刮板輸送機直線度檢測方法研究

薛金國

（潞安化工集團左權(quán)阜生煤業(yè)，山西晉中 032600）

針對于煤炭的開采，影響其開采過程的因素有很多，其中，刮板輸送機的直線度就是其眾多影響因素之一。在煤炭的開采過程中，一旦發(fā)現(xiàn)該直線度不符合開采過程中的要求時，將會對其開采工作產(chǎn)生一定的影響，同時，還會影響刮板輸送機的使用壽命，使其壽命大大縮短，更有甚者，還會產(chǎn)生較為危險的安全事故。因此，在此基礎(chǔ)上，在煤炭的開采過程中，需要及時對刮板輸送機中的直線度進行實時監(jiān)測，同時，還需要對其進行相應(yīng)的控制，確保該設(shè)備在運行過程中，能夠穩(wěn)定、可靠，進而提高其在煤炭開采中的工作效率。

1 刮板輸送機的結(jié)構(gòu)及形態(tài)表征

1.1 主要結(jié)構(gòu)

就目前而言，當(dāng)下在進行煤礦開采過程中，其刮板輸送機的構(gòu)成主要如圖1所示。

圖1 刮板輸送機的主要構(gòu)成

隨著當(dāng)下時代的不斷發(fā)展，相應(yīng)的在煤礦開采過程中，其機械化水準也在不斷的發(fā)展提高中，目前，在煤礦開采過程中，刮板輸送機中的長度也在不斷的增加中，當(dāng)下，其最長長度約為450m。

1.2 形態(tài)表征

對于刮板輸送機的形態(tài)表征，主要是指其在工作過程中表現(xiàn)出來的一種形態(tài)。同時，又由于在刮板輸送機的整體構(gòu)成中，占據(jù)主要部位的則是機身，因此，所說的刮板輸送機的形態(tài)表征，實際上就是其內(nèi)部機身所呈現(xiàn)出來的一種形態(tài)。其中，機身的主要構(gòu)成部位是中部槽，在中部槽與中部槽之間，采用鉸接的形式進行連接，其連接的部件則是啞鈴銷。在實際工作過程中，機身中的中部槽，其結(jié)構(gòu)分布比較對稱，即：前后、左右均屬于對稱結(jié)構(gòu)，基于此，在對其進行形態(tài)表征的研究時，其研究節(jié)點的選取可以是該結(jié)構(gòu)兩邊的中心部位。刮板輸送機的形態(tài)表征狀況，具體如圖2所示，在圖中，將每一個節(jié)點進行連接以后，形成一個曲線，該曲線即是刮板輸送機的形態(tài)表征曲線。

圖2 刮板輸送機形態(tài)表征

2 刮板輸送機直線度檢測方法

刮板輸送機在工作過程中，主要的功能是在軌道上進行來回運動，而這也是采煤機在實際工作中的主要體現(xiàn)?；诖耍軌虬l(fā)現(xiàn)采煤機在進行實際工作時，其工作軌跡剛好是能夠體現(xiàn)出刮板輸送機的直線度。在實際的煤炭開采過程中，在機身中，中部槽與中部槽之間，是通過啞鈴銷實現(xiàn)的，其角度偏差一般不會大于2°。本文在研究過程中，所采用的原理是航位推測，之后，根據(jù)其實際工作狀況以及所選用的中部槽的實際相關(guān)尺寸，開始實時監(jiān)測刮板輸送機的直線度。但是，在實際對其監(jiān)測過程中，還將會用到捷聯(lián)慣導(dǎo)裝置，由于該裝置在使用過程中，會存在一定的安全隱患，因此，為了確保在使用該裝置的過程中，能夠安全可靠，因此，需要在使用過程中，將該裝置安放在防爆箱中，同時，還需要再將其進行固定，一般固定的位置是在采煤機上，與此同時，為了監(jiān)測其在軌道上的工作速度，還需要在其工作的軌道上，安裝有相應(yīng)的加速度傳感器。

所謂的航位推測技術(shù)，其主要是依據(jù)某一時刻中，某點所處的位置坐標，之后，再根據(jù)測量出的該點在工作中移動的方向以及移動的距離，進而預(yù)測出在下一時刻里，該點的具體位置坐標。捷聯(lián)慣導(dǎo)裝置的內(nèi)部主要含有的零部件主要有：線加速度器（3 個）、速率陀螺（3 個）、微型計算機，基于此，再結(jié)合相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，就能夠?qū)崿F(xiàn)對其精確定位。刮板輸送機監(jiān)測直線度的具體原理示意圖如圖3所示。

圖3 刮板輸送機檢測原理

在實際的工作過程中，會產(chǎn)生明顯振動的裝置有：回采工作面采煤機、刮板輸送機以及液壓支架，這些裝置在進行工作時，將會影響測量結(jié)果的精準性。那么，為了避免此種現(xiàn)象帶來的后果，提高其測量的精確性，就需要將測量的結(jié)果在系統(tǒng)內(nèi)置算法的基礎(chǔ)上，再次進行傅里葉變換，在變換過程中，將剔除掉振動噪聲帶來的影響。

依據(jù)Rodrigues 算法，能夠計算出一些向量數(shù)據(jù)，如根據(jù)已知的某空間向量，再依據(jù)該算法，就能夠計算出該向量圍繞著另外一個向量旋轉(zhuǎn)一定的角度以后的向量值。因此，在該算法的基礎(chǔ)上，就能夠依據(jù)所收集以及監(jiān)測到的一些數(shù)據(jù)，計算出該采煤機的相關(guān)狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上，就能夠得出此過程中刮板輸送機的狀態(tài)如何。在對相關(guān)數(shù)據(jù)進行計算時，其選取的基礎(chǔ)節(jié)點為：中部槽兩邊的中點處，根據(jù)所選擇的參考節(jié)點，就能夠計算出其他節(jié)點中的詳細信息資料。中部槽的規(guī)格尺寸屬于已知，在結(jié)合航位推測理論，并且，依據(jù)中部槽的相關(guān)尺寸，將其長度，作為相鄰節(jié)點與節(jié)點之間，在水平方向上的步長；而其在豎直方向的步長，則選擇的是其厚度尺寸；而方位角的選擇，則是依據(jù)節(jié)點之間在水平以及垂直方向中的偏角。要想實現(xiàn)對中部槽間歇狀態(tài)的計算，其主要的依據(jù)有2個，一個是通過加速度傳感器所監(jiān)測到的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，另外一個則是分解模型，之后，再根據(jù)航位推測原理，最終能夠?qū)伟遢斔蜋C的機身狀態(tài)狀況進行有效的識別。

3 刮板輸送機直線度控制方法

本文在對刮板輸送機的直線度進行研究的時候，是在PID控制技術(shù)的基礎(chǔ)上進行實現(xiàn)的。因為在實際的煤炭開采過程中，其工作環(huán)境相對來說比較復(fù)雜多變，因此，在矯正機身時，用到的一些參數(shù)，如：液壓缸中的液壓油壓力、流量等，這些統(tǒng)統(tǒng)屬于變量，因此，如果用恒定的PID 參數(shù)完成工作是不可行的?；诖?，為了提高其工作效率，在模糊算法的基礎(chǔ)上，優(yōu)化以及調(diào)整了PID 中的相關(guān)參數(shù)，之后，在此基礎(chǔ)上，就能夠較為精確地控制不同液壓缸中的流量等，進而保障能夠精確掌控機身的位置，保障機身幾乎均在一條水平線上。因此，刮板輸送機在對其直線控制過程中，具體的控制過程如圖4所示。其中，在該圖中，中部槽節(jié)點的編號分別為：i-1，i，i+1；而對應(yīng)節(jié)點中，需要被調(diào)整的位移量分別為：Δyi-1，Δyi，Δyi+1。

圖4 刮板輸送機直線度控制過程

在控制系統(tǒng)中，在進行下一步的指令下達時，其依據(jù)就是計算出的調(diào)整量，基于此，就能夠?qū)崿F(xiàn)液壓缸的運動，促使刮板輸送機的機身能夠在正確的位置上進行工作。要想實現(xiàn)以上一系列的運作，就需要在此過程中，實時監(jiān)測刮板輸送機的直線度，與此同時，還需要將監(jiān)測到的相關(guān)結(jié)果在控制器中進行反饋，之后進行不斷的循環(huán)往復(fù)，最終使得直線度能夠符合相關(guān)的要求。上述一系列的調(diào)整過程，即是閉環(huán)控制。在PID技術(shù)上的直線度控制原理具體如圖5所示。

圖5 基于PID技術(shù)的直線度控制原理

4 檢測方法的工程應(yīng)用研究

4.1 工程概況

依據(jù)煤礦的實際開采工作，將監(jiān)測直線度的方法應(yīng)用在其中，同時，并對其最終檢測結(jié)果進行檢測。在本文的研究中，所選用的設(shè)備分別為：MG900/2395-WD 型號的采煤機、ZY16000/23/43D 型號的液壓支架（141 架）、SGZ1250/3x1000 型號的刮板輸送機。除此之外，還包含有SZZ1350/525 型號的轉(zhuǎn)載機、PLM450型號的破碎機。

4.2 直線度檢測精度對比

為了驗證本篇文章研究結(jié)果的精準性，分別采用兩種方法對其進行檢測，第一種是在回采工作面中，沒有矯正刮板輸送機；第二種則是采用了PID控制技術(shù)，監(jiān)控直線度，除此之外，還利用全站儀檢測了刮板輸送機的平直度，之后，對獲取到的相關(guān)信息進行不同方位的對比，即：水平和豎直。在整個的檢測過程中，其所選用的基準則是位于中間部位的75號支架，最終發(fā)現(xiàn)，最終測量出來的結(jié)果，無論是在水平還是在豎直方向上的直線度，均存在一些偏差。采用兩種檢測方法對直線度進行檢測以后，其最終檢測結(jié)果具體如圖6所示。

圖6 兩種直線度檢測方法結(jié)果的對比

由圖6 能夠得知，這兩種不同的檢測方法，其最終的檢測結(jié)果基本上均相同，但是仍存在一定的偏差，通過圖6 能夠看出，其最大偏差在50mm 以內(nèi)，表明在對其進行檢測時，是正確的。根據(jù)得出的較為合理的檢測結(jié)果，對刮板輸送機進行矯正處理。

通過實際案例，驗證刮板輸送機直線度控制方法是否真是可靠。在系統(tǒng)運作初期，先不使用直線度控制系統(tǒng)，之后，經(jīng)過一段時間以后，開始使用該系統(tǒng)，工作一段時間以后，整個系統(tǒng)均關(guān)閉，之后對其進行驗證，具體所得的結(jié)果如圖7所示。其中，前1~3h以及后8~10h 沒有使用直線度控制系統(tǒng)；中間4~7h 直線度控制系統(tǒng)開始使用。根據(jù)圖7能夠看出，設(shè)備的直線度在使用該系統(tǒng)前后，其直線度偏差已經(jīng)從600mm降到了300mm。

圖7 直線度控制系統(tǒng)開啟前后的直線度偏差

5 結(jié)語

在采煤機中，安裝有捷聯(lián)慣導(dǎo)裝置，同時，在航位推測原理的基礎(chǔ)上，實時監(jiān)測設(shè)備的姿態(tài)，之后根據(jù)檢測的結(jié)果，及時地進行調(diào)整，以上便是刮板輸送機直線度的控制方法。根據(jù)檢測得出的相關(guān)信息，發(fā)現(xiàn)存在一定的振動及噪聲，因此，需要采用傅里葉變換進行降噪處理，進而確保最終計算結(jié)果的精準性。在對機身的姿態(tài)進行調(diào)整時，所選用的方法是在模糊算法的基礎(chǔ)上的PID 控制參數(shù)動態(tài)調(diào)節(jié)，其最終目的就是提高機身的直線度。對直線度控制系統(tǒng)開啟前以及開啟后的狀況進行對比，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)在對機身的直線度進行改進的時候，效果較為明顯。