礦井液壓支架智能清洗設備的研發(fā)與應用

王振宇

（西山煤電集團山西清洗科技有限公司， 山西 太原 030053）

1 礦井液壓支架清洗現狀

目前，我國各支架修理單位普遍采用人工清洗加清水沖洗的方式來清洗液壓支架，該方法必須有2～5人一起協作方可完成，并且具有工人勞動強度大、耗水量大、效率低等缺點。也有部分企業(yè)用乳化液泵做動力，雖清洗效率有所提高，但排放污染非常嚴重，對環(huán)境會造成較大的影響。另一種清洗方法是工人手持高壓水槍清洗，工作效率比傳統(tǒng)方法有所提高，污染也得以降低。但是，此方法最大的缺點就是工人的工作環(huán)境極其惡劣，例如工人經常被反彈的高速煤渣打傷，對操作工人是一種潛在的危險；同時水槍的巨大后座力增加了清洗工人的勞動強度，降低了生產效率[1]。

2 清洗機器人機構設計

設計制造一種自動化的清洗設備，用六自由度的機械臂代替人手，由機械臂“握持”高壓水槍，運動到相應的空間位置和空間姿態(tài)，使水槍對準液壓支架上需要清洗的部位，利用噴射的高壓水流達到清洗的目的?？紤]到液壓支架的體積比較龐大，為對其進行徹底清洗，設計了一種由液壓缸驅動的直線移動滑臺，機械臂底座固定在滑臺上，滑臺帶動機械臂沿著平行液壓支架側面的方向直線移動，實現多工位清洗，增大其工作空間。

液壓支架重點清洗區(qū)域的清洗由兩臺機器人協作完成，機器人分居液壓支架兩側，呈對角分布，分別完成液壓支架的單側的清洗工作。機器人底座固定在可移動的液壓滑臺上，滑臺導軌與液壓支架單側平行，機器人可沿著導軌滑動，實現多工位清洗[2]。

在執(zhí)行清洗工作前，機器人需要首先完成示教工作，獲取關鍵點位數據并儲存。需要清洗時，只需使機器人復現已示教點，帶動高壓水槍自動移動，完成清洗。針對不同型號的液壓支架，應分別示教機器人，并將獲得的點位數據編號，對號入座，以免張冠李戴。

首先，完成機械部件的安裝和調試，包括液壓驅動的移動平臺的安裝、機器人電纜拖鏈和水管拖鏈的安裝、外部防護罩的安裝；其次，完成外圍設備的布置規(guī)劃，包括液壓站的位置選擇，高壓水管道、液壓油管道的布置，控制柜的布置以及系統(tǒng)走線的規(guī)劃等；之后完成開關電源、繼電器、CS8C控制器等電器元件的安裝和接線，并調試成功；最后，在搭建好的平臺上，示教點位數據，編寫程序，試驗清洗效果。按此方式完成2～3臺液壓支架的清洗程序編寫。另外，集中時間對工人進行培訓，掌握系統(tǒng)的操作方法。

液壓支架清洗機器人機構簡圖如圖1所示，實物圖如下頁圖2所示，其主要包括液壓移動平臺、六自由度機械臂、水槍組件。液壓移動平臺是一個由液壓缸驅動的可作水平直線運動的平臺，主要由焊接在地面上的支架體、安裝在支架體上的直線滑軌、底面安裝有滑塊的機械臂底座以及用作動力驅動的液壓缸組成。該平臺用來固定和支撐六自由度機械臂，并能使機械臂沿直線導軌水平移動。水槍組件固定在六自由度機器臂末端法蘭盤上，由機械臂夾持水槍運動到空間確定的位置和姿態(tài)，進行清洗作業(yè)。

圖1 液壓支架清洗機器人機構簡圖

圖2 液壓支架清洗機器人機構實物圖

3 清洗機器人主要功能

液壓支架智能清洗系統(tǒng)可實現4.0 m×1.5 m×2.5 m規(guī)格范圍內液壓支架的清洗。清洗速率為20 min/臺。機械手的負載能力滿足水槍持重和高壓水開啟瞬間后坐力的要求。水槍質量為20 kg。清洗時可能有煤屑飛出，機械臂做好自身防護。液壓支架經清洗機器人清洗，能有效清除液壓缸體鉸接處和四連桿機構鉸接處嵌藏的煤和煤矸，最終整體支架的清結度應達到90%以上[3]。編制擴展性好、柔性高的清洗程序能對不同型號、不同外形、不同大小的液壓支架進行準確、有效的清洗。

4 機器人清洗方式

清洗機器人的清洗過程包括清洗順序、清洗時水槍的空間角度、高壓水射流的壓力、不同部位清洗時長的安排。液壓支架呈長方體形狀，長、寬、高分別約為7 m、1.5 m、2.5 m，外形體積較大。針對液壓支架不同部位污垢的特征，采用不同的清洗策略，既可以提高清洗效果，又可以加快清洗速率。

清洗順序為先上后下、從里到外，即先清洗液壓支架的頂梁上表面和側面，去除表面銹皮和少量煤矸石。再使水槍向下移動，清洗液壓支架的底部，重點去除柱窩等處嵌藏的煤矸石。并且先沖洗液壓支架上靠近機械臂的內側，將銹皮和煤矸石沖到遠離機械臂的外側，然后沖洗其外側，將沖出的煤渣徹底清除出去。這種清洗順序，可以有效地防止已經清洗干凈的區(qū)域再次被沖出的煤渣覆蓋，從而提高清洗效率。

液壓支架的柱窩內嵌藏有大量的煤粉和煤矸石，厚度約300 mm，而且由于液壓缸體和柱窩內壁的擠壓，使其變得十分致密。對于該部位的清洗，采用高角度、高壓力、近距離沖洗，調節(jié)機械臂姿態(tài)，使得高壓槍管與柱窩煤層表面約呈60°，壓力調至40 MPa以上，槍嘴與煤層距離在400 mm以內，可以有效清洗該處的煤渣。

5 產品優(yōu)點

液壓支架智能清洗設備清洗質量高，能徹底清洗死角堆積的煤渣油漬。清洗效率高，能在較短的時間內完成清洗工作，節(jié)省勞動時間，并且自動化程度高，節(jié)省人力，減低人工成本。設備柔性大，工作可靠，能適用于不同型號的液壓支架的清洗，對環(huán)境友好，既能適應惡劣的工作環(huán)境，又不產生污染物質。