高精度深井仓料位检测设备调整机构的制作方法

1.本实用新型属于调整机构技术领域，尤其涉及一种高精度深井仓料位检测设备调整机构。


背景技术：

2.随着矿山建设事业的发展，地下采掘深度越来越深，很多矿山都在井下建设有矿石或废石的深井仓，来用于储存矿石和废石。其深度可达50米到150米，且深井仓直径小（一般3米到8米，相对深度来说是小）。矿山生产要实现智能化，各种生产事态的感知是必要的，深井仓的料位检测必不可少，目前国内外已经有相关产品在应用，且大部分是雷达料位计。但是，由于深井仓深度深，直径小，地处井下等原因导致对料位检测设备雷达料位计的发射角要求较高，造成选择范围很小。大部分雷达料位计的发射角为8
°
，少部分能做到发射角为4
°
。目前采用小发射角的调频雷达料位计突出的问题就是角度调整，其实际允许调节的角度常常为不到5
°
。料位计照射角度有微小的变化，极容易照射到仓壁上，直接造成料位检测信号失真。
3.目前，各料位计生产商提供了一些照射角度调整附件，一般有以下几种方式：1、采用可调龙门框架；2、采用斜面法兰；3、采用万向节瞄准器。
4.现有技术用在深井仓有明显的缺点且无法克服。
5.一、有调整附件安装固定后，由于深井仓空间狭长，微小的移动就可以造成照射角度跑偏，可靠性差，无法为矿山安全生产提供长期可靠的料位数据。
6.二、全部是手动直接调整，而人的手动操作精度无法精确到1
°
到5
°
范围内，安装调整作业时间长，且很难调整到最佳角度。
7.三、需要人员频繁长时间井下作业，无法达到矿山“无人则安”的要求，增加安全隐患，是矿山智能化的一个瓶颈。


技术实现要素：

8.本实用新型就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种高精度深井仓料位检测设备调整机构。
9.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，包括底座支架；其特征在于，所述底座支架上安装有用于固定料位检测设备的两轴陀螺仪支架。
10.所述两轴陀螺仪支架包括x轴架、设置于x轴架外的y轴架，所述y轴架与底座支架通过第一转轴转动连接，所述x轴架与y轴架通过第二转轴转动连接；所述检测设备安装于x轴架上。
11.所述x轴架与用于提供其相对y轴架转动一定角度的x轴驱动机构相连。
12.所述y轴架与用于提供其相对底座支架转动一定角度的y轴驱动机构相连。
13.进一步地，所述x轴架设置有用于检测自身倾斜角度的x轴倾斜传感器，所述y轴架设置有用于检测自身倾斜角度的y轴倾斜传感器。
14.进一步地，所述y轴架包括长方形框架结构。
15.进一步地，所述x轴架包括相平行的上长方框架面、下长方框架面，上长方框架面与下长方框架面间通过多个立柱固连；且所述检测设备安装于下长方框架面内。
16.进一步地，所述第一转轴与第二转轴垂直，所述检测设备为料位计。
17.进一步地，所述x轴驱动机构包括安装于y轴架上的x轴架调整机、安装于底座支架上的x轴架调节伺服电机、与所述伺服电机相连x轴架调节减速机；所述x轴架调节伺服电机与一x轴伸缩万向轴的第一连接端相连，伸缩万向轴的第二连接端与x轴架调整机相连；所述x轴架调整机包括壳体、安装于壳体内的丝杆丝母传动机构，所述伸缩万向轴的第二连接端与丝杆相连，丝杆与所述壳体转动相连，丝杆旋转，带动其上丝母上下移动；所述丝母与x轴架相连。
18.进一步地，所述y轴驱动机构包括安装于底座支架上的y轴架调整机、y轴架调节伺服电机、与所述伺服电机相连y轴架调节减速机；所述y轴架调节伺服电机与一y轴伸缩万向轴的第一连接端相连，伸缩万向轴的第二连接端与y轴架调整机相连；所述y轴架调整机包括壳体、安装于壳体内的丝杆丝母传动机构，所述伸缩万向轴的第二连接端与丝杆相连，丝杆与所述壳体转动相连，丝杆旋转，带动其上丝母上下移动；所述丝母与y轴架相连。
19.与现有技术相比本实用新型有益效果。
20.本实用新型可实现微小角度高精度调节，具有高可靠性，为提供料位数据的稳定提供保障。
附图说明
21.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。本实用新型保护范围不仅局限于以下内容的表述。
22.图1是具体实施例中检测设备调整机构主视图。
23.图2是具体实施例中检测设备调整机构侧视图。
24.图3是具体实施例中检测设备调整机构俯视图。
25.图4是具体实施例中检测设备调整机构工作状态示意图。
26.图5
‑
7是具体实施例中x轴架与y轴架的不同角度立体示意图。
27.图8是具体实施例中检测设备调整机构不同角度立体示意图。
28.图9是运动副分析示意图。
29.图10是调整设备设计计算数据表。
30.图11为调整机三维爆炸图。
31.图12为调整机局部剖视图。
32.图中，1为料位计、2为x轴架调整机、3为y轴架调节减速机、4为y轴架调节伺服电机、5为x轴架调节减速机、6为x轴架调节伺服电机、7为底座支架、8为y轴架、9为x轴架、10为y轴架调整机、11为x轴伸缩万向轴、12为倾角传感器、13为l型连接板、14为丝杆。
具体实施方式
33.如图1
‑
12所示，具体实施例一：包括底座支架7；其特征在于，所述底座支架7上安装有用于固定料位检测设备的两轴陀螺仪支架；所述两轴陀螺仪支架包括x轴架9、设置于x
轴架9外的y轴架8，所述y轴架8与底座支架7通过第一转轴转动连接，所述x轴架9与y轴架8通过第二转轴转动连接；所述检测设备安装于x轴架上；所述x轴架9与用于提供其相对y轴架8转动一定角度的x轴驱动机构相连；所述y轴架8与用于提供其相对底座支架7转动一定角度的y轴驱动机构相连。
34.优选地，所述x轴架9设置有用于检测自身倾斜角度的x轴倾斜传感器，所述y轴架8设置有用于检测自身倾斜角度的y轴倾斜传感器。倾斜传感器即倾角传感器12。
35.优选地，所述y轴架包括长方形框架结构。
36.优选地，所述x轴架包括相平行的上长方框架面、下长方框架面，上长方框架面与下长方框架面间通过多个立柱固连；且所述检测设备安装于下长方框架面内。
37.优选地，所述第一转轴与第二转轴垂直，所述检测设备为料位计1。
38.优选地，所述x轴驱动机构包括安装于y轴架上的x轴架调整机2、安装于底座支架7上的x轴架调节伺服电机6、与所述伺服电机相连x轴架调节减速机5；所述x轴架调节伺服电机6与一x轴伸缩万向轴11的第一连接端相连，伸缩万向轴的第二连接端与x轴架调整机2相连；所述x轴架调整机2包括壳体、安装于壳体内的丝杆14丝母传动机构，所述伸缩万向轴的第二连接端与丝杆14相连，（通过伺服电机，带动丝杆14旋转；）丝杆14与所述壳体转动相连，丝杆14旋转，带动其上丝母上下移动；所述丝母与x轴架相连。具体地，所述丝母与x轴架通过l型连接板13相连。
39.优选地，所述y轴驱动机构包括安装于底座支架7上的y轴架调整机10、y轴架调节伺服电机4、与所述伺服电机相连y轴架调节减速机3；所述y轴架调节伺服电机4与一y轴伸缩万向轴的第一连接端相连，伸缩万向轴的第二连接端与y轴架调整机10相连；所述y轴架调整机10包括壳体、安装于壳体内的丝杆14丝母传动机构，所述伸缩万向轴的第二连接端与丝杆14相连，（通过伺服电机，带动丝杆14旋转；）丝杆14与所述壳体转动相连，丝杆14旋转，带动其上丝母上下移动；所述丝母与y轴架通过l型连接板13相连。
40.具体实施例中利用了机械陀螺仪的结构，如图5
‑
7所示，其静态稳定与角度目标调节趋向相同，使用了2个轴，设计成为2自由度的调节机构，根据实际应用，在竖直方向
±
10
°
范围内任意调节。每个轴的角度调节分别有2台调节机完成调节，其每个轴的运动副分析如图9所示。每个轴组成了一个转动
→
滑动
→
转动
→
滑动
→
转动的运动副，其自由度为1。x、y轴的转动，最终由调节丝杆14的转动完成（包括手动和自动伺服调节）。其调整设备结构设计计算数据如表
⑴
所示，手动调节30
°
精度为0.05
°
，自动调节速度为0.321
°
/s。
41.如图11
‑
12所示，调整机还设置有锁紧机构，且锁紧螺栓与调节丝杠（丝杆14）为不同的机构，在调节好角度后，锁紧增加力矩时不会移动已调节好的机构。可施加足够锁紧力，保证调整机械机构角度位置的长期稳定。锁紧螺栓穿过丝母及壳体后穿出端被锁紧，且壳体上设置有锁紧螺栓穿过的条形孔，可移动锁紧螺栓相对条形孔的位置，达到上下移动螺栓以适应丝母位置的目的。
42.具体地，自动控制驱动动力采用伺服电机+减速器的组合，x轴架调整机2由于安装在可动的y轴架上，而x轴调节的伺服电机和减速机则安装在固定的底座支架7上，这样减轻了y轴的重量，减少了y轴的调节力矩，减速机和调整机的连接采用可伸缩万向联轴节连接，这样，既保证了x轴的调节，又使y轴转动惯量很小，为整个系统良好的调节性提供了轻便的机械结构。调整机采用背隙很小的3段减速减速机，每个轴的整个背隙很小，且完全可以在
程序中给予补偿，也可以保持长期稳定。调节机构倾斜角度采用高精度的倾斜传感器检测，采用双轴数字型传感器，利用通讯进行数值无误差信号传输给plc，plc程序根据每个轴的的倾斜角计算出相应轴应调节的量，并转换成脉冲信号，输出给伺服驱动放大器，由伺服放大器驱动伺服电机，把相应的轴调节至水平。这样2个轴虽然是在一个系统中，但是由于机械结构的合理设计，避免了2个轴的耦合，使得2轴是互相独立的测控系统，保证自动工作的可靠性，达到无人化工作。
43.本实用新型保证矿山深井仓料位测量长期稳定，为井下无人作业提供设备支撑，矿山井下生产事态（物料存储）感知更加可靠，极大地降低了井下生产的热停工时。
44.本实用新型减少井下物料测量设备的维护时间，减少井下作业时间8人天/月，显著节约无效危险作业时间。
45.本实用新型调节比大，手动调节迅速、维护作业时间短。
46.本实用新型具备自动调节功能，可免除了人员频繁下井作业，极大地提高了井下生产的安全。
47.本实用新型技术优点：实现高精度小角度调节、实现高可靠性、实现免维护无人化、自动化工作。
48.可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。