双驱动刮板输送机

权利要求书： 1.一种双驱动刮板输送机，其特征在于，包括：

机头电机，其安装于机头链轮；

机尾电机，其安装于机尾链轮，所述机尾电机与变频器相连；

刮板，其安装于刮板链上，所述刮板链套设于机头链轮和机尾链轮的外部；以及

控制系统，所述控制系统包括与所述变频器相连的可编程控制器处理单元、设置于机头电机的电参数采集模块一、设置于机尾电机的电参数采集模块二、设置于刮板的若干个压力传感器以及设置于刮板链的若干个应变传感器；所述电参数采集模块一采集机头电机的实时输出功率、所述电参数采集模块二采集机尾电机的实时输出功率、所述压力传感器采集刮板受到的实时压力、所述应变传感器采集刮板链的实时应变值，均发送给可编程控制器处理单元；所述可编程控制器处理单元通过内置程序控制变频器工作，进而控制机尾电机的输出功率，使机头电机和机尾电机的输出功率动态平衡；

所述可编程控制器处理单元通过内置程序控制机尾电机的输出功率，包括如下步骤：

(1)如果压力传感器采集的实时压力小于等于压力设定值，同时，应变传感器采集的实时应变值小于等于应变设定值，可编程控制器处理单元控制机尾电机的实时输出功率P机尾保持不变；

(2)如果压力传感器采集的实时压力大于压力设定值，和/或应变传感器采集的实时应变值大于应变设定值，可编程控制器处理单元通过下式确定机尾电机的调节功率P调节：

P调节＝Aeax+b+B1+Ay+B2+c0－P机头；

式中，P调节为机尾电机的调节功率；A为电机波动系数；e为自然对数；a为压力传感器的补偿系数；x为压力传感器采集的实时压力；b为应变传感器的压敏系数；B1为压力传感器的补偿值；y为应变传感器采集的实时应变值；B2为应变传感器的补偿值；c0为功率补偿初值；P机头为机头电机的实时输出功率；

可编程控制器处理单元根据机尾电机的调节功率P调节进行如下判断：

如果P调节＝P机尾，则可编程控制器处理单元控制机尾电机的实时输出功率P机尾保持不变；

如果P调节≠P机尾，则可编程控制器处理单元控制机尾电机的实时输出功率P机尾调整为机尾电机的调节功率P调节。

2.根据权利要求1所述的双驱动刮板输送机，其特征在于，所述电参数采集模块一还采集机头电机的实时转矩和实时转速并发送给可编程控制器处理单元，所述电参数采集模块二还采集机尾电机的实时转矩和实时转速并发送给可编程控制器处理单元。

3.根据权利要求2所述的双驱动刮板输送机，其特征在于，所述可编程控制器处理单元与工控机无线通信，可编程控制器处理单元将机头电机的实时转矩、实时转速和实时输出功率，机尾电机的实时转矩、实时转速和实时输出功率，刮板受到的实时压力，以及刮板链的实时应变值发送给工控机进行显示和存储。

4.根据权利要求2所述的双驱动刮板输送机，其特征在于，所述可编程控制器处理单元还与上位机通过以太环网实现远程通信，可编程控制器处理单元将机头电机的实时转矩、实时转速和实时输出功率，机尾电机的实时转矩、实时转速和实时输出功率，刮板受到的实时压力，以及刮板链的实时应变值发送给上位机进行显示和存储。

说明书： 一种双驱动刮板输送机技术领域

本发明涉及煤矿装备技术领域，特别涉及一种双驱动刮板输送机。

背景技术

目前，刮板输送机是综采工作面主要的动力输送装置，刮板输送机在作业过程中，通过驱动电机带动链轮旋转，运载原煤不断向外输送。随着我国大采高技术的快速发展，重型刮板输送机开始广泛应用于综采工作面，随着采高增加，上覆岩层垮落，回转压力增大，煤壁稳定性控制难度增加，煤壁片帮块增大，刮板输送机因片帮煤引起的瞬时负载量提高。同时伴随着工作面长度的增加，刮板输送机的负载加大且变动幅值增大，瞬时负载的出现增加了压溜停机故障的发生概率，开采效率下降，单电机驱动已经无法满足工作需要。

因此，需要采用双端驱动方式，即机头与机尾处各布置一台驱动电机，实际运行过程中，由于受载荷与运行阻力以及安装倾角的影响，机头侧电机负载远远大于机尾侧负载，造成两端电机运行功率的严重不平衡，极易造成机头侧电机的烧毁和损坏，造成重大的经济损失，严重影响综采工作面的开采效率。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种双驱动刮板输送机，能够有效地利用机头机尾两端双驱电机实现大功率驱动，采用变频器对机尾电机进行动态调节，实现功率平衡，避免机头电机功率过大造成设备损毁。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种双驱动刮板输送机，包括：

机头电机，其安装于机头链轮；

机尾电机，其安装于机尾链轮，所述机尾电机与变频器相连；

刮板，其安装于刮板链上，所述刮板链套设于机头链轮和机尾链轮的外部；以及

控制系统，所述控制系统包括与所述变频器相连的可编程控制器处理单元、设置于机头电机的电参数采集模块一、设置于机尾电机的电参数采集模块二、设置于刮板的若干个压力传感器以及设置于刮板链的若干个应变传感器；所述电参数采集模块一采集机头电机的实时输出功率、所述电参数采集模块二采集机尾电机的实时输出功率、所述压力传感器采集刮板受到的实时压力、所述应变传感器采集刮板链的实时应变值，均发送给可编程控制器处理单元；所述可编程控制器处理单元通过内置程序控制变频器工作，进而控制机尾电机的输出功率，使机头电机和机尾电机的输出功率动态平衡。

进一步的，所述可编程控制器处理单元通过内置程序控制机尾电机的输出功率，包括如下步骤：

(1)如果压力传感器采集的实时压力小于等于压力设定值，同时，应变传感器采集的实时应变值小于等于应变设定值，可编程控制器处理单元控制机尾电机的实时输出功率P机尾保持不变；

(2)如果压力传感器采集的实时压力大于压力设定值，和/或应变传感器采集的实时应变值大于应变设定值，可编程控制器处理单元通过下式确定机尾电机的调节功率P调节：

P调节＝Aeax+b+B1+Ay+B2+c0－P机头；

式中，P调节为机尾电机的调节功率；A为电机波动系数；e为自然对数；a为压力传感器的补偿系数；x为压力传感器采集的实时压力；b为应变传感器的压敏系数；B1为压力传感器的补偿值；y为应变传感器采集的实时应变值；B2为应变传感器的补偿值；c0为功率补偿初值；P机头为机头电机的实时输出功率；

可编程控制器处理单元根据机尾电机的调节功率P调节进行如下判断：

如果P调节＝P机尾，则可编程控制器处理单元控制机尾电机的实时输出功率P机尾保持不变；

如果P调节≠P机尾，则可编程控制器处理单元控制机尾电机的实时输出功率P机尾调整为机尾电机的调节功率P调节。

进一步的，所述电参数采集模块一还采集机头电机的实时转矩和实时转速并发送给可编程控制器处理单元，所述电参数采集模块二还采集机尾电机的实时转矩和实时转速并发送给可编程控制器处理单元。

进一步的，所述可编程控制器处理单元与工控机无线通信，可编程控制器处理单元将机头电机的实时转矩、实时转速和实时输出功率，机尾电机的实时转矩、实时转速和实时输出功率，刮板受到的实时压力，以及刮板链的实时应变值发送给工控机进行显示和存储。

进一步的，所述可编程控制器处理单元还与上位机通过以太环网实现远程通信，可编程控制器处理单元将机头电机的实时转矩、实时转速和实时输出功率，机尾电机的实时转矩、实时转速和实时输出功率，刮板受到的实时压力，以及刮板链的实时应变值发送给上位机进行显示和存储。

本发明的有益效果：

1)本发明采用双驱动的方式，解决了单驱动刮板输送机在进行大功率运输的过程中无法满足系统需要的问题；

2)本发明根据压力传感器和应变传感器记录并利用变频器操控刮板输送机机尾电机，实现机尾电机与机头电机工作过程中功率的动态平衡；

3)刮板输送机工作时，机头电机需承担较大的工作压力，导致机头电机过热甚至损坏，影响机头电机的工作寿命，本发明的变频器接收可编程控制器处理单元传递的指令，对机尾电机进行操控，使机尾电机的功率根据负载情况动态平衡，防止机头部负载过大，一定程度上缓解机头电机的工作压力，避免机头电机发生过热或损坏现象，使刮板输送机运行更为可靠、安全，经济性更高；

4)本发明的可编程控制器处理单元不仅能够将刮板输送机当前工作情况反馈至现场的工控机进行显示，还能够通过以太环网将信号反馈至控制中心的上位机实现远程显示与数据处理，设置于控制中心的上位机能够远程对可编程控制器处理单元的程序进行改写，依照实际情况设置控制程序，确保稳定运行。

本发明的其他特征和优点将在下面的具体实施方式中部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的双驱动刮板输送机的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的双驱动刮板输送机的部分工作流程图；

图3是本发明实施例提供的应变传感器的布置图；

图4是本发明实施例提供的可编程控制器处理单元的控制程序图；

图5是本发明实施例提供的双驱动刮板输送机用于中间起伏工况的示意图；

图6是本发明实施例提供的双驱动刮板输送机用于机头部倾角较大工况的示意图；

图7是本发明实施例提供的双驱动刮板输送机用于机头部倾角较小工况的示意图；

图8是本发明实施例提供的双驱动刮板输送机用于水平弯曲工况的示意图。

说明书附图中的附图标记包括：

1-机头链轮，2-机尾链轮，3-机尾电机，4-机头电机，5-压力传感器，6-应变传感器，7-刮板，8-圆环链，9-刮板链。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。此外，术语“一”、“二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为了解决现有技术存在的问题，如图1至图8所示，本发明提供了一种双驱动刮板输送机，包括：

机头电机4，其安装于机头链轮1；

机尾电机3，其安装于机尾链轮2，机尾电机3与变频器相连；

刮板7，其安装于刮板链9上，刮板链9套设于机头链轮1和机尾链轮2的外部；以及

控制系统，控制系统包括与变频器相连的可编程控制器处理单元、设置于机头电机4的电参数采集模块一、设置于机尾电机3的电参数采集模块二、设置于刮板7的若干个压力传感器5以及设置于刮板链9的若干个应变传感器6；电参数采集模块一采集机头电机4的实时输出功率、电参数采集模块二采集机尾电机3的实时输出功率、压力传感器5采集刮板7受到的实时压力、应变传感器6采集刮板链9的实时应变值，均发送给可编程控制器处理单元；可编程控制器处理单元通过内置程序控制变频器工作，进而控制机尾电机3的输出功率，使机头电机4和机尾电机3的输出功率动态平衡。

具体的，电参数采集模块一采集机头电机4的实时输出功率并发送给可编程控制器处理单元，电参数采集模块二采集机尾电机3的实时输出功率并发送给可编程控制器处理单元，压力传感器5采集刮板7受到的实时压力并发送给可编程控制器处理单元，应变传感器6采集刮板链9的实时应变值并发送给可编程控制器处理单元。

如图1和图2所示，本发明通过机头电机4与机尾电机3为刮板输送机的运行提供动力，机头电机4驱动机头链轮1，机尾电机3驱动机尾链轮2，实现双驱动，利用双驱动解决了单电机驱动的刮板输送机大负荷运行条件下动力不足的问题，并利用可编程控制器处理单元读取电参数采集模块一和电参数采集模块二的信息，分析机头电机4和机尾电机3的工作情况，再利用变频器控制机尾电机3的输出功率，实现机头电机4与机尾电机3工作的动态平衡，避免机头电机4由于负载过大而发生损坏，提高系统整体工作的可靠性。本实施例中，电参数采集模块一设置于机头电机4的内部，电参数采集模块二设置于机尾电机3的内部，电参数采集模块一和电参数采集模块二均与可编程控制器处理单元相连，可编程控制器处理单元可采用PLC，可编程控制器处理单元与变频器相连，变频器控制机尾电机3的输出功率，实现机头电机4与机尾电机3工作的动态平衡，机尾电机3为机头电机4分担部分工作压力，防止机头电机4工作负荷过大导致故障。

如图1至图4所示，可编程控制器处理单元通过内置程序控制机尾电机3的输出功率，包括如下步骤：

(1)如果压力传感器5采集的实时压力小于等于压力设定值，同时，应变传感器6采集的实时应变值小于等于应变设定值，可编程控制器处理单元控制机尾电机3的实时输出功率P机尾保持不变；

(2)如果压力传感器5采集的实时压力大于压力设定值，和/或应变传感器6采集的实时应变值大于应变设定值，可编程控制器处理单元通过下式确定机尾电机3的调节功率P调节：

P调节＝Aeax+b+B1+Ay+B2+c0－P机头；

式中，P调节为机尾电机3的调节功率；A为电机波动系数(常数量，根据电机型号预先设定，机头电机4与机尾电机3的型号一致)；e为自然对数(数学常量)；a为压力传感器5的补偿系数(根据压力传感器5的布置数量和间隔设定，a大于等于1)；x为压力传感器5采集的实时压力；b为应变传感器6的压敏系数(通常为0)；B1为压力传感器5的补偿值(根据压力传感器5自身特性预先设定，常数可为负值)；y为应变传感器6采集的实时应变值；B2为应变传感器6的补偿值(根据应变传感器6自身特性预先设定，常数可为负值)；c0为功率补偿初值(根据安装倾角与工作要求预先设定)；P机头为机头电机4的实时输出功率；

可编程控制器处理单元根据机尾电机3的调节功率P调节进行如下判断：

如果P调节＝P机尾，则可编程控制器处理单元控制机尾电机3的实时输出功率P机尾保持不变，P机尾为机尾电机3的实时输出功率P机尾；

如果P调节≠P机尾，则可编程控制器处理单元控制机尾电机3的实时输出功率P机尾调整为机尾电机3的调节功率P调节，可编程控制器处理单元根据机头电机4的实时输出功率，调整机尾电机3的输出功率，实现机尾电机3与机头电机4相互之间的功率平衡，降低机头电机4的工作负载。

电参数采集模块一还采集机头电机4的实时转矩和实时转速并发送给可编程控制器处理单元，电参数采集模块二还采集机尾电机3的实时转矩和实时转速并发送给可编程控制器处理单元，实际使用时，机头电机4的实时转矩和实时转速以及机尾电机3的实时转矩和实时转速用于监测刮板输送机的是否正常工作，如果机头电机4的实时转矩和实时转速和/或机尾电机3的实时转矩和实时转速发生突变，则可编程控制器处理单元判定刮板输送机工作异常，可编程控制器处理单元发出警报，机头电机4的实时转矩和实时转速和/或机尾电机3的实时转矩和实时转速发生突变的判定采用现有技术。

可编程控制器处理单元与工控机无线通信，可编程控制器处理单元将机头电机4的实时转矩、实时转速和实时输出功率，机尾电机3的实时转矩、实时转速和实时输出功率，刮板7受到的实时压力，以及刮板链9的实时应变值发送给工控机进行显示和存储，便于现场工作人员对刮板输送机、机头电机4与机尾电机3的工作状态进行实时观察，使工作过程得到有效监管。

可编程控制器处理单元还与上位机通过以太环网实现远程通信，可编程控制器处理单元将机头电机4的实时转矩、实时转速和实时输出功率，机尾电机3的实时转矩、实时转速和实时输出功率，刮板7受到的实时压力，以及刮板链9的实时应变值发送给上位机进行显示和存储，控制中心人员能够在远端监测刮板输送机、机头电机4与机尾电机3的实时工作状态，并能够通过控制中心的上位机修改可编程控制器处理单元中的控制程序，根据实际需要对刮板输送机的工作进行控制。

本发明双驱动刮板输送机的工作原理：

本发明利用机头电机4与机尾电机3驱动机头链轮1与机尾链轮2，实现双驱动系统控制，机头链轮1与机尾链轮2在工作过程的双驱动，解决了大运量条件下负载过大，仅采用单电机驱动无法满足工作需要的弊端，利用双驱动的方式提高刮板输送机运输能力；

机头电机4与机尾电机3分别设置电参数采集模块一和电参数采集模块二，电参数采集模块一和电参数采集模块二与可编程控制器处理单元通信，将机头电机4的实时工作参数(实时转矩、实时转速和实时输出功率)和机尾电机3的实时工作参数(实时转矩、实时转速和实时输出功率)传输至可编程控制器处理单元，可编程控制处理单元与变频器能够通信，变频器与机尾电机3之间为电连接，使机尾电机3受变频器控制，可编程控制器处理单元能够将当前机头电机4与机尾电机3运行情况反馈实现现场数据显示，根据压力传感器5和应变传感器6记录双驱动刮板输送机的工作状态，远端的上位机能够通过以太环网读取当前可编程控制器处理单元的数据信息，并且能够根据实际需要向可编程控制器处理单元发送指令，修改程序，根据实际需要调节刮板输送工作以及机头电机4和机尾电机3的实时输出功率，实现远程实时控制，提高系统安全性与实时性；

刮板7通过均布的若干个压力传感器5对输送机负载进行实时监测，刮板7安装在刮板链9上，在刮板链9的圆环链8的平直段表面打磨加工出贴片区，安装应变传感器6，对刮板链9整体应变进行实时监测，如果实时压力大于压力设定值和/或实时应变值大于应变设定值，可编程控制器处理单元通过变频器调节机尾电机3的输出功率，实现机尾电机3与机头电机4工作过程中功率的动态平衡，防止由于机头电机4承受负载与运作阻力过大导致机头电机4损坏，机尾电机3提供动力能够在一定程度上缓解机头电机4的工作负载，避免机头电机4出现故障，提高系统整体的工作可靠性，保证工作稳定。

本发明的双驱动刮板输送机可应用于如下工况：

如图5所示，本发明的双驱动刮板输送机用于中间起伏工况时，巷道底部出现无规律凸起的现象非常常见，凸起部分可能与刮板输送机下方刮板链9出现碰撞，虽然对整体运行的影响不大，但是频繁的冲击也会产生拉力，增大系统负荷，同时，物料在运输至凸起高点处由于惯性的原因会存在向机头部运动的趋势，这样将会对机头部分带来冲击，高点向下运动过程中也存在压力，使机头部负载过大，机头电机4负荷较大，易造成损坏，若不采用平稳过渡易造成损坏，可以通过调节机尾电机3的输出功率，分担机头部的工作压力，保证系统能够更加平稳可靠运行。

如图6所示，本发明的双驱动刮板输送机用于机头部安装倾角α较大工况时，机头电机4所在位置倾角较大，所需向上的拉力较大，因此所需电机工作功率相对较大，需要利用机尾电机3工作对其进行补偿，实现机头与机尾两部分电机工作的动态平衡，利用机尾电机3功率加大的方式进行补偿，有效防止机头电机4负荷过大，导致机头电机4故障甚至烧毁。

如图7所示，本发明的双驱动刮板输送机用于机头部安装倾角α较小工况时，机头电机4的安装倾角α为机头链轮1和机尾链轮2几何中心的连线与水平面所夹的锐角，机头电机4倾角较小，在倾角出现明显变化的位置，刮板输送机的物料重力方向的分力会对刮板链9产生拉拽，机头电机4当前的工作负荷必将增大，因此，会影响电机正常工作，根据刮板链9上的应变调节机尾电机3输出功率，防止机头电机4工作负荷过大，影响系统整体工作稳定性。

如图8所示，本发明的双驱动刮板输送机用于水平弯曲工况时，由于巷道的结构原因，水平弯曲不可避免，在弯曲处冲击现象必然存在，冲击的产生易造成刮板输送机刮板7与刮板链9的损伤，也容易产生物料损失，影响运行可靠性与安全性，调节机尾电机3的输出功率，使刮板输送机工作过程相对平稳，防止运行过程中的振动与冲击给系统工作带来影响，防止物料掉落对生产的经济性带来影响；

在上述复杂工况情况下，为避免机头部负载过大，机头电机4负荷较大造成损坏，可以通过调节机尾电机3的输出功率，分担机头部的工作压力，同时可编程控制器处理单元继续实时监控当前运行情况，并基于压力传感器5和应变传感器6采集的数据，通过变频器实现通信对机尾电机3进行实时调控，使机尾电机3和机头电机4的功率根据负载情况动态平衡，保证系统能够更加平稳可靠运行。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。