装置及维检方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种罐道绳的维检机器人、智能维检系统装置及维检方法，所述的维检机器人包括箱体，所述箱体顶部通过传动机构连接维检机构，所述维检机构包括套筒，所述套筒内周设置有断丝检测模块和喷油涂刷模块，所述套筒套设于罐道绳外周；所述箱体内部设置有储油箱和高压油泵，所述储油箱接入所述喷油涂刷模块，所述储油箱与喷油涂刷模块之间的输油管路上设置有所述高压油泵。本发明通过科技创新手段，用维检机器人来替代目前人员手工对立井钢丝绳罐道的维检。通过远程集中监控平台，以无线的方式对井筒内作业的无线机器人集群进行集中自动和手动控制，来完成钢丝绳罐道的不间断和360°全方位断丝检测和刷油维护。

Description

一种罐道绳的维检机器人、智能维检系统装置及维检方法

技术领域

本发明属于罐道绳维检技术领域，涉及一种罐道绳的维检机器人、智能维检系统装置及维检方法。

背景技术

钢丝绳罐道是利用钢丝绳作为提升容器运行的罐道，罐道绳的两端在井上和井底用专用装置固定和拉紧，井筒内不需设置罐道梁。钢丝绳罐道主要包括：罐道钢丝绳、防撞钢丝绳、罐道绳和固定的拉紧装置、提升容器上的导向装置、井口及井底进出车水平的刚性罐道以及中间水平的稳罐装置等。

罐道钢丝绳常见的损伤包括磨损和锈蚀。磨损主要发生在井下停车装载位置附近以及罐道绳的中部位置，其发生的主要原因有：(1)箕斗在装载位置停车瞬间，由于运动状态的改变,造成提升钢丝绳的弹性变形，箕斗在装载停车位置附近发生上下运动，运动距离受箕斗停车前速涂度、箕斗的重力、提升钢丝绳的弹性模量所决定时，一旦开启闸门开始往箕斗内装矿，受矿石的持续冲击，箕斗不断下行，受到与装矿方向相反的分力的影响，箕斗在下行过程中向井筒中心运动，产生横向位移，因受罐道绳的限制而移动受限，造成箕斗罐耳与罐道绳磨损。(2)装矿完成后，装载工发出箕斗上提信号，扇形闸门关闭，漏矿落入箕斗。但信号往往延时一段时间后才能传至主提升机，而上提前箕斗受首绳的弹力作用而上下颤动，同时伴有以罐道绳为中心的摆动。箕斗开始提升时,罐耳冲击罐道绳产生振动，上提的一段时间后振动才能逐渐减弱,造成在装矿位置以上一段距离内罐道绳的严重磨损。现场检查表明,该位置处罐道绳的磨损要比其他位置严重。(3)箕斗装矿过程中矿粉堆积到罐耳套內以及罐道绳上，起到了研磨作用，加速了罐道绳的磨损。(4)系统内部存在激振源,使提升过程产生振动，造成整条钢丝绳的磨损。这是由于提升过程中提升机的加、减速及紧急制动引起的速度变化，提升机电动机的转子在转动过程中由于质量偏差产成的离心惯性力等原因，产生激振源，是容器提升过程中产生振动的主要原因。在钢丝绳弦长最大处,即罐道绳的中心位置振动最大,磨损也最严重。(5)由于安装误差，造成罐道绳与罐耳配合不佳，系统运行摩擦力大；同时罐道绳不垂直度大，运行中引起横向作用力也大。

罐道绳锈蚀的主要原因是：锈蚀罐道绳的使用环境和条件非常恶劣，由于矿井淋水大，产生铁锈，使罐道绳表面出现很多圆形腐蚀坑，并逐渐加深，成为应力集中点，易产生疲劳裂纹。同时，腐蚀导致钢丝绳截面积减小，韧性下降，弹性降低，是更换钢丝绳的原因之一。

CN113173481A公开了一种实现副立井双码平衡节能的提升系统及提升方法，包括设置于地面的双码提升系统，其中双码提升系统包括罐笼、钢丝绳、天轮、双滚筒绞车，还包括分别设置于副立井井口和副立井井底的自动称重系统，安装于副立井井口和副立井井底的水平衡系统、智能控制台。

CN214951155U公开了一种立井罐道变形光纤实时监测系统，包括光纤光栅位移传感器、光纤光栅加速度传感器、多芯光缆、光纤接线盒、光纤光栅解调仪和监控主机；所述光纤光栅位移传感器安装于罐道梁与立井井壁之间、罐道与立井井壁之间和相邻罐道接缝处两端；所述光纤光栅加速度传感器安装于靠近立井井壁侧的罐道梁和罐道表面，并靠近光纤光栅位移传感器设置；所述光纤光栅位移传感和光纤光栅加速度传感器分别与多芯光缆进行连接，并放入光缆接线盒；所述多芯光缆与地面监测室的光纤光栅解调仪相连，经过光纤光栅解调仪，将光波信号解调成为数字信号，传输至监控主机，构建成一套传感监测网络。

CN105314511A公开了一种水平移动式立井绳罐道及调节方法，适用于立井提升容器的导向。立井绳罐道包括提升绳、悬吊在提升绳末端的两个提升容器，两侧导向罐耳内分别穿套有罐道绳，每根罐道绳的上端均连接有一个设置在井筒顶部地面的张紧器，每根罐道绳的下端均连接有一个设置在井筒底部钢槽下方的连接器；张紧器及连接器的另外一侧均连接有液压缸，液压缸与张紧器或连接器相连接。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种罐道绳的维检机器人、智能维检系统装置及维检方法，本发明通过科技创新手段，用维检机器人来替代目前人员手工对立井钢丝绳罐道的维检。通过远程集中监控平台，以无线的方式对井筒内作业的无线机器人集群进行集中自动和手动控制，来完成钢丝绳罐道的不间断和360°全方位断丝检测和刷油维护。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种罐道绳的维检机器人，所述的维检机器人包括箱体，所述箱体顶部通过传动机构连接维检机构，所述维检机构包括套筒，所述套筒内周设置有断丝检测模块和喷油涂刷模块，所述套筒套设于罐道绳外周，所述套筒在传动机构的驱动下沿罐道绳移动，在移动过程中，所述断丝检测模块和喷油涂刷模块对罐道绳进行断丝检测和刷油维护；

所述箱体内部设置有储油箱和高压油泵，所述储油箱接入所述喷油涂刷模块，所述储油箱与喷油涂刷模块之间的输油管路上设置有所述高压油泵。

本发明主要针对煤矿立井提升系统中钢丝绳罐道的人员手工维检。目前，国内煤矿钢丝绳罐道普遍通过人员手工动态断丝检测和人员手工动态刷油来完成日常维护。因井筒作业受操作安全和特殊空间的限制，导致每位人员不能同时一条钢丝绳进行断丝检测和刷油工作，更不能对钢丝绳实现360°的维检，这将给提升系统的安全埋下重大隐患，还有丝绳罐道通过人员维检时，存在着用工多、效率低、安全风险大等弊端。本发明通过科技创新手段，用维检机器人来替代目前人员手工对立井钢丝绳罐道的维检，通过集成断丝检测模块和喷涂刷油模块，将断丝检测、刷油和均油等功能高度融合，来完成钢丝绳罐道的不间断和360°全方位断丝检测和刷油维护，从而达到“减员提效”的目标，极大地减少了井筒内的作业人数和劳动强度、降低了人员在井筒内的安全风险，提高了检测和维护效率。

作为本发明一种优选的技术方案，所述传动机构为工作臂，所述工作臂电性连接电机，所述电机用于驱动工作臂伸缩，通过工作臂的伸缩带动维检机构沿罐道绳移动。

优选地，所述工作臂两端分别记为固定端和滑动端，所述工作臂的固定端可拆卸固定于所述箱体顶部，所述工作臂的滑动端与所述维检机构转动连接。

优选地，所述工作臂的固定端与所述箱体顶部的连接处设置有下卡具，通过所述下卡具将所述工作臂可拆卸固定于箱体顶部。

优选地，所述工作臂的滑动端设置有上卡具，所述维检机构的侧壁处设置有转轴件，所述上卡具与所述转轴件转动连接。

优选地，所述上卡具上活动设置有测位机构，所述测位机构同时与所述罐道绳接触，所述工作臂带动维检机构移动的同时，通过上卡具带动测位机构沿罐道绳滑动。

优选地，所述测位机构包括测位杆和测位轮，所述测位杆倾斜设置，所述测位杆的一端与所述上卡具转动连接，所述测位杆的另一端设置有所述测位轮，所述测位轮位于维检机构下方并与罐道绳接触，所述维检机构一端的同时，所述测位轮沿罐道绳滑动。

作为本发明一种优选的技术方案，所述套筒包括第一套筒和第二套筒，所述第一套筒和第二套筒为完全相同的半圆筒形结构，所述第一套筒和第二套筒的两侧轴向边缘对齐扣合后形成所述套筒。

优选地，所述第一套筒的一侧轴向边缘与所述第二套筒的一侧轴向边缘铰接，所述第一套筒的另一侧轴向边缘与所述第二套筒的另一侧轴向边缘通过卡扣进行可拆卸连接。

本发明中，套筒由两个半圆筒组合构成，一侧边缘铰接，另一侧边缘通过卡扣可拆卸连接，在套筒移动过程中，如检测到罐道绳持续剧烈振动，卡扣在剧烈振动下会自动弹开从而保证设备安全。

作为本发明一种优选的技术方案，所述断丝检测模块包括沿套筒轴向间隔设置的第一断丝检测件和第二断丝检测件，所述第一断丝检测件和第二断丝检测件的结构相同，且分别位于套筒内壁的两端。

优选地，所述第一断丝检测件包括沿套筒内壁水平周向设置的两圈断丝捕捉网，两圈所述断丝捕捉网之间设置有一环形的检测板，所述检测板内环面与罐道绳接触。

优选地，所述断丝捕捉网以及检测板均为导电材料且电性接入断丝报警回路。

优选地，所述断丝捕捉网为围绕所述罐道绳设置的环形网状结构，所述断丝捕捉网的内环面与罐道绳之间保留环形空隙；所述罐道绳未出现断丝时，所述断丝捕捉网与罐道绳之间不接触，断丝报警回路处于短路状态；随着维检结构的移动，断丝捕捉网捕捉到罐道绳断丝时，所述断丝捕捉网、罐道绳和检测板之间形成闭合的断丝报警回路，所述断丝报警回路触发报警信号。

在本发明中，当有断丝的罐道绳通过断丝捕捉网中心时，罐道绳支出的断丝与断丝捕捉网接触，通过罐道绳实现断丝捕捉网与检测板的电性连接，此时断丝报警回路形成闭合回路。本发明中的断丝报警回路还需电性连接电控模块，断丝报警回路用于现场报警，同时将罐道绳的断丝情况传输至电控模块，电控模块以无线传输的方式将信号远传至地面的绞车司机房，实现远程报警，操作人员根据断丝位置判断是否需要停车处理断丝，实现双路可靠断丝报警。

此外，本发明提供的断丝检测模块还可以与测距模块配合，断丝报警回路触发报警的同时通过电控模块触发测距模块，测距模块检测当前罐笼在煤矿立井内的位置高度并传输至电控模块，电控模块根据位置高度测算当前的断丝位置，便于后续操作人员进行维修。

需要说明的是，断丝捕捉网由两部分组成，一部分位于第一套筒内壁，另一部分位于第二套筒内壁，第一套筒和第二套筒对齐扣合后，两部分断丝捕捉网也对齐组合形成一圈完整的断丝捕捉网。同样地，断丝传感器也由两部分组成。

优选地，所述喷油涂刷模块位于所述第一断丝检测件和第二断丝检测件之间，所述第一断丝检测件或第二断丝检测件对罐道绳进行断丝检测后，通过喷油涂刷模块对罐道绳进行涂油。

优选地，所述喷油涂刷模块包括沿套筒轴向间隔设置的至少一圈均油刷和至少一圈喷油嘴。

优选地，所述第一断丝检测件和第二断丝检测件之间依次间隔设置有一圈第一均油刷、一圈喷油嘴以及一圈第二均油刷，所述第一均油刷、喷油嘴和第二均油刷均沿套筒内壁水平周向设置。

需要说明的是，本发明中的第一均油刷由两部分组成，一部分位于第一套筒内壁，另一部分位于第二套筒内壁，第一套筒和第二套筒对齐扣合后，两部分第一均油刷也对齐组合形成一圈完整的第一均油刷。同样地，喷油嘴和第二均油刷也由两部分组成。

作为本发明一种优选的技术方案，所述箱体内设置有与所述断丝检测模块电性连接的数控模块。

优选地，所述储油箱内设置有液位传感器，所述液位传感器电性连接所述数控模块。

优选地，所述箱体顶部设置有无线信号发射模块，所述数控模块电性连接所述无线信号发射模块，所述数控模块将采集到的断丝情况和储油箱液位信息打包后发送至无线信号发射模块。

优选地，所述箱体一侧设置有可拆卸的插接电池组，所述插接电池组通过插接接口电性连接所述电机、高压油泵和数控模块，用于对电机、高压油泵和数控模块供电。

优选地，所述箱体顶部设置有提手。

优选地，所述箱体侧壁设置有固定环。

第二方面，本发明提供了一种包括第一方面所述的罐道绳的维检机器人的智能维检系统装置，所述智能维检系统装置包括位于煤矿立井内的罐道绳和罐笼，所述煤矿立井内竖直固定有至少4×N条所述罐道绳，N为大于1的正整数，每四条所述罐道绳之间滑动设置有所述罐笼。

所述智能维检系统装置还包括位于底面的提升装置和主控机站，所述提升装置通过提升绳连接所述罐笼，所述提升装置带动所述罐笼沿罐道绳移动。

所述罐笼顶部平台的四角处分别设置有一个维检机器人，所述维检机器人对相邻的罐道绳进行断丝检测和刷油维护；所述维检机器人与所述主控机站通过无线连接。

本发明在地面设置主控机站，与井下的维检机器人进行远程控制，通过主控机站对井筒多台机器人进行统一协调管理，通过技术创新，将高技术含量的机器人引入煤矿高危岗位的立井钢丝绳罐道维检中，实现了无人则安，科技替人的现实目标。

对主控机站而言，主要具有两个功能：(1)单台手动控制或集中自动控制，主控机站不但能同时显示机器人的工作状态，也能完成每台机器人的控制；(2)完成数据传输，即数据指令的上传和下达，对机器人以无线方式传输，对上位监控平台以网络方式传输。其主要是安装在井口附近。

对维检机器人而言，主要优势在于：(1)通过远程或就地控制逻辑程序控制，来实现立井罐道绳的断丝检测和刷油维护，维检机器人具有独立的核心控制单元，在脱离主机集中控制下，也能单独完上维检测任务；(2)维检机器人具有多重机电保护功能，在特殊情况发声时，能自动弹开检测装置并迅速脱离钢丝绳；(3)工作工序多元程序化，整个防腐维护和验绳以及数据传输的全过程，全部通过逻辑程序控制自动完成以及数据上传和阀值参数报警，整个过程实现“无人值守”；(4)断丝检测、刷油和均油等人工操作实现了自动化智能化的高度融合，通过软硬件以及机械与电气技术的高度整合，完成对断丝检测定位和均匀喷油；(5)贯彻了“轻量化”和“便携式”的设计理念，整机重量在20kg左右。

作为本发明一种优选的技术方案，所述提升装置包括卷筒、天轮和传送带，所述卷筒和天轮之间通过传动带连接，所述卷筒主动旋转，通过传送带带动天轮旋转。

优选地，所述提升绳缠绕于所述天轮上，所述提升绳的两端分别固定连接一个所述罐笼；随着天轮旋转，带动一个罐笼下放的同时另一个罐笼提升。

优选地，所述罐笼与罐道绳的连接处设置有导向罐耳，所述导向罐耳穿套于所述罐道绳外周，所述导向罐耳侧壁固定于所述罐笼上，在所述提升装置提升过程中，通过导向罐耳使得罐笼沿罐道绳移动。

优选地，所述罐笼顶部平台的中心区域设置有吊环，所述提升绳的一端固定于所述吊环上。

优选地，所述吊环上设置有拉力感应模块，所述拉力感应模块电性连接所述数控模块，所述拉力感应模块用于测量提升绳的拉力并将拉力数据传输至数控模块，并由数控模块打包后发送至无线信号发射模块。

优选地，所述罐笼底部还设置有测距模块，所述测距模块电性连接所述数控模块，所述测距模块用于测量罐笼底部与立井底部之间的竖直距离并将距离数据传输至数控模块，并由数控模块打包后发送至无线信号发射模块。

优选地，所述罐笼顶部设置有自复位卡锁机构，所述自复位卡锁机构用于将维检机器人固定于所述罐笼顶部平台。

优选地，所述液位传感器、测距模块和高压油泵分别独立电性连接所述维检机器人的数控模块，所述数控模块根据检测得到的罐笼运行距离和储油箱内油位信号调节高压油泵的输出功率。

本发明中，需要根据液位传感器和测距模块的数据调整高压油泵的输出功率，一方面，根据液位传感器实时检测当前储油箱内的储油量，防止罐笼移动过程中出现断油的情况；另一方面，需要液位传感器和测距模块配合，液位传感器检测当前储油箱内的储油量，测距模块检测当前罐笼的运行距离，数控模块将数据汇总后传输至控制模块，控制模块需要根据当前剩余油量以及未涂油部分的罐道绳长度计算高压油泵的输出功率，确保剩余油量能顺利涂完剩余的罐道绳。

整个控制系统的工作流程包括以下步骤：

(1)数控模块读取到的储油箱油位采集电路的实时电压值，经处理转换成实时油位，与预设油位值进行对比，如果高于预设值进入步骤(2)，如果低于预设值，通过电控模块向控制模块输出反馈信号，控制模块接收反馈后出发报警模块，提示集油箱缺油，操作人员需要及时采取措施，向储油箱内注入油脂，保证系统的持续运行；

(2)数控模块中读取到的距离采集电路的实时电压值，经处理转换成罐笼的运行距离，结合当前储油箱内剩余油量计算得到单位涂油量，与预设涂油量进行对比，如果高于预设距离值，则进行常规的涂油操作，如果低于预设涂油量，表明当前剩余油量无法满足剩余罐道绳的涂油操作，此时，同样需要通过电控模块向控制模块输出反馈信号，提示集油箱缺油。

作为本发明一种优选的技术方案，所述主控机站包括控制模块、无线信号接收模块和人机交互模块，所述无线信号接收模块和人机交互模块分别电性连接所述控制模块，所述无线信号接收模块与无线信号发射模块通过无线实现数据传输，所述无线信号接收模块用于接收无线信号发射模块传输的数据信息并发送至控制模块，所述控制模块将数据信息打包汇总后传输至人机交互模块。

需要说明的是，本发明中的人机交互模块主要包括控制面板和显示屏，通过显示屏将获取的各项数据信息展示给操作人员，通过控制面板接收操作人员的点按指令并通过控制模块传输至相应的井下设备，完成自动控制。

优选地，所述主控机站还包括报警模块和急停模块，所述报警模块和急停模块分别独立电性连接所述控制模块，所述人机交互模块通过控制模块手动控制报警模块和/或急停模块；或者，所述控制模块根据采集的拉力数据、距离数据和断丝情况自动控制报警模块和/或急停模块。

第三方面，本发明提供了一种第二方面所述的智能维检系统装置的维检方法，所述维检方法包括：

地面的提升装置带动井下的罐笼沿罐道绳移动，在罐笼移动过程中，罐笼顶部的维检机器人对相邻的罐道绳进行断丝检测和刷油维护，同时通过断丝检测模块将断丝情况反馈至主控机站。

作为本发明一种优选的技术方案，所述维检方法具体包括：

(Ⅰ)卷筒旋转通过传送带带动天轮旋转，随着天轮旋转，带动立井内的一个罐笼下放的同时另一个罐笼提升；在罐笼的移动过程中，主控机站控制断丝检测模块和喷油涂刷模块，对罐笼两侧的罐道绳进行断丝检测和喷油；

(Ⅱ)在罐笼的移动过程中，拉力感应模块和测距模块持续检测提升绳的拉力以及罐笼底部与立井底部之间的竖直距离，拉力感应模块、测距模块和断丝检测模块将采集到的拉力数据、距离数据以及断丝情况传输至无线信号发射模块；

(Ⅲ)无线信号接收模块接收无线信号发射模块传输的数据信息并发送至控制模块，控制模块将数据信息打包汇总后传输至人机交互模块；

(Ⅳ)根据人机交互模块显示的数据信息手动控制报警模块和/或急停模块；或者，控制模块根据采集的拉力数据、距离数据和断丝情况自动控制报警模块和/或急停模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明主要针对煤矿立井提升系统中钢丝绳罐道的人员手工维检。目前，国内煤矿钢丝绳罐道普遍通过人员手工动态断丝检测和人员手工动态刷油来完成日常维护。因井筒作业受操作安全和特殊空间的限制，导致每位人员不能同时一条钢丝绳进行断丝检测和刷油工作，更不能对钢丝绳实现360°的维检，这将给提升系统的安全埋下重大隐患，还有丝绳罐道通过人员维检时，存在着用工多、效率低、安全风险大等弊端。本发明通过科技创新手段，用维检机器人来替代目前人员手工对立井钢丝绳罐道的维检，通过集成断丝检测模块和喷涂刷油模块，将断丝检测、刷油和均油等功能高度融合，来完成钢丝绳罐道的不间断和360°全方位断丝检测和刷油维护，从而达到“减员提效”的目标，极大地减少了井筒内的作业人数和劳动强度、降低了人员在井筒内的安全风险，提高了检测和维护效率。

附图说明

图1为本发明一个具体实施方式提供的维检机器人的结构示意图；

图2为本发明一个具体实施方式提供的维检机构的结构示意图；

图3为本发明一个具体实施方式提供的罐笼的结构示意图；

图4为本发明一个具体实施方式提供的智能维检系统装置的结构示意图。

其中，1-箱体；2-传动机构；3-维检机构；4-高压油泵；5-下卡具；6-上卡具；7-测位杆；8-测位轮；9-转轴件；10-罐道绳；11-提手；12-无线信号发射模块；13-固定环；14-数控模块；15-插接电池组；16-断丝捕捉网；17-检测板；18-第一均油刷；19-喷油嘴；20-第二均油刷；21-卡扣；22-吊环；23-自复位卡锁机构；24-拉力感应模块；25-罐笼；26-测距模块；27-天轮；28-传送带；29-卷筒；30-人机交互模块；31-控制模块；32-提升绳；33-维检机器人；34-煤矿立井。

具体实施方式

需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在一个具体实施方式中，本发明提供了一种罐道绳的维检机器人，所述的维检机器人33如图1所示，包括箱体1，所述箱体1顶部通过传动机构2连接维检机构3，所述维检机构3包括套筒，所述套筒内周设置有断丝检测模块和喷油涂刷模块，所述套筒套设于罐道绳10外周，所述套筒在传动机构2的驱动下沿罐道绳10移动，在移动过程中，所述断丝检测模块和喷油涂刷模块对罐道绳10进行断丝检测和刷油维护；

所述箱体1内部设置有储油箱和高压油泵4，所述储油箱接入所述喷油涂刷模块，所述储油箱与喷油涂刷模块之间的输油管路上设置有所述高压油泵4。

本发明主要针对煤矿立井提升系统中钢丝绳罐道的人员手工维检。目前，国内煤矿钢丝绳罐道普遍通过人员手工动态断丝检测和人员手工动态刷油来完成日常维护。因井筒作业受操作安全和特殊空间的限制，导致每位人员不能同时一条钢丝绳进行断丝检测和刷油工作，更不能对钢丝绳实现360°的维检，这将给提升系统的安全埋下重大隐患，还有丝绳罐道通过人员维检时，存在着用工多、效率低、安全风险大等弊端。本发明通过科技创新手段，用维检机器人33来替代目前人员手工对立井钢丝绳罐道的维检，通过集成断丝检测模块和喷涂刷油模块，将断丝检测、刷油和均油等功能高度融合，来完成钢丝绳罐道的不间断和360°全方位断丝检测和刷油维护，从而达到“减员提效”的目标，极大地减少了井筒内的作业人数和劳动强度、降低了人员在井筒内的安全风险，提高了检测和维护效率。

进一步地，所述传动机构2为工作臂，所述工作臂电性连接电机，所述电机用于驱动工作臂伸缩，通过工作臂的伸缩带动维检机构3沿罐道绳10移动。

进一步地，所述工作臂两端分别记为固定端和滑动端，所述工作臂的固定端可拆卸固定于所述箱体1顶部，所述工作臂的滑动端与所述维检机构3转动连接。

进一步地，所述工作臂的固定端与所述箱体1顶部的连接处设置有下卡具5，通过所述下卡具5将所述工作臂可拆卸固定于箱体1顶部。

进一步地，所述工作臂的滑动端设置有上卡具6，所述维检机构3的侧壁处设置有转轴件9，所述上卡具6与所述转轴件9转动连接。

进一步地，所述上卡具6上活动设置有测位机构，所述测位机构同时与所述罐道绳10接触，所述工作臂带动维检机构3移动的同时，通过上卡具6带动测位机构沿罐道绳10滑动。

进一步地，所述测位机构包括测位杆7和测位轮8，所述测位杆7倾斜设置，所述测位杆7的一端与所述上卡具6转动连接，所述测位杆7的另一端设置有所述测位轮8，所述测位轮8位于维检机构3下方并与罐道绳10接触，所述维检机构3一端的同时，所述测位轮8沿罐道绳10滑动。

进一步地，如图2所示，所述套筒包括第一套筒和第二套筒，所述第一套筒和第二套筒为完全相同的半圆筒形结构，所述第一套筒和第二套筒的两侧轴向边缘对齐扣合后形成所述套筒。

进一步地，所述第一套筒的一侧轴向边缘与所述第二套筒的一侧轴向边缘铰接，所述第一套筒的另一侧轴向边缘与所述第二套筒的另一侧轴向边缘通过卡扣21进行可拆卸连接。

本发明中，套筒由两个半圆筒组合构成，一侧边缘铰接，另一侧边缘通过卡扣21可拆卸连接，在套筒移动过程中，如检测到罐道绳10持续剧烈振动，卡扣21在剧烈振动下会自动弹开从而保证设备安全。

进一步地，所述断丝检测模块包括沿套筒轴向间隔设置的第一断丝检测件和第二断丝检测件，所述第一断丝检测件和第二断丝检测件的结构相同，且分别位于套筒内壁的两端。

进一步地，所述第一断丝检测件包括沿套筒内壁水平周向设置的两圈断丝捕捉网16，两圈所述断丝捕捉网16之间设置有一环形的检测板17，所述检测板17内环面与罐道绳10接触。

进一步地，所述断丝捕捉网16以及检测板17均为导电材料且电性接入断丝报警回路。

进一步地，所述断丝捕捉网16为围绕所述罐道绳10设置的环形网状结构，所述断丝捕捉网16的内环面与罐道绳10之间保留环形空隙；所述罐道绳10未出现断丝时，所述断丝捕捉网16与罐道绳10之间不接触，断丝报警回路处于短路状态；随着维检结构的移动，断丝捕捉网16捕捉到罐道绳10断丝时，所述断丝捕捉网16、罐道绳10和检测板17之间形成闭合的断丝报警回路，所述断丝报警回路触发报警信号。

在本发明中，当有断丝的罐道绳10通过断丝捕捉网16中心时，罐道绳10支出的断丝与断丝捕捉网16接触，通过罐道绳10实现断丝捕捉网16与检测板17的电性连接，此时断丝报警回路形成闭合回路。本发明中的断丝报警回路还需电性连接电控模块，断丝报警回路用于现场报警，同时将罐道绳10的断丝情况传输至电控模块，电控模块以无线传输的方式将信号远传至地面的绞车司机房，实现远程报警，操作人员根据断丝位置判断是否需要停车处理断丝，实现双路可靠断丝报警。

此外，本发明提供的断丝检测模块还可以与测距模块26配合，断丝报警回路触发报警的同时通过电控模块触发测距模块26，测距模块26检测当前罐笼25在煤矿立井34内的位置高度并传输至电控模块，电控模块根据位置高度测算当前的断丝位置，便于后续操作人员进行维修。

需要说明的是，断丝捕捉网16由两部分组成，一部分位于第一套筒内壁，另一部分位于第二套筒内壁，第一套筒和第二套筒对齐扣合后，两部分断丝捕捉网16也对齐组合形成一圈完整的断丝捕捉网16。同样地，断丝传感器也由两部分组成。

进一步地，所述喷油涂刷模块位于所述第一断丝检测件和第二断丝检测件之间，所述第一断丝检测件或第二断丝检测件对罐道绳10进行断丝检测后，通过喷油涂刷模块对罐道绳10进行涂油。

进一步地，所述喷油涂刷模块包括沿套筒轴向间隔设置的至少一圈均油刷和至少一圈喷油嘴19。

进一步地，所述第一断丝检测件和第二断丝检测件之间依次间隔设置有一圈第一均油刷18、一圈喷油嘴19以及一圈第二均油刷20，所述第一均油刷18、喷油嘴19和第二均油刷20均沿套筒内壁水平周向设置。

需要说明的是，本发明中的第一均油刷18由两部分组成，一部分位于第一套筒内壁，另一部分位于第二套筒内壁，第一套筒和第二套筒对齐扣合后，两部分第一均油刷18也对齐组合形成一圈完整的第一均油刷18。同样地，喷油嘴19和第二均油刷20也由两部分组成。

进一步地，所述箱体1内设置有与所述断丝检测模块电性连接的数控模块14。

进一步地，所述储油箱内设置有液位传感器，所述液位传感器电性连接所述数控模块14。

进一步地，所述箱体1顶部设置有无线信号发射模块12，所述数控模块14电性连接所述无线信号发射模块12，所述数控模块14将采集到的断丝情况和储油箱液位信息打包后发送至无线信号发射模块12。

进一步地，所述箱体1一侧设置有可拆卸的插接电池组15，所述插接电池组15通过插接接口电性连接所述电机、高压油泵4和数控模块14，用于对电机、高压油泵4和数控模块14供电。

进一步地，所述箱体1顶部设置有提手11。

进一步地，所述箱体1侧壁设置有固定环13。

在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种包括上述的罐道绳的维检机器人的智能维检系统装置，如图3所示，所述智能维检系统装置包括位于煤矿立井34内的罐道绳10和罐笼25，所述煤矿立井34内竖直固定有至少4×N条所述罐道绳10，N为大于1的正整数，每四条所述罐道绳10之间滑动设置有所述罐笼25。

所述智能维检系统装置还包括位于底面的提升装置和主控机站，所述提升装置通过提升绳32连接所述罐笼25，所述提升装置带动所述罐笼25沿罐道绳10移动。

如图4所示，所述罐笼25顶部平台的四角处分别设置有一个维检机器人33，所述维检机器人33对相邻的罐道绳10进行断丝检测和刷油维护；所述维检机器人33与所述主控机站通过无线连接。

本发明在地面设置主控机站，与井下的维检机器人33进行远程控制，通过主控机站对井筒多台机器人进行统一协调管理，通过技术创新，将高技术含量的机器人引入煤矿高危岗位的立井钢丝绳罐道维检中，实现了无人则安，科技替人的现实目标。

对主控机站而言，主要具有两个功能：(1)单台手动控制或集中自动控制，主控机站不但能同时显示机器人的工作状态，也能完成每台机器人的控制；(2)完成数据传输，即数据指令的上传和下达，对机器人以无线方式传输，对上位监控平台以网络方式传输。其主要是安装在井口附近。

对维检机器人33而言，主要优势在于：(1)通过远程或就地控制逻辑程序控制，来实现立井罐道绳10的断丝检测和刷油维护，维检机器人33具有独立的核心控制单元，在脱离主机集中控制下，也能单独完上维检测任务；(2)维检机器人33具有多重机电保护功能，在特殊情况发声时，能自动弹开检测装置并迅速脱离钢丝绳；(3)工作工序多元程序化，整个防腐维护和验绳以及数据传输的全过程，全部通过逻辑程序控制自动完成以及数据上传和阀值参数报警，整个过程实现“无人值守”；(4)断丝检测、刷油和均油等人工操作实现了自动化智能化的高度融合，通过软硬件以及机械与电气技术的高度整合，完成对断丝检测定位和均匀喷油；(5)贯彻了“轻量化”和“便携式”的设计理念，整机重量在20kg左右。

进一步地，所述提升装置包括卷筒29、天轮27和传送带28，所述卷筒29和天轮27之间通过传动带连接，所述卷筒29主动旋转，通过传送带28带动天轮27旋转。

进一步地，所述提升绳32缠绕于所述天轮27上，所述提升绳32的两端分别固定连接一个所述罐笼25；随着天轮27旋转，带动一个罐笼25下放的同时另一个罐笼25提升。

进一步地，所述罐笼25与罐道绳10的连接处设置有导向罐耳，所述导向罐耳穿套于所述罐道绳10外周，所述导向罐耳侧壁固定于所述罐笼25上，在所述提升装置提升过程中，通过导向罐耳使得罐笼25沿罐道绳10移动。

进一步地，所述罐笼25顶部平台的中心区域设置有吊环22，所述提升绳32的一端固定于所述吊环22上。

进一步地，所述吊环22上设置有拉力感应模块24，所述拉力感应模块24电性连接所述数控模块14，所述拉力感应模块24用于测量提升绳32的拉力并将拉力数据传输至数控模块14，并由数控模块14打包后发送至无线信号发射模块12。

进一步地，所述罐笼25底部还设置有测距模块26，所述测距模块26电性连接所述数控模块14，所述测距模块26用于测量罐笼25底部与立井底部之间的竖直距离并将距离数据传输至数控模块14，并由数控模块14打包后发送至无线信号发射模块12。

进一步地，所述罐笼25顶部设置有自复位卡锁机构23，所述自复位卡锁机构23用于将维检机器人33固定于所述罐笼25顶部平台。

进一步地，所述液位传感器、测距模块26和高压油泵4分别独立电性连接所述维检机器人33的数控模块14，所述数控模块14根据检测得到的罐笼25运行距离和储油箱内油位信号调节高压油泵4的输出功率。

本发明中，需要根据液位传感器和测距模块26的数据调整高压油泵4的输出功率，一方面，根据液位传感器实时检测当前储油箱内的储油量，防止罐笼25移动过程中出现断油的情况；另一方面，需要液位传感器和测距模块26配合，液位传感器检测当前储油箱内的储油量，测距模块26检测当前罐笼25的运行距离，数控模块14将数据汇总后传输至控制模块31，控制模块31需要根据当前剩余油量以及未涂油部分的罐道绳10长度计算高压油泵4的输出功率，确保剩余油量能顺利涂完剩余的罐道绳10。

整个控制系统的工作流程包括以下步骤：

(1)数控模块14读取到的储油箱油位采集电路的实时电压值，经处理转换成实时油位，与预设油位值进行对比，如果高于预设值进入步骤(2)，如果低于预设值，通过电控模块向控制模块31输出反馈信号，控制模块31接收反馈后出发报警模块，提示集油箱缺油，操作人员需要及时采取措施，向储油箱内注入油脂，保证系统的持续运行；

(2)数控模块14中读取到的距离采集电路的实时电压值，经处理转换成罐笼25的运行距离，结合当前储油箱内剩余油量计算得到单位涂油量，与预设涂油量进行对比，如果高于预设距离值，则进行常规的涂油操作，如果低于预设涂油量，表明当前剩余油量无法满足剩余罐道绳10的涂油操作，此时，同样需要通过电控模块向控制模块31输出反馈信号，提示集油箱缺油。

进一步地，所述主控机站包括控制模块31、无线信号接收模块和人机交互模块30，所述无线信号接收模块和人机交互模块30分别电性连接所述控制模块31，所述无线信号接收模块与无线信号发射模块12通过无线实现数据传输，所述无线信号接收模块用于接收无线信号发射模块12传输的数据信息并发送至控制模块31，所述控制模块31将数据信息打包汇总后传输至人机交互模块30。

需要说明的是，本发明中的人机交互模块30主要包括控制面板和显示屏，通过显示屏将获取的各项数据信息展示给操作人员，通过控制面板接收操作人员的点按指令并通过控制模块31传输至相应的井下设备，完成自动控制。

进一步地，所述主控机站还包括报警模块和急停模块，所述报警模块和急停模块分别独立电性连接所述控制模块31，所述人机交互模块30通过控制模块31手动控制报警模块和/或急停模块；或者，所述控制模块31根据采集的拉力数据、距离数据和断丝情况自动控制报警模块和/或急停模块。

在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种上述的智能维检系统装置的维检方法，所述维检方法包括：

地面的提升装置带动井下的罐笼25沿罐道绳10移动，在罐笼25移动过程中，罐笼25顶部的维检机器人33对相邻的罐道绳10进行断丝检测和刷油维护，同时通过断丝检测模块将断丝情况反馈至主控机站。

进一步地，所述维检方法具体包括：

(Ⅰ)卷筒29旋转通过传送带28带动天轮27旋转，随着天轮27旋转，带动立井内的一个罐笼25下放的同时另一个罐笼25提升；在罐笼25的移动过程中，主控机站控制断丝检测模块和喷油涂刷模块，对罐笼25两侧的罐道绳10进行断丝检测和喷油；

(Ⅱ)在罐笼25的移动过程中，拉力感应模块24和测距模块26持续检测提升绳32的拉力以及罐笼25底部与立井底部之间的竖直距离，拉力感应模块24、测距模块26和断丝检测模块将采集到的拉力数据、距离数据以及断丝情况传输至无线信号发射模块12；

(Ⅲ)无线信号接收模块接收无线信号发射模块12传输的数据信息并发送至控制模块31，控制模块31将数据信息打包汇总后传输至人机交互模块30；(Ⅳ)根据人机交互模块30显示的数据信息手动控制报警模块和/或急停模块；或者，控制模块31根据采集的拉力数据、距离数据和断丝情况自动控制报警模块和/或急停模块。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种罐道绳的维检机器人，其特征在于，所述的维检机器人包括箱体，所述箱体顶部通过传动机构连接维检机构，所述维检机构包括套筒，所述套筒内周设置有断丝检测模块和喷油涂刷模块，所述套筒套设于罐道绳外周，所述套筒在传动机构的驱动下沿罐道绳移动，在移动过程中，所述断丝检测模块和喷油涂刷模块对罐道绳进行断丝检测和刷油维护；

所述箱体内部设置有储油箱和高压油泵，所述储油箱接入所述喷油涂刷模块，所述储油箱与喷油涂刷模块之间的输油管路上设置有所述高压油泵；

所述传动机构为工作臂，所述工作臂电性连接电机，所述电机用于驱动工作臂伸缩，通过工作臂的伸缩带动维检机构沿罐道绳移动；所述工作臂两端分别记为固定端和滑动端，所述工作臂的固定端可拆卸固定于所述箱体顶部，所述工作臂的滑动端与所述维检机构转动连接；所述工作臂的固定端与所述箱体顶部的连接处设置有下卡具，通过所述下卡具将所述工作臂可拆卸固定于箱体顶部；所述工作臂的滑动端设置有上卡具，所述维检机构的侧壁处设置有转轴件，所述上卡具与所述转轴件转动连接；所述上卡具上活动设置有测位机构，所述测位机构同时与所述罐道绳接触，所述工作臂带动维检机构移动的同时，通过上卡具带动测位机构沿罐道绳滑动；所述测位机构包括测位杆和测位轮，所述测位杆倾斜设置，所述测位杆的一端与所述上卡具转动连接，所述测位杆的另一端设置有所述测位轮，所述测位轮位于维检机构下方并与罐道绳接触，所述维检机构一端的同时，所述测位轮沿罐道绳滑动。

2.根据权利要求1所述的罐道绳的维检机器人，其特征在于，所述套筒包括第一套筒和第二套筒，所述第一套筒和第二套筒为完全相同的半圆筒形结构，所述第一套筒和第二套筒的两侧轴向边缘对齐扣合后形成所述套筒；

所述第一套筒的一侧轴向边缘与所述第二套筒的一侧轴向边缘铰接，所述第一套筒的另一侧轴向边缘与所述第二套筒的另一侧轴向边缘通过卡扣进行可拆卸连接。

3.根据权利要求1所述的罐道绳的维检机器人，其特征在于，所述断丝检测模块包括沿套筒轴向间隔设置的第一断丝检测件和第二断丝检测件，所述第一断丝检测件和第二断丝检测件的结构相同，且分别位于套筒内壁的两端；

所述第一断丝检测件包括沿套筒内壁水平周向设置的两圈断丝捕捉网，两圈所述断丝捕捉网之间设置有一环形的检测板，所述检测板内环面与罐道绳接触；

所述断丝捕捉网以及检测板均为导电材料且电性接入断丝报警回路；所述断丝捕捉网为围绕所述罐道绳设置的环形网状结构，所述断丝捕捉网的内环面与罐道绳之间保留环形空隙；所述罐道绳未出现断丝时，所述断丝捕捉网与罐道绳之间不接触，断丝报警回路处于短路状态；随着维检结构的移动，断丝捕捉网捕捉到罐道绳断丝时，所述断丝捕捉网、罐道绳和检测板之间形成闭合的断丝报警回路，所述断丝报警回路触发报警信号；

所述喷油涂刷模块位于所述第一断丝检测件和第二断丝检测件之间，所述第一断丝检测件或第二断丝检测件对罐道绳进行断丝检测后，通过喷油涂刷模块对罐道绳进行涂油；所述喷油涂刷模块包括沿套筒轴向间隔设置的至少一圈均油刷和至少一圈喷油嘴。

4.根据权利要求3所述的罐道绳的维检机器人，其特征在于，所述第一断丝检测件和第二断丝检测件之间依次间隔设置有一圈第一均油刷、一圈喷油嘴以及一圈第二均油刷，所述第一均油刷、喷油嘴和第二均油刷均沿套筒内壁水平周向设置。

5.根据权利要求1所述的罐道绳的维检机器人，其特征在于，所述箱体内设置有与所述断丝检测模块电性连接的数控模块；

所述储油箱内设置有液位传感器，所述液位传感器电性连接所述数控模块；

所述箱体顶部设置有无线信号发射模块，所述数控模块电性连接所述无线信号发射模块，所述数控模块将采集到的断丝情况和储油箱液位信息打包后发送至无线信号发射模块；

所述箱体一侧设置有可拆卸的插接电池组，所述插接电池组通过插接接口电性连接所述电机、高压油泵和数控模块，用于对电机、高压油泵和数控模块供电；

所述箱体顶部设置有提手；所述箱体侧壁设置有固定环。

6.一种包括权利要求5所述的罐道绳的维检机器人的智能维检系统装置，其特征在于，所述智能维检系统装置包括位于煤矿立井内的罐道绳和罐笼，所述煤矿立井内竖直固定有至少4×N条所述罐道绳，N为大于1的正整数，每四条所述罐道绳之间滑动设置有所述罐笼；

所述智能维检系统装置还包括位于底面的提升装置和主控机站，所述提升装置通过提升绳连接所述罐笼，所述提升装置带动所述罐笼沿罐道绳移动；

所述罐笼顶部平台的四角处分别设置有一个维检机器人，所述维检机器人对相邻的罐道绳进行断丝检测和刷油维护；所述维检机器人与所述主控机站通过无线连接。

7.根据权利要求6所述的智能维检系统装置，其特征在于，所述提升装置包括卷筒、天轮和传送带，所述卷筒和天轮之间通过传动带连接，所述卷筒主动旋转，通过传送带带动天轮旋转；

所述提升绳缠绕于所述天轮上，所述提升绳的两端分别固定连接一个所述罐笼；随着天轮旋转，带动一个罐笼下放的同时另一个罐笼提升；

所述罐笼与罐道绳的连接处设置有导向罐耳，所述导向罐耳穿套于所述罐道绳外周，所述导向罐耳侧壁固定于所述罐笼上，在所述提升装置提升过程中，通过导向罐耳使得罐笼沿罐道绳移动；

所述罐笼顶部平台的中心区域设置有吊环，所述提升绳的一端固定于所述吊环上；所述吊环上设置有拉力感应模块，所述拉力感应模块电性连接所述数控模块，所述拉力感应模块用于测量提升绳的拉力并将拉力数据传输至数控模块，并由数控模块打包后发送至无线信号发射模块；

所述罐笼底部还设置有测距模块，所述测距模块电性连接所述数控模块，所述测距模块用于测量罐笼底部与立井底部之间的竖直距离并将距离数据传输至数控模块，并由数控模块打包后发送至无线信号发射模块；

所述罐笼顶部设置有自复位卡锁机构，所述自复位卡锁机构用于将维检机器人固定于所述罐笼顶部平台；

所述液位传感器、测距模块和高压油泵分别独立电性连接所述维检机器人的数控模块，所述数控模块根据检测得到的罐笼运行距离和储油箱内油位信号调节高压油泵的输出功率。

8.根据权利要求6或7所述的智能维检系统装置，其特征在于，所述主控机站包括控制模块、无线信号接收模块和人机交互模块，所述无线信号接收模块和人机交互模块分别电性连接所述控制模块，所述无线信号接收模块与无线信号发射模块通过无线实现数据传输，所述无线信号接收模块用于接收无线信号发射模块传输的数据信息并发送至控制模块，所述控制模块将数据信息打包汇总后传输至人机交互模块；

所述主控机站还包括报警模块和急停模块，所述报警模块和急停模块分别独立电性连接所述控制模块，所述人机交互模块通过控制模块手动控制报警模块和/或急停模块；或者，所述控制模块根据采集的拉力数据、距离数据和断丝情况自动控制报警模块和/或急停模块。

9.一种权利要求6-8任一项所述的智能维检系统装置的维检方法，其特征在于，所述维检方法包括：

地面的提升装置带动井下的罐笼沿罐道绳移动，在罐笼移动过程中，罐笼顶部的维检机器人对相邻的罐道绳进行断丝检测和刷油维护，同时通过断丝检测模块将断丝情况反馈至主控机站。

10.根据权利要求9所述的维检方法，其特征在于，所述维检方法具体包括：

（Ⅰ）卷筒旋转通过传送带带动天轮旋转，随着天轮旋转，带动立井内的一个罐笼下放的同时另一个罐笼提升；在罐笼的移动过程中，主控机站控制断丝检测模块和喷油涂刷模块，对罐笼两侧的罐道绳进行断丝检测和喷油；

（Ⅱ）在罐笼的移动过程中，拉力感应模块和测距模块持续检测提升绳的拉力以及罐笼底部与立井底部之间的竖直距离，拉力感应模块、测距模块和断丝检测模块将采集到的拉力数据、距离数据以及断丝情况传输至无线信号发射模块；

（Ⅲ）无线信号接收模块接收无线信号发射模块传输的数据信息并发送至控制模块，控制模块将数据信息打包汇总后传输至人机交互模块；

（Ⅳ）根据人机交互模块显示的数据信息手动控制报警模块和/或急停模块；或者，控制模块根据采集的拉力数据、距离数据和断丝情况自动控制报警模块和/或急停模块。