司馬礦采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)的優(yōu)化研究

夏委平

（潞安化工集團(tuán)有限公司司馬煤業(yè)公司，山西 長治 047105）

司馬煤業(yè)開拓方式為立井單水平開拓，采用傾斜長壁綜采放頂煤一次采全高的采煤方法，割裝運(yùn)煤全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的綜合機(jī)械化采煤方法。采煤機(jī)選用的是MG300/700-WD1 型電牽引采煤機(jī)。由于煤礦井下地質(zhì)條件復(fù)雜，環(huán)境中粉塵濃度高，導(dǎo)致采煤機(jī)液壓系統(tǒng)的油液清潔度無法保證，經(jīng)常出現(xiàn)液壓系統(tǒng)堵塞、故障，嚴(yán)重影響了井下綜采作業(yè)的正常進(jìn)行。同時(shí)該調(diào)高控制系統(tǒng)反應(yīng)速度慢，調(diào)高精度差，無法滿足井下自動(dòng)化綜采作業(yè)的需求。

本文提出了一種新的采煤機(jī)液壓調(diào)高系統(tǒng)及控制方式，通過在增加雙重過濾系統(tǒng)來確保油液的清潔度，通過采用雙向液壓鎖緊裝置來提升調(diào)高機(jī)構(gòu)在工作時(shí)的穩(wěn)定性，通過采用壓力-位置雙閉環(huán)獨(dú)立模糊控制[1]來實(shí)現(xiàn)提升調(diào)整過程中的控制精度。

1 采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)現(xiàn)狀

MG300/700-WD1 型電牽引采煤機(jī)液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。圖中Dx 表示管路，TLx 表示進(jìn)油管路，PLx 表示回油管路，ZL-63 表示過濾裝置，DBS 表示液控閥。

圖1 采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)液壓原理圖

在該液壓系統(tǒng)中，除了調(diào)高油缸及其液壓控制閥外，其余所有液壓元件均安裝于調(diào)高泵箱和液壓油箱內(nèi)。調(diào)高泵箱為一獨(dú)立的部件，箱內(nèi)不注油，為干箱，液壓系統(tǒng)主要液壓元件和管路均在泵箱內(nèi)固定和聯(lián)結(jié)。液壓油箱為一獨(dú)立的部件，是采煤機(jī)調(diào)高液壓系統(tǒng)的專用油箱，該部件自老塘側(cè)裝入聯(lián)接框架內(nèi)。調(diào)高泵箱的液壓油箱內(nèi)安裝有調(diào)高液壓系統(tǒng)的部分液壓元、組件，整體結(jié)構(gòu)緊湊。

但在日常使用過程中，由于井下環(huán)境惡劣，油質(zhì)無法保證，而且過濾系統(tǒng)為單層過濾，經(jīng)常導(dǎo)致液壓系統(tǒng)堵塞異常，出現(xiàn)調(diào)高系統(tǒng)不工作，平均故障數(shù)量達(dá)到了27 次/月，直接影響正常生產(chǎn)。同時(shí)其調(diào)高控制系統(tǒng)采用了常規(guī)PID 控制方式，在運(yùn)行時(shí)液壓系統(tǒng)的壓力沖擊大，調(diào)高的精確度僅0.16 m，而且調(diào)整時(shí)的滯后量達(dá)到了1.2 s，完全無法滿足精確控制的需求。

2 調(diào)高系統(tǒng)優(yōu)化方案

結(jié)合井下調(diào)高作業(yè)的實(shí)際需求和采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)的實(shí)際情況，提出了一種新的采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)，其整體結(jié)構(gòu)如圖2[2]。

圖2 優(yōu)化后調(diào)高系統(tǒng)示意圖

由圖2 可知，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，液壓泵啟動(dòng)將油液從油箱抽入到管路內(nèi)，若管機(jī)構(gòu)未接收到高度調(diào)節(jié)信號，則電磁換向閥5 處于關(guān)閉狀態(tài)，油液通過溢流閥4 回到油缸內(nèi)。該連續(xù)運(yùn)路入口處設(shè)置了雙重凈化過濾網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對油液的雙重過濾，最大限度地降低油液污染對系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的影響。此調(diào)高模式一方面實(shí)現(xiàn)對油液的連續(xù)過濾，一方面又控制調(diào)節(jié)信號的快速響應(yīng)。當(dāng)系統(tǒng)接收到高度調(diào)節(jié)信號后，能夠快速對電磁換向閥的狀態(tài)進(jìn)行切換，使油液進(jìn)入到執(zhí)行油缸內(nèi)，控制采煤機(jī)調(diào)高機(jī)構(gòu)的升降。

為了克服傳統(tǒng)液壓控制系統(tǒng)中換向時(shí)沖擊大、穩(wěn)定性差的缺陷，在該液控系統(tǒng)中增加了雙向液壓鎖裝置。當(dāng)系統(tǒng)處于調(diào)整狀態(tài)時(shí)，液壓鎖能夠?qū)τ鸵旱牧鲃?dòng)進(jìn)行限制，確保不會出現(xiàn)油液“突進(jìn)”[3]，實(shí)現(xiàn)了油液流動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性，保證調(diào)整過程中的平穩(wěn)性。當(dāng)搖臂處在固定位置時(shí)，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)雙向鎖緊，避免執(zhí)行油缸內(nèi)油液的外流，從而使搖臂能夠長久地保持在恒定的位置，提高截割作業(yè)時(shí)的精確性。

3 雙閉環(huán)獨(dú)立控制及應(yīng)用效果

為了提升采煤機(jī)調(diào)高機(jī)構(gòu)在調(diào)整過程中的精確性，系統(tǒng)采用了雙閉環(huán)獨(dú)立控制模式，其控制原理如圖3[4]。

圖3 雙閉環(huán)反饋控制原理

由圖3 可知，系統(tǒng)雙閉環(huán)反饋控制采用了壓力-位置雙重反饋機(jī)制，通過對液壓系統(tǒng)工作壓力和采煤機(jī)搖臂位置的監(jiān)測對比，獲取所應(yīng)修正的數(shù)據(jù)，進(jìn)而控制液壓系統(tǒng)進(jìn)行靈活的調(diào)整，滿足調(diào)整過程中控制精確性的需求。

該新的采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)投入使用后，對使用過程中的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，優(yōu)化后采煤機(jī)調(diào)高機(jī)構(gòu)的故障數(shù)量由最初的27 次/月，降低到了目前的2.94次/月，比優(yōu)化前降低了89.1%。優(yōu)化后系統(tǒng)的高度調(diào)節(jié)精度由0.16 m 降低到了目前的0.044 m，比優(yōu)化前降低了72.4%。優(yōu)化后系統(tǒng)調(diào)整時(shí)的滯后量由最初的1.2 s 降低到了目前的0.32 s，將調(diào)整靈敏度提升了73.7%，顯著提升了采煤機(jī)運(yùn)行時(shí)的調(diào)節(jié)精度和穩(wěn)定性，對提升井下綜采作業(yè)效率和安全性具有十分重要的意義。