許 晉
(西山煤電集團(tuán)東曲煤礦機(jī)電科檢修隊(duì), 山西 古交 030200)
作為井下綜采工作面的關(guān)鍵性生產(chǎn)設(shè)備,采煤機(jī)設(shè)備性能的好壞也將直接影響到煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率,制約著煤礦井下的生產(chǎn)進(jìn)度。考慮到井下生產(chǎn)作業(yè)空間的復(fù)雜性及局限性,現(xiàn)階段采煤機(jī)在運(yùn)行生產(chǎn)過(guò)程中,還是需要借助相關(guān)技術(shù)人員依照煤層的實(shí)際分布情況,對(duì)采煤機(jī)截割滾筒的截割高度進(jìn)行人工調(diào)整,然而這種調(diào)高方式的弊端就在于調(diào)整的效率低、調(diào)節(jié)精度差,而且經(jīng)常會(huì)發(fā)生觸頂現(xiàn)象[1],這無(wú)疑是在耽誤井下綜采作業(yè)效率的同時(shí),又為整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)了安全隱患。所以,對(duì)傳統(tǒng)調(diào)高方式的改革創(chuàng)新十分有必要。為此,本文設(shè)計(jì)出了一種新型的采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高控制系統(tǒng)。
針對(duì)采煤機(jī)搖臂的調(diào)高控制工作,實(shí)際上主要是根據(jù)采煤機(jī)的截割供給速度、截割煤壁的水平高度以及截割軌跡來(lái)進(jìn)行調(diào)整的,而這之中的采煤機(jī)截割供給速度與被截割煤層的硬度又有著一定的關(guān)聯(lián)[2],為了滿足井下綜采工作面無(wú)人化生產(chǎn)作業(yè)的要求,本文設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)調(diào)高控制系統(tǒng)。如圖1 所示,是系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)。
圖1 自動(dòng)調(diào)高控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
觀察圖中可以發(fā)現(xiàn),隨著采煤機(jī)的截割過(guò)程的進(jìn)行,所設(shè)計(jì)的自動(dòng)高程控制系統(tǒng)將跟蹤采煤機(jī)的截割軌跡,將其自動(dòng)轉(zhuǎn)化成采煤機(jī)截割作業(yè)時(shí),各個(gè)控制位置的供給速度以及采煤機(jī)截割滾筒的水平高度坐標(biāo),以此來(lái)當(dāng)作采煤機(jī)截割自動(dòng)控制的理論根據(jù),此外,借助系統(tǒng)中的A/D 轉(zhuǎn)換器可以對(duì)這些信息進(jìn)一步放大處理,并將處理好后的信息傳輸至采煤機(jī)供給控制系統(tǒng)以及采煤機(jī)調(diào)高控制系統(tǒng)中,這也就實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)在截割過(guò)程中對(duì)供給速度以及滾筒截割高度的跟蹤控制。同時(shí),考慮到整個(gè)控制過(guò)程的相對(duì)精確,要在采煤機(jī)的各個(gè)關(guān)鍵位置處布置好相應(yīng)的傳感器,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)設(shè)備在作業(yè)過(guò)程中的位置、姿態(tài)等信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并將所獲得的監(jiān)測(cè)結(jié)果經(jīng)由系統(tǒng)負(fù)反饋調(diào)節(jié)的方式輸入到反饋系統(tǒng)中,以此完成對(duì)采煤機(jī)整個(gè)截割過(guò)程的閉環(huán)調(diào)節(jié)效果。隨著控制工作的進(jìn)行,處在截割機(jī)構(gòu)的負(fù)載檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采煤機(jī)的負(fù)載變化情況,并以此為依據(jù),來(lái)完成對(duì)煤巖層硬度的評(píng)判。針對(duì)不同硬度條件下的截割控制邏輯,來(lái)調(diào)整控制采煤機(jī)的滾筒截割高度以及供給速度。為了保障復(fù)雜作業(yè)環(huán)境中綜采作業(yè)的安全穩(wěn)定性,智能調(diào)高系統(tǒng)還配有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能,從而就達(dá)到了工作人員遠(yuǎn)程控制井下作業(yè)的效果。如表1 所示,為自動(dòng)調(diào)高控制系統(tǒng)所涉及的主要部件選型。
表1 自動(dòng)調(diào)高控制系統(tǒng)主要部件選型
在進(jìn)行煤壁截割過(guò)程時(shí),采煤機(jī)需執(zhí)行的運(yùn)動(dòng)具體包含了采煤機(jī)搖臂截割運(yùn)動(dòng)、供給運(yùn)動(dòng)和采煤機(jī)截割滾筒截割運(yùn)動(dòng)[3]。為了保證采煤機(jī)在截割運(yùn)動(dòng)中,其內(nèi)部截割驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定,能夠通過(guò)截割負(fù)荷來(lái)調(diào)整截割速度,并提供靈活的速度等操作參數(shù)調(diào)整,用傳統(tǒng)截割控制系統(tǒng)來(lái)識(shí)別截割煤和巖石的硬度,其分布主要是對(duì)煤層圍巖和巖石硬度大小進(jìn)行預(yù)先分析,并將所得結(jié)果傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中,然而這種方式測(cè)得的截割關(guān)鍵參數(shù)是十分不精確的,會(huì)由于硬度大等原因致使采煤機(jī)在作業(yè)過(guò)程中發(fā)生截齒斷裂的現(xiàn)象,或者內(nèi)部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)磨損過(guò)度,影響設(shè)備的使用壽命等問(wèn)題。
針對(duì)截割負(fù)載變化情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)也是本系統(tǒng)的一個(gè)重要功能,該系統(tǒng)采用的是對(duì)負(fù)載電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)截割負(fù)載進(jìn)行評(píng)判。在截割作業(yè)過(guò)程中,隨著采煤機(jī)截割負(fù)載發(fā)生變化,其電流會(huì)相應(yīng)的出現(xiàn)改變,因此,可以利用這一點(diǎn),選用沙子、水泥以及石塊等材料制成硬度大小不等的試件,統(tǒng)計(jì)不同截割硬度條件下驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流大小,從而獲得硬度電流對(duì)應(yīng)關(guān)系的對(duì)照表,并將該信息傳輸至控制系統(tǒng)中,這樣一來(lái)只需經(jīng)由電流傳感器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流大小就可以對(duì)巖體的硬度狀態(tài)進(jìn)行判斷,進(jìn)而可以對(duì)采煤機(jī)截割滾筒的轉(zhuǎn)速以及供給速度做出針對(duì)性的選擇,可以滿足采煤機(jī)搖臂運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整的要求。如圖2 所示,為采煤機(jī)運(yùn)行時(shí)的截割電流示意圖。
圖2 截割電機(jī)電流示意圖
上述設(shè)計(jì)的巖層硬度識(shí)別系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)測(cè)到的煤巖硬度的具體大小,實(shí)時(shí)匹配采煤機(jī)截割段的截割狀態(tài),滿足不同地質(zhì)條件下的截割穩(wěn)定性要求,從而達(dá)到精確調(diào)節(jié)采煤機(jī)搖臂水平高度的效果。
采煤機(jī)高度調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的輸出控制信號(hào)將直接傳輸?shù)礁叨日{(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。同時(shí),高度調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的高度可根據(jù)液壓缸的膨脹量靈活調(diào)節(jié),保證搖臂控制桿高度調(diào)節(jié)的靈活性和準(zhǔn)確性。該智能調(diào)高控制系統(tǒng)的搖臂式升降機(jī)構(gòu)中裝有電磁式比例安全閥,將此調(diào)節(jié)信號(hào)傳送至電磁比例安全閥,通過(guò)對(duì)比例安全閥的開度進(jìn)行控制,以保證對(duì)執(zhí)行缸的伸縮量大小進(jìn)行準(zhǔn)確的控制,從而保證對(duì)采煤機(jī)搖桿高度的調(diào)整。如圖3 所示,為搖臂調(diào)高執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。
圖3 搖臂調(diào)高執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)
通過(guò)對(duì)采煤機(jī)調(diào)高控制系統(tǒng)的更新,可以準(zhǔn)確監(jiān)控截割負(fù)荷,并以此作為調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整的基本信號(hào),在操作時(shí)進(jìn)行智能調(diào)整,經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)量可以發(fā)現(xiàn),調(diào)整精度可達(dá)±10 mm,使采煤機(jī)的截割速度與進(jìn)給速度相匹配,有效提高了截割工作的效率,保證了井下生產(chǎn)的安全、經(jīng)濟(jì)性。
本文所述采煤機(jī)截割斷面智能調(diào)高控制策略的核心是當(dāng)煤層條件發(fā)生變化時(shí),需要加入人為干擾因素作為對(duì)比,并使用最優(yōu)調(diào)整參數(shù)進(jìn)行下一次截割。因此,在實(shí)際生產(chǎn)中采用了所設(shè)計(jì)的滾筒自動(dòng)調(diào)高控制策略,并對(duì)前五刀的采煤效果進(jìn)行了測(cè)試,第一刀采用手工操作,比較的結(jié)果如表2 所示,在第二刀按照第一刀的切割參數(shù)進(jìn)行加工時(shí),由于煤層條件的變化,第三、四、五刀人工干預(yù)次數(shù)大幅減少,相應(yīng)的時(shí)間也大大減少。因此,采煤機(jī)采用智能翻轉(zhuǎn)的記憶切割控制策略后,能更好地適應(yīng)不同煤層的變化,縮短人為干擾造成的停機(jī)時(shí)間,大大提高采煤機(jī)的生產(chǎn)效率。
表2 試驗(yàn)比較結(jié)果
1)采煤機(jī)調(diào)高自動(dòng)控制系統(tǒng)依靠的是負(fù)反饋的調(diào)節(jié)方式,將調(diào)高控制依據(jù)定為被截割煤巖的硬度,系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)具有控制精度高、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn);
2)采煤機(jī)調(diào)高自動(dòng)控制系統(tǒng)采用的是對(duì)負(fù)載電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)截割負(fù)載進(jìn)行評(píng)判,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流大小就可以對(duì)巖體的硬度狀態(tài)進(jìn)行判斷,反應(yīng)靈敏;
3)本文設(shè)計(jì)的調(diào)高控制系統(tǒng)在操作時(shí)可實(shí)現(xiàn)智能化的調(diào)高,調(diào)整精度可達(dá)±10 mm,使得最佳截割轉(zhuǎn)速與進(jìn)刀速度迅速匹配,提高采煤截割的工作效率。