懸臂式掘進(jìn)機電控系統(tǒng)的自動化升級研究與設(shè)計

王履鋒

(潞安環(huán)能股份公司 常村煤礦，山西 長治 046102)

懸臂式掘進(jìn)機在我國煤礦井下應(yīng)用廣泛，具有掘進(jìn)高效、掘巷成本低，適應(yīng)能力強等特點。隨著我國礦井規(guī)模擴大，大型化、無人化等逐步成為礦井機械設(shè)備發(fā)展的目標(biāo)，但當(dāng)前國內(nèi)仍未實現(xiàn)懸臂式掘進(jìn)機完全程度的自動化截割，造成掘巷效率低，掘巷質(zhì)量差的局面[1-3]。同時，懸臂式掘進(jìn)機自動截割成型的自動控制技術(shù)仍待發(fā)展，許多成果仍處于理論研究和仿真階段，不能有效指導(dǎo)礦井的實際生產(chǎn)。本文基于常村煤礦2201W工作面實際情況，對井下使用的EBZ260型懸臂式掘進(jìn)機進(jìn)行自動化升級改造，提高了工作面掘巷效率，保障礦井的安全生產(chǎn)。

1 懸臂式掘進(jìn)機的概況

EBZ260型懸臂式掘進(jìn)機可切割抗壓強度不高于90 MPa的煤巖體，最大截割硬度110 MPa，可掘任意斷面尺寸巷道，掘巷最大尺寸6.3 m×5.2 m(寬×高)，可適應(yīng)最大坡度±18°。EBZ260型懸臂式掘進(jìn)機結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 EBZ260型懸臂式掘進(jìn)機結(jié)構(gòu)示意

2 懸臂式掘進(jìn)機自動化升級

2.1 自動化升級功能架構(gòu)

如圖2所示，自動化升級功能架構(gòu)系統(tǒng)保留原有基礎(chǔ)電氣系統(tǒng)，增設(shè)擴展控制箱，基礎(chǔ)電氣系統(tǒng)相關(guān)設(shè)施安裝在原電控箱內(nèi)，擴展控制箱增加遙控接收裝置，信號采集及驅(qū)動輸出模塊，控制器通過CANopen總線與擴展控制箱連接。

圖2 自動化升級功能架構(gòu)

2.2 硬件設(shè)計

基于圖2所示功能架構(gòu)進(jìn)行硬件設(shè)計，具體如圖3所示，主要包含無線收發(fā)裝置、比例電磁閥組、油缸位移傳感器及信號采集及驅(qū)動模塊。比例電磁閥組采用兩組德國HAWE生產(chǎn)的PSV型電液比例換向閥，礦用隔爆型，額定電壓24 VDC，電阻26.6 Ω；油缸位移傳感器選用北航天金泰星測技術(shù)公司的GUC1000型傳感器，礦用隔爆型，內(nèi)置于油缸體內(nèi)部；無線遙控收發(fā)裝置采用德國海德GL系列本安型遙控收發(fā)器，通過二次開發(fā)，滿足設(shè)計升級設(shè)計要求；信號采集及驅(qū)動模塊選用德國Inter Control公司研發(fā)的ICN-VV產(chǎn)品，模塊主要采集截割過程中升降油缸、回轉(zhuǎn)油缸、鏟板油缸及后支撐油缸的位移信號，然后通過CANopen總線向主控電箱控制器傳輸信號，然后將處理完成的信號輸出給ICN-VV模塊，利用該模塊驅(qū)動各電磁閥組。

圖3 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.3 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計主要包括對遙控軟件、恒功率截割軟件和定位自動截割軟件進(jìn)行設(shè)計。遙控軟件通過處理接收信號，實現(xiàn)掘進(jìn)機的電氣操作和液壓操作過程；恒功率截割軟件通過設(shè)定額定電流上限值，即當(dāng)截割電機電流達(dá)到額定電流的90%時，該軟件系統(tǒng)將自動調(diào)節(jié)液壓閥流量，降低截割點擊負(fù)載，使截割電機處于恒功率工作狀態(tài)；定位自動截割軟件在人工定位后，自動進(jìn)行巷道斷面形狀的開挖，自下而上S型截割。圖4為斷面監(jiān)視及參數(shù)設(shè)置示意，其界面設(shè)計參考部分采煤機的記憶截割系統(tǒng)[4-5]。

圖4 斷面監(jiān)視及參數(shù)設(shè)置示意

3 自動化升級模擬試驗

圖5為場內(nèi)模擬試驗示意。試驗設(shè)備截割頭D600 mm，豎直方向截割步距400 mm，截割斷面為矩形，巷道斷面尺寸為5 m×4 m。

圖5 場內(nèi)模擬試驗示意

通過對截割數(shù)據(jù)的整理匯總，繪制如圖6所示的截割頭運動軌跡及截割對比圖，分析圖6可知，水平方向截割偏差最大60 mm，垂直單側(cè)為40 mm，符合巷道掘進(jìn)施工標(biāo)準(zhǔn)的(+200 mm，-100 mm)誤差允許范圍，因此自動化升級系統(tǒng)滿足施工精度要求，可有效提高礦井巷道掘進(jìn)的自動化水平。

圖6 截割頭運動軌跡及路徑對比

4 結(jié) 語

本文通過對EBZ260型懸臂式掘進(jìn)機電控系統(tǒng)進(jìn)行自動化升級設(shè)計，主要包括硬件設(shè)計、軟件設(shè)計并進(jìn)行現(xiàn)場的模擬驗證，確定懸臂式掘進(jìn)機升級后能夠有效提高礦井工作面掘進(jìn)自動化水平，降低人工作業(yè)誤差，提高巷道斷面掘進(jìn)質(zhì)量。