煤矿水仓清理机器人的设计

王秉飞

（大同煤矿集团挖金湾煤业有限责任公司， 山西 大同 037000）

引言

煤矿水仓使用之后，通常在底部会出现大量煤渣以及淤泥等。存在大量的堆积物将会占用水仓的容量，同时会影响排水系统的性能，因此需要对其进行定期清洗。人工挖掘配合罐车运输效率比较低，往往存在清理物撒、滴、漏等问题。当前的清洗设备体积比较大，不便于操作，而机器人技术在煤矿领域扮演着越来越重要的作用，因此开发水仓清理机器人，以极大地降低劳动强度，提高安全性。

1 水仓清理系统方案的设计

图1为水仓清理系统图，其划分为两个单元：可移动、不可移动，一般清仓机器人能够按照设定的路线在水舱内移动，其能够有效地挖掘淤泥以及短距离的输送。在水仓平台上面设置有如下几个装置：缓冲加压装置、水泥分离装置以及运输设备，其主要能够实现对应的功能：泥浆加压运输、脱水固化及运输。

图1 水仓清理系统

通过分析发现水仓系统的工作原理为：当已完成注水之后，这时设置在机器人上的铰刀开始工作，可以搅动淤积物，这样能够在防护罩内部形成相应的混合物，同时开始向中间汇集。这时机器人开始在随车渣浆泵抽吸泥浆，运送至缓冲加压设备内。在缓冲罐内部设置有搅拌器，在振动筛的作用下，能够分离出较大的颗粒沉积物，这样能够实现粗分泥浆的作用。通常把剩余的泥浆加压运输到泥水分离装置内。一般泥水处理装置可以借助压滤机以及相应的凝固剂等措施，对泥浆进行脱水以及固化等操作。将处理水设置在备用仓内，一般可以借助输送机把脱水煤泥运送到大巷矿车上面，最终运送到指定的位置进行处理[1]。

2 水仓清理机器人的设计

当前清仓机器人具有较大的体积，为了优化机器人的体积，一般可以拆除机器人的驾驶舱以及相应的人工控制系统两个单元。其中清仓单元包括如下四个部分：工作装置、行走装置、吸扬装置、辅助装置等，如图2所示。其动力设置为液压驱动，密封箱底以及底座采用O形密封圈密封，同时在联动位置选择防水处理。

图2 机器人结构示意图

2.1 工作装置的设计

一般情况下，煤矿水仓清洗器械大致可以划分为如下四种：高压水枪配合泥浆泵抽吸清淤；铲斗类清仓机；滚筒配合刮板输送机刮挖清淤；铰刀类清仓机等。由于在水仓淤泥汇集位置的上端是泥水混合物，而底部却是密度较大的固体，因此必须对淤泥进行全面的搅拌。为此将该装置设置成双螺旋铰刀。同时将铰刀两侧螺旋叶片的方向设置为反向，同时沿着中间对称，中间正对着吸泥管入口，如下页图3所示。

工作装置包含如下几种：举升装置；搅拌机构；液压系统。当处于工作状态，液压伸缩系统能够使得举升机构动作，以及搅动机构。当铰刀旋转在液压马达的驱动下，其能够带动铰刀动作，从而能够给泥浆一个轴向的推力。这样能够使得泥浆混合物向着中间聚集。当处于工作状态时，假如铰刀被卡死，那么可以借助换向阀来实现反转，最终可以排除杂物，可以实现自救。

图3 铰刀旋向示意图

2.2 吸扬装置的设计

为了能够保证适量的水分，防止泥浆的扩散，优化工作效率，通常可以在铰刀外侧设置防护罩，煤泥在铰刀的搅动下能够形成具有一定浓度的混合物，接着可以在渣浆泵的协助下将混合物输送到缓冲装置内。

对于清洗机器人中设置的渣浆泵而言，其内部设置有高速旋转叶片，在工作的过程中可以形成一定真空的空间，这样可以使用搅拌好的泥浆通过防护罩以及吸管吸入渣浆泵中，最终将其输送到缓冲装置中。通常将吸入口设置在防护罩前侧，其正前方为螺旋铰刀，泥浆被搅拌之后能够直接进入吸口。这样能够极大地提高泥浆吸收率，从而能够避免出现二次污染。

2.3 行走装置的设计

传统的清仓装置大多为卡轨式，其往往极易脱轨，同时在转向的过程中，往往会出现问题。为了能够极大地提高机器人的灵活度，通常可以将其设置为行走装置载轮式和履带式。鉴于煤矿水仓环境问题，履带接触面积较大，可以有效减少接触面的压力，从而起到防滑的效果，同时其比较适合河道侧帮，从而选择履带式底盘。

行走装置主要包括如下几个单元：第一，左、右2条橡胶履带；第二，液压马达组；第三，驱动轮组；第四，支重轮组；第五，托带轮；第六，导向轮组；第七，底座框架。对于履带行走装置而言，可一般设置液压驱动以及两个液压马达驱动，在链传动的作用下能够给履带提供动力。而机器人的转向则通过液压阀控制，底座采用能够承载较大能力的轻型钢制作而成。在底座下端设置四个支重轮，其能够极大地提高接触面积，从而能够防止履带跑偏，这样能优化对地面的压力[2]。

2.4 辅助装置的设计

由于煤矿井下工况环境比较复杂，液压驱动系统能够避免出现火灾事故。清理机器人液压是由液压泵站提供，图4表示相应的液压回路图，其包括如下三个单元：第一，推动机械臂液压缸做往复运动的回路单元；第二，履带速度回路单元；第三，螺旋铰刀转动速度回路单元。

图4 液压系统原理图

一般在液压缸回路中设置相应的双向液压锁，这样能够有效地防止液压缸处于工作状态时出现漏油的现象，从而有助于机械臂准确定位。一般可以在履带马达回路以及相应的铰刀回路中安装一定的安全阀组以及相应的补油阀组，防止马达在减速以及转向的过程中，因惯性使得进油路压力变小，导致出现汽蚀的现象。当马当处于变速的过程中，单向阀门从邮箱补油，与此同时打开溢流阀，使得压力油从高压位置向低压部分流动。

3 结语

由于煤矿水仓工况环境比较复杂，因此设计了螺旋铰刀的履带式吸扬清理机器人，其不仅体积小、运输方便，而且行动灵活，具有较强的适应性。在行动的过程中能够实现较大坡度的爬升，能够清理各种浓度的煤泥，适用于各种形式的水仓。该系统不仅可以有效地降低工人的劳动量，而且具有较大的经济效益。