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矿井喷浆机器人试验研究 一 kl 机2000年第ll :试验?研究:文章编号:10034y194(2000)11-0014-.03 矿井喷浆机器人试验zot-究 2 江 50031(山东科技大学,山东济南)li. 摘要:介绍了矿井喷浆机器人的鲒构,工作方式和工业性试验.试验表明,该机器人具有良 好鼬鬈主推锈椤,铭搠关键词:;生苎垫墨;试验妻,%f另中图号:tp242.2文献标识码:a 1言 喷浆机器人可用于一切需要进行喷浆支护的场 合.目前,用量比较大的主要有两个方面:(1)矿山 (煤矿,金属矿等)井下巷道的喷浆支护;(2)大断面 隧道的喷浆支护,如水电站和水利涵洞的喷浆支护. 铁路,公路(特别是高速公路),地铁等隧道的喷浆支 护.用于前者的喷浆机器人称为矿井喷浆机器人. 2喷浆机器人的结构殛工作方式 由我校研制的我国第l台煤矿井下喷浆机器人 的结构如图l所示.它由机械手,液压系统,控制系 统,操作器等组成.该机器人共有6个自由度,其中 机械手有5个自由度,即大臂俯仰,小臂摆动,腕旋 转,腕摆动和喷浆旋转.另1个自由度是整车行走. 依靠这6个自由度,喷枪可以完成喷浆工艺要求的 所有喷浆作业. 图1机器人结构 fig.1robmn 1.控制箱2.电源箱3平衡拉杆4油箱5太臂四连杆6. 藏压控缶l箱7.车盘8,io,12,15,17.馥压马达9.油缸11小 臂平衡四连杆l3枪杆i4.喷枪头l6进料管 该喷浆机器人有2种工作方式,一是自动轨迹 工作方式,即示教再现的全自动工作方式;二是遥控 主从工作方式.前者就是根据巷道参数把机器人将 *国家863计划资助项目(86卜_512-一旨02)和”九五科 拄成果重点推广计划项目 要运动的轨迹通过示教的方式告知机器人,然后机 器人根据示教数据自动实现轨迹的规划和控制,完 成喷浆作业.这种方式是本机器人用的最多的方 式.后者是通过操作器(相当于主手)向从手(即机 器人的手臂)发出命令,从手根据这些命令.亦步亦 趋地进行工作,对某些需要加厚喷浆的地方进行喷 浆. 3工业性试验 根据原煤炭部安排,工业性试验在新汶矿务局 协庄煤矿进行.机器人于1996年5月16日开始工 业性试验.历时0.5a,试验场地在一550nl水平东大 巷. 3.1试验目的 验证设计的合理性,发现存在的问题,为今后的 定型生产和完善设计取得第一手资料和数据. 3.2试验内容 (1)功能试验:设计的功能能否实现;现有的功 能指标是否齐全,合理; (2)结构试验:设计的结构是否合理; (3)性能指标试验:设计的性能指标是否能达 到;现有指标是否合理;取得与性能指标相应的机械 和电气参数; (4)采用机器人后,经济和社会效益分析. 3.3试验方法 跟随掘进五区的喷浆作业队,代替人工完成复 喷作业,并相应地进行观察,测试与分析. 3.4试验鲒果 (1)机器人的功能 样机的2种功能,即自动轨迹控制和遥控主 从控制均能很好地实现,与在实验室的性能类似. 试验表明,复喷时,巷道岩壁的凹凸程度已不甚悬 殊,采用以”自动轨迹控制”为主,”遥控主从控制”为 辅的作业安排是比较合适的.这样,工作效率高,均 2o0o年第1l期煤矿机械l5 匀性也好. 一些辅助功能不够完善,例如无自动跟踪照 明等. 试验中发现,复喷时,凹坑已很浅,原设计的 喷抢姿态调整机构已意义不大,可以不要. 特别值得一提的是,机器人的电控系统可靠 性是令人满意的,其核心部分计算机控制系统 从来出过故障.存在的问题主要是操作器上的按键 密封性不好,有时因粉尘进入缝隙而卡住. (2)机器人的技术指标 经测试,机器人的技术性能指标均能达到<课题 技术合同)规定.但试验证实,个别指标提得不合适 或没有必要,如”机器人快走”就没有多大意义,可以 取消 (3)机器人喷浆的工作总量 按掘进五区的生产流程,一般是每2d喷浆一 次.自试验以来,机器人完成16,5m2断面巷道的 喷浆120m,l1m2断面巷道的喷浆252m,累计完成 喷浆372m (4)机器人的作业效果 由于在整个喷浆过程中,喷枪一直是自动地保 持与受喷面垂直,喷射距离也能保持在合理距离内 (这是人工喷浆做不到的),因此能有效地减少回弹 和降低粉尘.回弹率的测试方法为在底板上铺以 4mx4m的帆布(实为旧风筒布),而后分4步进行 测定,每步用料均为1m3混凝土.测试数据如表l 所示.可见,采用机器人喷浆,回弹率可降低 12.4%以上 衰1测试数据 1l曲.1measm”ementdates 序号喷装疗法喷浆位置回弹量/回弹率/%全巷回弹率/% 在测定回弹率的同时,也对粉尘进行了测量,测 量结果是:人工喷浆时,粉尘含量为14.5me/m3;机 器人喷浆时,粉尘含量降至1o,5g/m3.更主要的 是机器人喷浆时,操作工能在通风口上,可不受粉尘 危害. 在试验中明显感到,巷道断面越大.机器人喷浆 的优越性越显着,即减少回弹和降低粉尘的效果越 大,越显示出采用机器人的必要性. (5)工业试验表明,喷浆机器人能够成功地完成 复喷任务,厚度均匀,回弹少,能够降低工人劳动强 度,减轻粉尘的危害,特别是大断面巷道,机器人更 显示出其优越性,经济性,灵活性,安全性,推广应用 价值大.我国煤矿喷浆的机器人化是必由之路,只 是一个时间问题 4经济效益分析 从工程观点看,减少回弹除节省物料外,还能提 高工程质量,因回弹物绝大部分是石子(即骨料),混 凝土中石子多,强度就高.仅对减少回弹一项进行 估箅,巷道(16.5m2断面)节省材料费108,8元/in 左右.年累计节省费用就可达40万元以上.应该 说明的是,这里的”效益”是根据”进尺”测箅的,它并 不能反映机器人本身的能力和潜在效益.因为实际 上机器人现在这样作业,可喷16断面巷道1.3 m/h左右,8h就可达10ill以上,仅此”效益”就可达 40万元.更何况本样机可操作更大口径的喷抢,其 效益就更大了. 现场情况表明,喷浆工作业环境的粉尘含量是 严重超标的.用机器人喷浆,不仅能降低粉尘,更重 要的是,操作工能靠遥控控制方式和机器人自动作 业方式进行作业,能站在上风头而不是喷抢下作业, 这就摆脱了粉尘的危害,不患或少患尘肺病.这不 仅是重大的社会效益,也包含了重大的经济效益,另 外用机器人喷浆,人可远离喷抢,站在安全的地方操 作机器人,这就保障了人身安全.机械化,自动化程 度的提高,对改变煤矿行业的形象起着巨大的关键 作用. 5结论 该矿井喷浆机器人达到了合同规定的功能和技 术性能指标.并于1996年7月通过国家863专家组 验收并获得好评(被评为”国际领先水平”),1997年 被列为”国家科技成果重点推目,1项国家”九五”重点推广应用项目,】项国家自熟科学基金和3 项省部级项目,出版2部教材.发表论文30泉籍. 机20oo年第11 摘 效益 1前言 文章编号:1003479420go)11-001 jn801新型高寿命立磨锤头的研制 (中媒科技集团,北京10013)弋p 要:介绍jns01新型锤头的材料成分,铸造生产工艺,现场使用情况厦使用该锤头的经济 关键词:锤头; 中圈号:td451 目前许多锤式粉碎机及立磨的锤头大多采用高 锰钢及普通低合金铸钢制造,使用寿命短,锤头更换 频繁,且更换锤头工作繁琐,工人劳动强度增加,严 重影响生产.为提高锤头使用寿命,曾采用某焊接 研究所提供的耐磨合金片,用直流焊机将耐磨片烧 熔到锤头的工作表面,进行预保护,可以使锤头的使 用寿命从7d左右,提高到l52od,有较为明显的 效果,但购买锤头后,要投资购买耐磨片,这样锤头 的材料费增加60008(xj0元/t,熔焊费时费工,不 够经济科学.最好能一次铸造成形具有较高的寿命 和耐磨性的锤头.因此我们研制新型jn801高寿命 锤头. 2材料成分设计 针对这类重量小于2o的小锤头,因其体积 小,重量轻,破碎物料粒度较小,根据所受冲击载荷 较小的特点,我们考虑采用较为耐磨的高铬铸铁类 材料,为尽量降低成本,最好不需热处理(铸造完后 空冷),铸态下锤头应有理想的耐磨性和使用寿命. 遵循这个原则,对锤头材料的设计思路如下:正 常情况下,高铬铸铁中c,cr含量越高,材料基体中 所生成的碳化物的量越高,材料表面硬度越高,耐磨 性越高,但抗冲击能力越低,综合考虑这2个因素, 首先将所用材料的c,cr含量定在2.3%一3.o%, l5%一22%之间. 因希望能铸造后空冷即可得到较好的硬度和耐 话 有较好的淬透性众所周知,钼是 能够有效提高钢铁淬透性的合金元素,在铬碳比相 同的情况下,增加含钼量可使空冷获得马氏体的高 铬铸铁件当量厚度增加.美国材料学会(asim)提 出的高铬铸铁的标准中_1j:含铬20%的高铬铸铁, 含碳2.6%3,2%时,加钼量为j.o%2,o%(同时 加人1.5%镍). 锰对高铬铸铁中铬碳含量化合物的数量,结构 役有显着影响.碳化物中固溶少量锰后,硬度稍有 增加. 铜是提高淬透性的辅助元素,和钼复合加人时 在提高材料的淬透性方面,比单独加钼有更好的效 果.铜在高铬铸铁中的使用成分范围是0.8% 1.2%,材料中含镍时,加铜量可适当降低. 硅固溶于奥氏体或铁素体中,产生固溶强化作用, 特别有助于提高马氏体转变产物的硬度,在铸件中,基 体硬度随含硅量的提高而上升.硅还可以使g型 碳化物量增加.硅对基体和碳化物都有影响,因而提 高硅量会使铸件宏观硬度提高.但含硅量高时,会使 材料的脆性转变,温度提高,因此材料含硅量不宜超过 1,5%. 在高铬铸铁中镍和铜有相似的作用,有助于降低 合金的临界冷却速度,镍和钼同时加人,降低临界冷却 速度的作用比铜钼复合加人更为显着.镍在提高高铬 铸铁抗磨能力方面有一个最佳值,此值为j%左右.综 合以上分析,设计锤头材料成分如表1所示. experimentsandresearchonamineshotcretingrobot liyi蛐g,fanbing-hul,rong】e.钾吼,jianghao (si1日ginstituteofscienceandtoehnology,jinm250031,china) abs口ct:thestructure,theworkingtheor/andtheexpeentsofthemineshotcr