皮帶自移機(jī)尾電液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉 震，李 洋，閆建偉

(寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，寧夏 石嘴山 753001)

0 引言

皮帶自移機(jī)尾是綜采工作面的重要輸送設(shè)備，在煤炭開(kāi)采過(guò)程中承擔(dān)著順槽轉(zhuǎn)載機(jī)與皮帶輸送機(jī)的銜接，其可靠性及其操作的便利性直接影響井下運(yùn)輸?shù)臅惩ㄐ院透咝浴Ｓ捎诿旱V井下環(huán)境條件復(fù)雜，皮帶自移機(jī)尾在向前推進(jìn)過(guò)程中自身工況參數(shù)的采集比較困難，使得難以對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化精確控制。

隨著綜采技術(shù)的不斷發(fā)展，煤礦智能化建設(shè)要求實(shí)現(xiàn)煤礦開(kāi)采、運(yùn)輸、通風(fēng)、安全保障、經(jīng)營(yíng)管理等過(guò)程的智能化運(yùn)行，基本實(shí)現(xiàn)采掘工作面無(wú)人(少人)操作、煤礦重點(diǎn)崗位機(jī)器人作業(yè)，井下固定崗位無(wú)人值守與遠(yuǎn)程監(jiān)控，各系統(tǒng)智能化決策和自動(dòng)化協(xié)同運(yùn)行。煤礦智能化建設(shè)改造，推動(dòng)煤礦裝備向智能化、高端化發(fā)展，對(duì)順槽轉(zhuǎn)運(yùn)裝備在遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)化協(xié)同運(yùn)行(聯(lián)動(dòng))等方面提出了明確的要求。為此，本文設(shè)計(jì)了一套皮帶自移機(jī)尾電液控制系統(tǒng)，可有效采集自移機(jī)尾的工況參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自移機(jī)尾的手動(dòng)控制、自動(dòng)控制、遙控控制以及聯(lián)動(dòng)控制。

1 皮帶自移機(jī)尾結(jié)構(gòu)及工作原理

皮帶自移機(jī)尾主要由機(jī)身、小車(chē)以及液壓系統(tǒng)三部分構(gòu)成，其中小車(chē)與轉(zhuǎn)載機(jī)相連可在機(jī)身軌道上滑動(dòng)，機(jī)身滾筒環(huán)繞輸送皮帶與皮帶輸送機(jī)相連，液壓系統(tǒng)是自移機(jī)尾的動(dòng)力單元。皮帶自移機(jī)尾結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

自移機(jī)尾的所有動(dòng)作執(zhí)行和姿態(tài)的調(diào)整都是由液壓系統(tǒng)通過(guò)控制各個(gè)油缸的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)的。液壓系統(tǒng)可以通過(guò)控制機(jī)頭、尾的4組調(diào)平油缸的伸縮來(lái)控制機(jī)身的升降和水平方向的姿態(tài)，通過(guò)控制分布于機(jī)身左、右兩側(cè)的2臺(tái)推移油缸的伸縮來(lái)控制自移機(jī)尾的前移，通過(guò)控制分布于機(jī)頭、尾滑靴內(nèi)側(cè)移油缸的伸縮來(lái)控制機(jī)身的左、右移動(dòng)和機(jī)頭、尾的擺角。

2 自移機(jī)尾的功能需求

為了滿(mǎn)足煤礦智能化建設(shè)的需求，自移機(jī)尾除了應(yīng)具備基本的控制功能外，還需要實(shí)現(xiàn)以下智能化、自動(dòng)化方面的功能：

(1) 自移機(jī)尾的抬高、側(cè)移、推移、調(diào)平和調(diào)偏等手動(dòng)控制功能。

(2) 自移機(jī)尾的自動(dòng)推移、自動(dòng)調(diào)平、自動(dòng)調(diào)偏和自動(dòng)調(diào)直等自動(dòng)控制功能。

(3) 自移機(jī)尾的遙控控制和遠(yuǎn)程控制功能。

(4) 自移機(jī)尾工況參數(shù)的監(jiān)測(cè)和上傳功能。

(5) 自移機(jī)尾與順槽轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備之間的聯(lián)動(dòng)控制功能。

1-抬高架；2-機(jī)頭架；3-調(diào)平油缸；4-推移油缸；5-小車(chē)；6-導(dǎo)軌；7-中間架；8-機(jī)尾架；9-側(cè)移油缸；10-滑靴圖1 皮帶自移機(jī)尾結(jié)構(gòu)示意圖

3 自移機(jī)尾電液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)皮帶自移機(jī)尾的功能需求，設(shè)計(jì)了電液控制系統(tǒng)，其組成框圖如圖2所示。該系統(tǒng)以本安型控制器為核心，配備位移傳感器、傾角傳感器、膠帶跑偏開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)等多種傳感器進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)采集，通過(guò)比例電磁閥組控制相應(yīng)油缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)皮帶自移機(jī)尾的抬高、側(cè)移、推移、調(diào)平和調(diào)偏等姿態(tài)調(diào)整動(dòng)作，輔以遙控模式和遠(yuǎn)程集控模式，實(shí)現(xiàn)皮帶自移機(jī)尾的遙控控制和遠(yuǎn)程控制。

3.1 礦用本安型控制器設(shè)計(jì)

控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心所在，其具備豐富的輸入、輸出接口，包括數(shù)字量、模擬量等輸入接口，開(kāi)關(guān)量輸出接口，以及RS485、CAN總線(xiàn)、以太網(wǎng)等通訊接口。數(shù)字量和模擬量接口用來(lái)接入傳感器，實(shí)時(shí)采集傳感器數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)自移機(jī)尾工況狀態(tài)。通訊接口與遙控單元、遠(yuǎn)程集控中心或第三方控制相連接，接收外來(lái)控制指令或?qū)ν鈧鬏敂?shù)據(jù)。開(kāi)關(guān)量輸出接口與執(zhí)行單元連接，用來(lái)發(fā)出控制指令?？刂破髟诠ぷ鳡顟B(tài)下應(yīng)根據(jù)得到的機(jī)身工況數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合來(lái)至遙控、本身操作面板以及集控中心的控制命令，按照既定的邏輯算法，發(fā)出控制指令控制油缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自移機(jī)尾的手動(dòng)、自動(dòng)、遙控和遠(yuǎn)程等控制。

圖2 電液控制系統(tǒng)組成框圖

3.2 數(shù)據(jù)采集單元設(shè)計(jì)

為了能夠準(zhǔn)確地得到自移機(jī)尾的狀態(tài)參數(shù)，本系統(tǒng)中使用了位移傳感器、雙軸傾角傳感器、行程開(kāi)關(guān)以及跑偏傳感器。位移傳感器為磁致伸縮傳感器，共有7組，分別內(nèi)置于自移機(jī)尾的4組抬高油缸、2組側(cè)移油缸、1組推移油缸內(nèi)，用于檢測(cè)油缸的位移值；雙軸傾角傳感器有1個(gè)，安裝于機(jī)身中間架處，用于檢測(cè)機(jī)身的傾斜角度；跑偏傳感器對(duì)稱(chēng)安裝于皮帶自移機(jī)尾機(jī)頭的左、右兩側(cè)，用于檢測(cè)輸送帶的跑偏量；行程開(kāi)關(guān)安裝在小車(chē)導(dǎo)軌的起點(diǎn)和終點(diǎn)處，用于檢測(cè)推移油缸伸、縮到位的信號(hào)。

3.3 執(zhí)行單元設(shè)計(jì)

自移機(jī)尾電液控制系統(tǒng)的執(zhí)行單元為液壓控制系統(tǒng)，其是皮帶自移機(jī)尾實(shí)現(xiàn)推移、調(diào)高、調(diào)偏等功能的基礎(chǔ)。

自移機(jī)尾液壓系統(tǒng)包括1個(gè)自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器、1個(gè)16功能電磁換向閥、6個(gè)安全閥、12個(gè)液壓油缸以及液壓油管等附件。自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器用來(lái)過(guò)濾系統(tǒng)油液中的雜質(zhì)，保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)其他元器件的安全；液壓油缸包括調(diào)平油缸、側(cè)移油缸、推移油缸和調(diào)角油缸，分別用于自移機(jī)尾的調(diào)平、側(cè)移、推移和機(jī)頭抬高架的角度控制；電磁換向閥與控制的輸出接口相連，接收控制器的控制信號(hào)控制相應(yīng)油路的通斷；安全閥為液壓?jiǎn)蜗蜷y和溢流閥兩者的組合閥，既用來(lái)保證機(jī)架維持所要求的狀態(tài)，而不至于導(dǎo)致機(jī)架在自重壓力下自行下落，又用于保護(hù)調(diào)平回路，防止發(fā)生超壓現(xiàn)象，保證系統(tǒng)和液壓油缸的安全。

3.4 遙控單元設(shè)計(jì)

遙控單元包括手持便攜式無(wú)線(xiàn)遙控發(fā)射器和無(wú)線(xiàn)接收器。無(wú)線(xiàn)接收器安裝于控制器附近，通過(guò)通訊線(xiàn)與控制器連接，通訊方式為RS485。遙控發(fā)射器按鍵數(shù)量及功能與控制器相匹配。遙控單元控制優(yōu)先級(jí)低于控制器本地控制優(yōu)先級(jí)， 即控制系統(tǒng)處于控制器本地控制狀態(tài)時(shí)，遙控器發(fā)出的控制指令無(wú)效，且控制系統(tǒng)處于遙控狀態(tài)時(shí)，控制器本地控制隨時(shí)可以中斷遙控控制拿回控制權(quán)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種用于皮帶自移機(jī)尾的電液控制系統(tǒng)，其是以控制器為核心，建立了包含位移、行程、傾角、跑偏、流量傳感器的數(shù)據(jù)采集單元，包含發(fā)射器和接收器的遙控單元，以及包含液壓系統(tǒng)的執(zhí)行單元，實(shí)現(xiàn)了自移機(jī)尾自身工況參數(shù)的精確采集和自移機(jī)尾的機(jī)身升降、推移、側(cè)移、調(diào)平、調(diào)偏功能的本地控制、自動(dòng)控制、遙控控制及遠(yuǎn)程控制。本控制系統(tǒng)提高了自移機(jī)尾控制的自動(dòng)化和智能化控制水平，促進(jìn)綜采工作面整體智能化水平的提升。