季瑞，王忠賓，關(guān)明

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇徐州221116)

煤炭是我國(guó)的主要能源，國(guó)內(nèi)采煤機(jī)的滾筒調(diào)高大多依靠人工通過(guò)紅外遙控器在近距離操控。由于采煤機(jī)工作過(guò)程中產(chǎn)生大量的煤塵和水霧，加之煤礦井下惡劣的工作環(huán)境，單靠人眼很難看清滾筒是否切割到巖石，僅能通過(guò)截割滾筒發(fā)出的聲音進(jìn)行判別。煤層截割過(guò)少則不能充分開(kāi)采，造成對(duì)煤炭資源的浪費(fèi);截割過(guò)多則易觸碰到頂?shù)装澹瑢?duì)采煤機(jī)的危害極大。而實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高，能夠節(jié)約煤炭資源、改善勞動(dòng)條件、延長(zhǎng)機(jī)器壽命，既有經(jīng)濟(jì)效益又有社會(huì)效益。因此，作者提出的采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高的液壓控制方法，在遵從記憶切割路徑的基礎(chǔ)上能夠?qū)L筒切割到巖石的異常狀態(tài)做高度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，不僅可彌補(bǔ)記憶截割過(guò)于依賴人的行為所帶來(lái)的不及時(shí)和隨機(jī)現(xiàn)象，又可避免單一傳感器識(shí)別穩(wěn)定性、可靠性差和精度低等所帶來(lái)的問(wèn)題，能夠有效解決采煤機(jī)滾筒根據(jù)煤層厚度的變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)高的問(wèn)題。

1 采煤機(jī)滾筒調(diào)高的液壓控制原理

采煤機(jī)滾筒調(diào)高的液壓系統(tǒng)控制原理如圖1所示，調(diào)高油缸的缸體端與搖臂、活塞桿端與牽引部箱體分別用銷軸鉸接，通過(guò)調(diào)高油缸活塞的伸縮運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)搖臂上下擺動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)滾筒的液壓調(diào)高。

圖1 采煤機(jī)滾筒調(diào)高的液壓控制原理圖

當(dāng)采煤機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)調(diào)高液壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)，壓力油自油箱經(jīng)吸油過(guò)濾器進(jìn)入液壓泵，在滾筒高度固定不變時(shí)，即調(diào)高換向閥未操作狀態(tài)下，壓力油經(jīng)溢流閥回油池。在操作滾筒升降時(shí)，即調(diào)高換向閥操作時(shí)，壓力油經(jīng)調(diào)高換向閥進(jìn)入調(diào)高油缸，調(diào)高油缸排油腔的油液經(jīng)調(diào)高換向閥回油池，直到滾筒調(diào)整到位即調(diào)高換向閥停止操作為止。該調(diào)高換向閥是手、液控?fù)Q向閥的先導(dǎo)閥，是為實(shí)現(xiàn)滾筒調(diào)高的電氣控制而設(shè)置的。

在整個(gè)液壓調(diào)高系統(tǒng)中，雙向液壓鎖的作用至關(guān)重要。當(dāng)采煤機(jī)處于調(diào)高狀態(tài)，雙向液壓鎖可以實(shí)現(xiàn)調(diào)高油缸的平穩(wěn)工作，減小壓力波動(dòng)，增加液壓系統(tǒng)的可靠性;當(dāng)采煤機(jī)處于緊鎖狀態(tài)，雙向液壓鎖可以鎖住調(diào)高油缸兩腔的液壓油，保持滾筒在正常工作或受到?jīng)_擊時(shí)的高度能長(zhǎng)時(shí)間保持固定位置。

2 采煤機(jī)滾筒調(diào)高的液壓控制模型

在采煤機(jī)滾筒調(diào)高過(guò)程中，通過(guò)調(diào)高油缸活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)滾筒的液壓調(diào)高。建立典型采煤機(jī)滾筒調(diào)高的液壓控制模型如圖2所示。

圖2 采煤機(jī)滾筒調(diào)高的液壓控制模型

在滾筒調(diào)高油缸上安裝位移傳感器，測(cè)量調(diào)高油缸活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)位移量。圖2中各參數(shù)的具體定義如下:H為采煤機(jī)滾筒高度，滾筒回轉(zhuǎn)中心P 到滑靴所在水平面的垂直距離;h為采煤機(jī)機(jī)身高度，機(jī)身與搖臂鉸接點(diǎn)C 到滑靴所在水平面的垂直距離;a為短搖臂長(zhǎng)度，短搖臂與機(jī)身鉸接點(diǎn)C 到短搖臂與調(diào)高油缸缸體鉸接點(diǎn)B的距離;b為搖臂長(zhǎng)度，搖臂與機(jī)身鉸接點(diǎn)C 到滾筒回轉(zhuǎn)中心P的距離;c為搖臂與機(jī)身鉸接點(diǎn)C 到調(diào)高油缸活塞與機(jī)身鉸接點(diǎn)A的距離;θ為短搖臂與搖臂的夾角;l為調(diào)高油缸收縮到最短的長(zhǎng)度;x為調(diào)高油缸活塞的位移量;l+x為調(diào)高油缸兩端鉸接點(diǎn)AB的距離。

建立采煤機(jī)滾筒高度和調(diào)高油缸活塞位移量的系統(tǒng)函數(shù)為:

由上式可得:液壓缸的活塞桿位移量H與滾筒調(diào)高量x之間的關(guān)系是非線性的正相關(guān)。

以西安煤礦機(jī)械有限公司生產(chǎn)的MG500/1130型電牽引采煤機(jī)為實(shí)例，采煤機(jī)滾筒高度和調(diào)高油缸活塞位移量的曲線如圖3所示。

圖3 采煤機(jī)滾筒高度H 和調(diào)高油缸活塞位移量x的曲線

3 采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高的液壓控制實(shí)現(xiàn)方法

采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高主要由記憶路徑跟蹤和自適應(yīng)調(diào)高兩大部分組成，將PLC控制系統(tǒng)和調(diào)高液壓控制回路相連，控制原理如圖4所示。

圖4 采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高液壓控制系統(tǒng)原理圖

記憶路徑跟蹤是指由人工操縱采煤機(jī)沿工作面的煤巖界面先割一刀，調(diào)高控制系統(tǒng)采集調(diào)高油缸位移傳感器的參數(shù)及采煤機(jī)的位置信息并存入記憶數(shù)據(jù)庫(kù)，以后的滾筒高度均由PLC控制器根據(jù)記憶數(shù)據(jù)庫(kù)的工作參數(shù)，通過(guò)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)電液換向閥動(dòng)作，自動(dòng)控制調(diào)高油缸活塞的位移，并對(duì)活塞的位移傳感參數(shù)不斷校驗(yàn)，形成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)滾筒的自動(dòng)調(diào)高。

自適應(yīng)調(diào)高是指在記憶路徑跟蹤的過(guò)程中，如煤層條件發(fā)生變化，采煤機(jī)PLC控制器根據(jù)截割負(fù)載的異常狀態(tài)，通過(guò)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)液壓控制系統(tǒng)自動(dòng)將滾筒調(diào)節(jié)至適宜高度，并自動(dòng)記憶調(diào)整過(guò)的工作參數(shù)，作為下一刀滾筒自動(dòng)調(diào)高的工作參數(shù)。

實(shí)踐證明當(dāng)采煤機(jī)切割到巖石后，其截割電機(jī)的電流、溫度都將加大并超出正常范圍。

4 采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高的液壓控制測(cè)試

為了驗(yàn)證采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高的液壓控制效果，作者以某公司生產(chǎn)的MG500/1130型電牽引采煤機(jī)在中國(guó)平煤神馬集團(tuán)六礦22 210 工作面的工作為例，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理及分析。采集時(shí)間間隔500 ms，采集點(diǎn)數(shù)400個(gè)，滾筒高度值400個(gè)，最終得出采煤機(jī)滾筒液壓控制自動(dòng)調(diào)高曲線如圖5所示，滾筒高度誤差不大于0.080 m，試驗(yàn)取得了滿意的結(jié)果，驗(yàn)證了該方法的實(shí)用性。

圖5 采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高的液壓控制曲線

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)當(dāng)前采煤機(jī)滾筒調(diào)高的實(shí)際研究狀況，提出一種采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高液壓控制的新方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明:該方法能夠提高采煤機(jī)液壓調(diào)高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性及準(zhǔn)確性，誤差范圍滿足我國(guó)復(fù)雜地質(zhì)條件下采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高的控制要求。

【1】沈利華，王蓓，陶崢． 滾筒采煤機(jī)調(diào)高機(jī)構(gòu)研究［J］． 煤礦機(jī)電，1998(1):31 －33．

【2】于勵(lì)民．煤礦機(jī)械液壓傳動(dòng)［M］． 北京:煤炭工業(yè)出版社，2008．

【3】張友云．國(guó)外煤巖分界傳感器研究現(xiàn)狀［J］． 煤炭經(jīng)濟(jì)與科技動(dòng)態(tài)，1994(26):8 －11．

【4】廉自生，劉混舉，李文英．基于切割力響應(yīng)的煤巖界面識(shí)別技術(shù)研究［J］．山西機(jī)械，1999(2):25 －27．