地面煤倉清堵機器人的設計研究

于汝

摘?要：地面煤倉作為儲存煤炭的中間儲存裝置，會有原煤不斷流入和流出，原煤倉結構上部呈圓柱體，下部呈雙曲線圓錐。上口大，下口小，原煤自上而下靠自重下落，長時間會形成煤倉堵塞。傳統的煤倉清理過程主要依靠人工清理，為提高工作效率和避免出現塌方，有毒氣體危害清倉人員，故提出采用煤倉清堵機器人代替人工和放炸藥的清倉技術，該清倉機器人采用伺服電機驅動，依靠PLC控制，將煤倉清堵機器人下放到工作位置后，煤倉清堵機器人開始工作。煤倉清堵機器人提高了工作效率，節省了工作時間，降低了清倉人員的人身危害。

關鍵詞：地面煤倉;清堵機器人;自動化清倉

1?研究背景

地面煤倉作為儲存煤炭的中間儲存裝置，會有原煤不斷流入和流出，原煤倉結構上部呈圓柱體，下部呈雙曲線圓錐，原煤自上而下靠自重下落，煤倉的側壁上因凸起或凹陷形成傾角較小的平臺，會阻止煤粉下落并為煤粉提供容留場地，同時也增大了煤倉壁面的摩擦系數，從而增大煤倉壁面與煤料之間的摩擦力，此外，煤倉堵塞還與煤料在煤倉內的存儲時間有關，一般情況下，存儲時間越長，煤的流動性越差，也就越容易形成堵塞[1-2]。當前我國煤礦煤倉普遍存在煤倉堵塞問題，故每隔一段時間就要停止生產進行人工清倉，否則嚴重影響采掘工作效率和煤炭開采成本。傳統的清倉工藝存在工序復雜，使用施工人員多，勞動量大和存在安全隱患等問題，成了制約煤炭運輸安全的瓶頸。人工入倉清倉，不僅效率低，而且各種有害氣體毒害入倉施工人員。且煤倉一般深達20～35m，如果出現倉壁塌方等事故，那么人工清倉就存在著重大安全隱患[3-5]。為了實現安全生產，為了解決上述問題，實現煤礦的安全生產，有必要研制地面煤倉清堵機器人來解決煤倉堵塞問題，煤倉清堵機器人使人員不必進入煤倉內部，使用機器人進行自動化清理，減少施工時間、施工人員和勞動強度，增加清倉施工的安全性。

2?地面煤倉清堵機器人的設計

2.1?地面煤倉清堵機器人的設計思路

根據目前常用的人工清倉方式，設計煤倉清堵機器人，設計思路如下：（1）煤倉清堵機器人上端固定在煤倉進煤口處，操作人員通過煤倉內部攝像頭能夠看到煤倉內部煤炭板結情況，進行自動化清理。（2）煤倉清堵機器人的徑向尺寸有所限制，破壞煤倉倉口及壁面的前提下，要小于煤倉進煤口2.5m的尺寸，使煤倉機器人能夠放入煤倉內部。（3）采用模塊化的結構，按照其功能分為回轉驅動機構、蓄水箱、右工作臂、行走小車等，使其結構簡單，便于安裝拆卸。（4）煤倉清堵機器人所需設備必須滿足防爆要求。（5）煤倉清堵機器人工作機構采用三自由度機械手清理，末段清理裝置外布置著按一定規律布置的銑刀片，利用其高速回轉使得板結的煤塊松動掉落，達到清堵的目的。（6）煤倉內部設置有探燈，用來觀察煤倉堵塞情況。

2.2?地面煤倉清堵機器人系統

地面煤倉清堵機器人是一種用于煤礦的特種機器人，使用地面煤倉清堵機器人代替工人進入煤倉進行清倉活動，其結構如右圖所示，它包括：01.電控柜，02.回轉驅動機構，03.蓄水箱，04.右工作臂，05.行走小車，06.清倉機械手，07.平衡裝置，08.左工作臂，09.立柱結構，10.工作臂提升機構。

地面煤倉清堵機器人的立柱結構上端固定在煤倉進煤口處，回轉驅動機構通過齒形帶傳動連接，立柱末節下端左側連接支桿和左工作臂鉸接相連，左工作臂和配重裝置相連;右側連接支桿和右工作臂鉸接相連，右工作臂上裝有行走小車，行走小車上裝有卷揚機，清倉機械手通過滑輪與鋼絲繩聯接，鋼絲繩一端和卷揚機相連，另一端和工作臂末端相連;立柱機構中間安裝有工作臂提升機構，對稱布置的兩個卷筒分別通過鋼絲繩和工作臂末端及配重裝置末端的吊環螺釘相連;電控柜和平衡水箱置于煤倉外的頂板上。上述左工作臂和右工作臂起始位置相對于力主結構各偏移一定角度布置。當整機置于煤倉中心位置時，兩工作臂在卷揚機的拉動下提升至和主機架垂直的位置。

2.3?煤倉清堵機器人清倉過程

煤倉清堵機器人清理煤倉時，煤倉機器人整體放入煤倉中心處，煤倉機器人上端固定在煤倉進煤口出，兩工作臂在卷揚機的拉動下提升至和主機架垂直的位置。煤倉機器人通過回轉驅動機構帶動工作臂做旋轉運動，煤倉工作臂上安裝有行走小車沿工作臂做勻變速直線運動，使用橡膠水袋作為配重裝置，采用水作為配重介質，通過對橡膠水袋中注水吸水，不斷調整配重裝置的重量，用于平衡工作臂作業的穩定性，通過調整行走小車和右工作臂之間位置，帶動下方的機械手移動，機械手具有三個自由度，機械手末端的清理裝置外布置著按一定規律布置的銑刀片，利用其高速回轉使得板結的煤塊松動掉落。通過行走小車的行走和卷揚機上下拉動來使機械手在工作面上進行作業，實現在工作面上的反復清理。

3?結語

綜上所述，通過對煤倉清堵機器人的結構進行分析，地面煤倉清倉機器人在研制過程中吸收了國內外同類產品的優點并與國情相結合，做到了機、電之間的相互配合，借鑒了山東科技大學宋志安老師研制的井下清倉機器人，保證了地面煤倉清堵機器人的良好性能.它可以代替施工人員進入煤倉，提高了工作效率，降低了安全風險，將工人從危險的工作環境中解放出來，保障了煤炭運輸的安全生產。

參考文獻：

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