長(zhǎng)距離自移設(shè)備列車電液控制技術(shù)研究

宋 濤

(1.中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 太原研究院有限公司，山西 太原 030006；2.山西天地煤機(jī)裝備有限公司，山西 太原 030006)

目前，大多數(shù)煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)了井下成套裝備高效化、自動(dòng)化及系統(tǒng)化。為適應(yīng)綜采設(shè)備的高效管理，將所有綜采設(shè)備動(dòng)力源及變頻器集中布置在工作面巷道，形成了40多輛平板車總噸位約400t的長(zhǎng)距離設(shè)備列車。但傳統(tǒng)絞車牽引設(shè)備列車[1]移動(dòng)方式及工作效率，制約著礦井高產(chǎn)高效目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。隨著自動(dòng)化、智能化技術(shù)的發(fā)展，與綜采、綜掘等自動(dòng)化、智能化控制系統(tǒng)及裝備相比而言，工作面兩巷道輔助運(yùn)輸及設(shè)備列車運(yùn)行仍處在傳統(tǒng)人工控制及拆裝軌道階段，工作效率低、設(shè)備自動(dòng)化控制存在著一定的技術(shù)缺陷，造成工人勞動(dòng)強(qiáng)大、設(shè)備穩(wěn)定性差、故障率高等；研究提升礦井輔助運(yùn)輸特別是提升設(shè)備列車的移動(dòng)效率及自動(dòng)化控制方式，是當(dāng)前煤礦企業(yè)提升采煤效率所面臨的技術(shù)難題。

針對(duì)傳統(tǒng)移動(dòng)設(shè)備列車[2，3]及控制方式帶來(lái)的問(wèn)題，太原研究院對(duì)設(shè)備列車進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)及系統(tǒng)集成，成功開(kāi)發(fā)了自動(dòng)化井下超長(zhǎng)距離自移設(shè)備列車并試用于內(nèi)蒙地區(qū)神東煤礦。

1 自移設(shè)備列車組成型式與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 組成形式及原理

自移設(shè)備列車總長(zhǎng)達(dá)到240m，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，每套由1組自移式牽引裝置，重軌、推移油缸、40多套帶提升機(jī)構(gòu)的自移平板車組成。設(shè)備列車布置在綜采工作面的運(yùn)輸巷道，隨著采煤機(jī)、刮板機(jī)及支架的移動(dòng)，設(shè)備列車同步移動(dòng)；該設(shè)備以工作面乳化液為動(dòng)力，每輛自移平板車自帶2根重軌，平板車、軌道互相鉸接，高度集成列車自移、調(diào)偏、防掉道等功能，實(shí)現(xiàn)自移式平板車[4，5]與自移式牽引裝置互為支點(diǎn)邁步前移，軌道也隨著成套設(shè)備列車的行走往前移動(dòng)，自動(dòng)化的控制方式實(shí)現(xiàn)了整個(gè)設(shè)備列車操作的自動(dòng)化及遠(yuǎn)程遙控。

圖1 井下超長(zhǎng)距離自移設(shè)備列車

1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1)采用雙擺桿式自移式牽引裝置替代傳統(tǒng)絞車，實(shí)現(xiàn)機(jī)頭牽引整個(gè)設(shè)備列車移動(dòng)；頂梁撐頂時(shí)能避開(kāi)部分錨索錨桿，保持頂板完整性。

2)自移式牽引裝置配置2套提升調(diào)偏機(jī)構(gòu)，可向左向右各調(diào)整100mm，實(shí)現(xiàn)整機(jī)跑偏時(shí)的合理調(diào)偏。

3)每臺(tái)自移平板車帶4套提升機(jī)構(gòu)和2根軌道，列車移動(dòng)時(shí)利用提升機(jī)構(gòu)將平板車騎在軌道上，實(shí)現(xiàn)列車與軌道的滾動(dòng)摩擦前移，軌道移動(dòng)時(shí)也利用提升機(jī)構(gòu)將平板車落地，兩側(cè)的軌道提起形成滾動(dòng)摩擦，跟隨自移式牽引裝置一同前進(jìn)。

4)自移式平板車實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，采用自潤(rùn)滑銅套的滾動(dòng)機(jī)構(gòu)，防止大坡度時(shí)設(shè)備列車的自下滑；專用軌道間通過(guò)連接段鉸接，適應(yīng)上下坡道，實(shí)現(xiàn)設(shè)備列車自移及防跑車和防掉道。

2 自移設(shè)備列車液壓控制系統(tǒng)研究

自移設(shè)備列車液壓控制系統(tǒng)操縱中，從乳化液泵站來(lái)的高壓液經(jīng)過(guò)濾器進(jìn)入電液控制閥組，通過(guò)環(huán)形管路分配到設(shè)備列車各執(zhí)行油缸工作口，使設(shè)備列車完成必要的動(dòng)作，同時(shí)執(zhí)行油缸回液，經(jīng)閥組、回液斷路閥到泵箱。

整套系統(tǒng)采用環(huán)形供液方式，為保證40個(gè)平板車的同時(shí)升降，單個(gè)功能主閥控制6～8臺(tái)平板車的子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)平板車與軌道的交替升降，多個(gè)功能主閥并聯(lián)控制同時(shí)供液，功能主閥控制自移式牽引裝置設(shè)備列車立柱、推移千斤頂、平衡千斤頂、抬底千斤頂?shù)纳?，功能主閥同樣控制所有功能主閥4的升降動(dòng)作，即可實(shí)現(xiàn)所有平板車同時(shí)升、同時(shí)降、同步牽引的控制要求。

1)自移式牽引裝置系統(tǒng)布置?？紤]到Φ280mm立柱及Φ250mm推移油缸的流量要求，配置了流量1000L/min，過(guò)濾精度為25μm反沖洗過(guò)濾器；系統(tǒng)進(jìn)液口安裝截止閥，回路上有斷路閥，保證對(duì)自移平板車系統(tǒng)維護(hù)時(shí)不影響使用并避免系統(tǒng)背壓引起誤動(dòng)作。功能主閥控制著兩側(cè)立柱的升降，立柱并聯(lián)同時(shí)動(dòng)作，各配置一個(gè)立柱液控單向鎖及壓力表，監(jiān)測(cè)頂板來(lái)壓情況，立柱下腔裝有500L的大安全閥，單向鎖安裝250L的小安全閥，防止頂板來(lái)壓時(shí)及時(shí)卸載。頂梁的平衡油缸、牽引裝置的抬底油缸、調(diào)偏油缸各采用雙向鎖控制。

2)自移平板車系統(tǒng)布置。子統(tǒng)配有1個(gè)筒式過(guò)濾器和1個(gè)回液斷路閥，避免其他系統(tǒng)的誤動(dòng)作；采用1個(gè)功能主閥控制8臺(tái)車32根提升油缸，每片閥控制4臺(tái)車16根提升油缸的動(dòng)作，16根提升油缸采用串聯(lián)形式，每臺(tái)車配置2個(gè)雙向鎖各控制2根提升油缸的升降，當(dāng)操作功能主閥時(shí)所有32根提升油缸同時(shí)升降，每組平板車通過(guò)環(huán)形供液實(shí)現(xiàn)并聯(lián)控制。

3 自移設(shè)備列車電控技術(shù)方案

設(shè)備列車電液控制軟件開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備就地控制[6]、全設(shè)備列車范圍內(nèi)的遙控控制；針對(duì)設(shè)備列車連續(xù)、快速前移控制方式進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)整體自移自動(dòng)控制方案。

設(shè)備列車液壓控制自移系統(tǒng)包含選取典型設(shè)備進(jìn)行列車結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)列車同步平穩(wěn)提升、降落；研究軌道升降的穩(wěn)定型并跟隨自移式牽引裝置同步前移的液控系統(tǒng)。

3.1 電控系統(tǒng)組成及原理

電控系統(tǒng)由以下幾個(gè)主要部件組成：傳感器、控制器、耦合器、網(wǎng)絡(luò)變化器、驅(qū)動(dòng)器、電磁先導(dǎo)閥、無(wú)線接收器、遙控器、礦用隔爆兼本安型電源等組成；采用功能電磁主閥的功能控制器和多個(gè)4功能電磁主閥功能控制器的分組布局控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)備列車環(huán)形供液，能夠避免出現(xiàn)單片主閥控制時(shí)出現(xiàn)長(zhǎng)管路流阻損失過(guò)大導(dǎo)致小車動(dòng)作不一致、不協(xié)調(diào)的問(wèn)題；電液控系統(tǒng)如圖2所示：

1)功能電磁主閥的功能控制器主要用于自移式牽引裝置的相關(guān)動(dòng)作；其功能主要用于對(duì)多個(gè)功能電磁主閥的功能控制器液控口進(jìn)行控制，能夠分別實(shí)現(xiàn)設(shè)備列車順序動(dòng)作控制和同時(shí)動(dòng)作控制，靈活多變。自移式牽引裝置控制方案如圖3所示。

2)功能電磁主閥控制的小車動(dòng)作液控孔口通過(guò)壓力采集以判斷小車的動(dòng)作，分散布置壓力傳感器能顯著降低傳感器的數(shù)量，同時(shí)提高控制的靈活度。

3)進(jìn)液通過(guò)反沖洗過(guò)濾器后分別連通功能電磁主閥和多個(gè)功能電磁主閥的進(jìn)液口，提高小車動(dòng)作的一致性。

3.2 技術(shù)方案說(shuō)明

1)自移式牽引裝置控制方案如圖4所示，通過(guò)一臺(tái)獨(dú)立的功能控制器實(shí)施控制[7]。該控制器與系統(tǒng)其他控制器連接構(gòu)成控制系統(tǒng)，自移式牽引裝置[8]控制器安裝兩個(gè)壓力傳感器檢測(cè)立柱下腔壓力，在升起過(guò)程，控制器通過(guò)壓力數(shù)據(jù)判斷初撐力是否達(dá)到要求；在推移過(guò)程，控制器使用傳感器判斷推移是否到位。

圖2 自移設(shè)備列車電控系統(tǒng)框圖

圖3 自移式牽引裝置控制方案

圖4 平板車控制方案

2)平板車順序控制與分組控制。平板車控制方案如圖4所示，使用功能控制器控制升降動(dòng)作，每臺(tái)控制器通過(guò)電磁閥驅(qū)動(dòng)口控制多組電磁先導(dǎo)閥，每個(gè)先導(dǎo)閥對(duì)應(yīng)一個(gè)平板車，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)8個(gè)平板車升降控制?？刂破魍ㄟ^(guò)壓力、傾角等傳感器(每個(gè)平板車安裝一個(gè)壓力和一個(gè)傾角傳感器)對(duì)平板車進(jìn)行升降油缸及車體姿態(tài)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)CAN總線實(shí)現(xiàn)不同控制器之間數(shù)據(jù)交互與時(shí)序分組控制(含自移式牽引裝置控制)。

3)遠(yuǎn)程遙控操作?？刂破骶赗S-232接口安裝一個(gè)無(wú)線接收器，遙控器通過(guò)無(wú)線接收器接入控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的全功能遙控操作[9]。遙控范圍覆蓋自移式移變列車整套范圍，可在任意一節(jié)平板車跟前使用遙控器操作列車自移，同時(shí)觀察設(shè)備是否按照設(shè)定程序動(dòng)作。

4)平板車升降油缸工作異常識(shí)別?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)安裝在平板車升降油缸上的壓力傳感器監(jiān)控油缸工作狀態(tài)以及安裝在車底的傾角傳感器監(jiān)控平板車姿態(tài)，并通過(guò)升降動(dòng)作執(zhí)行前后平板車姿態(tài)變化及相鄰車的姿態(tài)判斷油缸是否執(zhí)行升降動(dòng)作。

4 結(jié) 論

針對(duì)傳統(tǒng)絞車牽引設(shè)備列車的移動(dòng)方式，提出了一種新型的長(zhǎng)距離自移設(shè)備列車裝備，并重點(diǎn)研究了其電液控制技術(shù)。

1)采用安全、可靠的電液控制系統(tǒng)，環(huán)形供液、多架分組遙控等技術(shù)，使用多傳感器反饋閉環(huán)控制方式，實(shí)現(xiàn)了列車同步平穩(wěn)提升、降落。

2)實(shí)現(xiàn)設(shè)備就地控制、全設(shè)備列車范圍內(nèi)的遙控控制；采用功能控制器和多個(gè)功能電磁主閥控制器的分組布局控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)備列車環(huán)形供液，避免出現(xiàn)長(zhǎng)管路流阻損失過(guò)大導(dǎo)致小車動(dòng)作不一致、不協(xié)調(diào)的問(wèn)題。

3)實(shí)現(xiàn)設(shè)備列車遠(yuǎn)程遙控，減少操作人員，推進(jìn)綜采面自動(dòng)化、無(wú)人化管理，從根本上將對(duì)設(shè)備列車工作方式進(jìn)行徹底革新。