采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)研究及其應(yīng)用

邱長(zhǎng)敏 李文亮

兗礦東華重工有限公司 山東濟(jì)寧 273500

1 采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)存在問(wèn)題

現(xiàn)階段對(duì)于采煤機(jī)滾筒調(diào)高的控制，國(guó)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)依舊采用手動(dòng)控制，依靠采煤機(jī)司機(jī)在工作時(shí)的視力觀察及截割過(guò)程的噪聲來(lái)判斷是在割巖還是割煤，以便及時(shí)調(diào)節(jié)滾筒的位置。然而，在煤礦井下采煤機(jī)的工作環(huán)境惡劣，滾筒在截割煤巖時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量煤塵等雜質(zhì)，降低了工作面的能見(jiàn)度，尤其是總功率達(dá)幾千瓦的大采煤機(jī)會(huì)產(chǎn)生巨大噪音，操作時(shí)工人受到影響比較大，難以準(zhǔn)確判斷滾筒的割煤狀態(tài)，準(zhǔn)確調(diào)整高度存在嚴(yán)重的環(huán)境干擾等因素。同時(shí)采煤機(jī)滾筒工作中需要連續(xù)截割煤層，巖石等在持續(xù)劇烈的切割過(guò)程中會(huì)使截齒磨損，其他重要零部件也會(huì)在不同程度受到影響，導(dǎo)致采煤設(shè)備的質(zhì)量下降，尤其在高瓦斯礦井，瓦斯?jié)舛群芨?，易引起爆炸發(fā)生重大事故，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)工作人員而言存在較大的安全隱患[1]。

2 采煤機(jī)自動(dòng)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(shí)地判斷出采煤機(jī)的實(shí)際截割狀態(tài)和頂?shù)装宓奈恢?。若因采煤機(jī)滾筒的位置調(diào)整得過(guò)于保守而切割過(guò)少，則會(huì)導(dǎo)致煤層開(kāi)采不充分，造成資源的浪費(fèi)；若因滾筒高度調(diào)整不當(dāng)而切割頂?shù)装?，則會(huì)加劇截齒的磨損，也會(huì)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(duì)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(wèn)題，十分有必要對(duì)采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高技術(shù)進(jìn)行研究。采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高不僅可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，加強(qiáng)工作面的安全保障，同時(shí)還能夠提高回采率，減低設(shè)備損耗和故障率，因此，對(duì)采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高的研究意義重大。

3 采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

采煤機(jī)在要求工作的時(shí)間內(nèi)可以保持足夠的輸出功率，以此來(lái)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(dòng)力充足。采煤機(jī)具有較好的動(dòng)態(tài)特性，當(dāng)受到的載荷較大時(shí)，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。當(dāng)采煤機(jī)遇到振動(dòng)、過(guò)載、過(guò)高過(guò)低溫情況時(shí)，該系統(tǒng)的調(diào)負(fù)載剛度較大，調(diào)整能力較強(qiáng)，能夠迅速有效地阻止反操作情況。

4 采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)的工作原理

采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高液壓控制系統(tǒng)主要由搖臂、滾筒、執(zhí)行油缸、液壓泵站及控制系統(tǒng)等組成。當(dāng)采煤機(jī)需要根據(jù)巷道高度對(duì)滾筒的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，液壓泵站的驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)液壓泵開(kāi)始工作，從油箱內(nèi)將液壓油傳遞到執(zhí)行油缸內(nèi)。在驅(qū)動(dòng)滾筒升降時(shí)，控制液壓泵站內(nèi)電磁換向閥的工作狀態(tài)，使液壓油通過(guò)電磁換向閥進(jìn)入到執(zhí)行油缸內(nèi)，推動(dòng)執(zhí)行油缸的活塞桿伸出，直到達(dá)到指定的高度。當(dāng)為執(zhí)行調(diào)高換向時(shí)，采煤機(jī)的驅(qū)動(dòng)滾筒的高度保持不變，此時(shí)液壓油控制對(duì)液壓系統(tǒng)回路的調(diào)節(jié)，使閥門保持在關(guān)閉狀態(tài)，從而確保系統(tǒng)處于保壓狀態(tài)，維持驅(qū)動(dòng)滾筒的高度。在整個(gè)控制過(guò)程中，調(diào)高換向閥的閥芯在電磁力的控制下，不斷地根據(jù)采煤機(jī)滾筒的工作高度要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，使液壓油從不同的油口進(jìn)入到執(zhí)行油缸的有桿腔或者是無(wú)桿腔，使活塞桿執(zhí)行伸出或者收縮，從而完成對(duì)于滾筒升降過(guò)程的調(diào)節(jié)控制。在整個(gè)液壓控制系統(tǒng)中，安全閥用于確保滾筒位置的穩(wěn)定性，溢流閥用于控制系統(tǒng)的工作壓力，防止系統(tǒng)過(guò)載[2]。

5 采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采煤機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中主要靠滾筒切割煤壁對(duì)煤礦井下的煤炭進(jìn)行開(kāi)采，因此要達(dá)到高產(chǎn)高效采煤的目的，就必須實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)滾筒地自動(dòng)調(diào)高。對(duì)于采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高控制系統(tǒng)原理的設(shè)計(jì)就是對(duì)采煤機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)與液壓調(diào)高系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。機(jī)械結(jié)構(gòu)方面主要包括采煤機(jī)的齒輪的嚙合參數(shù)及強(qiáng)度校核、軸及軸承的選用與校核、花鍵的選擇及其強(qiáng)度的校核、潤(rùn)滑及密封的良好性等內(nèi)容，而液壓部分則主要控制采煤機(jī)滾筒的自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)。該系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究是在某高校的綜合實(shí)驗(yàn)室完成的，主要利用液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)其進(jìn)行聯(lián)合模擬實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可分別通過(guò)手動(dòng)模式和自動(dòng)模式對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行模擬加載，從而得到相應(yīng)的液壓缸特性指標(biāo)。而本文主要選擇自動(dòng)控制模式對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，從而完成本課題的實(shí)驗(yàn)研究目的。該系統(tǒng)的工作原理：在液壓主回路控制中，由系統(tǒng)配電柜給變頻器及相應(yīng)模塊供電，變頻器帶動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)則拖動(dòng)主泵轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行供油。本文以電控方式舉例說(shuō)明工作原理，首先通過(guò)控制比例先導(dǎo)減壓閥在調(diào)整電壓的作用下去控制液控?fù)Q向閥，使其產(chǎn)生換向動(dòng)作，當(dāng)液控方向閥在左位時(shí)，液壓油會(huì)經(jīng)過(guò)液控?fù)Q向閥流入測(cè)試油缸的無(wú)桿腔內(nèi)，此時(shí)測(cè)試油缸在液壓油的作用下會(huì)左移；在加載回路中，首先給溢流閥設(shè)定一個(gè)壓力值，對(duì)比例溢流閥的輸入信號(hào)進(jìn)行控制，控制加載油缸活塞兩端的壓力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓缸的模擬加載，由于加載油缸右側(cè)處于高壓腔，所以控制液壓油就可以經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的單向閥組重新回到油箱；在補(bǔ)油回路中，控制液壓油直接經(jīng)過(guò)減壓閥，并通過(guò)對(duì)應(yīng)的單向閥組流入加載油缸的左側(cè)，即加載油缸的低壓腔部分，進(jìn)而給系統(tǒng)補(bǔ)充油量。

6 結(jié)語(yǔ)

總之，采煤機(jī)是煤炭資源開(kāi)采的主要設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械化和現(xiàn)代化的重要因素，能否可靠、安全、連續(xù)地工作，已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。對(duì)于研制生產(chǎn)出高質(zhì)量的采煤機(jī)，在提高煤炭的開(kāi)釆率、減少能源消耗、提高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的增加等方面有直接的關(guān)系，在很大程度上保障了礦產(chǎn)資源可靠持續(xù)輸出。