CN110021224B - 刮板输送机在井下复杂地况的推溜过程模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刮板输送机在井下复杂地况的推溜过程模拟实验装置，所述实验装置中推移机构是连接刮板输送机和液压支架底座的关键部分，推移机构前端通过接头与输送机相连，它与液压支架底座通过推移千斤顶活塞杆前端相连接，而推移千斤顶的缸体与之铰接，通过该推移机构可以模拟推溜工作对刮板输送机进行推溜，并检测出刮板输送机的轨迹线，进行轨迹修正，本实验装置有效地模拟真实环境，获取数据更加方便，便于操作，并可在教学示范中使用。

Description

刮板输送机在井下复杂地况的推溜过程模拟实验装置

技术领域

本发明涉及一种煤矿井下刮板输送机推溜过程的实验装置，尤其是一种模拟综采工作面中推溜过程以及相关试验过程的实验装置。

背景技术

煤矿综采装备正向从现在的自动化向智能化和无人化迈进，因此及时掌握综采工作面设备，尤其是采煤机、刮板输送机和液压支架的运行状态尤为重要，而采煤机、刮板输送机和液压支架的定位定姿方面的研究主要还集中在对单机的定位定姿的研究，很少能够过多考虑对多个配套设备之间的约束及连接关系，对采煤机、刮板输送机和液压支架进行联合定位定姿的研究还比较少，仅有的几个也没有深刻剖析三机之间的连接约束关系运用到联合定位上去，而且很少考虑地质地形条件，为了在考虑采煤机、刮板输送机和液压支架之间的联合关系和复杂的地形条件下对其进行姿态研究并解决一些技术上的问题，综合实际建立相关的模型，通过该模型对建立相关的理论结构进行仿真。

相关的实验装置还有很多，例如淮北安来机电装备有限公司申请的组合式液压支架推移试验装置；公开号为103630414B公开的实验装置可以完成推移机构的偏载实验，结构也较为简单，但是功能比较单一，只能完成特定的实验，综合性较差。

还有郑州煤机综机设备有限公司申请的一种液压支架试验台及其液压输送装置，公开号为205471526U，该装置利用多个短行程千斤顶累加代替长行程千斤顶，加快了试验效率，但是缺乏自动化，并且没有相关的传感器元件来分析试验结果。

由于要实现的功能在实际中成本巨大且实施较不易，不适合在实际中进行实验，因此需要利用合适的物理模型进行替代实验，物理相似模拟实验是发展了将近一个世纪的技术，模拟实验和实际有很大的关联，可以最大限度保证实验的准确性。

该装置是为了方便对井下工作的仿真而制作的，本身考虑了井下工况中复杂的地形环境及工作条件，因此模型本身是根据实际按比例进行缩小的，其中的推移机构相比于其它模型自由角度较大，适用于特定的实验，也适合大多数的模拟仿真，本身的体积和质量较小，可以安装在大多数的实验台上，不需要专门的实验台。

该实验装置首次将刮板输送机和液压支架的底部结合在一起，并且推杆部位安装有位移传感器，可以对推移量进行控制，在推移杆上还安装有倾角传感器，可以确定推移过程中各点的位置变化，模型结构紧密，适合在不同的试验条件下进行操作，也满足了设计初衷中在复杂地形下的条件，可以在不平整的地面进行实验。

发明内容

基于现有技术的基础上，本发明的目的是提供一种研究刮板输送机在井下复杂地况的推溜过程模拟实验装置。

本发明所采取的实验装置结构如下。

一种研究刮板输送机在井下复杂地况的推溜过程模拟实验装置，所述实验装置分为四个部分，包括液压支架底部模型（1），刮板输送机模型（5）和两者之间的浮动连接机构即推移机构（3），为了保证强度，模型整体使用钢材，还包括综采工作面工作坏境（39）即推移路线的构建。

所述液压支架底部模型（1），是承载气缸并提供支撑的部位。底端有将底座和地面固定的底板装置（6）和固定推移机构用的底座模型，前一个与地面通过螺栓（25）连接固定，通过螺栓固定可以将其稳定在T型槽工作台上；底板与底座模型之间通过支撑脚杯（7）连接，支撑脚杯用六角头螺栓Ⅱ（13）固定在底板上，调整支撑脚杯可以调节底座的高度和倾斜度。底座是液压支架底部模型的主要功能部位，当中外壳（8），挡块Ⅰ（12）Ⅲ（27）和用于放置气缸的气缸底座（19）通过连接件相连，挡块与外壳之间通过六角头螺栓Ⅰ（9）Ⅴ（28）连接，并且挡块可以沿着预留的长孔小幅度变换位置，挡块起到限位的作用，相当于限位槽的作用，可以分别按照设计好的数据控制推杆的上下左右偏移程度。气缸底座与外壳之间使用六角头螺栓Ⅲ（20）连接支撑，外壳上的螺栓连接孔为上下两个长孔便于调整气缸底座安装位置，上方长孔连接三角均带有螺栓孔的三角销轴（21）以防止拧紧后螺栓沿长孔移动，下方长孔通过三角销轴单孔和气缸底座连接，通过螺栓拧紧位置控制气缸底座在模型中的的前后相对位置，气缸底座未完全贴合至外壳，因此可以沿螺栓实现旋转。

所述刮板输送机（5）是将实际当中的中部槽结构按比例缩小的槽型结构，主要描述中部槽之间的位置关系，相邻中部槽之间使用连接片（32）替代哑铃销进行连接，使相邻中部槽可以产生相对弯曲。

所述推移机构（3）是连接刮板输送机和液压支架的组件，通过气缸（18）连接液压支架，推杆（11）、连接杆（37）和推移耳（36）模型连接刮板输送机，气缸用于替代实际设备中的液压缸。推杆与气缸之间通过安装在气缸顶部的连接件（2）进行连接，推移杆可以沿着连接用的销轴（15）发生偏转，连接杆是连接推移耳与推移杆的组件，采用空心结构。推杆的顶部通过螺栓（16）连接挡块Ⅱ（14），通过挡块Ⅲ（27）与外壳上的限位槽进行上下方向上的限位，推杆的尾端有用于和连接杆连接的孔，通过销（4）与连接杆相连。连接杆是连接推移耳与推移杆的组件，采用实心结构。在两端有分别有用于和推杆，推移耳连接的螺栓孔。推移耳用螺栓（34）固定在中部槽中部，上面有专门用于和连接杆连接的腰形孔。

所述地面环境（39）是采用橡胶面，以及利用底部调节或垫高的方式可以改变地形条件。除此之外，模型当中还搭配测量数据需要的位移传感器、轴编码器和倾角传感器，和进行数据处理的计算机软件。

上述所需要的传感器，是对实验装置和实验结果进行测量的电子仪器。具体有：轴编码器，倾角传感器，红外测距传感器，相机。实验装置进行实验时利用这些测量元件可以测量出推移机构偏移角度，刮板输送机推移距离以及它们之间连接处的位移。

上诉计算机软件，是用来处理数据的软件，将得到的数据整合成图像方便进行所需数据的解算，例如Datastudio，Python。

本发明上述所提供一种刮板输送机在井下复杂地况的推溜过程模拟实验装置，与现有实验装置相比，具有如下的有益效果：

本发明具有更小的比例和更直观的机构，方便数据采集以及操作，具有更高的工作自由度，可以实现本发明中提出的实验方案，并适用于不同的地形等外界条件和其它实验方案。

附图说明

图1是本发明总体结构示意图。

图2是本发明推移机构的俯视结构示意模型图。

图3是本发明推移机构的正视结构示意模型图。

图4是本发明推移机构侧视结构示意模型图。

图5是本发明中部槽的正视结构示意模型图。

图6是本发明中部槽的仰视结构示意模型图。

图7是本发明中部槽的侧视结构示意模型图。

图中：1：液压支架底部模型；2：气缸头；3：推移机构；4：销；5：刮板输送机；6：底板；7：支撑脚杯；8：外壳；9：六角头螺栓Ⅰ；10：六角薄螺母Ⅰ；11：推杆；12：挡块Ⅰ；13：六角头螺栓Ⅱ；14：挡块Ⅱ；15：销轴；16：螺栓；17：六角薄螺母Ⅱ；18：气缸；19：气缸底座；20：六角头螺栓Ⅲ；21：三角销轴；22：六角薄螺母Ⅲ；23：六角头螺栓Ⅳ；24：六角螺母；25：T型槽用螺栓；26：六角薄螺母Ⅳ；27：挡块Ⅲ；28：六角头螺栓Ⅴ；29：六角薄螺母Ⅴ；30：六角头螺栓Ⅵ；31：六角薄螺母Ⅵ；32：连接片；33：中部槽；34：螺栓；35：六角薄螺母Ⅶ；36：推移耳；37：连接杆；38：销轴；39：橡胶地面。

具体实施方案

在实际的环境下，采煤机不同的截割轨迹会造成推移路径上地形的变化，因此每次的推移和移架所需要经过的路径都是不同且不平整的。为了模拟这种复杂的地况并使实验装置适应这种变化并运行，设计的实验装置在液压支架底座上安装了可以调节高度的脚杯，脚杯高度调节可以改变液压支架底座的倾斜度，模仿液压支架在实际地况下的初始姿态。并且在刮板输送机底部还搭配了与煤层相似性较高的橡胶层，通过橡胶层的起伏状态模拟真实环境下的不规则地面。该实验装置结构以及参数接近实际比例，可以有效贴合地面并完成相关的推溜移架动作，验证实验方案的准确性。当中所需的传感器元件，数据处理软件等不仅可以测量所需的试验装置数据，还可以在实验前读取地形俯仰角宽度长度等参数，因此也是地面环境模拟的重要组成部分。

该模型主要功能是模拟综采工作面在推溜和移架时所实现的各项功能，包括推溜移架的路线规划，复杂地形下的调直试验等。实验台由电脑操控，分为上位机和下位机，下位机读取传感器的数据，上位机接收数据后进行分析并对气缸进行控制。

该装置主要有以下作用。实施调直实验，工作面自动调直是实现综采工作面自动化的关键技术，控制刮板输送机和液压支架直线度是保障工作面直线度的基础，其中包括以液压支架为基准的调直方法和以刮板输送机为基准的调直方法。由于后一种调直方法发展尚不完整，所以较少出现，设计该模型也是为了在这种调直方法的基础上进行仿真试验和模型试验，评价刮板输送机调直方法的效用。 实施路线规划，根据这个模型模拟随机地形，不同的地形在同一坐标系下的坐标不同导致推移的路径也有不同的变化，利用该装置可以验证路径规划中重要特征点的位置是否与预测计算的结果一致。实施教学示范，本模型设计的初衷是模拟现实设备中推移机构的运动模式，找出推移过程中推移机构与液压支架和刮板机连接处的位置关系，因此可以在教学研究中进行示范，展示真实环境中推溜移架的过程。

下面通过实施例对本发明的具体实施方式做出进一步的说明。

1. 刮板输送机调直基本原理是首先依据工作面方向确定刮板输送机调直参考目标直线，然后根据刮板输送机测量轨迹与参考目标直线解算并控制液压支架的推移距离，在液压支架推溜过程中将刮板输送机调整为与工作面方向平行的直线状态。本发明提出了在复杂地面上的调直方案，具体原理有：在初始状态下，在不平整地面上随机布置多个推移模型，此时刮板输送机直线度是需要调节的，使用相机捕捉推移耳（36）上标记的特征点在推移方向y轴上的图像，上传到电脑并辅以图像处理，得到推移机构（3）和刮板输送机（5）连接点之间的相对位置，并得到垂直位置上的图像。先按照合适的推移距离用气缸（18）对整个试验装置进行第一步推溜，此时不做任何推移量的调整，结束之后再次得到相对位置的点图，点与点之间用直线连接，并得到图像上的最低点，依据最低点设定参考目标直线进行调直。根据设定的地形参数和第一次推移的路径条件，认为第一次推移时的地形和第二次相近，通过第一次的图像计算出各个连接点相对于最低点的位置偏差，对比单个装置自己的推移误差，结合这两次的误差计算出补偿位移，得到修正后的推移距离，上位机通过实时接受推移机构中位移传感器的数据对气缸（18）进气量进行控制，使之达到计算的数值。预设地形较规则的情况下，可以以地形为基础解算补偿位移，此时调直结果会更加准确。此时气缸底座（19）是通过螺栓固定在试验台上的，不可移动。支撑脚杯（7）可以自主调节气缸倾斜度，方便减小测量误差。

机（5），利用轴编码器和倾角传感器得到推移杆的角位移，利用推移杆上的位移传感器得到实际的推移距离，结合这些数据可以准确地得到推移行程当中刮板输送机和推移机构的连接处特征点的位置变化，确定此时刮板输送机的姿态。

在平面上时，整个底座（1）是平直放置的，相邻固定装置（6）之间没有间隙，支撑脚杯（7）处在同一高度，此时利用压缩机调节气缸（18），推移杆（11）会自适应前移，通过推移耳（36）推动刮板输送机（5），通过推移的难易度评价实验装置的可靠度。

等地面环境，同时调节支撑脚杯（7）的高度改变液压支架的初始姿态，使整个模型处在预设的工作状态，控制气缸推移距离进行推移实验，利用推移杆（11）上的传感器检测其位移和旋转角度，此时推移耳（36）上连接点的位置图像可以反映直线度，运行图像反映单个刮板输送机路径变化。

多个装置同时实验时可以反映出多机之间的关系，由于相邻刮板输送机之间存在约束关系，会导致单个刮板输送机推移路径，推移杆状态有一定程度的改变，相邻刮板输送机之间由于推移的先后，会导致推移杆（11）在空间坐标系各方向上相比于单个装置推移产生不同程度的偏移，采集此时的刮板机和推移杆连接处特征点的位置图像，就是平整地面上刮板输送机的排列状况，此时图像呈S型，而特征点的运动图像就是推移路劲。

以上试验得到的推杆角位移、特征点位置图像等还可以在教学中用于示范推溜移架过程及结果。

Claims (3)

1.一种刮板输送机在井下复杂地况的推溜过程模拟实验装置，包括液压支架底部模型与刮板输送机模型；其特征在于：所述液压支架底部模型与所述刮板输送机模型是通过推移机构模型连接构成，并通过推移路线结构模型实现刮板输送机推溜过程；

所述液压支架底部模型包括外壳（8）、挡块（12）（27）和气缸底座（19），外壳（8）和挡块（12）（27）之间通过六角头螺栓（9）（28）连接，且挡块（12）（27）是沿预留长孔实现位移限位；气缸底座（19）与外壳（8）之间通过三角销轴（21）和六角头螺栓（20）连接支撑，气缸底座（19）可以沿螺栓实现旋转；

所述刮板输送机模型是简化后的模型，代替实际中复杂的中部槽结构，主要描述中部槽之间的位置关系，相邻中部槽之间使用连接片（32）替代哑铃销进行连接，使相邻中部槽可以产生相对弯曲；

所述推移机构模型包含气缸（18），推杆（11），连接杆（37）和推移耳（36）模型，气缸用于替代实际设备中的液压缸，推杆与气缸之间通过安装在气缸顶部的连接件（2）进行连接，推移杆可以沿着连接用的销轴（15）发生偏转，连接杆是连接推移耳与推移杆的组件，采用空心结构，推杆的顶部通过螺栓（16）连接挡块（14），通过挡块（27）与外壳上的限位槽进行上下方向上的限位，推杆的尾端有用于和连接杆连接的孔，通过销（4）与连接杆相连，连接杆是连接推移耳与推移杆的组件，采用实心结构，在两端有分别有用于和推杆、推移耳连接的螺栓孔，推移耳用螺栓（34）固定在中部槽中部，上面有专门用于和连接杆连接的腰形孔；

所述推移路线结构模型是指地面环境采用橡胶面，以及利用底部调节或垫高的方式可以改变地形条件，除此之外，模型当中还包括测量数据需要的位移传感器、轴编码器和倾角传感器，和进行数据处理的计算机软件。

2.如权利要求1所述的一种刮板输送机在井下复杂地况的推溜过程模拟实验装置，其特征在于：所述传感器是对实验装置和实验结果进行测量的电子仪器和电子元件，包括：轴编码器，倾角传感器，红外测距传感器，相机，实验装置进行实验时这些测量元件会测量出推移机构偏移角度，刮板输送机推移距离以及它们之间连接处的位移。

3.如权利要求1所述的一种刮板输送机在井下复杂地况的推溜过程模拟实验装置，其特征在于：所述计算机软件是用来处理数据的软件，将得到的数据整合成图像方便进行所需数据的解算。

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