采煤机定位范文

2024-07-10

采煤机定位范文（精选9篇）

采煤机定位第1篇

随着煤炭工业技术水平的提高, 综合机械化采煤工艺成为煤炭开采的主流。信息技术及自动控制技术的渗透, 使煤炭工业的机械化程度得以大大提高。但中国煤炭开采目前仍存在一些问题, 大部分综采工作面主要设备如采煤机、液压支架和刮板输送机等需要借助人工干预来实现采煤的自动化。要解决采煤机的自动割煤以及液压支架的自动移架等一系列问题, 其中的主要技术是对采煤机的运行姿态以及采煤机在综采工作面的位置进行监测。目前, 应用于地下的采煤机定位技术主要有射频定位、支架传感定位和轨道里程计定位3种。井下射频定位的精度受监控节点密度的影响, 最高精度约为10m, 无法满足工作面采煤机的定位精度要求[1,2]。支架传感定位需在每个支架安装信号接收器, 但由于实际生产中工作面支架移动频繁, 位置不能实时获取, 所以, 无法实现实时定位[3]。轨道里程计定位技术应用最为广泛, 然而由于采煤机牵引前行, 随机会推移刮板输送机, 使轨道形态发生变化, 要在短时间内完成刮板轨道的精确测量几乎不可能实现, 无法满足采煤机定位的精度和实时性要求。鉴此, 本文提出了基于捷联惯导的采煤机定位系统。

1 系统原理与结构

基于捷联惯导的采煤机定位系统主要由地面监控中心、井下以太骨干网、无线本安AP接入点和惯性导航器件 (以下简称惯导终端) 4个部分组成。地面监控中心通过以太骨干网和相关的无线网络实现对采煤机的监测。井下以太骨干网采用千兆光纤网络, 是连接地面监控中心和无线本安AP的有效媒介。无线本安AP构成无线Mesh网络, 实现井下网络的无线覆盖。系统结构如图1所示。

惯导终端固定在采煤机上, 用于采集采煤机的运动参数。本系统中使用的惯导终端主要由LSM330芯片和GS1011模块组成。LSM330内含3D加速度计和3D陀螺仪:3D加速度计测量沿物体坐标系的3个直线加速度;3D陀螺仪测量3个转动角速度, 并提供定位计算所需的基准坐标系。GS1011模块作为MCU, 主要负责数据的处理和无线通信功能:根据一定的解析算法对所采集的数据进行计算处理, 从而确定采煤机的速度、位置、方向、水平姿态等信息;通过井下布置的无线AP接入点, GS1011的无线WiFi模块可定时将采煤机的位置信息反馈给井上监控中心, 实现井下采煤机位置和姿态的实时监测[4]。

2 采煤机运动姿态解算

2.1 坐标系建立

采煤机的姿态 (即采煤机在参考空间中的方位) 通过与采煤机相固结的载体坐标系和地理坐标系之间的夹角表示, 如图2所示。

地理坐标系的x, y轴在地理水平面内, x轴指向东, y轴指向北, z轴垂直向上构成右手坐标系。载体坐标系与采煤机固联, 选取采煤机的重心为坐标原点, 同样构成右手坐标系。载体坐标系oxbybzb可看成由地理坐标系oxyz经3次基本旋转确定, 如图3所示。

采煤机运动时的姿态角根据载体坐标系相对地理坐标系的转角来确定, 用方向余弦矩阵来表示。载体坐标系oxbybzb与地理坐标系oxyz之间的夹角θ, φ, ψ是载体的姿态角, 分别为俯仰角、横滚角和航向角。由矩阵的旋转变换运算可得载体的姿态矩阵[5]为

2.2 采煤机姿态更新算法

惯导终端测得的加速度值和角速度值均是在载体坐标系中的量, 要解算出采煤机的位置和姿态, 需要将其转换到地理坐标系中。常用的姿态矩阵解算方法有欧拉角算法、四元数法[5]和等效旋转矢量法。欧拉角算法微分方程中含有三角函数的运算, 给实时计算带来一定的困难。四元数法只需求解4个未知量的线性微分方程组, 计算量小, 且算法简单, 易于操作, 因此, 被广泛应用。本文采用四元数法求解姿态矩阵。

四元数法由哈密尔顿 (Hamilton) 首先提出, 它由1个实数单位1和3个虚数单位i, j, k组成含有4个元的数:Q= (q0, q1, q2, q3) =q0+q1i+q2j+q3k=q0+q, 其中q0是标量, q是矢量;i2=j2=k2=ijk=-1, ij=-ji=k, jk=-kj=i, ki=-ik=j。

用四元数表示的姿态矩阵为

四元数与角速度ωb之间的关系为, 其矩阵形式为

式中:ωbx, ωby, ωbz分别为姿态角速度在x, y, z轴上的分量;q0, q1, q2, q3应该满足约束条件q02+q12+q22+q32=1。

求解四元数表示的姿态微分方程常采用的方法有2种, 即增量法和数值积分法。数值积分法指的是龙格-库塔法, 按次分为一阶、二阶、三阶和四阶等。本文采用最常用的四阶龙格-库塔法。对于四元数微分方程, 可用式 (4) 求解:

式中:q (t) 为t时刻的四元数;ωb (t) 为t时刻的角速度值;T为采样周期;k1, k2, k3, k4为四阶龙格-库塔算法中的4个斜率值。

求解出四元数的4个元后, 根据四元数与方向余弦元素之间的关系即可求解出姿态矩阵:

3 实验分析

3.1 实验系统组成

实验系统主要由惯导终端 (LSM330+GS1011) 、代表采煤机的小车、无线本安AP接入点和监控中心计算机组成。小车的运行轨迹由实际采煤工作面刮板形态按比例缩小, 总长为4 m, 并在1m处设有弯曲段, 模拟采煤机进刀的运动状态。实验时, 手动推动小车按运动路线运行, 固定在小车上的惯导终端实时采集小车的加速度和角速度, 由GS1011对采集的数据进行实时计算, 定位采煤机坐标, 并将计算后的采煤机坐标通过无线本安AP接入点传送给监控中心计算机。

3.2 实验结果分析

实验前, 小车的起始位置设定为 (0, 0.5, 1) , 初始方位角为0°, x为平行工作面方向, y为工作面走向, z为垂直地面方向。经过3次实验, 得到19组实验数据 (3次实验的平均值) , 见表1。根据实验数据拟合出了小车的定位轨迹, 图3和图4分别给出了二维和三维的定位效果。

从图3和图4可以看出, 该定位系统能够准确地反映出采煤机的运行特征, 包括起始点、进入刮板弯曲段的坐标和弯曲段长度等。系统总体定位精度较高, 但在小车运动变化比较剧烈的弯曲段, 定位精度不理想。在以后的研究中, 将通过改进系统结构和选用更先进的定位算法, 进一步提高系统的定位精度。

4 结语

为了满足采煤机定位的实时性、自主性和精确性, 设计了基于捷联惯导的采煤机定位系统。该系统采用LSM330芯片和GS1011模块构成惯导终端, 选用计算量小、算法简单且易于操作的四元数法作为姿态更新算法。对系统进行了模拟实验, 并拟合出了小车的定位轨迹。实验结果表明, 该系统能准确捕捉目标的运动姿态, 具有较高的定位精度和较强的实时性。

参考文献

[1]武培林, 牛乃平, 高波.电牵引采煤机远程控调技术研究[J].科技创新与生产力, 2012 (9) :77-79.

[2]韩鹏刚.基于CAN总线的采煤机定位系统的监控器设计[J].机电信息, 2012 (27) :120-121.

[3]袁红兵.采煤机在线监测系统研究与应用[J].机械工程与自动化, 2007 (5) :94-95.

[4]STMicroelectronics.LSM330DLC, iNEMO inertial module:3Daccelerometer and 3Dgyroscope[EB/OL]. (2013-06-20) .http://www.st.com/web/cn/catolog/sese-power/FM89/SC1448/PF252427.

采煤机维护、保养制度第2篇

(一)说明

采煤机是直接用来落煤和装煤的设备，由于其功率消耗比较大并且承受很大的负荷和冲击负荷，如果维修和保养跟不上将会带来很大的经济损失，因此加强对采煤机的维护和提高维护质量极为重要，经管委会研究决定制定本制度(二)目的

为了提高采煤机设备检修维护水平，强化管理，降低事故率，提升质量标准，提高经济效益确保正常安全的运行，制定本制度。(三)要求

1.发现问题必须及时处理在检修班，处理不掉的及时上报。2.要认真填写有关记录薄。(四)维护和检修： 1）一般要求（机械注油）

A、必须按注油图表明的油脂牌号加油，不允许混用，加油时应该同时松开相应的通气塞。

B、油液存放、运输必须防水、防尘。C、盛、储由容器必须洗净。

D、井下检查开顶盖时，必须支篷、洒水降尘，并严防煤块、岩渣、工具、手套等杂物落入油池。

E、严禁用纱布，棉纱擦洗液压油池及液压原件，而应用泡沫塑料或绸缎擦抹。

F、各部分油位应在适当的位置。2）班检

班检由当班司机负责进行，检查时间不少于30min。

（1）检查处理外观卫生情况，保持各部清洁，无影响机器散热、运行的杂物。

（2）检查各种信号、仪表情况，确保信号清晰，仪表显示灵敏可靠。

（3）检查各部连接件是否齐全、紧固，特别要注意各部对口、盖板、滑靴及防爆电气设备的连接与紧固情况。

（4）检查煤机各传动装置温度、声音是否正常，液压系统是否漏液串液以及安全阀动作值整定是否合理。

（5）检查导向装置、齿轨、销轨（销排）连接固定是否可靠，发现有松动、断裂或其他异常现象和损坏等，应及时更换处理。

（6）补充、更换短缺、损坏的截齿。

（7）检查各部手柄、按钮是否齐全、灵活、可靠。

（8）检查电缆、电缆夹及拖缆装置连接是否可靠，是否无扭曲、挤压、损坏等现象，电缆不许在槽外拖移（用电缆车的普采面除外）。

（9）检查液压与冷却喷雾装置有无泄漏。压力、流量是否符合规定，雾化情况是否良好。

（10）检查急停、闭锁、防滑装置与制动器性能是否良好，动作是否可靠。

（11）倾听各部动转声音是否正常，发现常要查清原因并处理好。

3）日检

（1）日检由维修班长负责，有关维修工和司机参加，检查处理时间不少于4h。进行班检各项检查内容，处理班检处理不了的问题。

（2）按润滑图表和卡片要求，检查、调整各腔室油量，对有关润滑点补充相应的润滑油脂。

（3）检查处理各渗漏部位。

（4）检查供水系统零、部件是否齐全，有无泄漏、堵塞，发现问题及时处理好。

（5）检查滚筒端盘、叶片有无开裂、严重磨损及齿座短缺、损坏等现象，发现有较严重问题时应考虑更换。

（6）检查电气保护整定情况，搞好电气试验（与电工配合）。

（7）检查电动机与各传动部位温度情况，如发现温度过高，要及时查清原因并处理好。

4）周检

周检由综采机电队长负责，机电技术员及日检人员参加，检查处理时间不小于6h

（1）进行日检各项检查内容，处理日检难以处理的问题。

（2）检查各部油位、油质情况，必要时进行油质化验。

（3）认真检查处理对口、滑靴、支撑架、机身等部位相互间连接情况和滚筒连接螺栓的松动情况并及时紧固。

（4）检查煤机外牵引牵引轮，发现磨损超过标准时，应更立即更换，杜绝缺齿牵引。

（5）检查过滤器，必要时清洗更换。

（6）检查电控箱，确保腔室内干净、清洁、无杂物，压线不松动，符合防爆与完好要求。

（7）检查电缆有无破损，接线、出线是否符合规定。

（8）检查接地设施是否符合《煤矿安全规程》规定。

5）月检

月检由机电副矿长或机电总工程师组织机电科和周检人员参加，检查处理时间同周检或稍长一些时间。

（1）进行周检各项内容，处理周检难以解决的问题。

（2）处理漏油，取油样检查化验。

（3）检查电动机绝缘、密封、润滑情况，必要时补充锂润滑脂。

6）检修维护采煤机时应遵守的规定。

（1）坚持“四检”制，不准将检修时间挪做生产或他用。

（2）严格执行对采煤机的有关规定。

（3）充分利用检修时间，合理安排人员，认真完成检修计划。

（4）检修标准按原煤炭部新颁发的《煤矿机电设备完好标准》执行。

（5）未经批准严禁在井下打开牵引部机盖。必须在井下打开牵引部机盖时，需由矿机电部门提出申请，经矿机电领导批准后实施。

开盖前，要彻底清理采煤机上盖的煤矸等杂物，清理四周环境并洒水降尘，然后在施工部位上方吊挂四周封闭的工作帐蓬，检修人员在帐蓬内施工。

（6）检修时，检修班长或施工组长（或其他施工负责人）。要先检查施工地点、工作条件和安全情况，再把采煤机各开关、手把置于停止或断开的位置，并打开隔离开关（含磁力启动器中的隔离开关），闭锁工作面输送机。

（7）注油清洗要按油质管理细则执行，注油口设在上盖上，注油前要先清理干净所有碎杂物，注油后要清除油迹，并加密封胶，然后紧固好。

（8）检修结束后，按操作规程进行空运转，试验合格后再停机、断电、结束检修工作。

（9）检查螺纹连接件时，必须注意防松螺母的特性，不符合使用条件及失效的应予更换。

（10）在检查和施工过程中，应做好采煤机的防滑工作。注意观察周围环境变化情况，确保安全施工。附：《采煤机的完好标准》

《煤矿机电设备完好标准》中对采煤机有严格规定。

（一）机体的完好标准

（1）机壳、盖板裂纹要固定牢靠，接合面严密、不漏油。

（2）操作手把、按钮、旋钮完整，动作灵活可靠，位置正确。

（3）仪表齐全、灵敏准确。

（4）水管接头牢固，截止阀灵活，过滤器不堵塞，水路畅通、不漏水。

（二）牵引部的完好标准

（1）牵引部运转无异响，调速均匀准确。

（2）牵引链伸长量不大于设计长度的3％。

（3）牵引链轮与牵引链传动灵活，无咬链现象。

（4）无链牵引轮与齿条、销轨或链轨的啮合可靠。

（5）牵引链张紧装置齐全可靠，弹簧完整。紧链液压缸完整，不漏油。

（6）转链、导链装置齐全，后者磨损不大于10mm。

（7）液压油质量符合（80）煤机综52号《综采、普采设备油脂管理办法补充规定（草案）》。

（三）截割部的完好标准

（1）齿轮传动无异响，油位适当，在倾斜工作位置，齿轮能带油，轴头不漏油。

（2）离合器动作灵活可靠。

（3）摇壁升降灵活，不自动下降。

（4）摇壁千斤顶无损伤，不漏油。

（四）截割滚筒的完好标准

（1）滚筒无裂纹或开焊。

（2）喷雾装置齐全，水路畅通，喷嘴不堵塞，水成雾状喷出。

（3）螺旋叶片磨损量不超过内喷雾的螺纹。无内喷雾的螺旋叶片，磨损量不超过厚度的1/3。

（4）截齿缺少或截齿无合金的数量不超过10％，齿座损坏或短缺的数量不起过2个。

（5）挡煤板无严重变形，翻转装置动作灵活。

（五）电气部分的完好标准

（1）电动机冷却水路畅通，不漏水。电动机外壳温度不超过80C。

（2）电缆夹齐全牢固，不出槽，电缆不受拉力。

（六）安全保护装置的完好标准

（1）采煤机原有安全保护装置（如与刮板输送机的闭锁装置、制动装置、机械磨擦过载保护装置、电动机恒功率装置及各电气保护装置）齐全可靠，整定合格。

（2）无链牵引采煤机在倾斜15。以上工作面使用时，应配备防滑装置。

六、采煤机冷却喷雾系统日常检查内容

（1）检查供水压力、流量、水质，发现不符合用水要求时，要及时查清原因并处理好。

（2）检查供水系统有无漏水情况，若发现漏水时，要及时处理好。

（3）每班检查喷雾情况，如有堵塞或脱落，要及时疏通补充。

（4）每周检查1次水过滤器，必要时清洗并清除堵塞物。如经常严重堵塞时，要缩短检查周期，必要时每日检查1次，确保供水质量。

采煤机定位第3篇

关键词：煤炭开采,采煤机定位,UWB,信息过滤,神经网络

0 引言

UWB(Ultra Wide Band,超宽带无线通信技术)是利用脉冲信号进行高速无线数据传输的短程通信技术,其具有抗干扰能力强、抗多径及穿透性强等优点,早期被应用于近距离高速数据传输,近年来UWB脉冲信号被用来实现三维精确定位、雷达追踪等功能[1,2]。在矿井开采过程中,当采煤机在工作面工作时,使用惯性导航定位可以实现对采煤机实时位置的获取,然而由于单纯的惯性导航定位存在因累积误差不断增大而定位失准等问题,所以,需要采用一种技术在采煤机工作至刮板输送机机头位置时,对采煤机位置进行重新校准。当前煤矿井下常用的定位校准方式主要有红外、蓝牙、WiFi、ZigBee等,然而在井下对采煤机位置进行定位时应考虑到矿井的特殊性。红外定位容易受到煤矿井下遮挡物、粉尘、水分的影响而产生较大的误差;蓝牙技术尚未成熟,并不能完全应用在井下定位领域;而WiFi、ZigBee定位技术容易受到煤矿井下非视距传播、多址干扰及多径传播的影响,精度往往无法达到预定的要求[3,4]。因此,随着UWB技术的逐步成熟,同时考虑UWB抗干扰能力强、安全可靠等特点,可利用UWB技术建立采煤机定位系统,对采煤机位置进行校正,修正惯性导航定位的误差[5]。

随着煤矿井下采煤环境恶劣程度的加剧,人们对UWB采煤机定位系统的精度提出了更高要求。当前,对井下UWB定位精度提升的研究主要通过分析UWB信号的本身特性、信号在矿井中的传播途径、信号结果过滤及处理方法等方式[6,7]。针对UWB信号结果过滤及处理过程,齐珑、朱永龙等[8,9]提出基于卡尔曼滤波的定位系统研究方案,使用卡尔曼滤波进行信号滤波。但是在井下建立模型时,由于使用多种信号定位,模型建立比较困难。乔梁、沈冬冬等[10,11]提出了基于神经网络思路的改进方式,但是其是对信号值直接训练,忽略了信号值本身对精度的影响。参考文献[12]提出了一种基于最小二乘法加权的UWB信号值处理方式,能够实现对信息结果整合的效果,但是采用最小二乘法容易引起权值分配不合理。针对以上问题,本文提出通过采用信息过滤、神经网络算法等方式提升采媒机定位精度,利用信息过滤算法处理多种信号结果的能力对信号值进行过滤,提升结果本身的精度;利用神经网络的评估优化能力,对一定环境下一段时间内的数据进行分析,获取最优坐标结果,实现对采煤机的精确定位。

1 定位精度提升算法研究

采煤机工作至刮板输送机机头位置时(图1),通过布置UWB基站,建立UWB定位系统,完成对采煤机位置的重新定位校准,以修正惯性导航定位的误差。在常用UWB定位方式中,一般有基于接收信号能量(RSSI)、基于接收信号角度(AOA)及基于接收信号时间(TOA或TDOA)等定位方式[13,14]。当前,由于井下环境复杂,单一的定位方式往往受限于其本身特性而具有无法消除的误差,不能实现精确定位。所以,定位系统一般采用联合定位的方式,本文中采用TDOA与AOA结合的方式实现定位,利用TDOA定位具有易于实现且时间同步误差小等优点,同时考虑到井下无法大规模布置UWB基站,TDOA精度易受影响,故采用AOA进行辅助,补充定位信息。

1.1 信息过滤算法

在井下刮板输送机机头定位中,UWB定位系统可以获取到AOA及TDOA联合的定位结果,包含了AOA、TDOA两种定位信息,同时定位应考虑采煤机运行至刮板输送机机头时的理论位置,因此,提出利用信息过滤算法处理不同信号值的能力,综合多种信息以获取精确位置坐标。信息滤波原理类似于卡尔曼滤波算法,通过状态方程与量测方程的结合实现对当前获取的信息的提升。参考文献[15]给出了信息过滤算法基本原理,根据刮板输送机机头定位要求,对几种不同的信息进行处理,同时考虑理论位置坐标,建立信息滤波模型。假设当前噪声为高斯白噪声,Y(k|k)为k时刻的定位信息矩阵,可表示为

式中P-1(k|k)为k时刻的协方差矩阵。

Y(k|k)矩阵内向量为该状态下具体信息内容,在采煤机定位过程中,代表了采煤机到达刮板输送机机头位置时的三维坐标(x,y,z)。由于刮板输送机机头定位可近似为静态定位,故用于预测的信息向量如下:

式中:k-1为k时刻上一时刻;为通过k-1时刻所推算出的k时刻的理论状态值;L(k|k-1)为k-1时刻到k时刻的推算方程;为k-1时刻的坐标信息。

理论上,采煤机每次到达刮板输送机机头时的位置:在机头位置局域坐标系内,x及z方向坐标不变,y方向坐标是上一次坐标与采煤机滚筒厚度δ之和,则具体可以表述为(x(k-1),y(k-1)+δ,z(k-1))。综上,状态方程给出了当前时刻的采煤机理论坐标。

同时,根据实际得到的UWB定位信息,建立相应的量测方程,量测向量一般形式为

式中:HT(k)表示对量测值修正的转置矩阵;R-1(k)表示噪声的逆矩阵;向量z(k)表示本次实际定位得到的三维坐标。

量测矩阵I(k|k)为

在定位过程中,当状态更新时,根据状态方程和实际的量测值,采用信息过滤算法进行综合评估。

因此,在刮板输送机机头位置校准过程中,UWB基站获取到AOA、TDOA信息,此时利用不同方式获得的结果及推算出的理论位置,采用信息过滤,最终给出修正后的三维定位坐标。

1.2 神经网络算法评估

在UWB采煤机定位中,采煤机在刮板输送机机头位置有一定时间的停留,而UWB信号为脉冲发射,采样频率高,因此,会得到一定量的信息过滤结果,故利用神经网络对数据的评估能力,对定位信息进行处理,得到最终定位结果。

神经网络是一种信息处理的算法模型,通过各个节点相互连接的关系实现对数据的处理。根据机头位置处UWB采煤机定位系统的实际情况,建立神经网络模型。在机头校准的过程中,神经网络分为2个阶段:第1阶段为训练阶段,在训练阶段,假设送入神经网络输入层的定位结果为(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),…,(xN,yN,zN),则输入层向量P表示如下:

输出层输出该时刻实际得到的定位坐标O,O=[(x,y,z)]。同时,根据经验公式选择隐含层节点数为S。

假设Pj表示输入层第j个节点的输入,j=1,2,…,N;wij表示隐含层第i个节点到输入层第j个节点之间的权值;θi表示隐含层第i个节点的阈值;(x)表示隐含层的激励函数;wi表示输出层到隐含层第i个节点之间的权值,i=1,2,…,S;τ表示输出层的阈值;φ(x)表示输出层的激励函数,则信号的前向传播过程如下:

隐含层第i个节点的输入neti:

隐含层第i个节点的输出yi:

输出层输入net:

输出层输出O:

对于每次输入的神经网络定位信息,定义误差函数,其中,T为预期的输出值,则误差反向传递中,输出层权值变化公式为

式中:η为设置的步长;φ(net)为导函数。

输出层阈值变化调整公式为

隐含层权值变化调整公式为

式中(net1)为导函数。

隐含层阈值变化调整公式为

训练阶段将UWB定位数据作为训练时的输入层,真实坐标作为预期输出,通过训练对神经网络各项权值进行调整,结束神经网络第1阶段。在神经网络第2阶段,将实测中UWB定位系统给出的结果作为输入层,各项权值均为训练权值,通过网络运算,输出定位结果(x,y,z)。

综上所述,UWB定位精度提升流程可以描述如下:当采煤机运行至刮板输送机机头位置时,使用信息过滤算法处理定位信息并得出定位坐标,之后将一段时间内的定位结果送入神经网络进行评估,得出最终坐标值。

2 实验分析

为验证信息过滤算法、神经网络算法对UWB定位精度的提升效果,采用基于UWB技术的Ubisense定位系统平台进行实验。在空间区域内布置4个UWB基站,为了测试到所有状态下的定位精度,随机布置10个定位标签,采用AOA信息结果作为状态方程结果模拟理论值。UWB基站布置如图2所示,根据实际环境建立局部坐标系,同时定义x,y,z轴方向。测定4个UWB基站的实际坐标及10个UWB定位标签的实际坐标,具体坐标值见表1。定位精度可由三维定位精度σP进行评价。

(1)计算x,y,z轴3个方向上的残差(Δx,Δy,Δz):Δxi=|x0-xi|,Δyi=|y0-yi|,Δzi=|z0-zi|。

(2)计算三维精度σP,

在所处环境中设置一定干扰和遮蔽以模拟井下环境,在未经算法处理时,定位系统测定结果及三维定位精度见表2,测定结果三维空间位置如图3所示。

经计算可得三维精度σP=14,符合UWB定位系统在一般环境下的定位精度,即10~20cm。此时采用信息过滤算法对数据进行处理,经算法过滤后,位置坐标见表3,空间位置如图4所示。

计算可得σP=7,即表面空间三维精度为7cm。根据表3数据及图4空间分布可以清晰看出,在x及y方向,定位误差已经大大减小,但是在z方向,仍存在较大误差。因此,采用神经网络算法对数据进行进一步评估,尤其是对z方向上存在的误差进行缩减。将UWB定位系统校验时得到的定位数据及真实坐标送入神经网络作为第1组训练值和目标值,以确定各层之间的阈值及权重因子分配。在保持环境条件大致不变的情况下,将实验得到的坐标送入神经网络输入层进行训练,输出的标签位置坐标及精度见表4,空间位置分布如图5所示。

此时,σP=2.3,表明三维定位精度为2~3cm。从图5可以清晰看出,实际坐标和经过2种算法修正后的坐标基本重合,神经网络对z轴上的精度有明显的提升。

为了更好地验证2种算法的性能,图6、图7分别给出了当基站数目分别为2和3时的定位位置三维空间分布。依据图6、图7,在2个基站的情况下,定位结果经2种算法修正后与实际坐标仍有差距,这是由于此时只能通过AOA与TDOA联合定位,获取的信息少,定位容易受到干扰。在3个基站的情况下,2种算法的修正效果良好。

3 结语

采煤机司机岗位责任制第4篇

1、严格执行《煤矿安全规程》、《操作规程》、《作业规程》和现场

交接班制度。必须持证上岗，坚守工作岗位，不准擅离职守，以免造成不必要的事故。

2、集中精力，认真操作，采煤机启动前检查各部位零件是否齐全、完好、紧固，各油位、手把位置是否符合规定。采煤机运转中，随时观察监视各部位温度、声音及工作环境条件，发现异常情况时，立即停机处理。

3、搞好各工种间的配合和协作，努力完成当班生产任务，为搞好

回采工作面工程质量创造条件。

4、停机期间及时对设备进行检查和维修，精心维护设备，确保采

煤机经常处于完好状态。

5、生产中发生事故要立即向现场领导及队值班人员汇报，并及时

抢修处理。当班发生的问题，当班处理妥善，不经当班领导允许不得留给下班。

6、积极参加矿、队组织的技术学习班和各种技术比赛活动，不断

谈滚筒采煤机采煤法第5篇

不少矿井在大倾角煤层中进行了滚筒采煤机采煤试验取得了较好效果, 下面分别介绍两例。

1 无支护工作面滚筒采煤机采煤法

北京大台煤矿1970年开始进行了这方面的试验。该矿属低瓦斯矿井, 无煤尘爆炸危险和自燃发火危险, 煤种为无烟煤。试验在六槽和八槽两煤层进行。

1.1 工作面布置

滚筒采煤机无支护试验工作面长40~50m。沿倾斜布置, 沿走向推进。实践证明, 切割过程中, 工作面自然形成上部超前与走向线成80°~85°交角的斜面。采煤机采用外牵引方式, 牵引绞车 (JH2-14型) 安设在回风平巷内。工作面上方设天轮架, 对采煤机移动进行导向。

1.2 回采工艺

采煤机主要依靠自重进刀, 由下而上沿底板割煤, 顶煤随割煤自行冒落, 采煤机行至工作面上端时, 自动停止牵引。然后, 将采煤机下放到工作下端, 待天轮架前移并重新固定后, 再进行下一次截割。工作面采落的煤炭自溜到工作面下端, 沿斜坡巷溜入运输巷的输送机中。

回采过程中, 工作面不进行支护, 由于围岩比较稳定, 回采期间一般不冒落。

1.3 评价

长期试验的结果表明:在煤厚1~2.6m、顶底板岩石坚硬、埋藏条件稳定的、煤层中无夹石和煤质脆碎性较强的条件下滚筒采煤机采煤是可行的。从1970年9月到1977年1月用滚筒采煤机共采出原煤2.047x105t, 采煤面积7万余平方米, 最高月产11318t, 最高日产1064t, 最高效率48t/工。

存在的问题主要有:煤尘大, 与牵引绳固定在一起同步运行的采煤机负荷电缆常被冒落的伪顶或顶煤砸坏, 顶板管理不够完善。

2 有支护工作面采煤机采煤

湖南资兴矿务局宇字煤矿在煤层倾角30°~50°的条件下应用走向长壁普通机械化采煤取得了较好的效果。该矿属低瓦斯矿井, 煤尘有爆炸危险。下面以该矿2491工作面为例介绍。

2.1 工作面条件

工作面地质构造较复杂, 有9条斜交断层, 落差0.5~2.0m。工作面长95m, 走向长570m。开采煤层厚0.8~2.2m, 平均1.8m, 中间有数层厚度不等的炭质页岩或砂质泥岩夹矸, 煤层倾角35°~50°, 煤层赋存稳定。直接顶为厚3.0~5.0m的砂页泥岩, 老顶为厚8.0~10.0m的粗砂岩, 底板为厚10.0m左右的薄层状砂岩。工作面涌水量12.0m3/h。

2.2 回采工艺及主要措施

回采工作面装备MLQ-80型采煤机、SGW-44T型刮板输送机。工作面采用HZWA~2300型金属摩擦支柱木板梁倾斜棚子支护, 顶底各一根梁, 一梁三柱, 排距0.6m, 柱距0.7m。顶底梁规格2100m×180mm×40mm。工作面上缺口长8.0m, 宽1.8m;下缺口长5.0m, 宽1.8m;爆破法开缺口。采煤机在缺口内直接进刀, 上行割顶煤, 下行割底煤, 往返一次进一刀。输送机运煤。割底煤后, 输送机滞后采煤机5~10m由千斤顶推移。采用机械回柱并辅以人工回柱。工作面最大控制顶距4.6m, 最小控顶距3.4m。放顶时在切顶线增设“品”字形丛柱, 丛柱间隔2.1m。初次来压和周期来压前, 缩小丛柱间距, 并沿倾斜每10~14m架设一个木垛。工作面端头架设走向抬棚。

工作面作业形式两采一准, 采煤班进0.6m, 每日一循环, 循环进度1.2m。劳动组织为综合作业组分段作业, 司机及打眼等由专人负责。大倾角普通机械化采煤工作面装备刮板输送机的作用是: (1) 为采煤机导向, 确保采煤机截深和工作面平直; (2) 阻止采落的煤炭加速下滑, 减缓煤炭的下滑速度; (3) 为采煤机防滑杆提供防滑依托。由于输送机的作用已改变, 因此, 将机头安装在工作面上端。防止工作面输送机下滑的措施: (1) 在输送机机头、机尾均焊防滑固定柱底座, 机头、机尾安放到规定位置后要及时在底座上打牢固定柱; (2) 在上平巷安设防滑绞车; (3) 必须按先移上后移下的顺序移置输送机, 先移并且固定机头再移置中部槽, 中部槽应分段增加临时柱固定。

防止采煤机下滑的主要措施有: (1) 将钢丝绳牵引改为锚链牵引; (2) 将采煤机牵引部加满润滑油, 增加盖板的密封性, 并加装冷却管提高油温冷却速度, 保证额定牵引力; (3) 在上平巷增加一台JH-14型绞车辅助牵引采煤机并起安全保险作用; (4) 采煤机安装防滑杆。

为防止工作面支架下滑倾倒, 该矿将原用的穿鞋戴帽点柱支护, 改为有顶底梁的一梁三柱顺山 (倾斜) 棚子支护, 棚与棚间的梁头对接, 这样不仅增加了支架的稳定性, 而且便于支柱架设牢固。为便于人员上下和作业, 在工作面两排柱间铺设防滑脚踏板。

2.3 评价

由工作面主要技术经济指标可见, 只要采取合理的技术措施, 即使在地质条件比较复杂的条件下, 至少在倾角不超过50°时, 运用走向长壁普通机械化采煤工艺可以取得良好的技术经济效果。

摘要：作为在现代化生产和机械化生产的煤矿产业的机械中, 采煤机是最重要设备之一。运用机械开采能够节约劳动力, 有着安全保障, 产量的高品质, 效率的提高, 消耗降低的关键目的。采煤机作为一个集大型机械、电气和液压为一身的复杂系统, 在环境恶劣的工作环境下工作, 若是有一点的故障, 则导致的是整个采煤工作的断裂, 造成的损失是巨大的, 煤炭工作开采发展越来越受到重视, 丰富可采煤机的功能, 使它自身的组成结构也越来越复杂, 所以发生故障的因素也就越来越多。对滚筒采煤机采煤法进行简要的分析。

关键词：滚筒,采煤机,采煤法

参考文献

[1]北京矿业学院等院校编.采煤学[M].北京:煤炭工业出版社, 1979.

[2]王家廉, 吴绍倩.煤矿地下井开采方法[M].北京:煤炭工业出版社, 1985.

[3]陈炎光, 徐光圻.中国采煤方法[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1991.

[4]徐永圻.中国采煤方法图集[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1990.

[5]徐永圻.煤矿开采学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1993.

[6]钱鸣高, 刘听成.矿山压力及其控制 (修订本) [M].北京:煤炭工业出版社, 1991.

采煤机定位第6篇

1 7LS02A型采煤机与7LS06型采煤机液压系统原理及回路描述

(1) 7LS02A型采煤机液压系统原理及回路描述。

该系统的工作原理基本上是一个多缸并列的单联双泵开式系统。整个液压系统分为两个部分, 左侧液压系统和右侧液压系统, 这两个部分相互独立, 互不影响, 每侧都有一台单联齿轮泵由一台三相交流电动机驱动, 单联齿轮泵的流量和压力分别为:额定流量为38 L/min (10 gal/min) , 额定压力为21 Mpa。两个液压系统有各自的液压油箱和补油系统。从右侧液压系统的齿轮泵出来的压力油经过过滤器, 然后到达右侧的主操作阀, 然后通过右侧的主操作阀中间的4片三位五通换向阀通向执行元件油缸 (见图1) 。阀组从泵输入端开始, 第一联为备用;第二联为备用;第三联为右侧摇臂油缸升降;第四联为自动补油, 在此回路中有顺序阀和液压传动泵两个液压元件。从左侧液压系统的齿轮泵出来的压力油经过滤器, 到达左侧的主操作阀, 然后通过左侧的主操作阀中间的4片三位五通换向阀通向执行元件油缸。阀组从泵输入端开始, 第一联为破碎机升降回路, 在此回路当中连接调速阀和蓄能器;第二联为备用;第三联为左侧摇臂油缸升降;第四联为自动补油, 在此回路中有顺序阀和液压传动泵两个液压元件。

(2) 7LS06型采煤机液压系统原理及回路描述。

该系统的工作原理基本上是一个多缸并列的双联齿轮泵开式系统, 齿轮泵由一台三相交流电动机驱动, 双联齿轮泵的流量和压力分别为:额定流量为7 5 L/m i n (20 gal/min) , 额定压力为22.4 Mpa。从齿轮泵出来的压力油经过过滤器, 然后到达主操作阀, 经主操作阀中间的4片三位四通换向阀和2片卸荷阀通向执行元件油缸 (见图2) 。从主操作阀在安装在主机上的位置来看, 由外向里, 第一联为主泵卸荷;第二联为右摇臂升降, 在此回路的油缸降回路中同时并联一个截止阀和射流器, 形成一个补油系统;第三联为挡煤板升降, 在此回路中接有两个调速阀和两个液控单向阀;第四联为主泵卸荷;第五联为破碎机升降, 在回路当中接有一个内部装有两个顺序阀 (顺序阀起平衡作用) 的控制集成阀块和一个蓄能器;第六联为左摇臂升降;另外此双联齿轮泵除了给油缸回路提供压力油外, 还给一路可以选择的牵引刹车回路供压力油, 且为同时供给。

2 7LS02A型采煤机与7LS06型采煤机部分不同处

(1) 由于7LS02A为薄煤层采煤机, 没有设计挡煤板, 因此, 7LS02A采煤机液压系统中没有此回路, 而7LS06为大采高采煤机 (最大采高5.4米) , 便于系统维护, 设计了挡煤板, 增加了一套液压系统, 进行对挡煤板升降操作。 (2) 7LS06多了一套可以选择的牵引刹车系统, 操作压力由液压系统提供, 而7LS02A没有此系统可以选择。 (3) 7LS06有一个液压油箱, 而7LS02A有两个彼此独立的液压油箱。 (4) 7LS06主控阀只能遥控操作, 而7LS02A既可以遥控和可以手动操作。

3 7LS02A型采煤机与7LS06型采煤机的主要不同处

(1) 动力源不同。7LS02A是两个独立的单联齿轮泵, 为各自的系统提供压力油, 彼此互不影响;7LS06是一个双联齿轮泵, 向系统提供压力油。 (2) 主泵卸荷方式不同。7LS02A是在主控阀内设置一个两位两通液控换向滑阀进行泵回路卸荷;7LS06是用两个两位四通电磁换向阀进行泵回路卸荷。 (3) 摇臂油缸升降回路不一样。7LS02A摇臂回路 (见图3) 是泵将压力油经过滤器供给主控阀, 经主控阀内部的减压阀后, 到达三位五通换向阀, 当摇臂上升时, 系统将压力油供给升回路当中的流量控制阀, 此流量控制阀内部有一个节流阀和一个单向阀, 节流阀只在回油时进行节流, 进油时经单向阀到达油缸上安装的载荷锁定阀, 其内部包括两个液控单向阀和两个溢流阀, 压力油进入液控单向阀到达油缸底部, 同时开起另一个单向阀进行回油;当摇臂下降时, 系统将压力油供给液控单向阀到达活塞杆侧, 同时开起另一个单向阀进行回油, 回油经流量控制阀后, 将油缸的下降速度控制在所以要求的范围之内, 同时起到背压的作用, 平衡摇臂自重, 使油缸平稳下降。7LS06摇臂回路 (见图4) 是泵将压力油经过滤器供给主控阀, 经主控阀上的三位四通电磁换向后, 直接到达油缸载荷锁定阀, 其内部有两个溢流阀、两个顺序阀和两个单向阀, 不管摇臂是升还是降, 都是通过顺序阀来调节摇臂平稳下降或者上升以及锁定。

(4) 补油回路不相同。7LS02A补油回路 (见图5) 相对比较复杂, 压力油经主控阀出来后, 到达一个调定值为900PSI的顺序阀, 然后到达液压传动泵, 此元件内部有两个溢流阀、一个液压马达和与液压马达相连的一个液压泵, 共同组成一个补油系统。7LS06补油回路 (见图6) 是并接在右摇臂下降回路当中, 需要补油时要将摇臂降到最低位置, 首先要开启截止阀, 然后压力油经过截止阀到达射流泵, 最后进入油箱。

4 结论

此两种机型液压系统主要在以上几个方面存在不同, 剩余的破碎机回路相同, 由于采高不同, 导致需要新增一些执行元件, 对系统进行重新设计, 比如增加了挡煤板升降和牵引刹车系统, 或者对系统结构进行改变, 比如补油系统, 总的来说, 这些变化都是为了满足工况所需而设计的。

摘要：目前矿区所使用的采煤机7LS02A型与7LS06型, 这两种机型除了在机械方面有所不同外在液压方面也有些差异。简单介绍这两种机型的液压原理以及在液压方面的相同与不同处, 对两种机型的所有液压回路进行描述, 重点分析相同回路中所应运的不同液压原理。

关键词：采煤机,液压系统,原理分析

参考文献

[1]久益公司采煤机技术服务手册[Z].久益公司.

连续采煤机的使用与维护第7篇

1—输送机水平摆动液压缸;2—除尘风扇;3—液压泵及其驱动电动机 (在风扇下面) ;4—变压器;5—去雾器;6—过滤网;7—主控器 (在除尘器下面) ;8—除尘器;9—除尘风筒;10—装载机构;11—行走履带;12—牵引控制器;13—运输机构;14—截割滚筒;15—截割臂;16—行走电动机;17—采煤机控制中心;18—司机室顶盖。

1注意事项及启动程序

1) 对操作维护人员的要求。操作技术人员, 要经过全面、系统的正规技术培训, 对机器的构造、原理、维修和具体的操作程序、方法应有全面的掌握, 对机器维护使用说明书应认真消化;要掌握机器的全部控制功能, 能够熟练地进行实际操作;掌握并遵守各项规章制度;掌握并遵守安全预防措施。2) 启动机器前应注意的事项。检查机器的各部件状况正常与否;清理机器周围及机身上的其他物品、杂物等;检查各减速器及油箱的油位;精细检查截齿有无严重磨损或损坏丢失;精细检查喷嘴有无堵塞或损坏。3) 启动程序。查证所有液压操作阀是否处于中位或关闭的位置;查证所有控制开关都处于“OFF”位或中位;把移动电缆接通至机器, 检查接地及各相连接可性正常, 给移动电缆通电。把电控断路器手把推至“ON”位;逆时针旋转照明开关至“ON”位, 机前部照明灯亮;转动安全开关至“ON”位, 并检查油箱油位, 如黄灯亮要补油至规定的油位;点动油泵电动机启动按钮, 听运转声音有无异常;如无异常, 按下启动按钮, 油泵应立即启动, 处于运转状态;给行走履带停车制动闸供油, 松闸;操纵多路换向阀的铲装板手柄, 让其稍微抬离地面, 勿碰截割滚筒。操纵行走履带的速度控制杆, 让机器前移至工作位置;操纵多路换向阀的铲装板手柄使其落地;操纵多路换向阀的稳定靴手柄使稳定靴支撑地面;操纵多路换向阀的输送机升降和摆动手柄至符合的卸载高度和方位;油泵电动机启动2s后再次压下油泵电动机启动按钮, 同时压下截割电动机或装运电动机的启动按钮, 使截割机构或装运机构电动机启动, 机器即可进入截割状态。若是压下截割或装运电动机启动按钮后超过25, 定时连锁装置将断开其相应电动机, 如果不要启动, 再次依照以上步骤进行。

2机器的维护与液压系统主要元件的调试

机器的正常工作, 液压系统要在保持在整定的压力下工作, 应确保油液的清洁度。所以, 要对液压系统油液的清洁度进行经常检查, 适时清理过滤器, 对系统的压力进行整定。

2.1液压系统压力的测定

这对系统的工作状态和故障检查及其消除潜在故障作用很大。通过在液压系统中设置3个测压接口A, B, C, 测定这3个口的压力, 可分别测得主泵油路的工作额定压力 (为18MPa) , 补油泵回路的工作额定压力 (为4MPa) , 行走履带制动闸回路的工作额定压力 (为4MPa) 。测定时应在其测定回路溢流阀处于作业状态, 即打开溢流的状态时进行, 读得其压力计的数值。

2.2主要元件的调试

1) 主油路溢流阀的压力调试。主油路溢流阀的调定压力为ISMPa, 它高于多路换向阀中5个负载回路中的任何一个安全溢流阀的调定值, 所以只能利用安全溢流阀中最高整定的压力, 即稳定靴回路压力1 5.5MI、作为该溢流阀的负载, 以间接换算方法进行, 要采取以下方法和步骤:将主泵油路溢流阀的主弹簧调节螺母逆时针拧松数圈, 降低溢流阀的开启压力;启动油泵供油;操纵多路换向阀的手柄, 使上阀位接入系统, 稳定靴液压缸的活塞杆处于收缩状态;按动测压计装置的阀块A, 并记下收缩过程中的压力值读数;继续向稳定靴液压缸供油使其着地, 压力则慢慢上升至主油路溢流阀溢流卸荷;将主油路溢流阀的调节螺母顺时针拧一圈, 记下压力表读数, 再顺时针拧一圈, 然后记下压力表读数, 按此步骤再次重复进行, 直至稳定靴液压回路的B口安全溢流阀 (15.SMPa) 溢流卸荷为止, 依据压力表读数换算出主油路溢流阀调节螺母一圈压力的平均增量;操纵多路换向阀的手柄, 使它回路恢复到中位并停泵;按计算值将主油路溢流阀调节螺母顺时针紧至一定的圈数, 即整定值为18MPa。2) 主油路各分支回路的安全溢流阀的调试。由于主油路各分支回路的安全溢流阀的整定压力均不大于主油路溢流阀的锁定值, 因此, 可直接调试整定, 其方法是:启动油泵供油;操纵多路换向阀的本支路阀块, 使液压缸置于工作位置;按动测压计装置A按钮, 记下压力表读数;如果压力达不到规定整定值的支路, 该支路提前卸荷, 表明主弹簧 (支路安全溢流阀) 预紧力不够, 就要顺时针拧紧调节螺母, 加大弹簧的预紧力, 提供所规定的要求整定的压力, 这样, 该支路的安全溢流阀卸荷;如果压力值已达要求的整定值时而安全溢流阀仍未卸荷, 就是主弹簧的预紧力过大, 就要逆时针拧松调节螺母, 减小弹簧的预紧力, 到该支路安全溢流阀卸荷压力达到所要求的整定值汐时止;拧紧防松螺母, 关掉油泵电动机停车。3) 补油路溢流阀压力的调试。该阀整定压力4MPa, 要采取以下调试方法步骤:启动油泵供油;按动测压计装置B按钮, 记下压力表读数;拧动先导阀调节螺母, 使压力表读数达4MPa时该支路的安全溢流阀卸荷为止;停止油泵供油。4) 负载平衡阀压力的调试。该阀要求整定的压力为24MPa, 比多路换向阀溢流阀 (主溢流阀) 的整定压力高。该阀通过主弹簧预紧力的调整进行调试, 采用阻塞平衡阀的外控油口, 以液压缸缩回的工况代替意外事故引起压力的增加, 进行压力的调试, 步骤为:把平衡阀的外控油口阻塞;把其调节螺母逆时针拧松数圈;启动油泵供油;操纵多路换向阀的手柄, 使其下阀位接人系统, 液压缸活塞杆缩回;按动测压计装置按钮A, 记下压力表读数;将平衡阀调节螺母顺时针转一圈, 记下压力表读数, 再转一圈, 记下压力表读数;直到主油路溢流阀卸载溢流, 这时就达到了18MPa, 依据压力表读数换算出平衡阀调节螺母每转一圈压力的平均增量;关掉油泵停止供油, 多路换向阀的手柄恢复至中位;按计算值将其调节螺母拧若干的圈数, 使其整定值为24MPa;最后, 把平衡阀的外控油口接通。

摘要：本文以CM-800型连续采煤机为例, 阐述了该机使用应注意的事项及启动程序、机器的维护与液压系统主要元件的调试等问题。

采煤机PLC电控系统设计第8篇

我国采煤机的研究经历过30多年的引进、消化、吸收、仿制, 已经有了长足的进步, 采煤机牵引系统由液压部件逐步变成变频器电牵引。一些技术已经达到国际先进水平, 但是在工作稳定性、可靠性和设备使用寿命等方面还存在一些差距。采煤机控制中心 (PLC) 主要采用了模块化设计, 主要包括CPU、电源模块、开关量输入模块、模拟量输入输出模块、开关量输出模块、RTD模块、I/O通信接口模块[1]。

1 采煤机的电控系统设计

1.1 采煤机电控系统结构特点

采煤机电气系统主要由电控箱、高压箱、分线盒、端头站、遥控器以及各功能电机组成。电控箱内部主要有主控中心 (PLC) 、电源组件、截割部主接触器、隔离开关、PO-Face GP显示器、操作面板组件以及电流电压信号处理模块等部件组成, 主要实现系统控制功能, 也是采煤机电气系统的控制核心。高压箱主要有主变压器、主从变频器、牵引接触器等部件, 主要实现采煤机变频牵引功能。

1.2 采煤机电控系统设计要求

采煤机电控系统实现对采煤机的功能控制, 主要实现的功能有:①采煤机主启、停, 远、近及遥控操作控制。②采煤机变频牵引停、送电, 实现采煤方向选择和速度的匀速控制。③采煤机截割部升、降控制。④截割电机、牵引电机的实时电流、温度保护、恒功率、反牵引保护控制。⑤各种参数的实时显示、存储, 牵引控制方向、速度, 各电动机温度、电流数据实时显示, 设备运行自诊断中文显示等。⑥瓦斯超限报警和断电保护。

1.3 采煤机PLC电控系统总体结构设计方案

采煤机电控系统主要由主控器PLC、变频器及其控制模块、遥控器及接收模块、端头站及数据编码传输接收模块、电流电压信号处理和瓦斯监控模块、显示模块等部件和模块组成。其中PLC系统为整个控制系统的核心, 包括电源模块、CPU模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入输出模块、热电阻温度模块和机架底板组成。

1.4 采煤机PLC控制原理

采煤机经过先导远控回路, 控制前级开关送电以后, 系统进入自检状态, 对整个系统进行漏电及绝缘监测。自检结束以后, 采煤机进入启动模式, PLC通过开关量和模拟量输入模块对各种指令和信号经过I/O总线送入CPU, CPU根据程序进行响应, 分别控制牵引接触器启动和右截割接触器启动, 从而控制变频器的运行和右截割电动机运行, 使采煤机按照选择方向和速度指令信号进行割煤。当采煤机司机通过端头站或者无线遥控器进行操作时, 操作按键信号经过处理后分别经端头站接收模块、遥控器接收模块把信号送入PLC开关量输入模块。经过PLC内部算法, 分别发出不同的控制指令, 控制DC+24V电磁阀组, 使采煤机的左、右截割部能够进行升降, 变频器能够控制左右两个牵引电动机, 按照操作按钮功能实现采煤机向运输机机头或者机尾以一定的速度行走, 同时也可以实现牵引接触器的启动和停止以及采煤机整个电气系统的总急停。温度和各电动机的电流等实时数据以及牵引方向、速度大小、故障诊断等信息由PLC电源模块上的RS485/232接口根据SNP通信协议, 实现人机界面功能[3,4]。

2 PLC的选型与计算

2.1 PLC输入、输出点数的估算和计算

对于PLC系统开关量输入和输出点数进行估算。由分析可知, 输入的开关量点数为Ni, 其估算公式如下:

式中:Ei为使用的按钮总数, 共计20个;Pi为每一个按钮有闭合和断开2种状态, 取值2。

经计算, Ni=20个

而输出开关量点数为No个, 其估算公式为:

式中:Eo为使用的继电器线圈数量, 共计12个;Po为每一个线圈有通电和断电2种状态, 取值2。

经计算, No=12个

所以, 开关量总数估算为:

由以上估算的方法, 模拟量输入主要有左右截割电机电流、左右牵引电机电流采集和处理。可以估算出的模拟量输入总数约为4个, 模拟量输出只有牵引速度指令, 为1个。因此, 模拟量总数为5个。

同理, 可以估算出RTD温度保护模块的点数为左右截割电动机温度、左右牵引电动机温度、泵电动机温度、变压器温度监测等, 共计为5个。

参照图1和图2, 可以得出实际需要的开关量输入模块点数为16个, 开关量输出点数为9个。因此需要的开关量实际总数为25个, 模拟量设计为5个, RTD温度保护点数为5个。

2.2 PLC开关量模块的选用

根据上述的估算和计算, 选择GE 90-30PLC比较符合设计要求。同时根据模块点数选型, 参考GE90-30PLC设备手册, 综合设计要求、参数特点, 选择了32点数开关量输入模块MDL655。

2.3 PLC模拟量输入输出模块的选用

GE90-30PLC模块化配置A/D模块, 即模拟量输入输出混合模块ALG442, 4路12位模拟量输入、2路模拟量输入输出。该模块用于4路左右截割电机和牵引电机的电流负载采样信号的输入和1路变频牵引速度指令信号的输出, 符合设计要求, 能够满足功能实现。

2.4 PLC开关量输出模块选用

参考GE90-30PLC设备手册, 结合点数估算和计算, 选择16点数的开关量输出模块MDL940。该模块输出类型为继电器, 输出电压为12 V/24 V。采煤机左右截割部的升降控制和制动控制是通过电磁阀控制的;另外在设计过程中, 采煤机先导启动控制回路中增加1个PLC保护节点, 这个保护节点为+12 V继电器一组辅助触点, 因此采用继电器输出符合设计要求。模块负载为125 m A, 负载能力强, 能够满足驱动要求。

2.5 RTD温度保护模块的选用

设计方案中, 实现了对采煤机截割部截割电机和牵引部牵引电动机温度进行监测保护, 与PT-100铂电阻传感器相接。同时可以增加1路变频牵引变压器温度监测保护, 变压器一次侧电压为3 300 V, 二次侧输出电压为400 V。根据计算选择了RTD-600型6路温度监测保护模块。

2.6 CPU及电源模块的选用

GE90-30系列PLC的可选CPU种类比较多, 但是应用在自动化控制装置中主要使用CPU350。CPU350提供最大4 096个I/O开关量点和2048IN/512OUT模拟量通道, 具有10 K寄存器和80 K用户存储器, 实现闪存。运行速度为0.22 ms/K, 运行速度较快, 而且支持SNP协议, 通过在电源模块上RS485/232串行通信接口实现与PRO-Face触摸显示屏人机通信。支持Genius、Profibus-DP。

GE90-30系列的PLC电源模块支持CPU和I/O, 输入电源交流240 V或者24/48/125 VDC;输出20 W+24 V继电器和15 W+15 V继电器;负载容量达到30 W, +24 V电源输出, 为其他模块提供电源。电源模块设置4个LED指示器, 自上而下分别是PWR、OK、RUN、BATT。电源模块能够实现运行状态指示、后备电池电压监测报警、短路自关断等功能。

3 PLC的I/O分配及程序实现

3.1 PLC的I/O分配

采煤机PLC控制的I/O分配情况如表1所示。

采煤机PLC程序主要包括1个主程序和若干子程序构成, 子程序之间设置良好的接口, 数据和算法简洁。其中在模拟量数据处理的子程序中, 利用数组与移位操作, 对模拟量输入数据进行数字滤波, 并根据响应时间要求, 尽量减少字长, 提高数据滤波处理的效能。在测试过程中, 通过设置大型数组的方法, 采用下标操作寻址, 使0.4ms/千步的GE90-30 PLC在20 ms内完成10路模拟量输入数据的8字深度均值滤波, 有效地提高了程序运行的效率和灵活性。在采煤机实时参数记录、故障自诊断的子程序中, 充分利用GE90-30系列PLC强大的数组功能, 通过数组下标模块运算构成的环形寻址, 对实时参数、故障数据进行采集、整理并以紧凑型记录格式 (RECORD) 写入PLC掉电保护RAM, 实现采煤机参数动态实时监测和故障自诊断功能。

3.2 PLC控制程序设计实现

PLC程序的控制功能是实现采煤机各电动机的启停控制、保护输出、模拟量、开关量的采集与处理等。程序通过复杂的算法实现采煤机恒功率控制, 实现与采煤机左右端头站、遥控器、机身操作按钮、变频器以及触摸显示屏的通信功能。

在PLC子程序中, 设置了采煤机的牵引电机恒功率控制保护、电流过载、重载反牵引保护、电动机短路保护等等各种保护功能, 通过软件技术的实现, 确保采煤机在复杂工作环境下能够安全、高效的运行。

程序中广泛采用梯形图编程语言, 子程序结构化设计, 使得程序结构很清晰, 系统维护成本较低, 同时可以节省一定的存储器存储空间资源, 系统运行速度得到有效提升。

PLC与变频器通讯采用半工双向通讯。具体通信程序略。

4 结论

论述的PLC控制采煤机电控系统, 主要应用于MG-400/920型大功率变频调速电牵引采煤机。PLC控制系统集合了PLC控制技术、嵌入式系统、PLC与变频器通信技术、GP组态实时监控技术等。该系统能够满足采煤机的数据存储与显示、变频调速牵引、实时监控、故障诊断、功能保护以及机身、遥控器、端头站控制等3种人机交互控制功能。经地面车间通电整机测试以及采煤工作面实际应用证明, 该套电气系统性能稳定、安全高效, 能够满足现代综采工作面采煤生产的需要。

参考文献

[1]李天利.交流电牵引采煤机电控系统的研制[J].陕西科技大学学报:自然科学版, 2003, 21 (2) :86-89.

[2]余文培.基于EXTR指令的PLC与变频器通信程序设计[J].自动化技术与应用, 2012, 31 (7) :86-88.

[3]邱锦波.PLC在交流电牵引采煤机电气控制系统中的应用[J].煤矿自动化.2000, 27 (2) :23-25.

电牵引采煤机的应用研究第9篇

电牵引采煤机就是采用电机形式直接牵引采煤机行走机构的综合控制装置。当前, 煤矿对高产高效的要求越来越高, 煤矿采煤机的技术的发展日新月异, 采煤机装机功率越来越大, 其控制系统也越来越完善。电牵引采煤机主要分为:直流电机电牵引、变频调速 (感应电动机) 电牵引、感应电动机一电磁滑差离合器电牵引和开关磁阻电机调速电牵引四种方式。

1.1 牵引特性良好

电牵引机能够在采煤机前进时提供牵引力。让采煤机克服阻力移动, 同时, 电牵引机在采煤机下滑时, 可以进行发电制动, 产生电能想电网反馈。通过人工设置, 采煤机通过电牵引机可以在任何条件下按着需求的的速度运行。

1.2 适用于大倾角煤层

在牵引电动机的轴端装有制动器, 防止采煤机在停机时下滑。制动器的的设计制动力矩通常是电动机额定转矩近2倍, 这样电牵引采煤机在不需要其它防滑装置的情况下。能够在40度到50度的倾角煤层采煤。

1.3 使用寿命长而且运行可靠

电牵引机与液压牵引机有很大区别, 电牵引机除了电动机的电刷与髓流子有说磨损, 其它元件均基本上不磨损, 所以, 电牵引机故障发生率很低, 维修工作量很小。且工作可靠, 使用寿命长。

1.4 反应灵敏, 结构简单

电牵引机的电控系统能够及时调整各种参数, 能够防止采煤机超载运行。同时电牵引机的相对结构简单, 电牵引采煤机机械传动结构很简单, 尺寸小而重量轻, 电能转换为机械能只做一次转换, 因此反映灵敏, 效率高。

2 电牵引采煤机在煤矿生产应用中常见问题分析

电牵引采煤机在应用中有直流牵引与交流牵引、变频器的机载与非机载、变频器的选择几个常见问题, 如直流牵引与交流牵引、变频器的机载与非机载、变频器的选择等。下面逐一对其对分析。

2.1 直流牵引与交流牵引分析

电牵引机的牵引在其发展过程中, 运用直流调速方式一直相关专家与技术人员研究的问题, 当前, 美国等国家电牵引采煤机通常采用直流涮速方式, 日本采用的交流调速方式, 英国、德国等先有直流电牵引, 后有交流电牵引。直流牵引与交流牵引虽然都可以用于采煤机, 但两种方式的可靠性与先进性差别很大。

直流电动机其结构比较复杂, 体积庞大, 防爆直流电机是直流牵引中最薄弱的环节, 其电机的碳刷与整流子片接触摩擦时, 会产生大量的热, 磨损的粉末也难以清除。因此, 电机所用的碳刷的寿命不长, 而且可靠性相对较差。同时, 直流电动机在井下难以维修。

交流电牵引通常都是采用的交流鼠笼式电机, 其防爆结构相对简单, 体积较小, 使用寿命长, 在井下也容易维修。但在驱动交流电机的涮速装置上有明显的缺陷。

近几年来, 电力与电子技术飞速发展, 交流变频调速技术也不断迈向新台阶, 成熟性与可靠性也越来越好, 直流电牵引受制于直流电机尺寸, 功率难以加大, 因此, 交流牵引采煤机的发展前景越来越广阔。逐步向大功率、高参数、高可靠性。

2.2 变频调速装置的安装方式

目前, 国际上采煤机的变频调速装置的安装方式通常分为两种:即非机载系统与机载系统。

非机载系统将频器和变压器从采煤机上分离, 安装在矿井中工作面的巷道里, 用一根特殊的牵引电缆与采煤机连接起来。非机载系统有很多优点, 一是由于变频器、变压器与机器是分离的, 采煤机的结构较小, 机身的两滑靴间的距离较短, 很适于工作面起伏、弯曲的煤层;二是能够提高较大的变频器的变压器的工作可靠性;三是由于变频器、变压器作为独立的部件置于工作面的巷道内, 不但能够防止因采煤机工作的振动对变频器的造成的影响, 而且能避免采煤机上其他机器对其的信号干扰, 同时, 方便对其维护与检修, 容易对其冷却, 工作大大可靠性;四是采煤机在薄煤层采煤时, 要求机身薄。长度短, 非机载系统装置的变频器和变压器放在机外, 有利于缩小薄煤层采煤机的外形尺寸。但非机载系统也有其缺点, 一是连接变频器与牵引电机的牵引电缆在采煤机工作过程中容易产生弯曲疲劳损坏, 产生短路接地或断路现象, 影响采煤机电控系统和变频器工作的可靠性。二是由于牵引电缆很长, 变频器输出到电动机输入的电压降较大, 尤其在低频时由于输出电压低, 电压降所占比例更大, 10Hz以下达不到恒扭矩的性能指标。

机载系统就是将变频器和变压器全部安装在采煤机, 机载系统优点是消除了易出故障的牵引电缆, 传输效率高, 低频特性好, 电缆不易损坏, 能充分发挥变频器的电气性能。同时, 变频器显示屏也置于机身上, 便于司机随时观察。其缺点是不能做到防振与冷却, 受信号干扰程度大。

3 电牵引机的变频器的选择

3.1 变频器容量选择

煤矿的采煤机在井下采煤时, 工作面的环境十分恶劣, 譬如工作面输送机很弯曲、煤矸石产生挤压等情况很容易导致采煤机发生滑靴的蹩卡现象, 过载产生的大电流对变频器冲击很大, 会损坏大功率电气或电子元件, 因此, 电牵引机在变频器的容量选择上必须要大, 通常煤机用变频器的功率是牵引电机额定功率的1.5倍以上。

3.2 变频器的电压调节问题

煤矿井下供电质相对较低, 而且电压波动范围也较大, 所以在选择变频器时, 要选择允许供电电压波动较大的变频器, 保证变频器在输入电压波动大时, 其输出电压的稳定。

3.3 变频器的压降补偿问题

在采煤机的非机载系统中, 长达300米左右的牵引电缆会产生较大的压降, 导致变频器在低频工作时, 电机输出扭矩发生下降现象, 造成采煤机不能行走, 同时变频器在高频工作时, 启动电流冲击较大, 很容易损坏电器元件, 所以, 在变频器的选择上, 要有变频器要有低频电压提升性能, 调节范围要广。

3.4 变频器的过载能力和电流限制

变频器的选择除了选择容量大外, 采煤机在过负荷时, 变频器本身也要有较高的过载能力, 要有承受过电流的一定时间。

4 结束语

电牵引采煤机是目前煤矿行业普遍使用的设备之一, 其不仅降低了煤矿开采人员的工作难度, 也提升了整个生产流水线的运行效率。随着煤矿综采技术的发展, 煤矿对大功率电牵引采煤机的需求也越来越大, 因此, 对电牵引采煤机的结构特点与应用中的问题应该不断进行研究, 更好的促进煤矿企业的发展。

摘要：煤矿机电一体化技术能大幅度地提高劳动生产率, 节约大量能源和材料消耗, 电牵引采煤机是机电一体化技术在采煤机的一个典型应用。本文从实际出发, 首先介绍了电牵引采煤机的结构特点, 然后阐述了电牵引采煤机在煤矿生产应用常见的问题, 最后对变频器的选择问题进行了分析。

关键词：电牵引采煤机,结构特点,应用,变频器

参考文献

[1]张旭生.采煤机电气设备与电气控制技术[J].科技资讯, 2007 (12) .[1]张旭生.采煤机电气设备与电气控制技术[J].科技资讯, 2007 (12) .