煤礦水倉(cāng)清理機(jī)器人設(shè)計(jì)分析

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摘要：為快速高效地清理煤礦水倉(cāng)倉(cāng)底的煤渣及淤泥等雜物，基于煤礦水倉(cāng)清理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了一種水倉(cāng)清理機(jī)器人。介紹了該機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu)、各部分的工作原理，并具體設(shè)計(jì)了各部分。借助該機(jī)器人及相關(guān)配套系統(tǒng)，可完成水倉(cāng)的清理、篩分以及脫水等工作，有助于進(jìn)一步提高水倉(cāng)清理效率。

關(guān)鍵詞：水倉(cāng)；淤泥；清理機(jī)器人；行走裝置；結(jié)構(gòu)

引言

煤礦水倉(cāng)使用之后，通常在底部會(huì)出現(xiàn)大量煤渣以及淤泥等。存在大量的堆積物將會(huì)占用水倉(cāng)的容量，同時(shí)會(huì)影響排水系統(tǒng)的性能，因此需要對(duì)其進(jìn)行定期清洗。人工挖掘配合罐車運(yùn)輸效率比較低，往往存在清理物撒、滴、漏等問題。當(dāng)前的清洗設(shè)備體積比較大，不便于操作，而機(jī)器人技術(shù)在煤礦領(lǐng)域扮演著越來越重要的作用，因此開發(fā)水倉(cāng)清理機(jī)器人，以極大地降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高安全性。

1水倉(cāng)清理系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)

圖1為水倉(cāng)清理系統(tǒng)圖，其劃分為兩個(gè)單元：可移動(dòng)、不可移動(dòng)，一般清倉(cāng)機(jī)器人能夠按照設(shè)定的路線在水艙內(nèi)移動(dòng)，其能夠有效地挖掘淤泥以及短距離的輸送。在水倉(cāng)平臺(tái)上面設(shè)置有如下幾個(gè)裝置：緩沖加壓裝置、水泥分離裝置以及運(yùn)輸設(shè)備，其主要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能：泥漿加壓運(yùn)輸、脫水固化及運(yùn)輸。通過分析發(fā)現(xiàn)水倉(cāng)系統(tǒng)的工作原理為：當(dāng)已完成注水之后，這時(shí)設(shè)置在機(jī)器人上的鉸刀開始工作，可以攪動(dòng)淤積物，這樣能夠在防護(hù)罩內(nèi)部形成相應(yīng)的混合物，同時(shí)開始向中間匯集。這時(shí)機(jī)器人開始在隨車渣漿泵抽吸泥漿，運(yùn)送至緩沖加壓設(shè)備內(nèi)。在緩沖罐內(nèi)部設(shè)置有攪拌器，在振動(dòng)篩的作用下，能夠分離出較大的顆粒沉積物，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)粗分泥漿的作用。通常把剩余的泥漿加壓運(yùn)輸?shù)侥嗨蛛x裝置內(nèi)。一般泥水處理裝置可以借助壓濾機(jī)以及相應(yīng)的凝固劑等措施，對(duì)泥漿進(jìn)行脫水以及固化等操作。將處理水設(shè)置在備用倉(cāng)內(nèi)，一般可以借助輸送機(jī)把脫水煤泥運(yùn)送到大巷礦車上面，最終運(yùn)送到指定的位置進(jìn)行處理[1]。

2水倉(cāng)清理機(jī)器人的設(shè)計(jì)

當(dāng)前清倉(cāng)機(jī)器人具有較大的體積，為了優(yōu)化機(jī)器人的體積，一般可以拆除機(jī)器人的駕駛艙以及相應(yīng)的人工控制系統(tǒng)兩個(gè)單元。其中清倉(cāng)單元包括如下四個(gè)部分：工作裝置、行走裝置、吸揚(yáng)裝置、輔助裝置等，如圖2所示。其動(dòng)力設(shè)置為液壓驅(qū)動(dòng)，密封箱底以及底座采用O形密封圈密封，同時(shí)在聯(lián)動(dòng)位置選擇防水處理。

2.1工作裝置的設(shè)計(jì)

一般情況下，煤礦水倉(cāng)清洗器械大致可以劃分為如下四種：高壓水槍配合泥漿泵抽吸清淤；鏟斗類清倉(cāng)機(jī)；滾筒配合刮板輸送機(jī)刮挖清淤；鉸刀類清倉(cāng)機(jī)等。由于在水倉(cāng)淤泥匯集位置的上端是泥水混合物，而底部卻是密度較大的固體，因此必須對(duì)淤泥進(jìn)行全面的攪拌。為此將該裝置設(shè)置成雙螺旋鉸刀。同時(shí)將鉸刀兩側(cè)螺旋葉片的方向設(shè)置為反向，同時(shí)沿著中間對(duì)稱，中間正對(duì)著吸泥管入口，如下頁圖3所示。工作裝置包含如下幾種：舉升裝置；攪拌機(jī)構(gòu)；液壓系統(tǒng)。當(dāng)處于工作狀態(tài)，液壓伸縮系統(tǒng)能夠使得舉升機(jī)構(gòu)動(dòng)作，以及攪動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)鉸刀旋轉(zhuǎn)在液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下，其能夠帶動(dòng)鉸刀動(dòng)作，從而能夠給泥漿一個(gè)軸向的推力。這樣能夠使得泥漿混合物向著中間聚集。當(dāng)處于工作狀態(tài)時(shí)，假如鉸刀被卡死，那么可以借助換向閥來實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，最終可以排除雜物，可以實(shí)現(xiàn)自救。

2.2吸揚(yáng)裝置的設(shè)計(jì)

為了能夠保證適量的水分，防止泥漿的擴(kuò)散，優(yōu)化工作效率，通常可以在鉸刀外側(cè)設(shè)置防護(hù)罩，煤泥在鉸刀的攪動(dòng)下能夠形成具有一定濃度的混合物，接著可以在渣漿泵的協(xié)助下將混合物輸送到緩沖裝置內(nèi)。對(duì)于清洗機(jī)器人中設(shè)置的渣漿泵而言，其內(nèi)部設(shè)置有高速旋轉(zhuǎn)葉片，在工作的過程中可以形成一定真空的空間，這樣可以使用攪拌好的泥漿通過防護(hù)罩以及吸管吸入渣漿泵中，最終將其輸送到緩沖裝置中。通常將吸入口設(shè)置在防護(hù)罩前側(cè)，其正前方為螺旋鉸刀，泥漿被攪拌之后能夠直接進(jìn)入吸口。這樣能夠極大地提高泥漿吸收率，從而能夠避免出現(xiàn)二次污染。

2.3行走裝置的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的清倉(cāng)裝置大多為卡軌式，其往往極易脫軌，同時(shí)在轉(zhuǎn)向的過程中，往往會(huì)出現(xiàn)問題。為了能夠極大地提高機(jī)器人的靈活度，通常可以將其設(shè)置為行走裝置載輪式和履帶式。鑒于煤礦水倉(cāng)環(huán)境問題，履帶接觸面積較大，可以有效減少接觸面的壓力，從而起到防滑的效果，同時(shí)其比較適合河道側(cè)幫，從而選擇履帶式底盤。行走裝置主要包括如下幾個(gè)單元：第一，左、右2條橡膠履帶；第二，液壓馬達(dá)組；第三，驅(qū)動(dòng)輪組；第四，支重輪組；第五，托帶輪；第六，導(dǎo)向輪組；第七，底座框架。對(duì)于履帶行走裝置而言，可一般設(shè)置液壓驅(qū)動(dòng)以及兩個(gè)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，在鏈傳動(dòng)的作用下能夠給履帶提供動(dòng)力。而機(jī)器人的轉(zhuǎn)向則通過液壓閥控制，底座采用能夠承載較大能力的輕型鋼制作而成。在底座下端設(shè)置四個(gè)支重輪，其能夠極大地提高接觸面積，從而能夠防止履帶跑偏，這樣能優(yōu)化對(duì)地面的壓力[2]。

2.4輔助裝置的設(shè)計(jì)

由于煤礦井下工況環(huán)境比較復(fù)雜，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠避免出現(xiàn)火災(zāi)事故。清理機(jī)器人液壓是由液壓泵站提供，圖4表示相應(yīng)的液壓回路圖，其包括如下三個(gè)單元：第一，推動(dòng)機(jī)械臂液壓缸做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的回路單元；第二，履帶速度回路單元；第三，螺旋鉸刀轉(zhuǎn)動(dòng)速度回路單元。一般在液壓缸回路中設(shè)置相應(yīng)的雙向液壓鎖，這樣能夠有效地防止液壓缸處于工作狀態(tài)時(shí)出現(xiàn)漏油的現(xiàn)象，從而有助于機(jī)械臂準(zhǔn)確定位。一般可以在履帶馬達(dá)回路以及相應(yīng)的鉸刀回路中安裝一定的安全閥組以及相應(yīng)的補(bǔ)油閥組，防止馬達(dá)在減速以及轉(zhuǎn)向的過程中，因慣性使得進(jìn)油路壓力變小，導(dǎo)致出現(xiàn)汽蝕的現(xiàn)象。當(dāng)馬當(dāng)處于變速的過程中，單向閥門從郵箱補(bǔ)油，與此同時(shí)打開溢流閥，使得壓力油從高壓位置向低壓部分流動(dòng)。

3結(jié)語

由于煤礦水倉(cāng)工況環(huán)境比較復(fù)雜，因此設(shè)計(jì)了螺旋鉸刀的履帶式吸揚(yáng)清理機(jī)器人，其不僅體積小、運(yùn)輸方便，而且行動(dòng)靈活，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。在行動(dòng)的過程中能夠?qū)崿F(xiàn)較大坡度的爬升，能夠清理各種濃度的煤泥，適用于各種形式的水倉(cāng)。該系統(tǒng)不僅可以有效地降低工人的勞動(dòng)量，而且具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭庚昊.礦山井下水倉(cāng)清理機(jī)器人的探討與研究[J].水力采煤與管道運(yùn)輸，2019（3）：22-24.

[2]曹毅，臧義，刁偉華.柔性驅(qū)動(dòng)立筒倉(cāng)清理機(jī)器人轉(zhuǎn)動(dòng)控制系統(tǒng)建模及簡(jiǎn)化[J].現(xiàn)代制造工程，2014（4）：33-35.

作者：王秉飛 單位：大同煤礦集團(tuán)挖金灣煤業(yè)有限責(zé)任公司