带式输送机不停机更换托辊机器人研究与应用

田立勇1，唐瑞1，于宁1，杨秀宇1,2秦文光３ （1.辽宁工程技术大学机械工程学院；2.中煤天津设计工程有限责任公司；3.中煤华晋集团有限公司）

摘要：针对带式输送机托辊更换频繁、人工更换工具笨重、作业劳动强度大、停机更换效率低等问题，以王家岭煤矿主平硐带式输送机为研究对象，根据巷道参数和更换托辊流程，研究不停机更换托辊机器人，制定机器人总体研究方案。基于功能分析法与不停机更换托辊理论研究，利用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件建立机器人三维实体模型，并对行走机构、姿态调整平台、伸缩支撑平台、拆装机械手参数进行优化。通过ＡＮＳＹＳ　Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件对支撑平台和皮带举升机构进行有限元分析，伸缩支撑平台采用滑轨式结构，滑轨在悬臂和举升额定载荷下应力分别为１５．６４７ＭＰａ和６６．３９５ＭＰａ，最大变形位移出现在额定载荷条件下，位移为１．０７４２ｍｍ。皮带举升机构选用剪叉式结构，额定举升时最大应力为１５２．８２ＭＰａ，最大位移为０．７３３１ｍｍ。依据设计参数加工机器人样机，以功率为６４ｋＷ 的柴油发动机为动力，通过液压马达驱动履带行走，速度范围在３～８ｋｍ／ｈ，姿态调整平台可实现升降高度０～３５７ｍｍ、俯仰角度±１５°、侧倾角度－４°～７°、旋转角度－１０°～２０°、横移范围０～４００ｍｍ、纵移范围０～３５０ｍｍ，多级伸缩机构采用组合滑轨方式实现平台０～2.1ｍ 伸缩，采用五自由度机械手可实现对不同位置托辊进行拆装。通过地面及井下试验测试对机器人样机的行走、姿态调整、举升皮带、拆装托辊功能进行试验验证，结果表明：机器人在主平硐狭窄巷道行驶通过性良好，伸缩支撑平台在输送机不停机状态下举升皮带最大高度为２４１ｍｍ，为机械手拆装不同位置托辊提供足够操作空间以达到设计性能要求，研究带式输送机不停机更换托辊机器人可为煤矿带式输送机维修提供新途径。

关键词：带式输送机；维修机器人；更换托辊；不停机举升皮带