采煤機(jī)自動調(diào)高系統(tǒng)研究及其應(yīng)用

張曉全

(山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司官地煤礦，山西 太原 030022)

0 引言

采煤機(jī)是礦業(yè)機(jī)械中極其重要的設(shè)備，它集液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)等大型復(fù)雜的系統(tǒng)于一身[1]。當(dāng)采煤機(jī)進(jìn)行工作時，煤層厚度發(fā)生變化，采煤機(jī)的滾筒也應(yīng)適時發(fā)生改變，這就要求采煤機(jī)擁有調(diào)高機(jī)構(gòu)，而在一般采煤機(jī)中，這一機(jī)構(gòu)都是采煤機(jī)液壓系統(tǒng)提供動力的。調(diào)高機(jī)構(gòu)常常被稱作采煤機(jī)核心機(jī)構(gòu)，它的性能不僅能夠影響采煤機(jī)的穩(wěn)定性，還影響著礦井的生產(chǎn)效率。因此，采煤機(jī)自動化調(diào)高系統(tǒng)對于礦井生產(chǎn)和發(fā)展是十分必要的。文中討論了采煤機(jī)自動調(diào)高系統(tǒng)的優(yōu)點，以及采煤機(jī)自動調(diào)高系統(tǒng)中液壓控制系統(tǒng)的特點；分析采煤機(jī)自動調(diào)高系統(tǒng)的組成及其原理；探討采煤機(jī)自動調(diào)高系統(tǒng)在實踐中的應(yīng)用。

1 采煤機(jī)自動調(diào)高在煤礦生產(chǎn)中的作用

由于井下工作環(huán)境極其惡劣、復(fù)雜，并且采煤工作面噪聲大、粉塵多，僅僅依靠采煤機(jī)司機(jī)的眼睛和耳朵是很難準(zhǔn)確、及時地判斷出采煤機(jī)的實際截割狀態(tài)和頂?shù)装宓奈恢肹2]。若因采煤機(jī)滾筒的位置調(diào)整得過于保守而切割過少，則會導(dǎo)致煤層開采不充分，造成資源的浪費；若因滾筒高度調(diào)整不當(dāng)而切割頂?shù)装?，則會加劇截齒的磨損，也會造成采煤機(jī)機(jī)械、液壓及電氣系統(tǒng)的零部件的損壞，進(jìn)而影響整機(jī)的可靠性。對于高瓦斯礦井，切割頂?shù)装鍘r石產(chǎn)生的火花，還極易引起瓦斯爆炸，造成煤礦事故。因此，為解決以上問題，十分有必要對采煤機(jī)自動調(diào)高技術(shù)進(jìn)行研究。采煤機(jī)自動調(diào)高不僅可以減輕工人的勞動強度，加強工作面的安全保障，同時還能夠提高回采率，減低設(shè)備損耗和故障率，因此，對采煤機(jī)自動調(diào)高的研究意義重大。

2 系統(tǒng)的優(yōu)點

2.1 采煤機(jī)自動調(diào)高系統(tǒng)的優(yōu)點

保持輸出功率：采煤機(jī)在要求工作的時間內(nèi)可以保持足夠的輸出功率，以此來滿足轉(zhuǎn)速和力矩的要求，使該系統(tǒng)在工作期間內(nèi)保持動力充足[3]。

動態(tài)特性：采煤機(jī)具有較好的動態(tài)特性，當(dāng)受到的載荷較大時，即在大慣性負(fù)載的情況下，采煤機(jī)具有良好的穩(wěn)定性。

調(diào)負(fù)載能力：當(dāng)采煤機(jī)遇到振動、過載、過高過低溫情況時，該系統(tǒng)的調(diào)負(fù)載剛度較大，調(diào)整能力較強，能夠迅速有效地阻止反操作情況。

使用壽命：該系統(tǒng)還具有壽命長、質(zhì)量輕、穩(wěn)定性強等優(yōu)點，其成本低，使用和維護(hù)也較為方便，很利于操作。

2.2 液壓控制系統(tǒng)的優(yōu)點

力矩大：質(zhì)量輕、體積小，在很小慣性情況下可有較大的力矩。

散熱好：具有良好的散熱性，液壓控制系統(tǒng)中的液壓油不僅可以有效散熱，還可以對采煤機(jī)起到散熱作用[4]。

易控制：雖然礦井條件惡劣，空氣較為潮濕，工作中存在很多易燃易爆氣體，采煤機(jī)在調(diào)高過程中，機(jī)構(gòu)工作中受到較大的負(fù)載影響，但根據(jù)液壓控制系統(tǒng)的特點，綜合調(diào)高可靠性和靈敏性等方面考慮，液壓控制系統(tǒng)可以較好地適用于采煤機(jī)滾筒調(diào)高控制方面，形成完善的采煤機(jī)自動調(diào)高系統(tǒng)。

3 采煤機(jī)自動調(diào)高系統(tǒng)

滾筒調(diào)高機(jī)構(gòu)是采煤機(jī)的重要組成部分，它在采煤機(jī)進(jìn)行工作時起著調(diào)整采煤機(jī)高度的作用，這樣可以使采煤機(jī)適應(yīng)煤層厚度的變化，確保礦井進(jìn)行穩(wěn)定而又可靠的生產(chǎn)。而對于采煤機(jī)自動調(diào)高系統(tǒng)來說，它是利用液壓系統(tǒng)對采煤機(jī)調(diào)高機(jī)構(gòu)進(jìn)行預(yù)先的設(shè)置，然后當(dāng)采煤機(jī)工作時，采煤機(jī)可以根據(jù)采場情況進(jìn)行高度調(diào)節(jié)。

3.1 采煤機(jī)自動調(diào)高系統(tǒng)的組成

采煤機(jī)自動調(diào)高系統(tǒng)主要是由自適應(yīng)調(diào)高機(jī)構(gòu)和記憶路徑跟蹤機(jī)構(gòu)構(gòu)成，這2部分將調(diào)高液壓控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)相連。

記憶路徑跟蹤是指找由人工操縱采煤機(jī)，對煤巖體率先完成進(jìn)刀，在此期間，采煤機(jī)自動調(diào)高系統(tǒng)收集采煤機(jī)工作時的位置信息以及調(diào)高油缸位移傳感器的相關(guān)數(shù)據(jù)，然后將收集的數(shù)據(jù)存入記憶數(shù)據(jù)庫中。之后，采煤機(jī)的滾筒高度均根據(jù)記憶數(shù)據(jù)庫的相關(guān)數(shù)據(jù)，由PLC控制器，自動控制調(diào)高油缸活塞的位移以及控制信號驅(qū)動電液壓換向閥的動作，形成回路，實現(xiàn)采煤機(jī)的自動調(diào)高。

自適應(yīng)調(diào)高是指在記憶路徑跟蹤的過程中，如煤層條件發(fā)生變化，采煤機(jī) PLC控制器根據(jù)截割負(fù)載的異常狀態(tài)，通過控制信號驅(qū)動液壓控制系統(tǒng)自動將滾筒調(diào)節(jié)至適宜高度，并自動記憶調(diào)整過的工作參數(shù)，作為下一刀滾筒自動調(diào)高的工作參數(shù)。

3.2 采煤機(jī)自動調(diào)高系統(tǒng)的工作原理

在煤礦中，采煤工作面一般都采用雙滾筒采煤機(jī)，而采煤機(jī)是通過切割部調(diào)節(jié)，搖臂調(diào)節(jié)以及機(jī)身調(diào)節(jié)方式完成采煤機(jī)滾筒的調(diào)高。這3種調(diào)節(jié)方式都是利用油缸活塞的伸縮來完成調(diào)高這一任務(wù)，但它們的調(diào)節(jié)驅(qū)動方式和調(diào)節(jié)位置有所不同。當(dāng)前，搖臂調(diào)節(jié)方式在世界范圍內(nèi)應(yīng)用的最為廣泛，這種調(diào)節(jié)方式具有調(diào)節(jié)范圍廣泛以及調(diào)節(jié)靈敏度和穩(wěn)定性高的特點。文中的采煤機(jī)自動調(diào)高系統(tǒng)采用搖臂式的調(diào)節(jié)方式，通過液壓控制系統(tǒng)實現(xiàn)采煤機(jī)的自動調(diào)高，如圖1為自動調(diào)高系統(tǒng)的原理圖。

當(dāng)采煤機(jī)進(jìn)行割煤時，利用電動機(jī)來調(diào)整液壓泵運行，壓力油從油箱途經(jīng)吸油過濾器然后進(jìn)入液壓泵，當(dāng)采煤機(jī)高度無需改變時，壓力油流回油池；在采煤機(jī)高度由于采場條件變化需要升降時，壓力油經(jīng)調(diào)高換向閥進(jìn)入調(diào)高油缸，調(diào)高油缸排油腔的油液經(jīng)調(diào)高換向閥回油池，直到滾筒調(diào)整到位即調(diào)高換向閥停止操作為止。該調(diào)高換向閥是手、液兩控?fù)Q向閥的先導(dǎo)閥，是為實現(xiàn)滾筒調(diào)高的自動控制的重要機(jī)構(gòu)。在整個液壓自動控制調(diào)高系統(tǒng)中，雙向液壓鎖起著十分重要的作用。當(dāng)采煤機(jī)處于調(diào)高狀態(tài)，雙向液壓鎖可以實現(xiàn)調(diào)高油缸的平穩(wěn)工作，減小壓力波動，增加液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性；當(dāng)采煤機(jī)處于緊鎖狀態(tài)，雙向液壓鎖可以鎖住調(diào)高油缸兩腔的液壓油，保持滾筒可以進(jìn)行正常工作。

當(dāng)利用液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行采煤機(jī)自動調(diào)高時，它會在遵從記憶切割路徑的基礎(chǔ)上對滾筒切割到巖石的異常狀態(tài)做高度的自動調(diào)節(jié)，不僅可彌補記憶截割過于依賴人的行為所帶來的延遲性以及隨機(jī)性，避免單一傳感器穩(wěn)定性、可靠性差和精度低等所帶來的問題，而且能夠有效解決采煤機(jī)滾筒根據(jù)采場條件變化來實現(xiàn)自動調(diào)高的問題。

圖1 采煤機(jī)自動調(diào)高系統(tǒng)原理圖

3.3 采煤機(jī)自動調(diào)高系統(tǒng)的應(yīng)用

平煤六礦由于煤層厚度變化較為頻繁，因此，該煤礦引進(jìn)了采煤機(jī)自動調(diào)高系統(tǒng)。針對煤礦201采場進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集，分析以及處理。201工作面采用MG/1130型電牽引采煤機(jī)，該采煤機(jī)利用液壓系統(tǒng)對其實現(xiàn)自動化控制并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。每間隔200 ms進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，共有500個采集點，采煤機(jī)滾筒高度值共有600個，最終得出調(diào)高系統(tǒng)調(diào)高誤差不超過0.070 m，說明系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好。

4 結(jié)語

采煤機(jī)實現(xiàn)自動化控制是提高煤礦礦井生產(chǎn)效率的重要手段，也是煤礦發(fā)展的必然趨勢。文中所論述的采煤機(jī)自動調(diào)高系統(tǒng)，是利用液壓系統(tǒng)實現(xiàn)采煤機(jī)搖臂自動控制，從而實現(xiàn)采煤機(jī)滾筒的調(diào)高。這一系統(tǒng)滿足了煤礦生產(chǎn)的需要，配合煤巖自動識別系統(tǒng)對提高礦井生產(chǎn)的效率和煤礦機(jī)械的發(fā)展水平，具有十分重要的意義。