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刮板輸送機(jī)直線度影響因素分析及控制技術(shù)研究

文檔作者：任劍軍文檔來源：山西汾西瑞泰正中煤業(yè)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年10月05日
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試驗研究
2023年第10期 Mechanical Management and Development No.10,2023
總第246期 機(jī)械管理開發(fā) Total246
D0I:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2023.10.007
刮板輸送機(jī)直線度影響因素分分析及控制技術(shù)研究
任劍軍
（山西汾西瑞泰正中煤業(yè)有限公司， 山西靈石031300)
摘要：刮板輸送機(jī)直線度控制效果會直接影響采煤機(jī)割煤及刮板輸送機(jī)運煤效果。為將刮板輸送機(jī)直線度控制
在允許范圍內(nèi)，提出采用模糊自適應(yīng)PID控制方式實現(xiàn)直線度調(diào)節(jié)控制。模擬分析及試驗均表明，采用的直線度控
制方式可較好地對刮板輸送機(jī)中部槽進(jìn)行調(diào)整，取得較好的調(diào)直效果，避免刮板輸送機(jī)直線度偏差過大對煤炭生
產(chǎn)造成影響。
關(guān)鍵詞：刮板輸送機(jī)；煤炭生產(chǎn)；直線度；控制技術(shù)；影響因素
中圖分類號：TD528.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-773X(2023)10-0019-03
0 引言
隨著先進(jìn)煤炭開采設(shè)備的不斷應(yīng)用，煤炭開采設(shè)
備的綜合機(jī)械化、自動化以及智能化水平等均有所提
升，對煤炭設(shè)備可靠性及運行穩(wěn)定性等提出更高要
求[1-2]。在采煤工作面開采煤炭時,采煤機(jī)在電牽引裝
置帶動下沿著刮板輸送機(jī)中部槽往返移動，不斷對煤
炭進(jìn)行截割[3-5]。刮板輸送機(jī)沿著采面傾向布置，通過
液壓缸與液壓支架底座連接，由支架控制器負(fù)責(zé)刮板
輸送機(jī)中部槽不斷向前推移[6]。《煤礦安全規(guī)程》對煤
炭開采時煤壁、液壓支架以及刮板輸送直線度有明確
要求，受到刮板輸送機(jī)與液壓支架連接裝置間隙等因
素影響，導(dǎo)致采面刮板輸送機(jī)直線度較差，需要進(jìn)行
人工干預(yù)[7。提升刮板輸送機(jī)直線度控制能力以及控
制水平，有助于煤炭高效回采。眾多研究學(xué)者對直線
度檢測、控制技術(shù)等展開研究，并取得較為顯著的應(yīng)
用成果[8]。文中就結(jié)合以往研究成果，對刮板輸送機(jī)
結(jié)構(gòu)、直線度影響因素等進(jìn)行分析，并提出直線度控
制技術(shù)。
1 刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)及直線度影響因素分析
1.1 結(jié)構(gòu)組成
刮板輸送機(jī)是采面主要開采設(shè)備之一，承擔(dān)煤炭
運輸并為采煤機(jī)提供往返移動軌道，實現(xiàn)刮板輸送機(jī)
直線度精準(zhǔn)控制，可減少采煤機(jī)割煤時阻力、降低煤
炭運輸阻力及設(shè)備磨損。刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)組成包括機(jī)
頭、機(jī)身、機(jī)尾及其他的附屬設(shè)備等，具體如圖1所
示。機(jī)頭部分包括液力偶合器、電機(jī)、機(jī)頭推移支撐梁
及機(jī)頭鏈輪、半滾筒等；機(jī)身包括中部槽、刮板、啞鈴
銷等，具體如圖1-2所示；機(jī)尾部分包括鏈輪、半滾
筒、推移支撐梁等，若刮板輸送機(jī)采用雙機(jī)驅(qū)動，則機(jī)
尾也包括動力傳遞系統(tǒng)。
中部槽是一種幾何尺寸固定、形狀規(guī)則的結(jié)構(gòu)，
同時具備對稱性?？蛇x擇中部槽幾何中線點連線描述
機(jī)尾一
中部槽
刮板
電動機(jī)、
液力偶合器護(hù)軸板
機(jī)頭鏈輪
支撐梁、
推移梁 半滾筒 減速機(jī)
鏈條
1-1 刮板輸送機(jī)整體結(jié)構(gòu)
側(cè)護(hù)板齒軌刮板鏈
中部槽刮板啞鈴銷
1-2 機(jī)身結(jié)構(gòu)
圖1 刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
刮板輸送機(jī)機(jī)尾形態(tài)，具體如圖2所示。
1.2 直線度影響因素分析
1.2.1 液壓缸系統(tǒng)動作誤差
推溜及移架是否到位會直接影響刮板輸送機(jī)直
線度，在液壓缸動作過程中存在的誤差會直接影響刮
板輸送機(jī)直線度控制。液壓泵站用以提供液壓缸動作
乳化液，換向閥實現(xiàn)液壓缸伸縮動作轉(zhuǎn)換，液壓缸則
實現(xiàn)刮板輸送機(jī)推移。在液壓缸動作時，常用固定時
長供液方式實現(xiàn)定時移架及推溜，但是換向閥、液壓
水平面偏轉(zhuǎn)
形態(tài)表征曲線
中部槽
豎直面偏轉(zhuǎn)
圖2 刮板輸送機(jī)機(jī)身形態(tài)表征曲線示意圖
收稿日期：2022-07-07
作者簡介：任劍軍（1972一），男，山西靈石人，畢業(yè)于國家開放大學(xué)機(jī)電設(shè)計制造及其自動化專業(yè)，本科，現(xiàn)為助理工程師，從事煤礦
機(jī)電技術(shù)研究工作。
20. 第38卷
機(jī)械管理開發(fā)
jxglkfbjb@126.com
缸容易出現(xiàn)乳化液泄漏，進(jìn)而對液壓缸位移量產(chǎn)生影
響。同時采面底板平整度較差，當(dāng)出現(xiàn)有較大起伏時
也容易導(dǎo)致液壓油缸實際位移量達(dá)不到期望位移量。
1.2.2 連接耳間隙誤差
中部槽通過液壓缸連接液壓支架底座，從而構(gòu)成
液壓支架－中部槽組合，移架及推溜均依靠多個液壓
支架－中部槽組合實現(xiàn)。中部槽與液壓缸間連接一般
通過連接耳實現(xiàn)，由于連接耳與液壓缸間存在間隙，
在推溜及移架期間會增大刮板輸送機(jī)直線度誤差。
1.2.3 中部槽聯(lián)動誤差
中部槽間布置的啞鈴結(jié)構(gòu)可允許各節(jié)中部槽間
形成一定偏轉(zhuǎn)角，同時約束各中部槽位置，避免機(jī)身
過度彎曲導(dǎo)致推溜、刮板鏈移動期間出現(xiàn)卡死情況。
布置啞鈴銷可提升刮板輸送機(jī)適應(yīng)性，但是也會
在中部槽位置產(chǎn)生一定制約，如圖3所示。刮板輸送
機(jī)機(jī)身某一節(jié)中部槽位置調(diào)整時，鄰近的若干節(jié)中部
槽位置也會發(fā)生變化，即出現(xiàn)聯(lián)動效應(yīng)。采煤機(jī)經(jīng)過
多循環(huán)截割后，由于中部槽聯(lián)動效應(yīng)導(dǎo)致刮板輸送機(jī)
機(jī)身彎曲。
液壓支架
采煤機(jī)
啞鈴銷
刮板輸送機(jī)
圖3 中部槽啞鈴銷位置示意圖
2 刮板輸送機(jī)直線度控制技術(shù)
2.1 控制技術(shù)方案
文中所提的直線度控制技術(shù)方案是通過補(bǔ)償液
壓缸系統(tǒng)動作誤差、連接耳間隙誤差、中部槽聯(lián)動誤
差實現(xiàn)的。具體構(gòu)建的控制方案如圖4所示，選用模
糊自適應(yīng)PID控制器實現(xiàn)刮板輸送機(jī)直線度調(diào)節(jié)及
控制。通過液壓缸流量控制模型實現(xiàn)調(diào)直誤差，具體
將誤差數(shù)據(jù)分別輸入銷耳間隙誤差補(bǔ)償模型、聯(lián)動效
應(yīng)誤差補(bǔ)償模型等，后將數(shù)據(jù)與刮板輸送機(jī)直線度誤
差一并輸人位移－流量轉(zhuǎn)換模型，得到液壓缸累積供
液量Qio，并對Q持續(xù)監(jiān)測。通過模糊推理算法對PID
控制器輸入、輸出參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，最終通過控制液壓
系統(tǒng)供液量實現(xiàn)液壓缸伸縮量調(diào)節(jié)，達(dá)到對中部槽位
置調(diào)整目的，從而實現(xiàn)刮板輸送機(jī)直線度控制。
2.2 直線度控制仿真分析
用Matlab構(gòu)建模擬模型進(jìn)行仿真，構(gòu)建的仿真
模型中刮板輸送機(jī)總長20m，劃分20段（即單段中
部槽長度1m）,在PID控制中kpo=30、kio=19、hdo=8,最
銷耳間隙誤
差補(bǔ)償模型模糊推理中部槽
Ak S.
聯(lián)動效應(yīng)誤
差補(bǔ)償模型液壓缸k
E Q Q
位移-流量轉(zhuǎn)換模型T PID控制器液壓系統(tǒng)
dE/dt Ec 刮板輸送機(jī)Q
直線度誤差
圖4 模糊自適應(yīng)PID控制方案
終獲取得到調(diào)直前后對比效果如圖5所示。從圖5看
出,刮板輸送機(jī)實際形狀與目標(biāo)形狀間偏差控制在2mm
以內(nèi)，調(diào)直效果較為顯著。
45
40
35
30 一初始形狀咖一實際形狀一目標(biāo)形狀
25
20
15
10
1 10111213114151617181920
刮板輸送機(jī)段數(shù)
圖5 刮板輸送機(jī)調(diào)直前后對比效果
3試驗分析
采用VisualStudio設(shè)計刮板輸送機(jī)直線度控制
系統(tǒng)操作界面、顯示界面及通信模塊等，同時執(zhí)行部
件采用PLCS7-200系列PLC進(jìn)行編程，實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)
測、模糊自適應(yīng)PID控制等功能。
重復(fù)8次后刮板輸送機(jī)調(diào)直效果如圖6所示，每
次試驗刮板輸送機(jī)實際形狀與目標(biāo)形狀間偏差均值
如表1所示。
綜合分析圖6、表1看出，第3次試驗中刮板輸
送機(jī)14段、第4次試驗中刮板輸送機(jī)6段及第3次
試驗中刮板輸送機(jī)20段形狀偏差與目標(biāo)形狀間差距
較大，但是均在目標(biāo)形狀附近波動。8次試驗發(fā)現(xiàn)，刮
板輸送機(jī)直線度控制效果均較為顯著，表明文中所提
的模糊自適應(yīng)PID控制可較好地實現(xiàn)刮板輸送機(jī)直
線度控制。
4結(jié)論
1)對刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)及形態(tài)進(jìn)行分析，并探討刮
板輸送機(jī)直線度影響因素，發(fā)現(xiàn)液壓缸伸縮量、連接
45
40
35 一初始形狀一實際形狀一試驗1×一試驗2
30 求一試驗3 一試驗4+一試驗5一試驗6
25 一試驗7一試驗8
20
15
10
1 2 3 1011121314151617181920
刮板輸送機(jī)段數(shù)
圖6 各試驗直線度控制效果
on
（編輯：李俊慧）
上接第18頁
Analy
（編輯：李俊慧）
2023年第10期 任劍軍：刮板輸送機(jī)直線度影響因素分析及控制技術(shù)研究 21
表1 刮板輸送機(jī)實際形狀與目標(biāo)形狀間偏差均值
試驗 1 2 3 4 5 6 7 8 編號
偏差均 2.45 1.31 2.98 2.94 1.01 0.92 1.29 1.51 值/mm
銷耳間隙以及中部槽聯(lián)動等誤差累積對刮板輸送機(jī)
直線度有顯著影響。
2)提出刮板輸送機(jī)直線度控制技術(shù)，具體構(gòu)建模
糊自適應(yīng)PID模型，將液壓缸誤差、連接耳間隙誤差
與中部槽聯(lián)動誤差等相結(jié)合，并通過計算模型輸出液
壓缸推溜時需要流量，后通過PID進(jìn)行融合計算，從
而實現(xiàn)液壓缸伸縮量調(diào)節(jié)，達(dá)到刮板輸送機(jī)直線度控
制目的；采用Matlab構(gòu)建模擬模型對直線度控制效
果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)直線度控制取得較好效果。試驗發(fā)
現(xiàn)，文中所提直線度控制技術(shù)可實現(xiàn)刮板輸送機(jī)機(jī)身
直線度控制，取得較好的調(diào)直效果。
參考文獻(xiàn)
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sis of Influence Factors of Straightness of Scraper Conveyor and Control Technology
RReenn JJiiaannjjuunn
(Shanxi Fenxi Ruitai ZhengzhongCoal Co., Ltd., Lingshi Shanxi 031300, China)
Abstract: The straightness control effect of scraper conveyor directly affects the effect of coal mining machine cutting coal and scraper
conveyor transporting coal. In order to control the straightness of scraper conveyor within the permissible range, it is proposed to use fuzzy
adaptive PID control to achieve straightness regulation control. Simulation analysis and test show that the adopted straightness control
method can adjust the middle groove of scraper conveyor, achieve better straightening effect, and avoid the impact of too large deviation of
straightness of scraper conveyor on coal production.
Key words: scraper conveyor; coal production; straightness; control technology; influencing factors
新的針對數(shù)控機(jī)床運動誤差的修正方法。通過對比試
驗的方式證明，新的修正方法在實際應(yīng)用中具有極高
的有效性，將該方法應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床運動當(dāng)中可以有
效提高運動精度，為數(shù)控機(jī)床加工質(zhì)量提升提供技術(shù)
條件。
參考文獻(xiàn)
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Motion Error Correction Method for CNC Machine Tools Based on G-Code Modificati
NieNa
(Shandong Heze Information Engineering School, Heze Shandong 274000, China)
Abstract: Aiming at the current existing correction methods in the application of CNC machine tool motion error correction, there is still a
large deviation from the standard motion trajectory after the compensation of the CNC machine tool motion, and the effectiveness of the
correction is poor, the introduction of G-code modification, to carry out the research on the design of the correction method of the motion
error of CNC machine tools. According to the characteristics of CNC machine tool movement, it is divided into tool segment and workpiece
segment, and the position expression function is determined respectively to construct the CNC machine tool movement error model. On this
basis, G-code modification is introduced to complete the error compensation correction of CNC machine tools for their linear and circular
arc motions, respectively. Through comparative tests, it is proved that after the application of the new correction method, the actual
trajectory of the CNC machine tool is basically consistent with the standard trajectory, and it has very high motion accuracy, which fully
embodies the effectiveness and feasibility of the error correction method.
Key words: G-code; CNC correction; motion error; trajectory; accuracy

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