王振宇

（西山煤電集團(tuán)山西清洗科技有限公司， 山西 太原 030053）

1 礦井液壓支架清洗現(xiàn)狀

目前，我國各支架修理單位普遍采用人工清洗加清水沖洗的方式來清洗液壓支架，該方法必須有2～5人一起協(xié)作方可完成，并且具有工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗水量大、效率低等缺點(diǎn)。也有部分企業(yè)用乳化液泵做動(dòng)力，雖清洗效率有所提高，但排放污染非常嚴(yán)重，對(duì)環(huán)境會(huì)造成較大的影響。另一種清洗方法是工人手持高壓水槍清洗，工作效率比傳統(tǒng)方法有所提高，污染也得以降低。但是，此方法最大的缺點(diǎn)就是工人的工作環(huán)境極其惡劣，例如工人經(jīng)常被反彈的高速煤渣打傷，對(duì)操作工人是一種潛在的危險(xiǎn)；同時(shí)水槍的巨大后座力增加了清洗工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了生產(chǎn)效率[1]。

2 清洗機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)制造一種自動(dòng)化的清洗設(shè)備，用六自由度的機(jī)械臂代替人手，由機(jī)械臂“握持”高壓水槍，運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)的空間位置和空間姿態(tài)，使水槍對(duì)準(zhǔn)液壓支架上需要清洗的部位，利用噴射的高壓水流達(dá)到清洗的目的?？紤]到液壓支架的體積比較龐大，為對(duì)其進(jìn)行徹底清洗，設(shè)計(jì)了一種由液壓缸驅(qū)動(dòng)的直線移動(dòng)滑臺(tái)，機(jī)械臂底座固定在滑臺(tái)上，滑臺(tái)帶動(dòng)機(jī)械臂沿著平行液壓支架側(cè)面的方向直線移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多工位清洗，增大其工作空間。

液壓支架重點(diǎn)清洗區(qū)域的清洗由兩臺(tái)機(jī)器人協(xié)作完成，機(jī)器人分居液壓支架兩側(cè)，呈對(duì)角分布，分別完成液壓支架的單側(cè)的清洗工作。機(jī)器人底座固定在可移動(dòng)的液壓滑臺(tái)上，滑臺(tái)導(dǎo)軌與液壓支架單側(cè)平行，機(jī)器人可沿著導(dǎo)軌滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多工位清洗[2]。

在執(zhí)行清洗工作前，機(jī)器人需要首先完成示教工作，獲取關(guān)鍵點(diǎn)位數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存。需要清洗時(shí)，只需使機(jī)器人復(fù)現(xiàn)已示教點(diǎn)，帶動(dòng)高壓水槍自動(dòng)移動(dòng)，完成清洗。針對(duì)不同型號(hào)的液壓支架，應(yīng)分別示教機(jī)器人，并將獲得的點(diǎn)位數(shù)據(jù)編號(hào)，對(duì)號(hào)入座，以免張冠李戴。

首先，完成機(jī)械部件的安裝和調(diào)試，包括液壓驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)平臺(tái)的安裝、機(jī)器人電纜拖鏈和水管拖鏈的安裝、外部防護(hù)罩的安裝；其次，完成外圍設(shè)備的布置規(guī)劃，包括液壓站的位置選擇，高壓水管道、液壓油管道的布置，控制柜的布置以及系統(tǒng)走線的規(guī)劃等；之后完成開關(guān)電源、繼電器、CS8C控制器等電器元件的安裝和接線，并調(diào)試成功；最后，在搭建好的平臺(tái)上，示教點(diǎn)位數(shù)據(jù)，編寫程序，試驗(yàn)清洗效果。按此方式完成2～3臺(tái)液壓支架的清洗程序編寫。另外，集中時(shí)間對(duì)工人進(jìn)行培訓(xùn)，掌握系統(tǒng)的操作方法。

液壓支架清洗機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，實(shí)物圖如下頁圖2所示，其主要包括液壓移動(dòng)平臺(tái)、六自由度機(jī)械臂、水槍組件。液壓移動(dòng)平臺(tái)是一個(gè)由液壓缸驅(qū)動(dòng)的可作水平直線運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)，主要由焊接在地面上的支架體、安裝在支架體上的直線滑軌、底面安裝有滑塊的機(jī)械臂底座以及用作動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的液壓缸組成。該平臺(tái)用來固定和支撐六自由度機(jī)械臂，并能使機(jī)械臂沿直線導(dǎo)軌水平移動(dòng)。水槍組件固定在六自由度機(jī)器臂末端法蘭盤上，由機(jī)械臂夾持水槍運(yùn)動(dòng)到空間確定的位置和姿態(tài)，進(jìn)行清洗作業(yè)。

圖1 液壓支架清洗機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖2 液壓支架清洗機(jī)器人機(jī)構(gòu)實(shí)物圖

3 清洗機(jī)器人主要功能

液壓支架智能清洗系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)4.0 m×1.5 m×2.5 m規(guī)格范圍內(nèi)液壓支架的清洗。清洗速率為20 min/臺(tái)。機(jī)械手的負(fù)載能力滿足水槍持重和高壓水開啟瞬間后坐力的要求。水槍質(zhì)量為20 kg。清洗時(shí)可能有煤屑飛出，機(jī)械臂做好自身防護(hù)。液壓支架經(jīng)清洗機(jī)器人清洗，能有效清除液壓缸體鉸接處和四連桿機(jī)構(gòu)鉸接處嵌藏的煤和煤矸，最終整體支架的清結(jié)度應(yīng)達(dá)到90%以上[3]。編制擴(kuò)展性好、柔性高的清洗程序能對(duì)不同型號(hào)、不同外形、不同大小的液壓支架進(jìn)行準(zhǔn)確、有效的清洗。

4 機(jī)器人清洗方式

清洗機(jī)器人的清洗過程包括清洗順序、清洗時(shí)水槍的空間角度、高壓水射流的壓力、不同部位清洗時(shí)長的安排。液壓支架呈長方體形狀，長、寬、高分別約為7 m、1.5 m、2.5 m，外形體積較大。針對(duì)液壓支架不同部位污垢的特征，采用不同的清洗策略，既可以提高清洗效果，又可以加快清洗速率。

清洗順序?yàn)橄壬虾笙?、從里到外，即先清洗液壓支架的頂梁上表面和?cè)面，去除表面銹皮和少量煤矸石。再使水槍向下移動(dòng)，清洗液壓支架的底部，重點(diǎn)去除柱窩等處嵌藏的煤矸石。并且先沖洗液壓支架上靠近機(jī)械臂的內(nèi)側(cè)，將銹皮和煤矸石沖到遠(yuǎn)離機(jī)械臂的外側(cè)，然后沖洗其外側(cè)，將沖出的煤渣徹底清除出去。這種清洗順序，可以有效地防止已經(jīng)清洗干凈的區(qū)域再次被沖出的煤渣覆蓋，從而提高清洗效率。

液壓支架的柱窩內(nèi)嵌藏有大量的煤粉和煤矸石，厚度約300 mm，而且由于液壓缸體和柱窩內(nèi)壁的擠壓，使其變得十分致密。對(duì)于該部位的清洗，采用高角度、高壓力、近距離沖洗，調(diào)節(jié)機(jī)械臂姿態(tài)，使得高壓槍管與柱窩煤層表面約呈60°，壓力調(diào)至40 MPa以上，槍嘴與煤層距離在400 mm以內(nèi)，可以有效清洗該處的煤渣。

5 產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)

液壓支架智能清洗設(shè)備清洗質(zhì)量高，能徹底清洗死角堆積的煤渣油漬。清洗效率高，能在較短的時(shí)間內(nèi)完成清洗工作，節(jié)省勞動(dòng)時(shí)間，并且自動(dòng)化程度高，節(jié)省人力，減低人工成本。設(shè)備柔性大，工作可靠，能適用于不同型號(hào)的液壓支架的清洗，對(duì)環(huán)境友好，既能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，又不產(chǎn)生污染物質(zhì)。