李子江

（晉能控股裝備制造集團(tuán)金鼎山西煤機(jī)有限責(zé)任公司皮帶機(jī)制造分公司， 山西 晉城 048000）

引言

帶式輸送機(jī)是一種在煤礦井下運(yùn)輸物料的常用設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)，隨著井下物料運(yùn)輸需求的不斷提高，目前的輸送機(jī)系統(tǒng)均朝著長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、高帶速方向發(fā)展，因此對(duì)其運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性提出了更高的要求。由于輸送機(jī)系統(tǒng)的使用環(huán)境惡劣，在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)輸送帶的跑偏、輸送帶打滑、輸送帶撕裂、托輥組卡死等異常，給井下的物料輸送安全帶來(lái)了極大的隱患。目前多數(shù)煤礦主要是在井下設(shè)置專人對(duì)輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行巡查，確保輸送機(jī)運(yùn)行安全，但由于輸送機(jī)運(yùn)行范圍廣，井下環(huán)境惡劣，人工巡查的難度極大，故障檢出率極低，已經(jīng)無(wú)法滿足井下物料運(yùn)輸?shù)陌踩孕枨蟆?/p>

本文提出了一種新的帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢機(jī)器人，其集成了故障監(jiān)測(cè)、環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析處理等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)沿輸送機(jī)軌道的自動(dòng)運(yùn)行和故障監(jiān)測(cè)，有效解決了傳統(tǒng)人工巡查方案所存在的效率低、可靠性差的問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明該輸送機(jī)自動(dòng)巡查機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)巡檢、故障識(shí)別、自動(dòng)報(bào)警，將輸送機(jī)運(yùn)行故障檢出率提升了88.7%，初步實(shí)現(xiàn)了井下輸送機(jī)運(yùn)行的無(wú)人值守，具有較大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 巡檢機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合帶式輸送機(jī)的實(shí)際使用環(huán)境和常見(jiàn)故障類別，要求自動(dòng)巡檢機(jī)器人能夠沿著輸送機(jī)系統(tǒng)無(wú)障礙運(yùn)行，同時(shí)能夠?qū)斔蜋C(jī)運(yùn)行狀態(tài)快速識(shí)別和判斷，及時(shí)鎖定故障位置和分析故障類型，滿足快速預(yù)警的需求，因此本文所提出的帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢機(jī)器人主要包括了運(yùn)行軌道、機(jī)器人本體、運(yùn)行控制中心三個(gè)部分，其整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[1]。

圖1 自動(dòng)巡檢機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1 可知，該巡檢機(jī)器人的運(yùn)行軌道主要包括了軌道支架、運(yùn)行驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、張緊機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)等，巡視機(jī)器人本體主要包括了防爆外殼、攝像機(jī)構(gòu)等，滿足在巡檢過(guò)程中的可靠性需求，巡檢機(jī)器人的控制系統(tǒng)主要用于對(duì)機(jī)器人的運(yùn)行軌跡、運(yùn)行速度、數(shù)據(jù)處理等進(jìn)行集中控制和處理，滿足智能巡檢和分析的控制需求。

2 巡檢機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

煤礦井下輸送機(jī)的工作巷道空間狹小，在空間內(nèi)布置有大量的管路、支架、線纜等，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中如果只靠自身的動(dòng)力電池驅(qū)動(dòng)則存在著電池包重量大、機(jī)器人續(xù)航時(shí)間短的不足，若采用傳統(tǒng)的鋼絲繩牽線驅(qū)動(dòng)模式則會(huì)帶來(lái)牽引線長(zhǎng)、運(yùn)行過(guò)程中和管路、支架纏繞的問(wèn)題，而且在牽引運(yùn)動(dòng)過(guò)程中存在著牽引速度不可控、巡檢機(jī)器人攝像不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)采集精度差的難題[2]。

因此結(jié)合巡檢機(jī)器人的實(shí)際驅(qū)動(dòng)需求，本文提出了一種新的巡檢機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了鋼絲牽引及懸掛軌道相結(jié)合的驅(qū)動(dòng)模式，其控制結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖2 所示[3]。

圖2 巡檢機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模式示意圖

由圖2 可知，巡檢機(jī)器人設(shè)置在懸掛軌道上，巡檢機(jī)器人和牽引鋼絲繩之間設(shè)置有抱鎖機(jī)構(gòu)，當(dāng)巡檢機(jī)器人運(yùn)行時(shí)，首先由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)行，在軌道上設(shè)置有位置信息卡，便于通過(guò)數(shù)據(jù)信息來(lái)確定巡檢機(jī)器人的運(yùn)行位置，在輸送機(jī)軌道的兩側(cè)設(shè)置有行程開(kāi)關(guān)，當(dāng)機(jī)器人到兩側(cè)后能夠發(fā)出返程信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)往返巡檢作業(yè)。

3 巡檢機(jī)器人控制系統(tǒng)

巡檢控制系統(tǒng)是該巡檢機(jī)器人的核心，直接決定了巡檢的可靠性，為了滿足巡檢控制需求，在其控制系統(tǒng)中主要設(shè)定了巡檢速度控制模式，數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)、發(fā)生功能，異常監(jiān)測(cè)及報(bào)警功能，電量識(shí)別及自主充電功能，從而確保對(duì)巡檢機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)的全面監(jiān)測(cè)和控制[3]。

在自動(dòng)巡檢時(shí)，系統(tǒng)激活各監(jiān)測(cè)模塊和數(shù)據(jù)單元，按照不同的巡航設(shè)定模式開(kāi)始對(duì)輸送機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)系統(tǒng)接收到異常信息后便立刻啟用異常處理函數(shù)，按照設(shè)定的邏輯對(duì)故障類別進(jìn)行判斷，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)讀取設(shè)置在輸送機(jī)軌道上的位置信息，快速確定巡檢小車的位置，然后將故障和位置信息同步到數(shù)據(jù)控制中心，及時(shí)進(jìn)行故障預(yù)警。

巡檢機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)不間斷地對(duì)其電源情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若電源情況低于閾值則系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急模式，中斷機(jī)器人的巡檢模式，使其就近進(jìn)行自動(dòng)充電，確保巡檢機(jī)器人的運(yùn)行可靠性。巡檢機(jī)器人的巡檢異常判斷邏輯如圖3 所示[4]。

圖3 巡檢機(jī)器人異常判別邏輯圖

通過(guò)對(duì)該巡檢機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用表明，采用新的自動(dòng)巡檢系統(tǒng)后，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和井下環(huán)境情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障預(yù)警，其對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的故障檢出率提升到了88.7%，能快速進(jìn)行故障定位和報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了井下輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的無(wú)人監(jiān)督，對(duì)提升井下物料輸送安全性和效率具有十分重要的意義。

4 結(jié)論

針對(duì)帶式輸送機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中采用人工巡檢方式效率低、人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、故障檢出率不足的現(xiàn)狀，提出了一種新的無(wú)纜自動(dòng)巡檢機(jī)器人系統(tǒng)，對(duì)該自動(dòng)巡檢機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)控制、運(yùn)行模式等進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：

1）帶式輸送機(jī)自動(dòng)巡檢機(jī)器人主要包括了運(yùn)行軌道、機(jī)器人本體、運(yùn)行控制中心三個(gè)部分，能夠滿足自動(dòng)巡檢機(jī)器人驅(qū)動(dòng)和監(jiān)測(cè)控制需求；

2）新的巡檢機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用了鋼絲牽引及懸掛軌道相結(jié)合的驅(qū)動(dòng)模式，解決了電池續(xù)航能力差以及牽引控制穩(wěn)定性不足的缺陷；

3）在控制系統(tǒng)中主要設(shè)定了巡檢速度控制模式，數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)、發(fā)生功能，異常監(jiān)測(cè)及報(bào)警功能，電量識(shí)別及自主充電功能，從而確保對(duì)巡檢機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)的全面監(jiān)測(cè)和控制。

4）輸送機(jī)自動(dòng)巡查機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)巡檢、故障識(shí)別、自動(dòng)報(bào)警，將輸送機(jī)運(yùn)行故障檢出率提升了88.7%，初步實(shí)現(xiàn)了井下輸送機(jī)運(yùn)行的無(wú)人值守，具有較大的應(yīng)用推廣價(jià)值。