（1.北方重工集團有限公司煤礦機械分公司，遼寧 沈陽 110141；2.北方重工集團有限公司電控液壓設(shè)備分公司，遼寧 沈陽 110141）

淺析自動控制掘進機采用的防碰撞結(jié)構(gòu)

李 博1陳 欣2

（1.北方重工集團有限公司煤礦機械分公司，遼寧 沈陽 110141；2.北方重工集團有限公司電控液壓設(shè)備分公司，遼寧 沈陽 110141）

本文主要描述掘進機在采煤機械電控領(lǐng)域中的應用，闡述了系統(tǒng)背景、項目需求、解決方案構(gòu)成等并給出了系統(tǒng)的計算公式。

自動控制；掘進機；防碰撞結(jié)構(gòu)

1 系統(tǒng)概述

本發(fā)明涉及掘進機自動控制領(lǐng)域中防止截割臂和鏟板發(fā)生碰撞的一種防碰撞結(jié)構(gòu)。橫軸自動截割掘進機是一種新概念掘進機，較傳統(tǒng)的掘進機相比，從操作人員安全方面和截割速度方面都有了本質(zhì)的變化?？刂乒に囈卜浅碗s，這種新工藝的出現(xiàn)解決了普通掘進機截割速度慢，需手動修形，操作人員危險等問題。以前在我們普通的掘進機截割過程中，各家工藝也都基本一樣，都是人為手動控制，無自動切割修形。這樣就造成了巷道形狀不規(guī)則，效率低，掘進速度慢。進而我們拓展思維采用了新的控制工藝，改善截割效率，提高性能參數(shù)從而達到安全、高效開掘巷道的掘進工作。因此，研制開發(fā)一種采用自動修型的橫軸掘進機一直是急待解決的新課題，而在自動控制中防止截割臂和鏟板發(fā)生碰撞又是其中的重要課題。

2 .系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及目的

目的在于研發(fā)一種掘進機自動控制過程中的防碰撞結(jié)構(gòu)，用于防止自動工作狀態(tài)下截割臂和鏟板發(fā)生碰撞，該防碰撞結(jié)構(gòu)針對自動控制掘進機，可以提高掘進過程中的效率、操作人員的安全，避免因誤動作造成截割臂和鏟板發(fā)生碰撞，節(jié)省了維修的費用，同時也延長了整機的使用壽命。

目的是這樣實現(xiàn)的：通過礦內(nèi)變壓器給開關(guān)箱供電，再由開關(guān)箱內(nèi)控制變壓器變成相應的電壓等級，主要由交流220V電源電壓和直流24V驅(qū)動電壓組成。當整機采用自動截割控制后，由位移傳感器檢測到截割臂和鏟板的工作位置，將位置信號以模擬量的型式反饋到主控制器中，由主控制器計算，通過比例放大器驅(qū)動電磁閥，控制截割臂和鏟板的液壓缸的伸出或縮回，從而形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，防止截割臂和鏟板碰撞。

3 原理概述

其工作原理及操作方法是：通過礦內(nèi)變壓器給開關(guān)箱供電，再由開關(guān)箱內(nèi)控制變壓器變成相應的電壓等級，主要由交流220V電源電壓和直流24V驅(qū)動電壓組成。當整機采用自動截割控制后，由位移傳感器檢測到截割臂和鏟板的工作位置，將位置信號以模擬量的型式反饋到主控制器中，由主控制器計算，通過比例放大器驅(qū)動電磁閥，控制截割臂和鏟板的液壓缸的伸出或縮回，從而形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，防止截割臂和鏟板碰撞。

采用防碰撞的新型橫軸掘進機電氣控制功能與現(xiàn)有技術(shù)相比，實時監(jiān)測液壓缸的位置，通過比例電磁閥可以調(diào)節(jié)液壓缸的動作速度，提高動作的精確度和截割的效率。進行巷道斷面切割成形時，鏟板和截割臂的動作采用自動控制，即自動抬起截割臂、自動升起鏟板。根據(jù)切割工藝的要求，進行下一次的進刀，同時落下鏟板和調(diào)整好截割臂的位置。當鏟板和截割臂出現(xiàn)相向運動的時候，主控制器將會根據(jù)實時監(jiān)測的位置信號控制比例電磁閥防止鏟板和截割臂碰撞的優(yōu)點，將廣泛的應用于掘進機采煤機械電控領(lǐng)域中。

（1）防碰撞結(jié)構(gòu)，由控制變壓器、直流24V電源、直流24V本安電源、主控制器、隔離式安全柵、位移傳感器、比例放大板和比例電磁閥等硬件組成，其特征在于位移傳感器裝在油缸中，位移傳感器信號和隔離安全柵、本安電源連接，此連接是達到本安要求。

（2）根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫軸掘進機防碰撞結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述結(jié)構(gòu)的工作原理及操作方法是，截割臂在斷面上的運行軌跡為“S”型，鏟板的運行軌跡為上下往復運動，截割臂升降液壓缸的行程為760mm，鏟板升降液壓缸的行程為150mm，均由液壓缸驅(qū)動，做伸縮運動，得到截割臂和鏟板之間構(gòu)成的不同角度的夾角，根據(jù)主控制器算法，防止截割臂和鏟板發(fā)生碰撞。

（3）根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫軸掘進機防碰撞結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)算法是，控制系統(tǒng)連鎖，無論截割臂還是鏟板在動作之前都要監(jiān)測另一機構(gòu)相應的位置； 動作過程中要監(jiān)測兩個機構(gòu)之間的夾角并且在角度小于10度時要根據(jù)運動的方向降低其中一個機構(gòu)的速度，如：同時向上運動應該降低鏟板的速度，同時向下運動應該降低截割臂的速度，相向運動時應同時降低兩個機構(gòu)的速度。

根據(jù)三角形余弦公式可以得到：

其中AO是截割臂的長度為已知參數(shù)，BO是鏟板的長度為已知參數(shù)，AM是截割頭到地面的距離為可變參數(shù)，BN是鏟板前端到地面的距離為可變參數(shù)，θ1是截割臂與地面的夾角，θ2是鏟板與地面的夾角，兩個夾角θ1、θ2在地面以上為正，地面以下為負，θ1-θ2是截割臂與鏟板之間的夾角；θ1-θ2當?shù)闹荡笥?度時截割臂和鏟板不會發(fā)生平碰撞。

由于截割臂、鏟板距離地面的長度可以通過安裝在油缸內(nèi)部的位移傳感器檢測到的位置信號反饋給主控制器，通過主控制器的模擬量數(shù)值轉(zhuǎn)換實時監(jiān)測，其中截割臂距離地面的長度AM和鏟板距離地面的長度BN可由圖2和圖3以及通過公式（2）和公式（3）的算法獲得，

其中L1、L2分別為截割臂液壓缸、鏟板液壓缸中位移傳感器檢測的位置數(shù)值。

4 系統(tǒng)優(yōu)點

本發(fā)明的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單，效果顯著，成本低廉，工作穩(wěn)定、可靠。應用在煤礦自動控制掘進機上可提高操作的安全性、截割的效率。

[1]金江.我國煤礦掘進機電氣控制的發(fā)展趨勢[A]，2007.

[2]短臂機械化開采專業(yè)委員會學術(shù)研討會論文集[C]，2007.

[3]黎波.螺旋式微型隧道掘進機控制系統(tǒng)的設(shè)計[D].華北電力大學（北京），2005.

TM92 < class="emphasis_bold"> 文獻標識碼：A

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