一种井下煤仓称重系统的制作方法
【专利摘要】本发明属于井下煤仓运输设备技术领域，具体涉及一种井下煤仓称重系统，包括机架、进煤斗、运输装置、称重装置和出煤斗，所述进煤斗固定于所述机架的上方，所述运输装置能微动于所述机架的竖直方向，所述运输装置设于所述进煤斗出口的正下方，所述称重装置通过支撑连接所述运输装置，所述出煤斗设于所述运输装置运行方向出口端的下方。该系统能精确控制送煤的重量，实现了装卸煤流程的自动化，节约人工成本同时避免潜在的安全隐患；该系统出煤斗的出煤方向可调，适应不同位置的接煤装置，有利于提高出煤效率；该系统装置简单，操作方便，适合大范围推广使用。
【专利说明】
一种井下煤仓称重系统
技术领域
[0001]本发明属于井下煤仓运输设备技术领域，具体涉及一种井下煤仓称重系统。
【背景技术】
[0002]我国是一个产煤大国，煤炭目前是我国的主要能源。改革开放以来，煤炭产业有了突飞猛进的发展，为国家发展做出了巨大贡献。但是，事物都具有两面性，随着我国经济的快速发展，我国对煤炭需求量加大，对煤矿安全生产提出了更高的要求，尤其是煤矿安全生产问题。据有关资料显示，我国近些年煤矿行业安全事故频发，给我国煤矿工人的生命安全带来了极大的威胁。
[0003]随着矿井机械化和集中化程度的不断发展，工作面和采区以及矿井生产能力都有较大幅度的提高。由于工作面和采区的生产能力具有较大的波动性，出煤时多时少，致使各环节运输设备忙闲不均，不能充分发挥其生产能力。此外，在生产中各环节(提升、运输等)设备的工作时间(迟早和长短)、动作方式(连续或周期)的不同以及可能发生的各种机电设备故障等的影响，都可能使各环节之间相互发生牵连，造成一些环节的间断，降低了矿井或水平的实际运输能力，甚至影响整个矿井生产的正常进行。目前，煤从地下运输到地上大部分采用单绳缠绕式箕斗提煤系统，即处在井底车场的重煤矿车，由推车机推入翻车机(也称翻笼)，把矿车内的煤卸入井底煤仓，再经装载设备把煤装入主井底的箕斗内，进而输出到地面。在整个过程中，很多环节都需要大量的人力去操作，既浪费人力，又存在一些安全隐串
■/Ql、O
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种井下煤仓称重系统，该系统采用压力传感器对煤进行称重，通过信号转换实现自动化，在煤的装卸及运输过程中，无需人力操作，避免了潜在的安全隐患，又能对煤定量运输，同时采用机电一体化控制，提高作业的便利性及实现煤的自动化运输，装置简单，操作方便，适合大范围推广使用。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0006]—种井下煤仓称重系统，包括机架、进煤斗、运输装置、称重装置和出煤斗，所述进煤斗固定于所述机架的上方，所述运输装置能微动于所述机架的竖直方向，所述运输装置设于所述进煤斗出口的正下方，所述称重装置通过支撑连接所述运输装置，所述出煤斗设于所述运输装置运行方向出口端的下方。
[0007]进一步的，所述进煤斗包括进煤容器(I)、进煤门(2)和第一驱动机构，所述进煤门
(2)平移运动于所述进煤容器(I)的下口，所述第一驱动机构驱动进煤门(2)作平移运动。
[0008]进一步的，所述第一驱动机构包括第一曲柄(3)、第一连杆(4)、滑块(5)和直线导轨，所述第一曲柄(3)与第一连杆(4)、第一连杆(4)与进煤门(2)之间采用转动副连接，所述滑块(5)采用移动副连接于所述直线导轨，所述滑块(5)固定设于所述进煤门(2)的底面。
[0009]进一步的，所述直线导轨包括两根平行设置的导轨(6)和固定所述导轨两端的支承座，所述支承座固定于所述机架上。
[0010]进一步的，所述运输装置包括框架、输送带、主动辊(7)、托辊(8)和驱动电机(9)，所述主动辊(7)设于所述框架的一端，所述托辊(8)均匀分布于所述框架上，所述输送带绕经主动辊(7)和托辊(8)形成无极环形带，所述驱动电机(9)驱动连接所述主动辊(7)。
[0011]进一步的，所述称重装置采用压力传感器(10)，所述压力传感器(10)设于所述运输装置的下方，所述压力传感器(10)连接悬臂支撑(11)，所述悬臂支撑(11)托起所述运输
目.0
[0012]进一步的，所述压力传感器是电阻应变片式传感器，所述电阻应变片式传感器连接变送器，所述变送器用于将物理信号转换为电信号。
[0013]进一步的，所述出煤斗包括出煤容器(12)、分煤部件和第二驱动机构，所述分煤部件设于出煤容器内，包括分煤板(13)和旋转轴(14)，所述分煤板(13)固定于旋转轴(14)上，所述第二驱动机构驱动旋转轴(14)旋转而带动分煤板(13)左右摆动。
[0014]进一步的，所述第二驱动机构包括第二曲柄(15)、第二连杆(16)和第三连杆(17)，所述第二曲柄(15)与第二连杆(16)、第二连杆(16)与第三连杆(17)之间采用转动副连接，第三连杆(17)固定连接于所述旋转轴(14)。
[0015]进一步的，所述转动副连接选用铰链连接。
[0016]进一步的，所述主动辊外表面包裹尼龙，既能提高主动辊与输送带之间的摩擦，又能保护主动辊防止其发生塑性变形。
[0017]本发明的井下煤仓称量系统的具体工作原理如下:
[0018]处在井底车场的重煤矿车，将煤卸入进煤斗，第一驱动机构驱动进煤门左右移动开启进煤斗，煤由于重力作用从进煤斗卸入运输装置，称重装置实时感应运输装置上煤的重量变化，当达到目标重量时，第一驱动机构牵引进煤门关闭；运输装置启动，电机驱动主动辊运行将煤运至出煤斗，出煤斗内的分煤板通过第二驱动机构驱动左右摆动改变煤的流动方向。
[0019]本发明的井下煤仓称量系统与现有技术相比，有益效果是:
[0020](I)该系统能精确控制送煤的重量，实现了装卸煤流程的自动化，节约人工成本同时避免潜在的安全隐患。
[0021](2)该系统出煤斗的出煤方向可调，适应不同位置的接煤装置，有利于提高出煤效率。
[0022](3)该系统装置简单，操作方便，适合大范围推广使用。
【附图说明】
[0023]图1是本发明实施例1的井下煤仓称重系统结构立体图(图中省略输送带)。
[0024]图2是本发明实施例1的井下煤仓称重系统结构正视图。
[0025]图3是图2中A部放大图。
[0026]图4是本发明实施例1的井下煤仓称重系统结构左视图。
[0027]图5是本发明实施例1的井下煤仓称重系统结构俯视图。
[0028]图6是本发明实施例1的曲柄滑块结构与进煤门的连接关系图。
[0029]图7是本发明实施例1的滑块与直线导轨的连接关系图。
[0030]图8是本发明实施例1的带式输送机构结构图(图中省略输送带)。
[0031 ]图9是本发明实施例1的分煤部件结构图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
[0033]实施例1:
[0034]如图1-9所示，本实施例的井下煤仓称重系统，包括机架、进煤斗、皮带输送机、电阻应变片式传感器、出煤斗，具体如下:
[0035]机架是搭建称重系统整体结构的框架，起支承作用，承受其它零部件的重力和工作载荷，又起基准作用，保证零件间的相对位置，具有稳定、可靠、方便安装、价格便宜和美观等特点。机架采用工业铝型材，是一种以铝为主要成份的合金材料，铝棒通过热熔，挤压从而得到不同截面形状的铝材料。机架包括底座、立柱和上部框架，底座呈长方形状，由长度方向上的2根工业铝型材和宽度方向上的4根工业铝型材搭建而成;立柱有4根，两两相对设于底座上;上部框架设于4根立柱上，由3根工业铝型材搭建而成。
[0036]进煤斗固定安装于机架的上部框架，包括进煤容器I和进煤门2，进煤容器I呈长方体状，进煤容器开有上下口，煤从容器的上口流入，下口卸出。进煤门2设于进煤容器I的下口，且进煤门的尺寸能完全封闭进煤容器的下口，通过进煤门2的左右移动实现进煤容器I的下口的开合。进煤门2的左右移动由曲柄滑块机构和驱动电机配合实现，其中曲柄滑块机构包括第一曲柄3、第一连杆4、滑块5和直线导轨，驱动电机固定于机架上，第一曲柄3的一端固定连接于驱动电机的电机轴，第一曲柄3的另一端与第一连杆4的一端采用滑动轴承连接，第一连杆4的另一端与进煤门2的窄边采用铰链连接，滑块5固定于进煤门2的底面，滑块5的两端滑动配合于直线导轨上。上述第一连杆4与进煤门2采用铰链连接，因为进煤门2几乎不承受外力的作用，对连杆、销轴等材料的要求并不高，铰链采用开口销定位，开口销与滑动轴承之间采用基孔制大间隙配合H7/h6，滑动轴承与连杆孔采用基轴制小间隙配合F8/
h7o
[0037 ]直线导轨由两根导轨6搭建而成，每根导轨两端与支承座固定，支承座固定于机架的立柱上，导轨采用圆柱棒状。两根导轨相当于滑块5的导向装置，为了有效滑动，滑块5与导轨6接触部位加上滑动轴承来减小导轨与滑块之间的摩擦。滑块的定位，一根导轨限制滑块的4个自由度(两个移动副和两个转动副)，如果两个导轨采用同种配合结构，就会存在过定位。过定位在有些情况是可以的，但是在这里如果过定位就对两个导轨之间的平行度要求特别严格。给制造、安装带来很大的难度。所以，另一根导轨必须只限制滑块的一个转动副。设计导轨与滑块的配合，一根导轨与滑块采用小间隙配合，另一根导轨采用大间隙配合。采用上面的导轨与滑块配合设计既能满足零件的使用要求又节省成本。
[0038]进煤斗开合的工作原理如下:驱动电机驱动第一曲柄3转动，传动第一连杆4，第一连杆4的转动半径足够大，使与第一连杆4铰接的进煤门2作左右平移。滑块5和直线导轨对进煤门起支承作用，且滑块与直线导轨的配合设计方便进煤门的左右移动。通过进煤门的左右移动实现进煤斗的开合，能够降低煤的落差，又能减小煤对皮带输送机的冲击，保证了称重的准确性。
[0039]皮带输送机能微动于机架立柱的竖直方向，位于进煤斗出口的正下方，包括2根工业铝型材、2根圆棒料、皮带、主动辊7、两个从动辊8和驱动电机9。皮带输送机的长方形框架由2根铝型材和2根圆棒料搭建而成，主要承受煤的重量;主动辊7安装在皮带输送机运行方向的出口端，两个从动辊8—个设于皮带输送机的入口端，另一个设于皮带输送机的中部；皮带绕经主动辊7和两个从动辊8形成无极环形带，驱动电机的电机轴固定连接主动辊的转轴。煤由进煤斗落至皮带上，当达到设定的重量时，电机驱动主动辊转动，通过主动辊与皮带之间产生的摩擦力带动皮带回转，皮带与煤之间的摩擦力带动煤随皮带以一定的速度运行，随皮带运行至皮带输送机运行方向出口端将煤卸入出煤斗。
[0040]称重装置主要是把采集到的物理信号通过变送器转换为电信号输送到控制器从而实现控制。称重装置采集物理信号，采集物理信号自然离不开传感器，压力传感器作为称重装置的核心部件，它采集物理信号通过变送器转换为电信号。本实施例的压力传感器采用电阻应变片式传感器10，安装在皮带输送机的下方并通过垫片固定在机架的底座上。电阻应变片式传感器10与4根悬臂支撑11连接，4根悬臂支撑11两两对应布设并托起皮带输送机框架，支撑点位于皮带输送机框架的工业铝型材上，电阻应变片式传感器10在煤从进煤斗落至皮带输送机的过程中感应应力变化，并通过与电阻应变片式传感器10连接的变送器将应力变化转换为电流或电压变化，最后输出至控制器实现控制。
[0041]电阻应变片式传感器是利用应变式变换原理制成。它通过感受被测量物体受力或力矩时所产生的应变，并将应变变化装换为电阻变化，通过电桥进一步转换为电压或电流的变化。具体原理如下:
[0042]1、应变式变换原理
[0043]以金属电阻丝来说明应变式变换原理。截面为圆形的金属电阻丝的电阻值为
[0044]R = pL/S = PLAr2(I)
[0045]式(I)中R—电阻值；
[0046]P—电阻率；
[0047]L 一金属丝长度；
[0048]S—金属丝横截面积；
[0049]r—金属丝的横截面积半径。
[0050]金属电阻丝当其收到拉力而伸长dL时，其横截面积将相应减少dS，电阻率则因金属晶格畸变因素的影响也将改变dp，从而引起金属丝的电阻改变dR。将式(I)微分可得式⑵、式⑶:
[0051]dR = L*dp/3ir2+p*dL/3ir2-2pL*dr/Jir3(2)
[0052]dR/R = dp/p+dL/L-2dr/r(3)
[0053]作为一维受力体的电阻丝，其轴向应变eL = dL/L与径向应变er = dr/r满足式(4):
[0054]er = -yeL(4)
[0055 ]式(4)中μ—金属电阻丝材料的泊松比。
[0056]利用式(3)、(4)可得式(5):
[0057]K = dR/R/eL = dp/p*eL+(l+2y)(5)
[0058]式(5)中K是金属材料的应变灵敏系数，表示单位应变引起的电阻变化率。
[0059]由式(5)可知:K越大，单位变形引起的电阻相对变化越大，即越灵敏。
[0060]2、金属应变片
[0061]金属丝的应变效应可以制成金属应变片。它一般由敏感栅、基底、粘合层、引出线和盖片等组成。敏感栅由金属细丝组成，用粘合剂将其固定在基底上。基底的作用是将测构件不失真地传送到敏感栅上，因此非常薄，一般为0.03-0.06mm。此外，基底有良好的绝缘、抗潮和耐热性能，且随外界条件变化变形小。敏感栅上面粘贴覆盖层，用于保护敏感栅。敏感栅电阻丝两端焊接引出线，用以和外接电路相接。
[0062]3、横向效应及灵敏度
[0063]直的金属丝受单向拉伸时，其任一微段所感受的应变都相同，且每一段都伸长。因此，线材每一段电阻都将增加，总电阻的增加为各微段电阻增加的总和。当同样长度的线材制成金属应变片时，在电阻丝的弯段，电阻的变化率与直段明显不同。这样，应变片的灵敏系数要比直段线材的灵敏系数小。考虑到一种实测情况，应变片的横向灵敏度C = 0.03，被测工件处于平面应力状态，则相对误差为ξ = 3.9%。
[0064]4、应变片的动态响应特性
[0065]当动态测量时，机械应变以相当于声波速度的应变波形形式在材料中传播。应变波由试件材料表面经粘合剂、基底到敏感栅，需要一定的时间。前两者都很薄，可以忽略不计，但当应变波在敏感栅长度方向上传播时，就会有时间的滞后，对动态(高频)应变测量就会产生误差。应变片的动态响应特性就是其随时间变化时的响应特性。
[0066]5、应变片的温度误差及其补偿
[0067]作为电阻应变片，理想状态是在测量时只随应变而变，而不受任何其他因素影响。但实际上，应变片的电阻变化受温度影响很大。当把应变片安装在一个可以自由膨胀的试件上时，试件不受任何外力的作用，如果环境温度发生变化，则应变片的电阻也随之发生变化。在应变测量中如果不排除这种影响，势必给测量带来很大的误差。这种由环境温度变化带来的误差称之为应变片的温度误差，又称热输出。但如果合理选择应变片和使用构件就能使温度引起的附加应变为零。采用双金属敏感栅自补偿片的方法，它利用电阻温度系数不同(一个为正，一个为负)的两种电阻丝材料串联组合成敏感栅。这两段敏感栅的电阻Rl和R2由于温度变化而引起的电阻变化分别为ARl和AR2，它们大小相等，符号相反，达到了温度补偿的目的。
[0068]6、电桥原理
[0069]利用应变片可以感应被测量产生的应变，得到电阻的阻值发生变化。然后通过电桥将电阻的阻值发生的变化转换成电压或电流信号。
[0070]出煤斗固定安装于机架的底座并设在皮带输送机运行方向出口端的下方，包括出煤容器12和分煤部件，分煤部件左右摆动改变进入出煤斗的煤的流动方向，以配合装载容器把煤卸入不同位置的接煤装置。本实施例的出煤容器呈长方体状，上口为矩形，出煤斗位于皮带输送机出口端的下方，皮带输送机出口端与出煤容器上端矩形口一个长边有交错，矩形长口大于皮带输送机宽度，矩形中心线与皮带机中心线重合，以保证煤全部卸入出煤容器。
[0071]分煤部件包括分煤板13和旋转轴14，在分煤板13与旋转轴14接触的部位铣平面，并在旋转轴14与分煤板13上打孔，采用一面两销定位。旋转轴14法兰定位于出煤容器上。分煤板13由曲柄摇杆机构和驱动电机的配合实现左右摆动，其中曲柄摇杆机构包括第二曲柄15、第二连杆16、第三连杆17，第二曲柄15的一端固定连接于机架上驱动电机的电机轴，另外一端铰链连接第二连杆16的一端;第二连杆16的另一端铰链连接第三连杆17的一端，第三连杆17的另一端固定连接旋转轴14。这种曲柄摇杆机构可以很轻松的实现第二曲柄15转动，传动第二连杆16和第三连杆17，使旋转轴14旋转从而带动分煤板13左右摆动。
[0072]本实施例的井下煤仓称重系统运行原理如下:包括进煤、运输、卸煤等动作，煤由井底煤仓卸入进煤容器，进煤运动通过控制进煤门的左右平移来实现，启动曲柄滑块机构将进煤门打开，煤由进煤斗卸入皮带输送机；电阻式应变传感器通过悬臂感应皮带输送机上煤的重量变化，把重量变化信号通过变送器转换为电信号，输出控制器完成控制；当皮带运输机上煤的重量达到设定值时，启动曲柄滑块机构将进煤门关闭，阻断煤卸入皮带输送机;皮带输送机启动把煤运送至出煤斗，分煤板通过曲柄摇杆机构实现左右摆动，改变煤的流动方向，提高出煤效率。本系统结构简单、稳定可靠、安装制造方便的特点。
[0073]上述控制器属于现有技术。
[0074]实施例2:
[0075]本实施例与实施例1不同之处在于:在皮带输送机的主动辊外表面包裹尼龙，既能提高主动辊与输送带之间的摩擦，又能保护主动辊防止其发生塑性变形，其他结构可参考实施例1。
[0076]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1.一种井下煤仓称重系统，其特征在于，包括机架、进煤斗、运输装置、称重装置和出煤斗，所述进煤斗固定于所述机架的上方，所述运输装置能微动于所述机架的竖直方向，所述运输装置设于所述进煤斗出口的正下方，所述称重装置通过支撑连接所述运输装置，所述出煤斗设于所述运输装置运行方向出口端的下方。2.根据权利要求1所述的井下煤仓称重系统，其特征在于，所述进煤斗包括进煤容器(I)、进煤门(2)和第一驱动机构，所述进煤门(2)平移运动于所述进煤容器(I)的下口，所述第一驱动机构驱动进煤门(2)作平移运动。3.根据权利要求2所述的井下煤仓称重系统，其特征在于，所述第一驱动机构包括第一曲柄(3)、第一连杆(4)、滑块(5)和直线导轨，所述第一曲柄(3)与第一连杆(4)、第一连杆(4)与进煤门(2)之间采用转动副连接，所述滑块(5)采用移动副连接于所述直线导轨，所述滑块(5)固定设于所述进煤门(2)的底面。4.根据权利要求3所述的井下煤仓称重系统，其特征在于，所述直线导轨包括两根平行设置的导轨(6)和固定所述导轨两端的支承座，所述支承座固定于所述机架上。5.根据权利要求1所述的井下煤仓称重系统，其特征在于，所述运输装置包括框架、输送带、主动辊(7)、托辊(8)和驱动电机(9)，所述主动辊(7)设于所述框架的一端，所述托辊(8)均匀分布于所述框架上，所述输送带绕经主动辊(7)和托辊(8)形成无极环形带，所述驱动电机(9)驱动连接所述主动棍(7)。6.根据权利要求1所述的井下煤仓称重系统，其特征在于，所述称重装置采用压力传感器(10)，所述压力传感器(10)设于所述运输装置的下方，所述压力传感器(10)连接悬臂支撑(11)，所述悬臂支撑(11)托起所述运输装置。7.根据权利要求6所述的井下煤仓称重系统，其特征在于，所述压力传感器是电阻应变片式传感器，所述电阻应变片式传感器连接变送器，所述变送器用于将物理信号转换为电信号。8.根据权利要求1所述的井下煤仓称重系统，其特征在于，所述出煤斗包括出煤容器(12)、分煤部件和第二驱动机构，所述分煤部件设于出煤容器内，包括分煤板(13)和旋转轴(14)，所述分煤板(13)固定于旋转轴(14)上，所述第二驱动机构驱动旋转轴(14)旋转而带动分煤板(13)左右摆动。9.根据权利要求8所述的井下煤仓称重系统，其特征在于，所述第二驱动机构包括第二曲柄(15)、第二连杆(16)和第三连杆(17)，所述第二曲柄(15)与第二连杆(16)、第二连杆(16)与第三连杆(17)之间采用转动副连接，第三连杆(17)固定连接于所述旋转轴(14)。10.根据权利要求3或9所述的井下煤仓称重系统，其特征在于，所述转动副连接选用铰链连接。
【文档编号】B65G43/08GK106044265SQ201610462758
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】韩叶忠
【申请人】杭州市萧山区高级技工学校