陳永豐

（陽泉煤業(yè)集團(tuán)長溝煤礦有限責(zé)任公司機(jī)運部機(jī)電隊， 山西 和順 032700）

引言

目前國內(nèi)具有較多型號的掘進(jìn)機(jī)，大多數(shù)為重型以及中小型的掘進(jìn)機(jī)，其中重型掘進(jìn)機(jī)的代表有LH-3000、S200 以及 EBJ160 型號[1]；中小型掘進(jìn)機(jī)代表有AM50和S100型號[2]。近年來，這些型號的掘進(jìn)機(jī)維穩(wěn)，很少在此基礎(chǔ)上有較大的突破以及改進(jìn)，面對快速發(fā)展的煤炭產(chǎn)業(yè)，已難以滿足產(chǎn)業(yè)需求。因此，為滿足市場對于掘進(jìn)機(jī)的需求，研制一種截割功率在100～150 kW的掘進(jìn)機(jī)，且具有較好的適應(yīng)性、先進(jìn)性、高效性以及可靠性。

1 掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計

該掘進(jìn)機(jī)的主要運行功能包括截割、操作、裝運、行走等，針對于具有各種形狀斷面的半煤巖或者井下煤的巷道，總裝機(jī)的功率為242 kW，截割功率為132 kW，切割煤巖的硬度大致為60～70 MPa。當(dāng)在確定位置截割時，截割寬度最大為5.24 m，截割高度最大為4 m。

該掘進(jìn)機(jī)的電控系統(tǒng)通過可編程控制器（PLC）控制，可反映出如油箱的溫度、截割的功率以及系統(tǒng)的壓力等參數(shù)，這些均可通過液晶顯示屏進(jìn)行展現(xiàn)。為提高整個施工環(huán)境的安全，該掘進(jìn)機(jī)配備有噴霧系統(tǒng)，可有效地抑制相關(guān)截割所產(chǎn)生的火花和粉塵。

該掘進(jìn)機(jī)主要包括三大機(jī)構(gòu)：截割、裝運和行走；包括三大系統(tǒng)：水路、液壓以及電氣系統(tǒng)，三大機(jī)構(gòu)和三大系統(tǒng)構(gòu)成整個掘進(jìn)機(jī)的設(shè)備裝配，該掘進(jìn)機(jī)的總體參數(shù)如表1所示。

1.1 主體部分

主體部分主要用于承載各個機(jī)構(gòu)等部件，其上部主要安裝截割機(jī)構(gòu)，下部安裝裝運機(jī)構(gòu)，刮板運輸機(jī)安裝在機(jī)架的內(nèi)部，電氣操作箱位于后左部，噴霧泵站位于后中部，傳動部位于后右部，轉(zhuǎn)載機(jī)架則為于主體部分的尾部。

表1 掘進(jìn)機(jī)的總體參數(shù)

1.2 截割機(jī)構(gòu)

截割機(jī)位于主體部分的回轉(zhuǎn)臺上，主要通過銷軸和升降油缸進(jìn)行連結(jié)。巷道的截割主要是依靠截割機(jī)通過一級的直齒和兩級的行星減速，如此驅(qū)動截割頭旋轉(zhuǎn)，截割頭直徑選用相對較小；截割方式采用縱軸方向；截割功率為132 kW。在截割的運行過程中，可通過內(nèi)部輸送水至截割頭部噴射出來水霧以達(dá)到降塵的目的。

1.3 裝運機(jī)構(gòu)

裝運機(jī)構(gòu)主要由兩部分組成，包括裝載部和運輸部，分別位于主體部的下部以及主體部分。

1.4 行走機(jī)構(gòu)

行走機(jī)構(gòu)主要通過液壓的馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動，位于主體部位的左右，通過一級的直齒和兩級的行星減速，整個掘進(jìn)動作的完成傳遞過程為動力傳遞至驅(qū)動的鏈輪，隨后傳遞至履帶，最后完成整個掘進(jìn)機(jī)的前后、左右的行進(jìn)運動。

1.5 電氣系統(tǒng)

該電氣系統(tǒng)主要由操縱箱、電氣控制箱、照明燈、警鈴等組成部分構(gòu)成[3]。供電電壓為660 V或者1 140 V，液晶屏可實時反映工況以及相關(guān)工況參數(shù)，整個回路由PLC控制，安全可靠。

1.6 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)的壓力選擇為16 MPa,供油主要通過三聯(lián)齒輪泵進(jìn)行，采用直動和先導(dǎo)式兩種控制方式。

1.7 噴霧冷卻系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要保證整個截割過程的安全性，主要的運行回路包括內(nèi)噴霧、外噴霧以及冷卻水構(gòu)成，主要抑制整個施工環(huán)境中的火花和粉塵。

2 電控系統(tǒng)的設(shè)計

掘進(jìn)機(jī)的電控系統(tǒng)組成部分主要包括電控箱、操縱箱以及電器元件，如圖1所示。整個電控系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)采集過程主要通過電流、溫度傳感器以及電壓互感器將信號傳至于電流、電壓以及溫度變送器，隨之利用模塊可將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最終傳至PLC，通過分析數(shù)據(jù)，使得PLC作出指令。

圖1 電控系統(tǒng)組成部分

本文主要開發(fā)一種適用于切割煤以及應(yīng)用于半煤巖巷道的掘進(jìn)機(jī)，該機(jī)型符合目前國內(nèi)的市場要求。針對該掘進(jìn)機(jī)的電控系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）作為控制的核心，該控制回路的主電源為本安型電源；利用電壓變送器和電流互感器，將原本的模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，整個電路為數(shù)字電路；設(shè)置相關(guān)的語音報警裝置，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)在開始啟動以及行走過程中有語音報警提示；所采用的通訊方式為串行接口。

2.1 溫控電路

當(dāng)截割電動機(jī)以及油泵的設(shè)備組成部分發(fā)生故障，比如在設(shè)備開始啟動、機(jī)械傳動以及超負(fù)荷運行過程中，這些故障極易引起繞組發(fā)熱。如若該部分的溫度大于電機(jī)自身部分能夠承受的溫度時，結(jié)果則導(dǎo)致電動機(jī)燒壞事故。為避免電動機(jī)溫度過高，引發(fā)事故，設(shè)計出相關(guān)的溫控電路。設(shè)置出R1、R2、R3以及三個熱敏電阻組成分壓器。當(dāng)存在一個過熱的繞組時，其相鄰的熱敏電阻阻值急速增大，這一現(xiàn)象使得分壓點的電壓達(dá)到最高電壓值，導(dǎo)通電路中的VT1通道，導(dǎo)通VS通道，中斷單片機(jī)，最終可通過回路控制使得電機(jī)斷電，整個回路安全可靠。

2.2 語音系統(tǒng)

語音系統(tǒng)主要位于電控箱的內(nèi)部，通過將啟動的信號傳送到語言合成板或者傳送至控制電路中，按照操作者所按下的運行指令，發(fā)出該指令對應(yīng)的語言提示。例如，當(dāng)操作者按下標(biāo)有“啟動”鍵的指令時，隨之發(fā)出“請注意！掘進(jìn)準(zhǔn)備開始啟動”的提示，整個操作過程簡單便捷。

本部分主要設(shè)計出語音系統(tǒng)軟件，所設(shè)計出的語音系統(tǒng)軟件首先可產(chǎn)生的采樣頻率為10 Hz，再者可壓縮儲存所采集的數(shù)字量，其中所采用的壓縮處理方法被稱為“狀態(tài)計數(shù)法”，例如，對于一個數(shù)值連續(xù)出現(xiàn)128次，只需要采集一個字節(jié)。此種方法方便快捷，同時也設(shè)計出相應(yīng)軟件程序來滿足語音功能。

2.3 數(shù)據(jù)通訊

通常掘進(jìn)機(jī)的工作過程為司機(jī)通過操作箱作出操作指令，隨后傳送至電控箱，電控箱根據(jù)指令要求調(diào)控于具體設(shè)備。傳統(tǒng)的操作箱將信號傳送至電控箱時，需要20多根導(dǎo)線進(jìn)行連接，如若將信號進(jìn)行反饋，則需要多至30根導(dǎo)線進(jìn)行連接。過多的連線不僅加大了這個設(shè)備的整體體積，同時，在掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行施工過程中，也加重了安全隱患。因此，本部分主要設(shè)計出計算機(jī)通訊條件來進(jìn)行信號的傳送與反饋，同時，設(shè)計相應(yīng)的軟件程序可完成計算機(jī)通訊。

3 應(yīng)用評價

對該掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)以及電控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，主要達(dá)成以下特點：截割方式采用縱軸方向，具有較大的截割功率，高效率；截割頭選用的直徑相對較小，具有合理的布局結(jié)構(gòu)，高穩(wěn)定性；配備有內(nèi)外噴霧系統(tǒng)，有著良好的施工環(huán)境；電控系統(tǒng)選擇供電電壓為660 V或者1 140 V，液晶屏可實時反映工況以及相關(guān)工況參數(shù)，整個回路由PLC控制，安全可靠。

將該設(shè)計配備有的該掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用于某設(shè)備制造廠完成了首批試制；并將該設(shè)備送至檢測設(shè)備廠完成檢測；最后應(yīng)用于某礦進(jìn)行工業(yè)的試驗。整個試驗結(jié)果表明，改進(jìn)后的掘進(jìn)機(jī)整體設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)緊湊、可操作性強(qiáng)。