端头站D02117
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天地MG250/600AWD2采煤机端头站D02117


在采煤机的多种操控方式中,端头操作控制站(简称端头站)方式因其安装与操作位置离截割滚筒较近、易于观察煤岩截割状况、采用可靠性较高的有线通信方式等,成为重要的采煤机操控方式之一。

目前,国内外采煤机配备的端头站大多只具有采煤机操控功能,个别带有显示功能的产品只能显示数字、字符等简单内容。工人通过端头站操控采煤机时,主要依靠目测观察采煤机工况,操作存在一定盲目性[1]。

笔者针对采煤机使用环境特点,设计了一款具有友好人机交互界面的新型采煤机用端头站。其具有传统采煤机端头站的按钮操控功能,又可将采煤机的操作指令和工况信息实时显示在自带的TFT真彩液晶显示屏上,提高了工人操作的便利性、准确性及安全性。

1端头站总体设计要求

(1)端头站软件既可控制采煤机,又能将当前操作指令和采煤机各状态参数、提示或警告信息等以图形、数据、文字等形式显示在端头站显示屏上。软件应满足要求:①显示界面基于GUl图形用户界面开发,界面友好、现代化[],工况数据显示简洁明了,适用于井下低照度与粉尘、水雾密集的环境;

②端头站软件与采煤机主控系统软件交互运行稳定可靠,对输入、输出响应具有较好的实时性(操作响应延时小于100ms)。

(2)端头站主体防爆型式为本质安全型。

(3)端头站采用高速RS485接口与采煤机主控系统互连,内置备用的CAN总线接口,可实现采煤机紧急停止、采高控制、牵引方向与速度控制、声光报警、数据存取等功能。

(4)端头站结构设计满足采煤机防水、防尘需求,整体防护等级达到IP67[]。


2端头站硬件设计

端头站硬件包括主处理电路、按钮输入及报警输出电路、TFT真彩液晶显示屏3部分,如图1所示。电路全部采用本质安全型防爆设计。


端头站采用4.75~5.5V低额定供电电压,内部处理器及3.3V以下数字电路由基于MP2128的同步整流型单片开关降压电路供电,电源转换效率达95%,开关频率达3MHz。与常见的200~

300kHz低开关频率设计相比,该电路采用的电源回路纹波抑制电容由上百uF减小为10μF,使得端头站电路能以较大安全裕量通过本质安全火花试验。

主处理电路以STM32F429单片机为核心。

STM32F429采用带浮点运算单元的ARM Cortex-

M4F内核,其内部集成了TFT液晶屏控制器以及专用的2D图形加速DMA控制器,可直接连接TFT真彩液晶显示屏;运行于168MHz主频时,其耗电小于0.4W。STM32F429以数百kbit/s的速率与采煤机主控系统进行数据交互,并处理端头站控制信号。

TFT真彩液晶显示屏选用带LED背光的10.922cm24位显示屏,分辨率为480×272,可实现较精美的交互显示输出。低电压串联的LED背光灯,配合可软件调节的PWM背光电路,实现了屏幕亮度与功耗的优化,有助于降低端头站总功耗。

为了便于端头站硬件结构分层以及IO扩展,将按钮输入及报警输出部分设计成单独电路板,由超低功耗单片机STM32L151控制。STM32L151与主处理电路中STM32F429之间通过SCI(Serial Communication Interface,串行通信接口)实现高速互连,简化了内部电气连接,有利于量产时组装调试。

端头站D02117


端头站软件包含底层驱动程序,中间层开源实时操作系统RTOS,上层各类通信、信号处理、控制逻辑分析、GUI图形显示及辅助程序等模块,如图2所示。


端头站软件以占用系统资源极低的轻量级开源实时操作系统RTOS为基础平台,利用ARM处理器和嵌入式GUI图形库进行开发,*大程度地发挥了单片机的处理效率,实现流畅的GUI图形显示,保证端头站操作的实时性与稳定性。


显示功能基于嵌入式GUI图形接口软件库——emWin开发。显示界面分为时间显示区(有操作提示或报警信息时切换为提示区或报警区)和主显示区(以图标、图像、文字、数字编辑框、进度条等形式显示采煤机操作指令、采煤机采高、牵引速度、位置、电动机参数等),如图3所示。


端头站软件设计时需要注意的关键问题:

(1)各功能模块优先级的合理设定。RTOS采用基于优先级的抢占式任务调度方式,为了使端头站能够迅速可靠地对急停、调高等按钮操作进行反应,将按钮输入功能和与采煤机主控系统通信功能置于高优先级。考虑到GUI图形显示程序运算量大、耗时较长、不确定性高,且显示信息大多源于按钮输入及采煤机主控系统传来的数据,将GUI图形显示功能置于较低优先级。

(2)图像处理。emWin支持显示BMP,PNG格式的图像。BMP格式图像显示快,且屏幕刷新时仅刷新有像素变化的*小矩形区域,直接输出占用内存少,缺点是只能以矩形显示,无法对背景进行透明处理。PNG格式图像的背景可进行透明处理,美观性好,缺点是调取时需刷新整个窗口区域,且每个像素输出时会额外占用4B内存用于计算同背景像素值,图像显示较慢,当内存不足时会出现“死机”现象。为了获得美观的图像显示效果,端头站软件显示图像采用PNG格式,将含有PNG格式图像的部分单独建立小窗口,浮于主显示窗口上。

STM32F429内存有限,可分配给GUI显示计算用的内存空间只有176kB。测试表明,当PNG格式图像显示占用内存不超过100kB时,软件运行比较可靠。由于PNG格式图像每个像素输出时额外占用4B内存,所以设置含PNG格式图像的窗口像素不超过25kB。

(3)文字处理。井下光线暗,有煤尘和喷雾,可视度较低,因此要选择醒目的字体和颜色搭配。经反复试验,选取宋体24号字为主字体,在特定情况下采用少量黑体和19号宋体字;考虑到红光在黑暗、粉尘、水雾环境中的穿透性强,关键文字采用红色显示。

(4)窗口创建、删除。显示屏可显示时间窗口、默认窗口、指令窗口、提示窗口、报警窗口、整机图形化窗口等。端头站软件根据逻辑分析,判断何时创建、何时删除哪些窗口,使句柄始终指向正确位置,否则会导致“死机”。

4结语

新型采煤机用端头站已在某型号采煤机上试用,其操作响应速度快,运行可靠,显示清晰,人机界面友好,画面切换流畅,单个端头站耗电小于

2.5W。



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采煤机700配件导向滑靴SM50YM10-02-1采煤机导向滑靴是采煤机重要部件,主要在采煤机行走中起导向和支撑的作用。由于煤矿井下地质条件恶劣,导向滑靴受力复杂,常发生断裂现象,直接影响工作面正常生产。本文通过应用微量Mo、Ni、B、Ti、Al、稀土等对现有材料进行复合变质处理、对新材料的冶炼过程与铸造工艺进行控制、对新材料的热处理工艺进行试验研究及调整等手段,提高新材料的强度、韧度、耐磨性及铸件质量,减少导向滑靴使用过程中事故的发生率,从而延长导向滑靴乃至整台采煤机的使用寿命。采煤机的导向滑靴装置的主要功能是在采煤机行进过程中起到支撑和导向作用,实现采煤机在刮板输送机上的平稳运行。导向滑靴是采煤机工作时的易损部件,一般来说,每开采100万t煤时应修复或更换导向滑靴,然而由于井下条件限制,拆装困难且工作量大,所以研究提高采煤机导向滑靴的材质性能,以提高其使用性能,是十分必要的。更换支撑滑靴的工序:1、打出工作面支架护帮板,将采煤机牵引到顶板完好并无片帮处停止。2、将机身15架的溜子拉回500 -600mm, 并闭锁该区域支架的本架隔离。3、将运输机上的煤拉空并闭锁,在顺槽开关上把运输机电机的电源隔离开关手把打到断开位置并上锁,挂有人作业,禁止送电警示牌。4、启动泵电机,降左摇臂使左支撑滑靴离开溜槽轨道15 -20mm。5、将采煤机机身上的隔离开关手把打到断开位置并上锁。6、清理煤机机身上、左右摇臂上的大块煤及矸石。7、用敲帮问顶工具检查作业区域煤帮及顶板情况,确认安全后清理左支撑滑靴侧的浮煤。8、用内六方扳手拆下支撑滑靴连接销轴挡盖螺栓,并用游锤游出销轴。9、将旧的支撑滑靴运走,并把新的支撑滑靴运到位进行安装。10、安装支撑滑靴销轴挡盖并拧紧螺栓。11、清点工具,清理现场。12、 采煤机送电,启动泵电机,升左摇臂并牵引采煤机进行试运转。

上海天地采煤机890配件导向滑靴SM89XN10-0101-1在俯采时,采煤机在自身重量作用下,重心会偏向滚筒一侧,机身压向煤壁,采煤机滚筒与煤壁之间的摩擦力加大,采煤机负荷也随之增加,工作不稳定,有时会出现“噎死”采煤机现象;在仰采时,侧向力主要作用在导向滑靴上,磨损加大,滚筒侧支撑滑靴的垂直支撑力也会加大,导致采煤机行走机构损坏、齿轨轮断裂等故障。针对上述情况,提出了一种采煤机自适应滑靴系统,该系统可对采煤机的仰俯角进行调节,使采煤机重心内移,改善采煤机导向滑靴和支撑滑靴的受力,进而提高其使用寿命,对煤矿高产、高效和安全生产具有重要的意义。采煤机导向滑靴是采煤机重要部件,主要在采煤机行走中起导向和支撑的作用。由于煤矿井下地质条件恶劣,导向滑靴受力复杂,常发生断裂现象,直接影响工作面正常生产。本文通过应用微量Mo、Ni、B、Ti、Al、稀土等对现有材料进行复合变质处理、对新材料的冶炼过程与铸造工艺进行控制、对新材料的热处理工艺进行试验研究及调整等手段,提高新材料的强度、韧度、耐磨性及铸件质量,减少导向滑靴使用过程中事故的发生率,从而延长导向滑靴乃至整台采煤机的使用寿命。导向滑靴作为采煤机中比较关键的零部件,同时也是容易发生损坏的零件之一,起导向和支撑的作用,实际生产过程中,因为会连续受到载荷冲击,而且导轨和导向滑靴之间的接触状态为干摩擦,磨损比较严重。采煤机的导向滑靴装置的主要功能是在采煤机行进过程中起到支撑和导向作用,实现采煤机在刮板输送机上的平稳运行。导向滑靴是采煤机工作时的易损部件,一般来说,每开采100万t煤时应修复或更换导向滑靴,然而由于井下条件限制,拆装困难且工作量大,所以研究提高采煤机导向滑靴的材质性能,以提高其使用性能,是十分必要的。

上海天地采煤机配件手液动换向阀SM92H02B0101/SM50J05B0101/SM50YM8-030101/SM60DM1-050101/SM60PJ2-030101/SM60WB6-050102上海天地采煤机配件手液动换向阀SM92H02B0101是具有两种以**动形式和两个以上油口的方向控制阀。是实现液压油流的沟通、切断和换向,以及压力卸载和顺序动作控制的阀门。按阀芯相对阀体运动的方式可分为转阀式换向阀和滑阀式换向阀两类。按阀芯定位方式可分为弹簧钢球定位式和弹簧自动复位式。按操纵方式可分为手动换向阀、机动换向阀、电磁换向阀、液动换向阀、电液换向阀等。上海天地采煤机配件手液动换向阀SM92H02B0101工作原理工作时手上操作产生的推力借着阀外的驱动传动机构转动驱动轴,带动摇拐臂,启动阀板,使工作流体时而从左入口通向阀的下部出口,时而从右入口变换通向下部出口,实现了周期变换流向的目的。按阀芯相对于阀体的运动方式:滑阀和转阀按操作方式:手动、机动、电磁动、液动和电液动等按阀芯工作时在阀体中所处的位置:二位和三位等按换向阀所控制的通路数不同:二通、三通、四通和五通等。上海天地采煤机配件手液动换向阀SM92H02B0101的性能和特点1)滑阀的中位机能各种操纵方式的三位四通和三位五通式换向滑阀,阀芯在中间位置时,各油口的连通情况称为换向阀的中位机能。其常用的有“口”型、“H"型、“P"型、K”型、"M "型等。分析和选择三位换向阀的中位机能时,通常考虑:(1)系统保压P口堵塞时,系统保压,液压泵用于多缸系统。(2)系统卸荷P口通畅地与T口相通,系统卸荷。(H K x M型)(3)换向平稳与精度A、B两口堵塞,换向过程中易产生冲击,换向不平稳,但精度高; A、B口都通T口,换向平稳,但精度低。(4)启动平稳性阀在中位时,液压缸某腔通油箱,启动时无足够的油液起缓冲,启动不平稳。(5)液压缸浮动和在任意位置上停止2)滑阀的液动力由液流的动量定律可知,油液通过换向阀时作用在阀芯上的液动力有稳态液动力和瞬态液动力两种。(1)稳态液动力:阀芯移动完毕,开口固定后,液流流过阀口时因动量变化而作用在阀芯上有使阀口关小的趋势的力,与阀的流量有关。(2)瞬态液动力:滑阀在移动过程中,阀腔液流因加速或减速而作用在阀芯上的力,与移动速度有关。上海天地采煤机配件手液动换向阀SM92H02B0101的应用手动换向阀在石油、化工生产中有着广泛的应用,合成氨造气系统中*为常用。此外,换向阀还可作成阀瓣式的结构,多用于较小流量的场合。工作时只需转动手轮通过阀瓣来变换工作流体的流向。

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