齊 靜

（新景公司生產(chǎn)技術部， 山西 陽泉 045000）

引言

掘進機截割系統(tǒng)作為掘進設備運行高質(zhì)開展的關鍵組件，其運行質(zhì)量對整個礦井生產(chǎn)采掘交替的有效銜接意義重大。而常規(guī)的掘進機截割組件多為懸臂式截割結構，在作業(yè)時這種機構的截割路徑和動作全部需依靠人工進行操作，從而達成掘進作業(yè)的有效開展[1]。這種作業(yè)方式往往對作業(yè)人員的個人技能有著較高要求，一旦作業(yè)人員技術不過關或長時間高強度工作，非常容易造成截割面質(zhì)量不佳的情況，從而對掘進作業(yè)的質(zhì)量進行造成負面影響。鑒于此，為更好地滿足礦井生產(chǎn)的現(xiàn)代化需求，需開發(fā)一種新型的掘進機截割智能控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)截割機構作業(yè)的自動化。

1 掘進機截割結構作業(yè)原理的分析

掘進機截割結構是完成掘進巷道巖壁切割的執(zhí)行機構，其作業(yè)時的路徑直徑?jīng)Q定著截割面的形狀和是否需進行重復截割。整個掘進機的截割機構構成組件包括液壓驅動裝置、截割臂、截割頭和驅動電機。整個機構借助執(zhí)行油缸布置于掘進機機身上，作業(yè)時兩個相互獨立的液壓控制系統(tǒng)[2]操控截割機構開展上下左右擺動作業(yè)；此外，還能夠同時使用兩套油缸操控掘進機截割機構開展復合運動，進而確保截割機構可以充分適應不同類型巷道的截割作業(yè)，見圖1。

2 掘進機截割自動化控制的分析

圖1 礦井掘進機結構示意圖

掘進機截割機構的自動化控制是以掘進機的人工操作相關參數(shù)為參照基礎，結合施工現(xiàn)場的掘進調(diào)研和操作人員的激光指向裝置實現(xiàn)對掘進作業(yè)未知的確定，進而借由對操作臺手柄的調(diào)控實現(xiàn)對電流比例閥的開口度，實現(xiàn)對掘進機構擺角的控制，以確保液壓缸流道達到合適位置，實現(xiàn)對活塞桿的推動，確保截割部能夠在水平或垂直方向進行方向調(diào)換或速度調(diào)控。同時為充分避免井下復雜作業(yè)環(huán)境對司機操控精準度的影響，最大程度提升掘進截割效果，將PLC 控制技術應用到掘進機截割控制中[3-4]。PLC 裝置能夠通過對感應裝置收集數(shù)據(jù)的匯總分析，對掘進機截割部運行狀態(tài)進行全面分析，進而發(fā)出相應的操控指令，并在激光定位系統(tǒng)的配合下達成對整個掘進機構運行的準確操控，見圖2。

圖2 基于自動化控制技術的掘進機截割作業(yè)流程示意圖

同時，為確保巷道掘進截割作業(yè)的精準、有效，在掘進機截割機構的運行中采用慢啟動、慢停加速的控制方式和對截割臂擺動速度的分階段控制調(diào)節(jié)方式，下頁圖3 所示即為掘進機截割系統(tǒng)自動控制啟停和調(diào)速作業(yè)示意圖。作業(yè)時，慢啟動和慢停止的目的主要是力保掘進巷道截面成型精準有效，同時盡可能延長電機使用壽命，避免截割機構端部在快速急?；蚣眴⒅幸騽×艺饎佣霈F(xiàn)損壞[5]；分階段調(diào)節(jié)速度的目的主要在于保證液壓系統(tǒng)可以快速、及時進行供液，并在截割中達成無極調(diào)速和電機功率的恒定輸出。

圖3 掘進機截割系統(tǒng)自動控制啟停和調(diào)速作業(yè)示意圖

3 掘進機截割機構自動控制組件選擇的分析

1）傳感裝置。為實現(xiàn)掘進機截割機構豎直方向移動的精準定位，實現(xiàn)其截割軌跡按照預設計有效運行，配套使用重力擺式感應裝置，對截割機構傾角進行精準監(jiān)測。該監(jiān)測裝置屬于磁敏電阻型監(jiān)測裝置，可以實現(xiàn)監(jiān)測目標傾角的無接觸精密監(jiān)測，確保巷道掘進作業(yè)期間截割機構在垂直方向的擺動角和掘進機機身保持規(guī)定角度。而為實現(xiàn)對截割機構水平方向擺動角的監(jiān)測，采取SMR 型磁敏感感應裝置，該類裝置具備良好的編碼功能，其在使用中需要配合感應齒聯(lián)合使用。此外，針對截割頭伸長量的監(jiān)測則通過行程感應裝置，該裝置布設于系統(tǒng)油缸內(nèi)。對系統(tǒng)作業(yè)電流的監(jiān)測選用型號CHY-220AS/V 的專用監(jiān)測裝置，其可以將所收集的電機電流信息通過變送裝置的處理轉化為PLC 裝置可以直接識別的標準數(shù)據(jù)信息。該電流監(jiān)測裝置可監(jiān)測電流區(qū)間為0～220 A，輸送線性度為1.3%，轉化而成的電流信號介于0～25 mA。

2）A/D 轉換裝置。為實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的有效轉化，PLC 控制器拓展口配設有型號FX2N 的A/D 轉換裝置，該裝置具備四個傳輸通道，可以快速將模擬信號轉化為數(shù)字信號。信號分辨率最高可達16 位，其中電壓與電流的輸入/輸出信號均通過接線端和轉換器完成變換，轉化后的電壓范圍介于-10～10 V[6]，轉化后的電流信號范圍為-20～20 mA。PLC 控制器根據(jù)所接收信號通過綜合分析后向執(zhí)行元件發(fā)出執(zhí)行指令，操控系統(tǒng)運行。

4 自動控制功能的實現(xiàn)

基于人工操作相關參數(shù)，借助數(shù)值模擬等仿真手段，借由在PLC 控制器上配設可編程語言，實現(xiàn)對截割結構不同運行動作的預設，從而實現(xiàn)對掘進結構割壁動作、方向等的自動調(diào)整。同時，為確保所形成巷道斷面質(zhì)量符合生產(chǎn)需求，自動控制系統(tǒng)需操控截割機構機械能掃地工作。整個掘進作業(yè)期間，截割機構運行速度可分設為三個級別，自動控制系統(tǒng)根據(jù)轉換所得電流、電壓信號，進而確定相應的截割作業(yè)速度，見圖4。

圖4 掘進機截割機構自動控制流程示意圖

5 結論

通過將所設計的自動化控制系統(tǒng)應用在井下煤巖巷道生產(chǎn)實踐中，并借由對其的運行成果的監(jiān)測可知，通過PLC 自動控制系統(tǒng)操控掘進截割作業(yè)，巷道橫截面成型后兩幫誤差均值同設計值相差不超過300 mm，小于人工操作誤差值。同時，機身始終處于巷道中線，無偏差，單邊定位和回轉定位精準度均不超過30 mm，并能夠完成斷面掃底工作。整個過程中掘進機未發(fā)生任何機械故障，并提升了掘進速度，降低了作業(yè)人員勞動強度，提高了巷道掘進成型效率和質(zhì)量。