專利名稱：一種礦井巷道風(fēng)量自動(dòng)調(diào)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)量自動(dòng)調(diào)控裝置，尤其是一種用于礦井巷道通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)量實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)控裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有煤礦井下巷道風(fēng)量調(diào)節(jié)風(fēng)窗主要有數(shù)碼刻度風(fēng)窗、可調(diào)式百葉風(fēng)窗、葉輪式精確刻度調(diào)節(jié)風(fēng)窗、按鍵式精確刻度調(diào)節(jié)風(fēng)窗和撥輪式風(fēng)量可調(diào)節(jié)風(fēng)窗。這些井下風(fēng)量調(diào)節(jié)風(fēng)窗是根據(jù)生產(chǎn)的需要經(jīng)常需要通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量，而且需要通風(fēng)技術(shù)人員在檢測(cè)到巷道風(fēng)量不滿足排風(fēng)要求之后，再對(duì)風(fēng)窗進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，每次調(diào)節(jié)風(fēng)量時(shí)都要反復(fù)測(cè)量、反復(fù)調(diào)節(jié)多次方能符合要求，手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)窗風(fēng)量不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，關(guān)鍵是調(diào)節(jié)過(guò)程未能做到實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，不能及時(shí)有效的將巷道風(fēng)量調(diào)節(jié)至安全范圍，調(diào)節(jié)過(guò)程常常達(dá)不到預(yù)期效果?！?br>
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)未能及時(shí)有效的將巷道風(fēng)量調(diào)節(jié)至安全范圍的不足，本發(fā)明提供一種自動(dòng)控制風(fēng)窗窗扇開(kāi)度大小，實(shí)現(xiàn)巷道風(fēng)量大小實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整的一種礦井巷道風(fēng)量自動(dòng)調(diào)控裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的一種礦井巷道風(fēng)量自動(dòng)調(diào)控裝置，包括風(fēng)窗機(jī)械液壓部分和PLC自動(dòng)監(jiān)控部分；風(fēng)窗機(jī)械液壓部分包括風(fēng)窗、油缸、電液推桿；PLC自動(dòng)監(jiān)控部分包括位移傳感器、限位開(kāi)關(guān)、聲光報(bào)警器、風(fēng)量傳感器、風(fēng)速傳感器和PLC電控柜；其機(jī)械液壓部分是通過(guò)連接PLC自動(dòng)監(jiān)控部分，實(shí)現(xiàn)其回風(fēng)聯(lián)巷巷道中風(fēng)窗線性開(kāi)度大小變化的實(shí)時(shí)自動(dòng)控制；
所述風(fēng)窗機(jī)械液壓部分是由風(fēng)窗框及其風(fēng)窗框內(nèi)安設(shè)的風(fēng)窗扇I和風(fēng)窗扇II構(gòu)成的風(fēng)窗，在風(fēng)窗扇I和風(fēng)窗扇II下沿的風(fēng)墻上分別固定有油缸座I和油缸座II及其油缸，并通過(guò)連接桿將油缸活塞桿與風(fēng)窗座相連接為一起，油缸的有桿腔和無(wú)桿腔通過(guò)油管與相應(yīng)的電液推桿相連接，電液推桿固定于所在巷道側(cè)壁風(fēng)洞內(nèi)構(gòu)成；
所述PLC自動(dòng)監(jiān)控部分是在油缸上固定有位移傳感器支架I和位移傳感器支架II及其位移傳感器，位移拉桿兩端分別與連接桿和位移傳感器移動(dòng)磁環(huán)相連接；在油缸座I和油缸座II上固定有限位開(kāi)關(guān)支架I和限位開(kāi)關(guān)支架II及其限位開(kāi)關(guān)I和限位開(kāi)關(guān)II ;風(fēng)量傳感器I、風(fēng)量傳感器II、風(fēng)量傳感器III、風(fēng)速傳感器I、風(fēng)速傳感器II和風(fēng)速傳感器III是懸掛在風(fēng)流穩(wěn)定的巷道位置的上方；聲光報(bào)警器懸掛在PLC電控柜上方的巷道側(cè)壁上；PLC電控柜固定于PLC電控柜所在巷道側(cè)壁風(fēng)洞內(nèi)，并通過(guò)電纜連接構(gòu)成；
本發(fā)明上述的一種礦井巷道風(fēng)量自動(dòng)調(diào)控裝置是用于煤礦井下風(fēng)量為850Bi5ZiIie. 1350 Bt3Zniii的皮帶回風(fēng)聯(lián)巷中；并由皮帶回風(fēng)聯(lián)巷中的前后兩扇風(fēng)窗各自的機(jī)械液壓部分連接同一 PLC自動(dòng)監(jiān)控部分構(gòu)成。在上述技術(shù)方案中，其進(jìn)一步的技術(shù)特征在于油缸的推力為；
A
其中， F(i) — ( uj7(maaL) HLd r ；H為風(fēng)窗扇II高；L為風(fēng)窗扇II長(zhǎng)度；u為摩擦系數(shù)；
P(X)為風(fēng)窗任意開(kāi)度下的風(fēng)窗扇II兩側(cè)風(fēng)壓差；P(max)為風(fēng)窗零開(kāi)度時(shí)的風(fēng)窗扇II兩側(cè)風(fēng)壓差；A為油缸活塞桿的面積；F(L)為風(fēng)窗的風(fēng)窗扇II從零開(kāi)度到滿開(kāi)度(L)過(guò)程所受來(lái)自導(dǎo)軌摩擦力總和。位移傳感器設(shè)定有油缸活塞桿伸出的兩個(gè)極限開(kāi)度位移和Xiel ,限位開(kāi)關(guān)
I和限位開(kāi)關(guān)II分別固定于油缸活塞桿伸出開(kāi)度位移為1_2和表_2的位置。風(fēng)窗電液推桿由電機(jī)、齒輪泵和控制閥塊集成為一體，風(fēng)窗電液推桿動(dòng)作時(shí)通過(guò)電機(jī)正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)油缸活塞桿伸出或收回的速度為·
nVtJnVtJ
V1 =———.V2 =———.
Λ4
其中，1 為油缸活塞桿伸出速度；為為油缸無(wú)桿腔有效面積為油缸活塞桿收回速
度；為為油缸有桿腔有效面積；n為電機(jī)轉(zhuǎn)速；v為齒輪泵排量η·力齒輪泵容積效率。風(fēng)量傳感器I、風(fēng)量傳感器II、風(fēng)量傳感器III、風(fēng)速傳感器I、風(fēng)速傳感器II和風(fēng)
速傳感器III的風(fēng)速為V= f ；風(fēng)量為Q=VXA;其中，f為漩渦頻率；St為常數(shù)=0. 21 ;V為
St
巷道風(fēng)速；d為漩渦發(fā)生體線徑；A為巷道截面積，Q為巷道風(fēng)量。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述的一種礦井巷道風(fēng)量自動(dòng)調(diào)控裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，所具有的優(yōu)點(diǎn)與積極效果在于本發(fā)明裝置通過(guò)設(shè)置同步控制兩臺(tái)電液推桿電機(jī)的正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)兩臺(tái)油缸活塞桿的伸出和收回來(lái)實(shí)現(xiàn)回風(fēng)巷道前后兩扇推拉式風(fēng)窗的同步線性開(kāi)啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)了兩扇風(fēng)窗開(kāi)度變化的實(shí)時(shí)自動(dòng)同步控制，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)調(diào)整整個(gè)巷道風(fēng)量的功能，克服了單靠手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)窗進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)的帶來(lái)的費(fèi)人力和財(cái)力，安全系數(shù)不高的缺點(diǎn)。本發(fā)明不僅能提高礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性，加強(qiáng)煤礦的安全生產(chǎn)，還具有很大的市場(chǎng)前景，將帶來(lái)很大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。


圖I是本發(fā)明裝置在回風(fēng)聯(lián)巷巷道中位置的布局示意圖。圖2是本發(fā)明圖I的向視圖A。圖3是本發(fā)明圖2的局部放大視圖I。圖4是本發(fā)明圖I的向視圖B。圖5是本發(fā)明裝置的電液推桿的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明圖I的向視圖C。圖7是本發(fā)明裝置的電氣控制原理圖。圖中1 :后風(fēng)窗所在巷道位直；2 :后風(fēng)窗電液推桿所在巷道側(cè)壁風(fēng)洞；3 PLC電控柜所在巷道側(cè)壁風(fēng)洞；4 :前風(fēng)窗電液推桿所在巷道側(cè)壁風(fēng)洞；5 :前風(fēng)窗所在巷道位置；6 :風(fēng)量風(fēng)速傳感器所在巷道位直；7 :皮帶回風(fēng)聯(lián)巷；8 :皮帶回風(fēng)聯(lián)巷如風(fēng)窗所在風(fēng)墻；9 風(fēng)窗框；10 :風(fēng)窗扇II ；11 :風(fēng)窗座；12 :風(fēng)窗扇I ;13 :皮帶回風(fēng)聯(lián)巷前風(fēng)門；14 :限位開(kāi)關(guān)支架I ;15:位移拉桿；16:限位開(kāi)關(guān)I ;17:尼龍?zhí)祝?8:位移傳感器移動(dòng)磁環(huán)；19:位移傳感器支架I ;20 :油缸座I ;21 :油缸；22 :位移傳感器；23 :油缸座II ；24 :位移傳感器支架II ;25 :連接桿；26 :限位開(kāi)關(guān)II ;27:限位開(kāi)關(guān)支架II ；28 :PLC電控柜；29 :聲光報(bào)警器；30 :前風(fēng)窗電液推桿；31 :后風(fēng)窗電液推桿；32 :巷道側(cè)壁；33 :風(fēng)速傳感器I ;34 :風(fēng)量傳感器I ;35 :風(fēng)速傳感器II ；36 :粗鐵絲；37 :風(fēng)量傳感器II ；38 :風(fēng)速傳感器III ；39 :風(fēng)量傳感器 III。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作出進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施本發(fā)明所提供的一種礦井巷道風(fēng)量自動(dòng)調(diào)控裝置，包括兩扇風(fēng)窗、兩臺(tái)油缸、兩臺(tái)電液推桿、兩臺(tái)位移傳感器、四個(gè)限位開(kāi)關(guān)、一臺(tái)聲光報(bào)警器、三臺(tái)風(fēng)量傳感器、三臺(tái)風(fēng)速傳感器、一臺(tái)PLC電控柜。巷道前后兩扇調(diào)節(jié)風(fēng)窗的風(fēng)窗結(jié)構(gòu)和風(fēng)量調(diào)節(jié)原理相同，且前·后兩扇風(fēng)窗線性開(kāi)度大小變化控制過(guò)程為實(shí)時(shí)自動(dòng)同步控制。本實(shí)施方式僅以一個(gè)風(fēng)窗風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置為例，說(shuō)明本發(fā)明風(fēng)窗風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)特征，以及本發(fā)明風(fēng)窗風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置在礦井巷道中的安設(shè)位置及其構(gòu)成關(guān)系。風(fēng)窗框9及其風(fēng)窗框9內(nèi)安設(shè)的風(fēng)窗扇I 12和風(fēng)窗扇II 10構(gòu)成的巷道前風(fēng)窗，在風(fēng)窗扇I 12和風(fēng)窗扇II 10下沿的風(fēng)墻上分別固定有油缸座I 20和油缸座II 23及其相應(yīng)的油缸21，并通過(guò)連接桿25將油缸活塞桿與風(fēng)窗座11相連接為一起，油缸21的有桿腔和無(wú)桿腔通過(guò)油管與前風(fēng)窗電液推桿30相連接，前風(fēng)窗電液推桿30固定于前風(fēng)窗電液推桿所在巷道側(cè)壁風(fēng)洞4中。位移傳感器支架I 19和位移傳感器支架II 24固定在油缸21上，位移傳感器22通過(guò)位移傳感器支架I 19、位移傳感器支架II 24和尼龍?zhí)?7固定在油缸21上方，位移拉桿15兩端分別與連接桿25和位移傳感器移動(dòng)磁環(huán)18相連接，限位開(kāi)關(guān)I 16、限位開(kāi)關(guān)II 26分別由限位開(kāi)關(guān)支架I 14和限位開(kāi)關(guān)支架II 27固定在油缸座I 20和油缸座II 23上，風(fēng)量傳感器I 34、風(fēng)量傳感器II 37、風(fēng)量傳感器III 39和風(fēng)速傳感器I 33、風(fēng)速傳感器II 35、風(fēng)速傳感器III 38懸掛在風(fēng)量風(fēng)速傳感器所在巷道位置6上方，聲光報(bào)警器29懸掛在PLC電控柜28右上方的巷道側(cè)壁32上，PLC電控柜28固定在PLC電控柜所在巷道側(cè)壁風(fēng)洞3內(nèi)，并通過(guò)電纜連接構(gòu)成。限位開(kāi)關(guān)I 16、限位開(kāi)關(guān)II 26、前風(fēng)窗電液推桿30、位移傳感器22、風(fēng)量傳感器I 34、風(fēng)量傳感器II 37、風(fēng)量傳感器III 39、風(fēng)速傳感器I 33、風(fēng)速傳感器II 35、風(fēng)速傳感器III 38，聲光報(bào)警器29通過(guò)礦用阻燃電纜與PLC電控柜28相連接，PLC電控柜28通過(guò)阻燃電纜連接660V總電源。PLC電控柜28內(nèi)固定有PLC控制模塊、變壓器及繼電器等一些控制電器元件，PLC電控柜28的正門面上設(shè)置有顯示頻和操作按鈕，側(cè)面設(shè)置有總開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)按鈕，上部設(shè)置有足夠用的信號(hào)線和電源線的出線接口。風(fēng)量的調(diào)節(jié)采用PID自動(dòng)控制技術(shù)，PID(比例-積分-微分)控制器包括比例單元(P)、積分單元⑴和微分單元(D)。其輸入e (t)與輸出u (t)的關(guān)系為
u(t)=kp[e(t)+1/TI / e(t)dt+TD*de (t)/dt]
式中積分的上下限分別是O和t。其中kp為比例系數(shù)；TI為積分時(shí)間常數(shù)；TD為微分時(shí)間常數(shù)。輸入e (t)為巷道實(shí)時(shí)風(fēng)量，輸出u(t)為風(fēng)窗開(kāi)口度需要的實(shí)時(shí)調(diào)整量。
巷道實(shí)時(shí)風(fēng)量e (t)輸入PID控制器，通過(guò)與初設(shè)范圍進(jìn)行比較，只要風(fēng)量出現(xiàn)實(shí)時(shí)偏差，系統(tǒng)將輸出u (t)，控制風(fēng)窗開(kāi)口度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，調(diào)節(jié)過(guò)程系統(tǒng)不斷輸入、比較，然后執(zhí)行風(fēng)窗開(kāi)口度的調(diào)整，直到風(fēng)量調(diào)節(jié)至安全范圍，調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束。鑒于現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)窗的推拉開(kāi)度量程為一米(L=I)，選用行程為一米的油缸21。風(fēng)窗扇II 10兩側(cè)存在風(fēng)壓差，風(fēng)壓差的存在使得風(fēng)窗扇II 10在推拉過(guò)程中與窗扇導(dǎo)軌之間存在著摩擦力，這個(gè)摩擦力直接決定著風(fēng)窗扇II 10推拉過(guò)程中所需要的油缸推力的大小，風(fēng)窗扇II 10兩側(cè)的風(fēng)壓差如果很大，就會(huì)導(dǎo)致推動(dòng)過(guò)程中的摩擦力很大，如果油缸的推力不夠，風(fēng)量調(diào)節(jié)過(guò)程就會(huì)出現(xiàn)風(fēng)窗扇II 10卡死不動(dòng)的現(xiàn)象，存在很大的安全隱患，所以油缸推力的正確計(jì)算是該礦井巷道風(fēng)量自動(dòng)調(diào)控裝置能夠順利自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量的前提保證。任意開(kāi)度X下的風(fēng)窗扇II 10與導(dǎo)軌之間的摩擦力與開(kāi)度X的關(guān)系如下
權(quán)利要求
1.一種礦井巷道風(fēng)量自動(dòng)調(diào)控裝置，包括風(fēng)窗機(jī)械液壓部分與PLC自動(dòng)監(jiān)控部分；風(fēng)窗機(jī)械液壓部分包括風(fēng)窗、油缸、電液推桿；PLC自動(dòng)監(jiān)控部分包括位移傳感器、限位開(kāi)關(guān)、聲光報(bào)警器、風(fēng)量傳感器、風(fēng)速傳感器和PLC電控柜；其機(jī)械液壓部分是通過(guò)連接PLC自動(dòng)監(jiān)控部分，實(shí)現(xiàn)其回風(fēng)聯(lián)巷巷道中風(fēng)窗線性開(kāi)度大小變化的實(shí)時(shí)自動(dòng)控制； 所述風(fēng)窗機(jī)械液壓部分是由風(fēng)窗框(9)及其風(fēng)窗框(9)內(nèi)安設(shè)的風(fēng)窗扇I (12)和風(fēng)窗扇II (10)構(gòu)成的風(fēng)窗，在風(fēng)窗扇I (12)和風(fēng)窗扇II (10)下沿的風(fēng)墻上分別固定有油缸座I (20)和油缸座II (23)及其油缸(21)，并通過(guò)連接桿(25)將油缸活塞桿與風(fēng)窗座(11)相連接為一起，油缸(21)的有桿腔和無(wú)桿腔通過(guò)油管與相應(yīng)的電液推桿(30)相連接，電液推桿(30)固定于所在巷道側(cè)壁風(fēng)洞(4)內(nèi)構(gòu)成； 所述PLC自動(dòng)監(jiān)控部分是在油缸(21)上固定有位移傳感器支架I (19)和位移傳感器支架II (24)及其位移傳感器(22)，位移拉桿(15)兩端分別與連接桿(25)和位移傳感器移動(dòng)磁環(huán)(18)相連接；在油缸座I (20)和油缸座II (23)上固定有限位開(kāi)關(guān)支架I (14)和限位開(kāi)關(guān)支架II (27)及其限位開(kāi)關(guān)I (16)和限位開(kāi)關(guān)II (26);風(fēng)量傳感器I (34)、風(fēng)量傳感器II (37)、風(fēng)量傳感器III (39)、風(fēng)速傳感器I (33)、風(fēng)速傳感器II (35)和風(fēng)速傳感器III (38)是懸掛在巷道位置(6)的上方；聲光報(bào)警器(29)懸掛在PLC電控柜(28)上方的巷道側(cè)壁(32)上；PLC電控柜(28)固定于PLC電控柜所在巷道側(cè)壁風(fēng)洞(3)內(nèi)，并通過(guò)電纜連接構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求I所述的礦井巷道風(fēng)量自動(dòng)調(diào)控裝置，所述巷道風(fēng)量自動(dòng)調(diào)控裝置是用于煤礦井下風(fēng)量為850 w3/niii 1350 t3/inii的皮帶回風(fēng)聯(lián)巷(7)中；并由皮帶回風(fēng)聯(lián)巷(7)中的前后兩扇風(fēng)窗各自的機(jī)械液壓部分連接同一 PLC自動(dòng)監(jiān)控部分構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求I所述的礦井巷道風(fēng)量自動(dòng)調(diào)控裝置，其所述油缸(21)的推力為尸―順 其中，F(xiàn)Ct)出為風(fēng)窗扇II (10)高；L為風(fēng)窗扇II (10)長(zhǎng)度；u為摩擦系數(shù)；P (X)為風(fēng)窗任意開(kāi)度下的風(fēng)窗扇II (25)兩側(cè)風(fēng)壓差；p (max)為風(fēng)窗零開(kāi)度時(shí)的風(fēng)窗扇II (10)兩側(cè)風(fēng)壓差；A為油缸活塞桿的面積；F(L)為風(fēng)窗的風(fēng)窗扇II (10)從零開(kāi)度到滿開(kāi)度(L)過(guò)程所受來(lái)自導(dǎo)軌摩擦力總和。
4.如權(quán)利要求I所述的礦井巷道風(fēng)量自動(dòng)調(diào)控裝置，其所述位移傳感器(22)設(shè)定有油缸活塞桿伸出的兩個(gè)極限開(kāi)度位移和,
5.如權(quán)利要求I所述的礦井巷道風(fēng)量自動(dòng)調(diào)控裝置，其所述風(fēng)窗電液推桿(30)由電機(jī)、齒輪泵和控制閥塊集成為一體，風(fēng)窗電液推桿(30)動(dòng)作時(shí)通過(guò)電機(jī)正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)油缸活塞桿伸出或收回的速度為
6.如權(quán)利要求I所述的礦井巷道風(fēng)量自動(dòng)調(diào)控裝置，其所述風(fēng)量傳感器I (34)、風(fēng)量傳感器II (37)、風(fēng)量傳感器III (39)、風(fēng)速傳感器I (33)、風(fēng)速傳感器II (35)和風(fēng)速傳感器III (38)的風(fēng)速為V= # ；風(fēng)量為Q=VX A;其中，f為漩渦頻率；St為常數(shù)=0.21 ;V為巷St道風(fēng)速；d為漩渦發(fā)生體線徑；A為巷道截面積，Q為巷道風(fēng)量。
全文摘要
一種礦井巷道風(fēng)量自動(dòng)調(diào)控裝置是由風(fēng)窗機(jī)械液壓部分和PLC自動(dòng)監(jiān)控部分構(gòu)成，風(fēng)窗機(jī)械液壓部分包括風(fēng)窗、油缸和電液推桿；PLC自動(dòng)監(jiān)控部分包括位移傳感器、限位開(kāi)關(guān)、聲光報(bào)警器、風(fēng)量傳感器、風(fēng)速傳感器、PLC電控柜；其機(jī)械液壓部分是通過(guò)連接PLC自動(dòng)監(jiān)控部分，實(shí)現(xiàn)回風(fēng)巷道前后風(fēng)窗線性開(kāi)度大小變化的實(shí)時(shí)自動(dòng)同步控制，本發(fā)明克服了現(xiàn)有礦井巷道風(fēng)量調(diào)控的不足，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)控巷道風(fēng)量的目的。
文檔編號(hào)E05F15/20GK102787860SQ20121028816
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者俞晶, 寇子明, 龐曉旭, 張延軍, 李軍霞, 袁文豐, 馬振華 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)