懸臂式掘進機的干涉分析及技術(shù)改造

王孝杰　李震

（兗礦東華重工有限公司再制造分公司采掘大修分廠，山東鄒城　273500）

懸臂式掘進機的干涉分析及技術(shù)改造

王孝杰李震

（兗礦東華重工有限公司再制造分公司采掘大修分廠，山東鄒城273500）

懸臂式掘進機是一種能夠?qū)崿F(xiàn)截割、裝載運輸、噴霧除塵以及自行走的聯(lián)合機組。其主要機構(gòu)一般為六部分，分別是切割臂、回轉(zhuǎn)臺、裝渣板、輸送機、轉(zhuǎn)載機以及履帶等部分，其優(yōu)點有調(diào)動靈活、強可靠性、高效率、所切割出的斷面整齊、欠挖量和超挖量均較小等。近年來懸臂式掘進機在井下巷道的施工作業(yè)中發(fā)揮出了強大的優(yōu)勢，被廣泛引用，因此懸臂式掘進機的用戶以及科研學(xué)者逐漸對該機械的施工技術(shù)重視起來，尤其是對懸臂式掘進機的機械干涉問題進行了探索研究。

懸臂式掘進機防干涉分析技術(shù)改造截割機構(gòu)

1　懸臂式掘進機的機械干涉問題

1.1懸臂式掘進機的干涉問題

為了保證該機械能夠有較好的裝煤效果，機械鏟板應(yīng)該更多的向前延伸，在機械自行走時鏟板需要抬起，避免出現(xiàn)機械的截割機構(gòu)進行切割煤巖或者挖柱窩煤時，未能及時抬起鏟板而出現(xiàn)機械干涉問題，導(dǎo)致機械事故。從懸臂式掘進機的整體設(shè)計方案來看，機械的防干涉方式有兩種，第一，無干涉設(shè)計，機械的切割機構(gòu)設(shè)置在最下端的位置，機械鏟板設(shè)置在最上端的位置，二者之間不會產(chǎn)生干涉；第二，利用一些外加元件對二者之間的干涉進行有效的控制。例如EBZ-120C式懸臂式掘進機的截割機構(gòu)與鏟板之間就會產(chǎn)生機械干涉問題。

1.2干涉問題分析

假設(shè)懸臂式掘進機的截割臂長度為La，機械鏟板的長度為Lb，二者產(chǎn)生的干涉長度為Lc，裝載裝置的長度為LY，機械的截割臂厚度為Ca，裝在裝置厚度設(shè)置為Cb，機械截割臂安裝高度設(shè)置為Ha，裝載裝置安裝高度設(shè)置為Hb，機械截割頭的臥底深度設(shè)置為Hc，機械截割臂運動的最大面積設(shè)置為βa，機械鏟板的最大活動面積設(shè)置為βc。為了達(dá)到機械的無干涉設(shè)計要求，也就是截割機構(gòu)處于最下端位置，鏟板位于最上端位置，二者之間不會產(chǎn)生機械干涉問題，則需要截割臂的頂端位置與鏟板的頂端位置之間的相對距離應(yīng)該大于等于0，設(shè)置兩點間的距離為Y，則

Y=Ha-（13sinβa+Ca/2）-［Hb-（14cosβc-Cb）可以得出βa的最大值為arcsin［（Ha-△H）/La］，得出Y=H-［13sinβa-14cosβc］≥Y0；H=Ha-Hb-C±/2-Cb；

其中Y0代表無干涉時截割臂與鏟板之間的距離最小值。有上述數(shù)式2可知，當(dāng)其他參數(shù)不變時，Y會隨著Ha的變化而變化，并且二者之間成正比，證明此時懸臂式掘進機不會發(fā)生截割臂與鏟板之間的干涉問題；當(dāng)其余參數(shù)不變時，Y會隨著參數(shù)Lc、Ca以及Cb中的一個參數(shù)或是幾個參數(shù)同時發(fā)生變化而變化，并且呈反比關(guān)系，這就表明此時懸臂式掘進機的截割臂與鏟板之間容易發(fā)生干涉問題。以懸臂式掘進機的具體參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)置為依據(jù)，對EBZ-120C式懸臂式掘進機的現(xiàn)場施工過程進行觀察，將機械鏟板水平放置，截割臂達(dá)到其運動的最大值時，鏟板由水平位置抬起，測量，發(fā)現(xiàn)鏟板的油缸千斤的伸出范圍在0毫米至50毫米、70毫米至260毫米內(nèi)，不會產(chǎn)生干涉問題；伸出范圍在50毫米至70毫米內(nèi)，則會出現(xiàn)干涉問題。

經(jīng)過在現(xiàn)場收集到的各項測量數(shù)據(jù)，為了避免出現(xiàn)干涉問題，需要將機械鏟板后方設(shè)置的擋煤板厚度由原本的厚度減少，至少減少50毫米?；蛘甙呀馗畋巯路皆O(shè)置的限位裝置拆除，但是該方法容易造成機械的損害，因此前者的方法更為實用。

2　防止懸臂式掘進機出現(xiàn)干涉問題的新方法

2.1利用液壓回路對限位進行控制

在解決干涉問題時，無干涉設(shè)計存在較多的弊端，因此該方案并不被提倡。這就需要在設(shè)計懸臂式掘進機時，對防干涉設(shè)計方案實施有效的改進措施。利用液壓回路對限位進行有效控制的工作原理是，安置一個電磁換向閥實施對機械液壓油路的控制作業(yè)，使截割臂與鏟板的活動方向能夠受到一定的控制，完成防干涉設(shè)計。這種方法需要在截割臂與鏟板之間的旋轉(zhuǎn)軸位置安置一個角位移傳感器，或者是在液壓缸內(nèi)設(shè)置一個直線式位移傳感器，利用計算機系統(tǒng)收集并處理相關(guān)數(shù)據(jù)信息，利用控制系統(tǒng)對已經(jīng)處理過的數(shù)據(jù)進行判斷，從而發(fā)出控制液壓系統(tǒng)中的電磁換向裝置的指令，控制油路的狀態(tài)。加入計算機系統(tǒng)收集到大于標(biāo)準(zhǔn)值的信息，截割臂與鏟板不會受到指令的控制，相反，收集到小于或等于標(biāo)準(zhǔn)值的信息時，二者的活動就會收到限制。

2.2可視化預(yù)警設(shè)計

可視化預(yù)警設(shè)計需要與懸臂式掘進機的控制設(shè)計相結(jié)合完成，該設(shè)計方法根據(jù)礦井內(nèi)部，截割機截割出的斷面大小、精度以及形狀，由計算機系統(tǒng)對傳感器傳輸?shù)溺P板與截割臂的位移數(shù)據(jù)進行收集和處理，再利用顯示器顯示出當(dāng)前掘進機的截割頭作業(yè)完成的截割軌跡、截割臂以及鏟板的位置的圖像信息和數(shù)據(jù)信息，及時啟動預(yù)警裝置，保證操作掘進機的施工人員對截割斷面的相關(guān)信息能夠了如指掌。該方法通過圖像、圖形的顯示對下一步施工進行提示，能夠及時的修正截割斷面的形狀，并且可以及時的避免錯誤操作導(dǎo)致的機械干涉。

2.3利用截割頭記憶程控截割

該方法的工作原理是，依據(jù)巷道的斷面大小和施工處的地質(zhì)條件，制定截割施工方案，并且該方案制定的關(guān)鍵在于具有針對性。在初次截割施工時，在手動操作的過程中要對機械的電液比例、截割軌跡進行嚴(yán)格控制，這是因為此次截割頭的運動軌跡需要做后期截割頭自行循環(huán)運動的樣本。在截割過程中需要對截割軌跡進行多次修正，對工作參數(shù)進行多次調(diào)整已保證斷面的各因素精度。

3　結(jié)語

科技的進步和發(fā)展對煤礦巷道的安全性能以及質(zhì)量要求越來越高，近年來巷道施工正在朝著自動控制方向不斷前進，懸臂式掘進機的智能化發(fā)展也是順應(yīng)時代的發(fā)展要求。礦山機械的發(fā)展也加入了計算機技術(shù)以及微電子技術(shù)的應(yīng)用，以此提升了礦山機械的工作效率和質(zhì)量，并且有效的避免出現(xiàn)由于機械干涉問題而產(chǎn)生的事故，能夠保障巷道施工的安全。

［1］謝達(dá)文.懸臂式掘進機與控制爆破組合式隧道開挖技術(shù)試驗研究［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2015（03）.

［2］吳淼，賈文浩，華偉等.基于空間交匯測量技術(shù)的懸臂式掘進機位姿自主測量方法［J］.煤炭學(xué)報，2015（11）.