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1、掘进机镜面清扫装置除尘刷合理工作参数研究简要：摘 要: 矿井掘进工作面作业环境差，因粉尘浓度高、潮湿，掘进期间煤泥极易粘附于镜面上。基于此，文章提出一种掘进机摄像仪镜面清扫装置。此装置通过喷嘴吹扫和除尘刷清扫相结合的方摘 要: 矿井掘进工作面作业环境差，因粉尘浓度高、潮湿，掘进期间煤泥极易粘附于镜面上。基于此，文章提出一种掘进机摄像仪镜面清扫装置。此装置通过喷嘴吹扫和除尘刷清扫相结合的方法，迫使煤泥脱落。为获得除尘刷合理工作参数，特开展现场试验研究，试验结果证明: 当铁皮安装螺距 s 取 8 mm、刷毛丝径 d 取 0.2 mm、镜面压缩量d 取 2.6 5.3 mm 时，除尘刷除尘效果最好。
2、关键词: 掘进机; 摄像仪镜面清扫; 刷毛丝径; 煤泥去除率; 合理工作参数李振东， 煤 发表时间：2022-10-11随着煤炭开采技术的快速开展，掘进技术得到迅猛突破，同时随着国家煤矿智能化建设步伐的加快，按照人少那么安的原那么，掘进面无人化掘进已逐步提上日程。为到达这一目标，需要掘进机能够自主识别掘进面的环境1，这就需要摄像仪替代掘进机司机来甄别作业环境2-3。由于掘进工作面作业条件恶劣、粉尘浓度高、潮湿等造成掘进机割煤期间煤泥极易聚集在摄像仪镜面上4-5，假设由工人进行现场清洁将会阻碍智能化掘进工作的进展，所以急需一种掘进机摄像仪镜面清扫装置。我国科研工作者为此开展了大量的研究。胡而已等
3、6研究出一种揭膜式镜头除尘技术，其可结合图像质量判定当积尘增大时通过三叉戟钩爪揭开防尘膜，而由于受到揭膜次数的限制，难以到达镜头自动清洁的要求; 刘光芒等7将清洁头安设于步进电动机转子内，控制步进电动机实现清洁摄像头镜面污渍，但因步进电动机结构复杂、体积庞大、安装非常不便; 兰熙等8设计了摄像头自动清洗装置，现场解决了局部除尘问题，但采用清洁液与雨刷相结合的方式易发生二次污染，另外此装置结构较复杂、不便于维护保养; 丁振华等9研发出一种矿下风水组合冲洗摄像头的除尘装置，此设备的问题是，当作业环境中粉尘浓度高、湿度大时，水汽与粉尘结合后易粘附在摄像仪镜面上; 张福明等10自主研发一种监控摄像机视
4、窗自动清洁装置，借助所搜集的能见度数据分析判定视窗的干净程度，到达自动快速除尘的目的，而由于矿井掘进面粉尘浓度高，依据能见度来实现自主清洁时，很容易判断失误。针对以上难题，本文引入喷嘴吹扫与除尘刷清扫相结合技术11-12，设计一种掘进机摄像仪镜面清扫装置，利用现场试验、数据分析，依据清扫效果得到除尘刷的合理工作参数。1 清扫装置工作原理掘进机摄像仪镜面清扫装置的原理为利用喷嘴吹扫摄像仪镜面，把粘附在镜面上的煤泥杂质吹干，接着转台工作牵引气动马达转动到镜面中部( 即镜头所处区域) ，气动马达开始旋转，牵引除尘刷转动执行镜面清扫任务。在清扫阶段，由于除尘刷刷毛受到挤压作用，在镜面形成摩擦力，处于镜
5、面上的煤泥受外力作用被去除13-15，清扫装置结构如图 1 所示，具体工作参数见表 1。2 除尘刷工作参数结合镜面清扫装置工作原理，掘进机摄像仪镜面上的煤泥清洁效果由除尘刷工作参数决定。除尘刷结构为滚筒式，通过植毛机把刷毛镶嵌在铁皮内部，按照一定螺距将铁皮焊接于除尘辊。当除尘刷转动至镜面中部时，除尘刷与镜面的相对位置见图 2。式中: d 为除尘刷刷毛相对摄像仪镜面的压缩量( 即镜面压缩量) ，mm; Dm 为除尘刷外径，mm; Dg 为除尘辊外径，取 16. 5 mm; Dt 为铁皮宽度，取 4.25 mm; dm1为右侧除尘辊至摄像仪镜面的距离， mm; ds 为除尘刷刷毛相对摄像仪外壳端面
6、的压缩量( 即端面压缩量) ，mm; dm2为摄像仪镜面至除尘刷中心的距离，mm; Sd 为摄像仪外壳端面至摄像仪镜面的距离，mm。刷毛数量 ns 采用公式( 3) ( 5) 计算: ns = Lt ( 3) Lt =HL /s ( 4) L = ( Dg ) 2 槡 +s 2 ( 5) 式中: Lt 为铁皮长度，mm; 为单位长度刷毛数量，根/mm; H 为刷毛覆盖长度，mm; L 为单层螺旋线长度，mm; s 为铁皮安装螺距，mm。除尘刷的工作参数由 3 个重要参数组成: 镜面压缩量d、刷毛丝径 d 以及铁皮安装螺距 s。在其他各条件不变时，镜面的清扫效果与除尘刷工作参数之间的关系为11:
7、 当镜面压缩量d 升高时，刷毛和镜面产生的摩擦力增大，清扫效果良好; 当刷毛丝径 d 增大，刷毛硬度增强，刷毛和镜面产生的摩擦力增大，清扫效果良好; 当铁皮安装螺距 s 减小，单位面积上作用于镜面的刷毛数量增多，清扫效果良好。但由于除尘刷自身工作参数限制，在转台转动时，摄像仪外壳对除尘刷产生的作用力过大，使得转台难以转到预定区域，导致除尘效果不佳，所以需进一步开展试验研究除尘刷的合理工作参数。3 现场试验为获得除尘刷合理的工作参数，构建掘进机摄像仪镜面清扫装置试验平台，分析除尘刷在不同工作参数下的清扫效果。所用的试验物品主要有: 选用开口角度 110的 11008 型喷嘴; 挑选型号不同的除尘
8、刷，要求除尘刷外径 Dm 均到达 60 mm，但刷毛丝径 d 和铁皮安装螺距 s 不同，刷毛材质选用 PP 复合丝，外表绝缘电阻要求在 104 106 范围，在刷毛内需要镶嵌抗静电材料，以杜绝静电电荷大面积聚集; 选用 80 目煤粉; 选用摄像仪的镜面直径要到达 38 mm、镜面中心直径要到达 16 mm。试验步骤如下: 首先把煤粉和水按照一定比例( 15 g 煤粉和 5 g 水) 均匀搅拌成煤泥，在摄像仪镜面进行涂抹; 启动喷嘴开始吹扫 45 s; 测量除尘刷镜面压缩量d 及端面压缩量ds; 启动气动马达牵引除尘刷执行清扫 20 s; 测量镜面上的剩余煤泥质量。除尘刷在清扫前后摄像仪镜面煤泥
9、情况如图 3 所示。从图 3 发现: 镜面清扫装置吹扫结束之后，处于摄像仪镜面中心的煤泥根本被完全去除。然而因摄像仪镜面存在挡圈，除尘刷刷毛工作区域受到阻挡，难以清扫挡圈的上方区域，因此在挡圈上部仍遗存少许煤泥。为进一步衡量清扫装置对镜面的清扫效果，引入煤泥去除率 K、摄像仪镜面中心煤泥去除率K1 这两个性能检验指标: K =W-Q W 100% ( 6) K1 = W-Q1 W 100% ( 7) 式中: W 为清扫前镜面煤泥质量，g; Q 为清扫后镜面剩余煤泥质量，g; Q1 为清扫后镜面中心处剩余煤泥质量，g。在铁皮安装螺距 s 取 8 mm 的条件下，刷毛丝径 d、镜面压缩量d 及端面
10、压缩量ds 不同时去除率的试验结果具体见表 2。由表 2 得到，在刷毛丝径 d 保持不变时，镜面压缩量d 和端面压缩量ds 增大，镜面中心煤泥去除率 K1 升高，然而当端面压缩量ds 增大至一定值时，摄像仪外壳将除尘刷卡住，难以清扫摄像仪镜面; 在镜面压缩量d 和端面压缩量ds 相同时，刷毛丝径 d 增加，镜面中心煤泥去除率 K1 升高。在刷毛丝径 d 取 0.2 mm、镜面压缩量d 取 2.6 5.3 mm 时，煤泥去除率 K 均超过 90%，镜面中心煤泥去除率 K1 到达 100%; 然而当刷毛丝径 d 取0.3 mm、仅在镜面压缩量d 取 2.6 3.5 mm 时，煤泥去除率 K 均超过
11、 90%，镜面中心煤泥去除率 K1 才 会 达 到 100%; 当镜面压缩量d 取 0.5 mm 和端面压缩量 ds 取 4.5 mm，刷毛丝径 d 由 0.2 mm 增到 0.3 mm，镜面中心煤泥去除率 K1 仅仅增大1.2%; 当刷毛丝径 d 取 0.4 mm 时，因除尘刷的刷毛硬度较大，难以完成清扫任务。因此可得到除尘刷的合理工况点为铁皮安装螺距 s 取 8 mm、刷毛丝径 d 取 0.2 mm、镜面压缩量d 取 2.65.3 mm 时，除尘刷除尘效果最好。在铁皮安装螺距 s 取 5 mm 的条件下，刷毛丝径 d、镜面压缩量d 和端面压缩量ds 不同时去除率的试验结果见表 3。由表 3
12、 发现: 当刷毛丝径 d 取 0.1 mm、镜面压缩量d 取 0.5 mm 时，除尘刷能执行清扫任务，煤泥去除率 K 到达 73.9%，镜面中心煤泥去除率 K1 到达 81.4%，比铁皮安装螺距 s 取 8 mm 时要高，但是达不到镜面清扫标准; 当 刷 毛 丝 径 d 分 别 取 0.2 mm、0.3 mm 和 0.4 mm 时，在端面压缩量ds 取最小值条件下，摄像仪外壳将除尘刷卡住，难以开展清扫任务，原因是铁皮安装螺距 s 太低，使得刷毛数量太高。4 结 语镜面清扫装置的工作方式为通过喷嘴吹扫与除尘刷清扫的手段，迫使粘结于镜面上的煤泥风化去除。现场试验结果证明: 除尘刷的合理工况点为铁皮安装螺距 s 取 8 mm、刷毛丝径 d 取 0.2 mm、镜面压缩量d 取 2.65.3 mm 时，煤泥去除率 K 超过 90%，镜面中心煤泥去除率 K1 到达 100%，除尘刷除尘效果最好。
