《综采装备及其智能化技术》课件-2.采煤机及其智能化技术

第二章采煤机及其智能化技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造目录CONTENTS2.1概述2.2

基本结构与原理2.3

采煤机自动化技术2.4

采煤机智能化技术2.5

采煤机自主导航截割技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3第二章采煤机及其智能化技术2.1概述

采煤机定位定姿技术与采煤机记忆截割技术属于自动化技术中的核心部分，两类技术的研究成果多属于采煤机早期的自动化阶段；当前阶段处于采煤机智能化阶段，研究方向主要包括采煤机煤岩识别技术、环境感知技术及远程控制技术，而记忆截割技术是采煤机自动化的高级实现形式；在智能化技术基础上发展而来的采煤机自主导航截割技术是未来高级智能化道路上的前沿与探索性技术，其中主要涉及煤层导航地图构建与更新技术和智能导航截割控制技术。第2章采煤机及其智能化技术2.2.1基本结构与原理战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2滚筒采煤机的总体结构采煤机的类型很多，但基本上以双滚筒采煤机为主，其基本组成部分也大体相同。各种类型的采煤机一般都由下列部分组成：截割部、牵引部、调高系统、附属装置、电控系统等部分组成。第2章采煤机及其智能化技术2.2.1

总体结构战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2滚筒采煤机的总体结构电动机1是采煤机的动力部分，它通过两端出轴驱动滚筒和牵引部。牵引部2通过其主动链轮与固定在工作面两端的牵引链相合，使采煤机沿工作面移动。左、右截割部减速箱5将电动机的动力经齿轮减速传到摇臂3的齿轮，以驱动滚筒4。滚筒4是采煤机直接进行落煤和装煤的机构，称为采煤机的工作机构。底托架6用来固定整个采煤机，并经其下部的4个滑靴7使采煤机骑在刮板输送机的槽帮上。调高油缸8用来使采煤机的摇臂在规定范围内上下摆动，以适应煤层变化和截割负载的变化。第2章采煤机及其智能化技术2.2.2

截割部战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2采煤机的截割部是采煤机的关键部件之一，主要用于切割煤炭或岩石。采煤机的截割部主要由工作机构及传动装置两部分组成。工作机构指螺旋滚筒及安装在滚筒叶片上的截齿，其功能是截煤和装煤。第2章采煤机及其智能化技术2.2.2截割部战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2截割部扭矩轴安装示意图1固定轴套2离合器3轴套4扭矩轴5三相交流电动机某型号采煤机截割部扭矩轴第2章采煤机及其智能化技术2.2.2截割部战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2惰轮组件行星轮传动装置指的是截割部固定减速器、摇臂齿轮箱以及滚筒内的传动齿轮，其功能是将采煤机电动机的动力传递到工作机构上，以满足工作机构转速及扭矩的需要，同时还要满足调高的要求，使工作机构保持在合适的位置工作。第2章采煤机及其智能化技术2.2.2截割部战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造21-螺旋叶片；2-端盘；3-齿座；4-喷嘴；5-筒毂；6-截齿截齿配置图截齿在滚筒上的分布情况通常用截齿配置图来表示，图中l表示截距，l’表示端盘部分平均截距，γ表示叶片包角，B表示滚筒边缘到端盘最外侧截齿齿尖的距离，也就是采煤机的截深、Bγ表示端盘上截齿截出的宽度、Bt表示螺旋叶片宽度。截齿配置的一般原则是：截齿应均匀布在滚筒上，使同时截煤的齿数基本上保持不变，以保证采煤机负荷比较均匀。第2章采煤机及其智能化技术2.2.3牵引部战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2齿轮-销轨式无链牵引机构采煤机的牵引部是采煤机的重要组成部分之一，主要用于提供牵引力和推动采煤机在煤矿工作面上前进。牵引部主要由牵引机构和牵引部传动装置两部分组成。传动装置的重要功能是进行能量传递和转换，即将电动机的电能转换成机械能并传递给主链轮或驱动轮。牵引机构则是直接驱动采煤机沿工作面行走的装置。第2章采煤机及其智能化技术2.2.3牵引部战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2内牵引部传动机构图采煤机外牵引部传动结构图第2章采煤机及其智能化技术2.2.3牵引部战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2MG300/720-AWD型采煤机右牵引箱1-圆柄；2-牵引电动机；3-I轴组件；4-罩盖；5-惰轮组件；6、8-后盖板；7-三轴组件；9-端盖；10-双级行星齿轮机构；11-滑靴组件；12-调高液压系统组件；13-液压电机；14-箱体；15-销轴采煤机牵引部传动装置的功能是将电动机的动力传到主动链轮或驱动轮并实现调速。根据调速原理的不同，采煤机牵引部传动装置可分为机械传动、液压传动和电传动三种形式，分别对应机械牵引、液压牵引及电牵引三种牵引方式。第2章采煤机及其智能化技术2.2.3牵引部战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造2编码器编码器的安装位置在不同采煤机中可能有所不同，有的安装在电机轴上，有的则安装在外牵引部。图中所示的就是安装在外牵引部上，通过计算安装轴转动的圈数和相对应的传动比，能够准确计算出行走轮实际转过的圈数。由于行走轮与刮板输送机的销排之间是通过类似于齿轮齿条的传动方式进行运作的，最终，我们能够利用编码器所提供的数据，精确计算出采煤机在刮板机上的行进距离，以及它跨越的刮板机节距数量。因此，行走部的编码器提供了一种高效且精准的定位方式，有助于整体系统的协调运作。第2章采煤机及其智能化技术2.2.4附属装置战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3图1双滚筒采煤机1-电动机；2-牵引部；3-牵引链；4-截割部减速箱；5-摇臂；6-滚筒；7-弧形挡煤板；8-底托架；9-电气控制箱；10-摇臂调高油缸；11-机身调斜油缸；12-滑靴；13-拖缆装置第2章采煤机及其智能化技术2.2.4附属装置战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造4底托架拖缆装置6MG200-W型采煤机冷却喷雾系统挡煤板装置第2章采煤机及其智能化技术2.2.5电控系统战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造5根据预设的程序，控制采煤机的运行，如提高或降低速度、调整转向等；监测运行状态和环境参数；实时采集和处理数据，保证采煤机的安全和稳定运行；控制采煤机启动、停止和转向等操作；提供故障诊断和报警功能，及时发现和处理故障，保证采煤机的正常运行。03020104第2章采煤机及其智能化技术电控系统结构战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6以三菱PLC作为控制核心的控制系统结构原理图采煤机分布式控制系统基于16位工业PLC集成系统——由单一PLC经与模拟量模块连接扩展，构成集控中心，置于采煤机防爆控制箱内，作为整机监测保护及配电控制的核心部分。该系统功能简单、开发平台低等优点，同时也具有抗震性差、监测点少、扩展性差、通信速率慢、数据计算和处理能力弱等缺陷，不足以支撑采煤机高性能、高可靠性的技术要求。第2章采煤机及其智能化技术2.2.5电控系统战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造7截割部控制系统牵引部控制系统采煤机状态监测第2章采煤机及其智能化技术2.2.6选型、使用与维护战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造8采煤机械的选型对采煤机械的基本要求采煤机选用考虑的主要因素开机前的检查内容；开机顺序；停机顺序；紧急停机情况；采煤机的维护与检修。采煤机的使用与维护 第2章采煤机及其智能化技术2.3采煤机自动化技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造9采煤机自动化技术随着智能化和自动化技术的不断发展，采煤机作为现代化矿山设备的重要组成部分，正经历着从传统机械化向自动化、智能化的巨大转变。接下来老师将带领您深入探索采煤机自动化技术的最新发展，全面了解自动化采煤技术在提升生产效率、安全性以及环境保护方面的巨大潜力。第2章采煤机及其智能化技术2.3.1采煤机定位定姿技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造10采煤机机身姿态角采煤机的姿态主要是靠俯仰角、横滚角和偏航角表示，采煤机的位置和姿态能直接反映出液压支架与刮板输送机的工作状态，可以为三机联动提供数据基础，因此采煤机的实时位姿监测是实现自动化生产的关键技术，是实现综采工作面自动化、少人化生产的基础。第2章采煤机及其智能化技术2.3.1采煤机定位定姿技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造11（1）基于红外的采煤机定位技术（2）基于激光雷达的采煤机定位技术这种方法的缺点是定位精度不高，容易受到粉尘等遮挡物影响导致信号无法接收，并且因为液压支架在实际生产中频繁移动，不能实时对采煤机位置进行准确监测。激光雷达测距原理为激光雷达以设定的角度分辨率和角速度在某一区域内进行扫描，当光线碰到障碍物时返回，此时根据光速和时间差可计算出物体表面与激光雷达原点的相对距离。第2章采煤机及其智能化技术2.3.1采煤机定位定姿技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造11（3）基于轨道里程的采煤机定位技术

轨道里程法利用传感器采集采煤机行走齿轮的转动圈数信息，通过转动圈数乘以齿轮分度圆周长计算出采煤机在管板输送机轨道上的行走距离，与液压支架的架间距进行对比，确定采煤机的实际位置。该方法在定位过程中受到齿轮计数误差影响不能够精确定位采煤机。（4）基于惯性导航的采煤机定位技术惯性导航技术是一种自主式导航技术，通过安装在采煤机上的陀螺仪及加速度计，测量采煤机的实时角加速度和线性加速度，解算出采煤机的运动状态信息，再经过坐标变换得到采煤机的实时位置。（5）基于反射波的采煤机定位技术使用反射波测距传感器定位采煤机的工作位置，原理与使用红外传感器的采煤机定位技术基本一致，其优势在于反射波可以穿透粉尘，镜头不需要清洗。但是超声波定位的精度也不高，只能作为辅助定位，使用具有局限性。第2章采煤机及其智能化技术2.3.2采煤机记忆截割技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造12“记忆截割”技术来源于机器人控制中的“示教跟踪”策略，采煤机记忆截割技术属于采煤机自动化技术中的一部分，具体是指采煤机控制器将人工截割过程中的操作记录下来，在后续的截割过程中自动效仿完成煤壁截割，此过程中可以进行人工干预纠正。采煤机记忆截割原理第2章采煤机及其智能化技术

采煤机智能化技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造3煤岩识别技术采煤机远程控制技术煤岩识别技术第2章采煤机及其智能化技术2.4.1煤岩识别技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造4什么是煤岩识别技术？利用各种传感器和分析方法来区分煤矿中的煤炭和岩石的技术。煤岩识别技术的概念涉及多种识别方法，这些方法利用煤炭和岩石在物理性质上的差异来实现识别。发展煤岩识别技术什么意义？实现煤矿智能无人化开采的关键技术之一，通过为采煤机提供自动调高的依据，优化采煤机的运行路径，减少无效截割，提高生产效率。第2章采煤机及其智能化技术煤岩识别主要技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造5放射性测量技术通过对煤岩混合物中自然γ射线强度的测量可以得到煤混合物中岩石的含量，如图所示，达到实时自动识别的目的，进而指导电液控系统进行开关窗动作，为综放开采自动放顶煤技术提供核心技术。第2章采煤机及其智能化技术煤岩识别主要技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造6（1）电磁测试技术地质雷达组成（2）电子自旋共振技术接收到的反射信号第2章采煤机及其智能化技术煤岩识别主要技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造7红外热像测量技术截齿附近煤岩体的温度由高灵敏度的红外测温仪定向测量，截齿切割时由于煤岩物理特性不同产生的温度不同，根据此特征来判断滚筒切割到的是煤还是矸，以此达到煤岩界面识别的目的。第2章采煤机及其智能化技术煤岩识别主要技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造8图像识别技术图像识别技术包括传统图像处理识别技术和基于深度学习的图像处理识别技术。可以在光线较差的采煤工作面，或是在粉尘、电磁干扰等密布的恶劣环境下进行图像采集，能够获得较好的煤岩图像。第2章采煤机及其智能化技术2.4.2环境感知技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造9利用激光雷达、毫米波雷达、摄像头等设备来实时准确地感知矿井环境第2章采煤机及其智能化技术2.4.2环境感知技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造100102瓦斯浓度感知技术是一种用于实时监测矿井中瓦斯（甲烷）浓度的技术，它在煤矿安全生产中扮演着至关重要的角色，它能够实时监测和预警瓦斯浓度水平，从而有效预防矿难事故的发生。采煤中空间障碍感知与避障技术是指利用机器视觉感知技术来识别和避免采煤机在运行过程中可能遇到的障碍物，确保其安全高效运行的技术。0102瓦斯浓度感知技术空间障碍感知与避障技术第2章采煤机及其智能化技术2.4.3采煤机远程控制技术战略性新兴领域教材建设团队-重型高端装备制造