河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司石人溝鐵礦

鏟運(yùn)機(jī)是礦山生產(chǎn)作業(yè)中的必備設(shè)備，對于生產(chǎn)作業(yè)起到了重要的推動(dòng)作用，通過鏟運(yùn)機(jī)的使用，讓礦山生產(chǎn)得到有序進(jìn)行，尤其是松散殘礦部分的作業(yè)，在鏟運(yùn)機(jī)輔助下，提高采礦作業(yè)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。隨著先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，無線遙控技術(shù)和地下鏟運(yùn)機(jī)有機(jī)結(jié)合，地下鏟運(yùn)機(jī)可以受到作業(yè)人員的遠(yuǎn)程遙控，提高了采礦作業(yè)的安全性，并提高了采礦作業(yè)的效率。因此，研究液壓系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，有助于地下鏟運(yùn)機(jī)和無線遙控技術(shù)的結(jié)合，推廣無線遙控鏟運(yùn)機(jī)的廣泛使用。

1 地下鏟運(yùn)機(jī)

地下鏟運(yùn)機(jī)是在露天地面作業(yè)中使用的設(shè)備，使用柴油機(jī)和電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，受到液壓作用，實(shí)現(xiàn)裝卸、傳動(dòng)、行走等功能，經(jīng)常應(yīng)用于礦山工程以及隧道工程等。由于鏟運(yùn)機(jī)和裝載機(jī)有著相似功能，容易造成混淆。兩者主要區(qū)別在于鏟運(yùn)機(jī)的駕駛室屬于橫向布置，且機(jī)身相對低矮，使用光面或者半光面輪胎，具有柴油機(jī)的凈化尾氣裝置。根據(jù)動(dòng)力來源進(jìn)行分析，可以將鏟運(yùn)機(jī)劃分成柴油機(jī)動(dòng)力鏟運(yùn)機(jī)和電動(dòng)機(jī)動(dòng)力鏟運(yùn)機(jī)。

2 無線遙控工作原理

在鏟運(yùn)機(jī)中使用無線遙控技術(shù)，方便危險(xiǎn)區(qū)域的使用。無線遙控技術(shù)使用電磁波技術(shù)，經(jīng)過導(dǎo)線讓高頻信號產(chǎn)生無線電波，指揮鏟運(yùn)機(jī)完成生產(chǎn)任務(wù)，同時(shí)鏟運(yùn)機(jī)設(shè)備可以接受高頻信號，執(zhí)行遙控指令。無線電波可以傳播高頻信號，同時(shí)還能傳播接收天線。無線電波遙控利用無線電傳送指令，無線電的強(qiáng)輻射力可以滿足指揮需要。無線電波保持幾百千赫頻率，免于其他信號干擾，可以讓指令更加準(zhǔn)確安全地傳播。

實(shí)際上，遙控設(shè)備和遙控機(jī)器人原理一致，無線遙控系統(tǒng)發(fā)出指令信號要在發(fā)射端經(jīng)過編碼，調(diào)制載波，并放大信號。經(jīng)過發(fā)射天線發(fā)射電波后，接收端可以放大無線電信號，經(jīng)過信號燈的調(diào)解和譯碼后傳遞給驅(qū)動(dòng)控制電路。在控制電路上安裝電磁閥、液壓油缸、電磁繼電器以及直流電機(jī)等執(zhí)行元件，可以完成啟動(dòng)熄火、調(diào)節(jié)油門、前進(jìn)后退檔、制動(dòng)、離合、空檔等操作。

采礦作業(yè)中面臨著惡劣的作業(yè)環(huán)境，還有很多松散殘礦亟待回收，使用鏟運(yùn)機(jī)遙控作業(yè)可以滿足作業(yè)需要，同時(shí)避免作業(yè)人員進(jìn)入危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)生產(chǎn)，有效保障了作業(yè)人員的人身安全。遙控鏟運(yùn)機(jī)就是使用視距遙控方式，在100m范圍之內(nèi)對鏟運(yùn)機(jī)進(jìn)行遙控，操控機(jī)器展開作業(yè)。操作人員在安全區(qū)域操作鏟運(yùn)機(jī)，鏟運(yùn)機(jī)在危險(xiǎn)區(qū)域作業(yè)。待鏟運(yùn)機(jī)駛離危險(xiǎn)區(qū)域后，操作人員可以手動(dòng)駕駛鏟運(yùn)機(jī)。

無線遙控工作指令首先發(fā)出遙控指令，指令經(jīng)過編碼后，調(diào)制載波，并放大功率，經(jīng)過發(fā)射天線發(fā)射。接收天線接收后經(jīng)過解調(diào)載波、譯碼，輸出電路信號。電路信號控制繼電器啟動(dòng)電機(jī)。同時(shí)，對油門、熄火、電液閥、電機(jī)等加以控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)、工作裝置、離合器、制動(dòng)裝置以及轉(zhuǎn)向裝置的控制。

3 液壓系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

（1）卡特彼勒R1600G地下鏟運(yùn)機(jī)介紹?？ㄌ乇死誖1600G地下鏟運(yùn)機(jī)使用Cat?3176C發(fā)動(dòng)機(jī)，可以提供強(qiáng)勁高效的動(dòng)力，在惡劣環(huán)境下，也能實(shí)施裝載和運(yùn)輸生產(chǎn)。該發(fā)動(dòng)機(jī)和變速系統(tǒng)可以保證鏟運(yùn)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，且保證較高的燃油效率。井下采礦作業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)可以提供可靠的牽引力，扭矩儲備和換擋可以實(shí)現(xiàn)高效配合，提供最大效率，且不會耗費(fèi)大量循環(huán)時(shí)間。電子控制式噴油系統(tǒng)可以對工作環(huán)境、供油量加以控制，以實(shí)現(xiàn)最佳燃油效率。使用高壓燃油系統(tǒng)，可以減少排煙量，緩解城市的霧霾污染問題。

鏟運(yùn)機(jī)使用卡特四速行星動(dòng)力換擋變速箱，即使處于崎嶇不平的井下，也能完成井下采礦工作。大容量變矩器可以給車輪提供較大動(dòng)力，讓動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)得到提高。自動(dòng)換擋變速箱讓操作人員作業(yè)效率更高，鏟運(yùn)機(jī)性能得到優(yōu)化。該鏟運(yùn)機(jī)使用卡特液壓系統(tǒng)，可以減少挖掘提升循環(huán)時(shí)間，利用STIC?控制系統(tǒng)，讓單個(gè)控制器集合變速箱和轉(zhuǎn)向功能，讓功能控制得到流暢響應(yīng)。卡特彼勒R1600G地下鏟運(yùn)機(jī)的鏟斗設(shè)計(jì)提供良好的負(fù)載能力，讓鏟斗結(jié)構(gòu)更加安全可靠，有助于成本控制。通過對液壓系統(tǒng)的優(yōu)化，可以優(yōu)化無線遙控狀態(tài)下的響應(yīng)效率，提高采礦作業(yè)的生產(chǎn)效率。

（2）無線遙控功能設(shè)計(jì)。井下采礦作業(yè)包含大量施工點(diǎn)，作業(yè)面大，礦井下施工環(huán)境復(fù)雜，管線很容易被砂、蠟堵塞，造成壓井壓力迅速升高，出現(xiàn)憋泵的情況。作業(yè)人員面臨諸多施工風(fēng)險(xiǎn)，通過設(shè)計(jì)無線遙控設(shè)備，規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)，杜絕安全事故的出現(xiàn)。為了讓鏟運(yùn)機(jī)滿足作業(yè)需要，保證鏟運(yùn)機(jī)可以充分發(fā)揮出實(shí)際作用，在任何施工作業(yè)條件下，可以發(fā)揮出實(shí)際作用，設(shè)計(jì)兩種控制方式，一種是手動(dòng)控制，另一種是無線遙控控制方式，兩者可以實(shí)現(xiàn)自由切換和互鎖。為了滿足客戶實(shí)際要求，在現(xiàn)有無線遙控系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，保證原本設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)下，改進(jìn)液壓系統(tǒng)，優(yōu)化系統(tǒng)功能，注意控制原有液壓回路的變動(dòng)。本文以卡特彼勒R1600G地下鏟運(yùn)機(jī)為例，該鏟運(yùn)機(jī)經(jīng)常應(yīng)用于礦井地下作業(yè)。

鏟運(yùn)車以運(yùn)輸松散物料為主，適合在惡劣的工作環(huán)境中作業(yè)，如作業(yè)面狹窄、低矮等，設(shè)計(jì)手動(dòng)和遙控并用的方案。進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域要由系統(tǒng)自動(dòng)操控，其余區(qū)域可以由人員自行選擇操控方式。在危險(xiǎn)作業(yè)區(qū)，由人員操作鏟運(yùn)車進(jìn)入?yún)^(qū)域，然后使用遙控操作形式，完成鏟裝作業(yè)后離開危險(xiǎn)區(qū)域，由駕駛員繼續(xù)卸載工作。遙控改造涉及液壓系統(tǒng)，包含舉升系統(tǒng)和傾翻系統(tǒng)兩個(gè)部分。轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)后，對液壓系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)，在原本電氣系統(tǒng)基礎(chǔ)上，安裝遙控電磁閥在變速和油門系統(tǒng)上。另外，要重視將遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為模塊系統(tǒng)，根據(jù)用戶需要進(jìn)行選購，方便電磁閥的安裝，減少改動(dòng)原本液壓系統(tǒng)，以達(dá)到預(yù)期效果。

（3）改造制動(dòng)液壓系統(tǒng)?？ㄌ乇死誖1600G地下鏟運(yùn)機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)使用雙管路制動(dòng)系統(tǒng)，安裝多個(gè)制動(dòng)器和防滑差速器，發(fā)動(dòng)停車制動(dòng)，會作用在前橋上，使用彈簧制動(dòng)形式，釋放液壓。面對惡劣或者高含水環(huán)境作業(yè)時(shí)，這種制動(dòng)方式更加安全。為了保持系統(tǒng)壓力儲備，保證發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障問題時(shí)，可以讓整車原理工作場地，要安裝三個(gè)蓄能設(shè)備，保證壓力范圍可以控制在13～15MPa附近。

經(jīng)過改進(jìn)后，本系統(tǒng)液壓制動(dòng)，并使用彈簧釋放。鏟運(yùn)機(jī)行車時(shí)不再需要制動(dòng)，只需要踩下踏板，就能夠啟動(dòng)制動(dòng)閥輸出壓力油，向濕式制動(dòng)器傳輸，從而完成工作制動(dòng)。輸出油壓和踩下腳踏閥形成可以保持正比，讓制動(dòng)得到有效控制。在原本手控液壓回路上并聯(lián)電控回路，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)操作手動(dòng)控制和遙控控制。由于增加液壓系統(tǒng)需要耗費(fèi)較高成本，且空間有限?？梢愿臑樵黾舆b控電磁閥，由蓄能器進(jìn)行供油，在前橋和后橋制動(dòng)位置安裝梭閥，獨(dú)立運(yùn)行手動(dòng)控制和遙控控制，兩者互不干擾。前橋和后橋可以給油制動(dòng)，不需要使用比例閥，普通電磁閥就可以將油路通斷。

工作狀態(tài)下，對電磁閥通電進(jìn)行遙控，讓B-T保持相通，油液不需要通過電磁閥。在手動(dòng)狀態(tài)中，使用踩動(dòng)踏板，讓制動(dòng)油路可以實(shí)現(xiàn)通斷。處于遙控狀態(tài)下，腳踏閥的油路處于斷開的狀態(tài)，手動(dòng)控制無法起到作用。這時(shí)制動(dòng)要先斷電遙控電磁閥，讓P-B相通，液壓油可以經(jīng)過梭閥進(jìn)入前橋和后橋，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。經(jīng)過無線遙控的改造后，制動(dòng)遙控模塊可以發(fā)揮作用，不需要安裝遙控電磁閥，就能改造電磁閥，完成遙控功能。

（4）其他液壓系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)?？ㄌ乇死誖1600G地下鏟運(yùn)機(jī)液壓系統(tǒng)改造需要對遙控改造加以設(shè)計(jì)，從中了解對液壓系統(tǒng)改造前提在于保證手動(dòng)狀態(tài)的功能，不能因?yàn)樘砑舆b控對手動(dòng)控制功能造成影響。增加遙控電磁閥，保證手動(dòng)控制和遙控控制保持獨(dú)立運(yùn)行，且方便互相切換。對于其他單元的遙控改造也需要按照上述設(shè)計(jì)思路，舉升、傾翻機(jī)構(gòu)使用先導(dǎo)比例閥門，油門系統(tǒng)利用電液比例閥，換擋系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求在一檔位下實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和后退的功能，使用電磁閥可以滿足換擋的需要。系統(tǒng)盡量減少對原系統(tǒng)的改造，增加遙控電磁閥設(shè)計(jì)，不會對原本手動(dòng)遙控功能帶來影響。且使用遙控電磁閥在增加電控機(jī)構(gòu)的同時(shí)，不會給手動(dòng)控制操作帶來過多阻力，可以保證手動(dòng)控制和遙控控制獨(dú)立運(yùn)行。

5 結(jié)語

綜上所述，礦井生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境惡劣，存在諸多安全風(fēng)險(xiǎn)，為規(guī)避作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)控制對于保障作業(yè)安全至關(guān)重要。鏟運(yùn)機(jī)作為礦井生產(chǎn)作業(yè)的核心設(shè)備，加強(qiáng)無線遙控設(shè)計(jì)有助于提高設(shè)備自動(dòng)化水平，提升設(shè)備自動(dòng)化水平，在危險(xiǎn)生產(chǎn)區(qū)域使用設(shè)備自動(dòng)化作業(yè)，最大程度上規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)，保障作業(yè)人員的人身安全。因此，還需要在鏟運(yùn)設(shè)備中，不斷融合先進(jìn)技術(shù)，如人工智能技術(shù)、深度學(xué)習(xí)理論等，優(yōu)化設(shè)備自動(dòng)化和智能化水平。