王履鋒

(潞安環(huán)能股份公司 常村煤礦，山西 長(zhǎng)治 046102)

懸臂式掘進(jìn)機(jī)在我國(guó)煤礦井下應(yīng)用廣泛，具有掘進(jìn)高效、掘巷成本低，適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。隨著我國(guó)礦井規(guī)模擴(kuò)大，大型化、無人化等逐步成為礦井機(jī)械設(shè)備發(fā)展的目標(biāo)，但當(dāng)前國(guó)內(nèi)仍未實(shí)現(xiàn)懸臂式掘進(jìn)機(jī)完全程度的自動(dòng)化截割，造成掘巷效率低，掘巷質(zhì)量差的局面[1-3]。同時(shí)，懸臂式掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)截割成型的自動(dòng)控制技術(shù)仍待發(fā)展，許多成果仍處于理論研究和仿真階段，不能有效指導(dǎo)礦井的實(shí)際生產(chǎn)。本文基于常村煤礦2201W工作面實(shí)際情況，對(duì)井下使用的EBZ260型懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造，提高了工作面掘巷效率，保障礦井的安全生產(chǎn)。

1 懸臂式掘進(jìn)機(jī)的概況

EBZ260型懸臂式掘進(jìn)機(jī)可切割抗壓強(qiáng)度不高于90 MPa的煤巖體，最大截割硬度110 MPa，可掘任意斷面尺寸巷道，掘巷最大尺寸6.3 m×5.2 m(寬×高)，可適應(yīng)最大坡度±18°。EBZ260型懸臂式掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 EBZ260型懸臂式掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)示意

2 懸臂式掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)化升級(jí)

2.1 自動(dòng)化升級(jí)功能架構(gòu)

如圖2所示，自動(dòng)化升級(jí)功能架構(gòu)系統(tǒng)保留原有基礎(chǔ)電氣系統(tǒng)，增設(shè)擴(kuò)展控制箱，基礎(chǔ)電氣系統(tǒng)相關(guān)設(shè)施安裝在原電控箱內(nèi)，擴(kuò)展控制箱增加遙控接收裝置，信號(hào)采集及驅(qū)動(dòng)輸出模塊，控制器通過CANopen總線與擴(kuò)展控制箱連接。

圖2 自動(dòng)化升級(jí)功能架構(gòu)

2.2 硬件設(shè)計(jì)

基于圖2所示功能架構(gòu)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，具體如圖3所示，主要包含無線收發(fā)裝置、比例電磁閥組、油缸位移傳感器及信號(hào)采集及驅(qū)動(dòng)模塊。比例電磁閥組采用兩組德國(guó)HAWE生產(chǎn)的PSV型電液比例換向閥，礦用隔爆型，額定電壓24 VDC，電阻26.6 Ω；油缸位移傳感器選用北航天金泰星測(cè)技術(shù)公司的GUC1000型傳感器，礦用隔爆型，內(nèi)置于油缸體內(nèi)部；無線遙控收發(fā)裝置采用德國(guó)海德GL系列本安型遙控收發(fā)器，通過二次開發(fā)，滿足設(shè)計(jì)升級(jí)設(shè)計(jì)要求；信號(hào)采集及驅(qū)動(dòng)模塊選用德國(guó)Inter Control公司研發(fā)的ICN-VV產(chǎn)品，模塊主要采集截割過程中升降油缸、回轉(zhuǎn)油缸、鏟板油缸及后支撐油缸的位移信號(hào)，然后通過CANopen總線向主控電箱控制器傳輸信號(hào)，然后將處理完成的信號(hào)輸出給ICN-VV模塊，利用該模塊驅(qū)動(dòng)各電磁閥組。

圖3 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要包括對(duì)遙控軟件、恒功率截割軟件和定位自動(dòng)截割軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。遙控軟件通過處理接收信號(hào)，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的電氣操作和液壓操作過程；恒功率截割軟件通過設(shè)定額定電流上限值，即當(dāng)截割電機(jī)電流達(dá)到額定電流的90%時(shí)，該軟件系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)節(jié)液壓閥流量，降低截割點(diǎn)擊負(fù)載，使截割電機(jī)處于恒功率工作狀態(tài)；定位自動(dòng)截割軟件在人工定位后，自動(dòng)進(jìn)行巷道斷面形狀的開挖，自下而上S型截割。圖4為斷面監(jiān)視及參數(shù)設(shè)置示意，其界面設(shè)計(jì)參考部分采煤機(jī)的記憶截割系統(tǒng)[4-5]。

圖4 斷面監(jiān)視及參數(shù)設(shè)置示意

3 自動(dòng)化升級(jí)模擬試驗(yàn)

圖5為場(chǎng)內(nèi)模擬試驗(yàn)示意。試驗(yàn)設(shè)備截割頭D600 mm，豎直方向截割步距400 mm，截割斷面為矩形，巷道斷面尺寸為5 m×4 m。

圖5 場(chǎng)內(nèi)模擬試驗(yàn)示意

通過對(duì)截割數(shù)據(jù)的整理匯總，繪制如圖6所示的截割頭運(yùn)動(dòng)軌跡及截割對(duì)比圖，分析圖6可知，水平方向截割偏差最大60 mm，垂直單側(cè)為40 mm，符合巷道掘進(jìn)施工標(biāo)準(zhǔn)的(+200 mm，-100 mm)誤差允許范圍，因此自動(dòng)化升級(jí)系統(tǒng)滿足施工精度要求，可有效提高礦井巷道掘進(jìn)的自動(dòng)化水平。

圖6 截割頭運(yùn)動(dòng)軌跡及路徑對(duì)比

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過對(duì)EBZ260型懸臂式掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)設(shè)計(jì)，主要包括硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的模擬驗(yàn)證，確定懸臂式掘進(jìn)機(jī)升級(jí)后能夠有效提高礦井工作面掘進(jìn)自動(dòng)化水平，降低人工作業(yè)誤差，提高巷道斷面掘進(jìn)質(zhì)量。