高巖芝 石新

山東華新建筑工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 山東泰安 271219

在我國煤礦企業(yè)中懸臂式掘進(jìn)機(jī)被廣泛應(yīng)用，它不僅兼有切割、運(yùn)輸和運(yùn)輸?shù)墓δ埽瑢?shí)現(xiàn)了礦井生產(chǎn)的高產(chǎn)高效，而且它與錨桿鉆機(jī)搭配使用，開掘巷道與錨噴加固同時(shí)推進(jìn)，又大大減小了巷道的用工消耗和建設(shè)周期[1]。

1 掘進(jìn)機(jī)現(xiàn)存問題與改進(jìn)方向分析

臂架式縱向掘進(jìn)機(jī)是綜采工作面應(yīng)用最廣泛的掘進(jìn)機(jī)。該機(jī)切割部分體積小、功率大，切割力大，工作效率高；縱向切割方式使其適應(yīng)性更強(qiáng)；星輪加載設(shè)計(jì)有利于提高機(jī)器的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間，降低故障概率；輸送機(jī)采用雙面鏈條結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性高；輸送帶內(nèi)外兩側(cè)均設(shè)有霧化機(jī)構(gòu)，便于最大限度地減少運(yùn)行中的煤塵。制約臂式掘進(jìn)機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要問題是電控系統(tǒng)。目前電控系統(tǒng)主要有以下三個(gè)方面：①目前電控系統(tǒng)中電子元器件的壽命較低，故障次數(shù)較多。②電子控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想是模糊的，邏輯語言是混沌的。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，排除故障會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間。③系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)沒有引起足夠的重視，應(yīng)根據(jù)礦山自身的特點(diǎn)對(duì)軟件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。本文通過對(duì)掘進(jìn)機(jī)目前存在問題的分析研究，確定了掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)的研究方向：首先，確定了掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，其次，對(duì)系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最后，對(duì)掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)進(jìn)行了研究，軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了軟硬件的最佳組合效果，提高了系統(tǒng)的可靠性和適應(yīng)性。

2 掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)可靠性的定性分析

2.1 掘錨一體化技術(shù)

掘錨一體化技術(shù)在西方國家首先推廣開來，通過提升掘錨機(jī)掘錨作業(yè)的工作質(zhì)量，則能夠擴(kuò)大掘錨機(jī)械的應(yīng)用范圍。掘錨一體化技術(shù)主要應(yīng)用在頂板條件相對(duì)較差的單巷與雙巷掘進(jìn)中，有利于促進(jìn)掘進(jìn)速率的提升，快速推動(dòng)支護(hù)技術(shù)的有效改善。數(shù)據(jù)調(diào)查研究顯示，掘錨技術(shù)能夠提高65%左右的煤礦開采速度，由掘錨施工一體化的信息內(nèi)容可知，掘錨桿在頂板暴露安裝，有利于促進(jìn)機(jī)械性能以及作業(yè)環(huán)境的有效改善[2]。煤礦在掘進(jìn)的過程中，掘錨一體化有利于凸顯技術(shù)優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)機(jī)械運(yùn)作的效率，促進(jìn)作業(yè)環(huán)境穩(wěn)定性的提升。我國煤礦企業(yè)要從實(shí)際情況出發(fā)，提升掘錨技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用，從而促進(jìn)煤礦行業(yè)實(shí)現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展。

2.2 系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)分析

電控系統(tǒng)是掘進(jìn)機(jī)的重要組成系統(tǒng)，而操作箱又是掘進(jìn)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的起點(diǎn)，考慮到煤礦環(huán)境中存在有瓦斯、煤塵和粉塵這些易爆物質(zhì)，所以操作性的防爆措施至關(guān)重要，因此防爆處理便是系統(tǒng)安全可靠性設(shè)計(jì)的第一環(huán)；誤操作的保護(hù)設(shè)計(jì)也至關(guān)重要，作為命令的發(fā)起者，牽一發(fā)而動(dòng)全身，要保證操作命令輸入的正確性，可以在軟件上設(shè)計(jì)邏輯檢查功能，或者操作的二次確認(rèn)功能，確保無誤操作，同時(shí)也應(yīng)設(shè)計(jì)緊急停止功能，使誤操作萬一發(fā)生時(shí)可以立刻停止錯(cuò)誤指令，減小損失，因此誤操作設(shè)計(jì)及急停設(shè)計(jì)是系統(tǒng)安全可靠性設(shè)計(jì)的第二環(huán)；操作箱存在用電行為，就必須保證電氣安全，在用電過程中，短路和斷路現(xiàn)象都會(huì)引起極大的隱患，短路現(xiàn)象會(huì)引起局部電線或部件過熱，從而引發(fā)電氣火災(zāi)。斷電現(xiàn)象則會(huì)引起某個(gè)部件停止工作，如熱敏傳感器或者瓦斯傳感器因局部斷電而失去功能，也將威脅到生產(chǎn)安全，因此過電保護(hù)功能的設(shè)計(jì)便屬于第三環(huán)。

2.3 元器件設(shè)計(jì)及操作實(shí)現(xiàn)

在電控系統(tǒng)的主回路部分應(yīng)設(shè)置熔斷器用于保護(hù)系統(tǒng)在短路時(shí)候的安全性，電流變送器的數(shù)目盡量不小于5組，其中截割電機(jī)的額定功率為260kW，二運(yùn)電機(jī)的額定功率為15kW，在總回路的額定電流不得大于290A。隔離開關(guān)的額定電流為390A，型號(hào)可以采用400E11，應(yīng)該提高30%的冗余電流設(shè)計(jì)余量。交流真空接觸器應(yīng)考慮分段極限設(shè)計(jì)，對(duì)每個(gè)分段的額定電流能力進(jìn)行規(guī)定，額定電流可考慮為200A。變速器采用三相電流型，型號(hào)為CS66系列，可以同時(shí)測(cè)量6路電流。電源必須選用安全穩(wěn)定可靠的安全本質(zhì)型電源系統(tǒng)，具有防爆合格證和過載保護(hù)功能，并結(jié)合空氣斷路器對(duì)線路進(jìn)行短路保護(hù)。在整體系統(tǒng)操作單元的末端設(shè)置顯示器，能夠清晰地顯示整個(gè)電氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，整體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)通信接口應(yīng)支持RX485，能夠應(yīng)對(duì)-20-80℃的惡劣電氣環(huán)境。

2.4 數(shù)據(jù)通訊

通常，掘進(jìn)機(jī)的工作過程是由駕駛員通過操作箱發(fā)出操作指令，然后傳送到電控箱，由專用設(shè)備根據(jù)指令的要求對(duì)電控箱進(jìn)行控制。傳統(tǒng)的操作箱向電控箱傳輸信號(hào)時(shí)，需要20多條導(dǎo)線連接。如果信號(hào)被反饋，它需要多達(dá)30根電線來連接。過多的連接不僅增加了設(shè)備的整體體積，而且加劇了掘進(jìn)機(jī)施工過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，本部分主要設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)通信條件進(jìn)行信號(hào)傳輸和反饋，同時(shí)設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件程序來完成計(jì)算機(jī)通信。

2.5 環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)分析

掘進(jìn)機(jī)所處的工作環(huán)境十分惡劣，主要包括切割巖壁時(shí)的震動(dòng)、破碎巖石產(chǎn)生的粉塵、除塵所噴灑的水霧以及空氣流通不暢導(dǎo)致的機(jī)械發(fā)熱等，這里主要根據(jù)這幾點(diǎn)進(jìn)行可靠性分析及設(shè)計(jì)。

（1）震動(dòng)，主要的措施是進(jìn)行防震設(shè)計(jì)，加裝防震裝置，同時(shí)也可以在切割部位及電控部件之間增加隔震裝置，減小震動(dòng)的傳導(dǎo)性。

（2）粉塵，粉塵主要會(huì)對(duì)元器件的精度、靈活性及散熱產(chǎn)生影響，相應(yīng)的設(shè)計(jì)則是水霧降塵和重要元件的防塵處理相結(jié)合措施，從而保證元件的正常使用。

（3）水霧，水霧對(duì)于電子元件的影響極大，首先是濕度增加會(huì)影響電子元件的靈敏度，使得所采集的數(shù)據(jù)有偏差；其次是水霧與粉塵的結(jié)合對(duì)于元件本身具有一定的腐蝕性，因此需要采取作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的除濕和電子元件隔水相結(jié)合的措施。

3 結(jié)語

掘進(jìn)機(jī)中控系統(tǒng)通過增加功能模塊和液壓元器件提升了掘進(jìn)機(jī)開采精度以及效率，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程操控作業(yè)化的功能，減小了人工干預(yù)出錯(cuò)的可能性，對(duì)煤礦企業(yè)本質(zhì)安全化管理有了極大的促進(jìn)作用。