132型掘進(jìn)機(jī)電液控制系統(tǒng)的研究

張志忠

（陽煤集團(tuán)三礦， 山西 陽泉 045008）

引言

隨著煤炭工業(yè)的推進(jìn)，煤炭生產(chǎn)技術(shù)與機(jī)械水平有了很大的發(fā)展，但也暴露了很多問題，如：掘進(jìn)技術(shù)比較落后，成為影響煤炭發(fā)展的因素，甚至嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。將132型懸臂掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用到煤礦生產(chǎn)中，擁有行走、截割、裝運(yùn)等多項功能，適合任意形狀的斷面截割，同時也是當(dāng)前掘進(jìn)機(jī)市場廣泛需要的設(shè)備。

1 132型掘進(jìn)機(jī)的組成及特點

1.1 132型掘進(jìn)機(jī)的組成

132型懸臂式掘進(jìn)機(jī)的切割與總裝機(jī)功率分別是132 kW和242 kW，煤巖切割厚度在60～70 MPa間，使用機(jī)械與液壓兩種形式，具有運(yùn)行平穩(wěn)、可靠簡便、截割效率高等特點?？梢允褂肞LC（可編程控制器）進(jìn)行控制，同時配備中文液晶顯示屏，切實說明油箱溫度、切割功率與系統(tǒng)壓力，各項顯示與保護(hù)功能都很齊全，還配有噴霧水泵增壓結(jié)構(gòu)，為其提供5 MPa的噴霧系統(tǒng)壓力水，以達(dá)到控制截割火花與粉塵的效果。

從設(shè)備組成來看：它由行走、裝運(yùn)、試壓與截割等多個系統(tǒng)組成，截割部分專門針對頭部驅(qū)動實施有效的巷道截割，截割頭部時，噴霧水泵會借助水把導(dǎo)管傳遞給截割頭，以達(dá)到控制塵土、確保生產(chǎn)效率的要求。行走系統(tǒng)是借助驅(qū)動鏈促進(jìn)整個掘進(jìn)機(jī)正常工作；操作系統(tǒng)能保障整個掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)正常轉(zhuǎn)向、前進(jìn)與退縮，最終達(dá)到控制速度的根本要求。

從裝運(yùn)機(jī)構(gòu)的組成來看：它由裝載與運(yùn)輸兩個部分構(gòu)成，在星輪傳動的基礎(chǔ)上，煤炭自巷道中輸出，而液壓泵則更多的是油箱與泵站組成。在整個工作中，液壓泵為132型掘進(jìn)機(jī)給予了很好的動力支撐，運(yùn)行功率與系統(tǒng)壓力分別為：110 kW與16 MPa。對于開放型回路系統(tǒng)，有先導(dǎo)式與振動式兩種。

從電氣系統(tǒng)的構(gòu)成來看：它由操作箱、控制箱與照明燈組成，在控制部分還使用了PLC以說明設(shè)備運(yùn)行情況，確保相關(guān)系統(tǒng)正常通行[1]。

1.2 系統(tǒng)的特點

1）截割功率大?？v軸截割是它的主要形式，修巷時功率整體偏大，適合各種各類生產(chǎn)環(huán)境，工作效率較高。

2）工作穩(wěn)定性好。截割部分是小直徑截割頭，并且單刀力大，所以破巖能力很好，同時設(shè)備的振動與噪聲小，能保障系統(tǒng)穩(wěn)定。

3）轉(zhuǎn)載效率偏高。在煤炭裝載中，該系統(tǒng)使用的是弧線星輪裝載機(jī)構(gòu)，它不僅能改善生產(chǎn)效率，還能控制低回煤量。

4）符合各類煤炭的運(yùn)輸要求。它把雙鏈運(yùn)輸機(jī)引入其中，這不僅符合煤炭普通運(yùn)輸要求，同時還保障了煤炭運(yùn)輸?shù)钠椒€(wěn)性與可靠性。

5）作用更全面。在主回電路中使用的是660 V/1 140 V電壓，同時整合PLC控制系統(tǒng)，及時說明設(shè)備性能與運(yùn)行狀態(tài)，方便保護(hù)設(shè)備[2]。

2 掘進(jìn)機(jī)電氣系統(tǒng)工作原理

因為電氣系統(tǒng)應(yīng)用的電源不屬于本安電源，所以需要借助光耦板做好隔離工作。采集信號期間，需要在電流傳感器、溫度等作用下把信號傳輸?shù)阶兯推魃?，再傳遞給可編程控制器，經(jīng)過詳細(xì)分析后，再由PLC發(fā)送指令。PLC控制器中安裝有對應(yīng)的輸出輸入設(shè)備與I/O模塊，若在人機(jī)交互界面裝有交流模塊，就能提高設(shè)備操作的舒適性。對于工業(yè)局域網(wǎng)，為了確保通訊網(wǎng)絡(luò)正常，需要在設(shè)備中設(shè)置各種I/O模塊，這些模塊的使用也為推廣PLC提供了很多便利。在PLC輸出接口中，它使用的是晶閘管、晶體管與繼電器進(jìn)行輸出，為了避免輸入端遭到外界輻射與電磁影響，必須從輸入接口就做好防護(hù)與隔離工作，一般情況是使用光電耦合器。另外，將RC濾波器應(yīng)用到設(shè)備中，能有效解決觸電振動帶來的各種操作問題，同時在線路上也應(yīng)做好隔離工作，這樣才能從整體上保障系統(tǒng)穩(wěn)定、正常、安全進(jìn)行。

主令操作箱、主電控箱、外圍設(shè)備是電氣系統(tǒng)的工作流程，第一步需要轉(zhuǎn)化動作開關(guān)信息，然后由主電控箱接收信息，并且完成信息傳遞與分析工作。在這期間，電控箱與操作箱間的信息傳遞是最核心的操作。在實踐生產(chǎn)中需要20多根管線進(jìn)行連接，方便掘進(jìn)工作的展開，這樣才能不斷拓展巷道。在整個作業(yè)過程，任何線路出現(xiàn)問題，都會影響系統(tǒng)運(yùn)行。針對這種情況，設(shè)計人員會選用PLC控制模式，它具有重量輕、體積小、安裝方便、操作快捷等優(yōu)點，并且整個操作過程非常簡單。PLC操作模塊明了、簡單，響應(yīng)速度快，并且操作便于理解，對人機(jī)給予了很好的考慮，同時也為使用者提供了便利[3]。

3 132型掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理及其改進(jìn)

3.1 液壓系統(tǒng)的工作原理

132型掘進(jìn)機(jī)屬于開式回路結(jié)構(gòu)，使用2臺三聯(lián)齒輪泵供油，有6路油輸出，并且每個油泵都安裝溢流閥，以達(dá)到保護(hù)系統(tǒng)的目的。在升降液壓缸期間，借助第2聯(lián)閥進(jìn)行控制，以達(dá)到下降、抬升工作臂的目的。設(shè)備的抬升與推進(jìn)是借助第3聯(lián)閥進(jìn)行控制，手柄往前推動時，活塞桿會因為受力而收縮，同時機(jī)械高度也隨之降低，相反機(jī)械將抬升。液壓缸壓力較大時，就必須安裝雙回路自閉閥，手柄處在中心位置，就能收到平衡的效果。

3.2 液壓元件的選用與實現(xiàn)

多點壓力表開關(guān)主要用于壓力與油路間的連接與轉(zhuǎn)化，在多點壓力表阻力影響下，確保壓力表正常進(jìn)行，以控制急劇跳動。當(dāng)液壓系統(tǒng)使用5KB-G8M-SYR型多點壓力表時，該壓力表利用閥芯進(jìn)行連接調(diào)整，這樣就能迅速得到油路系統(tǒng)的壓力狀態(tài)。在多路換向回路中，該回路由多路閥、油閥、回油閥組成，其工作壓力是16 MPa，專門負(fù)責(zé)壓力元件保護(hù)工作，它屬于組合閥整體控制結(jié)構(gòu)設(shè)備。在這種液壓系統(tǒng)中使用多路換向閥，以達(dá)到油壓泵多路換向供油與控制的要求，其中每個換向閥都能獨(dú)立的完成換向工作，這樣才能保障系統(tǒng)正常進(jìn)行。

3.3 裝載回路的改良

針對傳統(tǒng)的裝載回路，通常1個油泵供液有2個動力馬達(dá)，但在，裝煤時常發(fā)生故障。這種情況多是生產(chǎn)過程造成的，耙爪上會存在截割煤巖，如果耙爪阻力超過額定數(shù)值，此時耙爪就會工作。針對上述情況，液壓軸會利用三聯(lián)齒輪泵輸出，在原有的工作基礎(chǔ)上利用三聯(lián)齒輪泵讓油液傳輸給對應(yīng)的部分，此時扭矩增加，耙爪擁有了新的動力。由于液壓系統(tǒng)中的分流集流閥會不斷增加，2個耙爪保持相等，以達(dá)到掘進(jìn)機(jī)星輪同步進(jìn)行的目的[4-5]。

4 結(jié)語

在國內(nèi)煤礦工業(yè)生產(chǎn)日漸規(guī)范、不斷發(fā)展的當(dāng)下，必須不斷優(yōu)化掘進(jìn)機(jī)的電液控制體系，以達(dá)到增強(qiáng)故障診斷與模塊化控制的目的。在系統(tǒng)優(yōu)化與設(shè)計時，要充分考慮到各種生產(chǎn)要素與外部影響因素，達(dá)到在保障生產(chǎn)質(zhì)量的同時不斷提高生產(chǎn)效率的效果。

[1] 劉慶忠.132型掘進(jìn)機(jī)電液控制系統(tǒng)的研究[J].機(jī)械管理開發(fā)，2016（10）：130-131；153.

[2] 楊二孩.132型掘進(jìn)機(jī)電液控制系統(tǒng)的研究[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2012（6）：210.

[3] 王衛(wèi)東.對132型掘進(jìn)機(jī)電液控制系統(tǒng)的探討[J].煤礦機(jī)械，2013，34（5）：205-207.

[4] 李軍利，廉自生.懸臂式掘進(jìn)機(jī)工作裝置的變結(jié)構(gòu)力控制研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2011，39（12）：88-91；95.

[5] 杜衛(wèi)國.盾構(gòu)柔性推進(jìn)電液控制策略研究[J].城市建設(shè)理論研究，2016（4）：876.