淺析自動(dòng)控制掘進(jìn)機(jī)采用的防碰撞結(jié)構(gòu)

楊凱強(qiáng)

（開(kāi)灤能源化工股份有限公司范各莊礦業(yè)分公司，河北 唐山 063000）

引言：常規(guī)掘進(jìn)操作方式下，駕駛員坐在機(jī)身座位上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)掘進(jìn)控制。由于巷道開(kāi)挖作業(yè)環(huán)境惡劣，天然氣、地下水滲漏等環(huán)境問(wèn)題的存在，安全事故頻繁發(fā)生，對(duì)駕駛員的生命安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅；另一方面，采掘體振動(dòng)大，現(xiàn)場(chǎng)塵土飛揚(yáng)，給駕駛員的作業(yè)帶來(lái)很大困難，不僅增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，而且不能保證作業(yè)效率。為此，對(duì)掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)防撞控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。

一、系統(tǒng)概述

在掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)控制領(lǐng)域，本發(fā)明涉及一種防止截割臂與鏟板碰撞的防撞結(jié)構(gòu)。橫軸式自動(dòng)截割機(jī)是一種全新概念的掘進(jìn)機(jī)。相對(duì)于傳統(tǒng)掘進(jìn)機(jī)，作業(yè)人員的安全和切割速度都發(fā)生了根本的變化?？刂品ㄒ埠軓?fù)雜。這一新技術(shù)的出現(xiàn)，解決了普通掘進(jìn)機(jī)截割速度慢，需要人工作業(yè)，作業(yè)人員危險(xiǎn)等問(wèn)題。以往我國(guó)普通掘進(jìn)機(jī)的切削加工，各技術(shù)基本相同，均采用手工控制，不需進(jìn)行自動(dòng)修改。因此，道路形狀不規(guī)則，效率低下，且行駛緩慢。在此思路上，采用新的控制技術(shù)，提高掘進(jìn)效率和掘進(jìn)性能參數(shù)，實(shí)現(xiàn)巷道安全高效掘進(jìn)。所以研制一種新型自動(dòng)修剪掘進(jìn)機(jī)勢(shì)在必行，防止截割臂與鏟板之間的碰撞是自動(dòng)控制中的一個(gè)重要課題[1]

二、原理概述

其工作原理和操作方法是：開(kāi)關(guān)柜由地下變壓器供電，開(kāi)關(guān)柜中的控制變壓器變?yōu)橄鄳?yīng)的電壓等級(jí)，電源電壓主要是交流220 V，直流24 V 驅(qū)動(dòng)電壓。位移傳感器在全機(jī)自動(dòng)切割控制下，檢測(cè)切割臂和鏟板的工作位置，將位置信號(hào)以模擬量的形式反饋給主控制器。主控制計(jì)算機(jī)通過(guò)比例放大器計(jì)算驅(qū)動(dòng)電磁閥，并控制液壓缸和剪刀臂的伸縮。新型防撞橫軸掘進(jìn)機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有電氣自動(dòng)化的控制的功能，能很好的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液壓缸所處的位置，形成一種閉環(huán)式的控制系統(tǒng)，防止截割臂在施工作業(yè)的過(guò)程中與鏟板相互碰撞，同時(shí)還可以通過(guò)比例電磁閥調(diào)整液壓缸的動(dòng)作的速度，進(jìn)一步提高了機(jī)械設(shè)備的整體工作性能，充分的提高了掘進(jìn)作業(yè)的工作精度和切割煤巖的效率。截面切割成型后，自動(dòng)控制鏟板與切割臂的動(dòng)作，即切割臂自動(dòng)上升，鏟板自動(dòng)上升。按照切削工藝要求，進(jìn)刀、放下鏟板，調(diào)整切削臂位置。鏟板與切割臂反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，主控器根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的位置信號(hào)來(lái)控制比例電磁閥，以防止鏟板與切割臂碰撞，該方法在掘進(jìn)機(jī)電氣控制中具有廣泛的應(yīng)用[2]

（1）該防撞器由控制變壓器、24 伏直流電源、24 伏直流電源、主控機(jī)、隔離護(hù)欄、位移傳感器、比例放大板、比例電磁閥等硬件構(gòu)成。該方法的特點(diǎn)是位移傳感器安裝在油缸內(nèi)，位移傳感器信號(hào)與隔離安全柵聯(lián)接，并與本安電源連接，滿足了本安要求。

（2）要求一橫軸線式掘進(jìn)機(jī)防撞結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是：工作原理和操作方法為：截割臂在截面上的行走軌跡為“s”，鏟刀的行走軌跡為往復(fù)運(yùn)動(dòng)，切割臂的提升液壓缸行程為760 mm，鏟刀的提升液壓缸行程為150 mm，均由液壓缸驅(qū)動(dòng)，按主控算法進(jìn)行拉伸運(yùn)動(dòng)，防止切割臂與鏟刀碰撞。

（3）本發(fā)明涉及一種橫軸式掘進(jìn)機(jī)防撞結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是：所述結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)算法為聯(lián)鎖控制，切割臂或鏟板在移動(dòng)之前，應(yīng)對(duì)另一機(jī)構(gòu)的相應(yīng)位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)；兩機(jī)構(gòu)間的夾角應(yīng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其中一機(jī)構(gòu)應(yīng)向下下降，當(dāng)角度小于10 度時(shí)，機(jī)構(gòu)的速度，如鏟板向上移動(dòng)時(shí)，應(yīng)降低鏟板的速度，而向下移動(dòng)時(shí)，應(yīng)降低切割臂的速度，當(dāng)兩機(jī)構(gòu)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)同時(shí)降低速度[3]

三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及目的

針對(duì)掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)控制過(guò)程中的防撞結(jié)構(gòu)，研究自動(dòng)工況下截割器與鏟板之間的碰撞問(wèn)題。這種防撞結(jié)構(gòu)提高了掘進(jìn)作業(yè)的效率和操作者的安全，避免了切割臂誤操作引起鏟板與鏟板的碰撞，節(jié)省了維修費(fèi)用和延誤時(shí)間，延長(zhǎng)了整機(jī)壽命。本發(fā)明的目標(biāo)是：開(kāi)關(guān)柜由井下變壓器供電，將開(kāi)關(guān)柜中的控制變壓器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓等級(jí)，主要由220 V 交流電源電壓和24 V 直流驅(qū)動(dòng)電壓組成。在全機(jī)自動(dòng)切割控制下，位移傳感器檢測(cè)切割臂和鏟板的工作位置，將位置信號(hào)以模擬量的形式反饋給主控制器。主控機(jī)通過(guò)比例放大器計(jì)算驅(qū)動(dòng)電磁閥，控制切割臂液壓缸與鏟板的伸縮，防止切割臂與鏟板碰撞的閉環(huán)控制系統(tǒng)[4]

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本發(fā)明有很多優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效果顯著，成本低廉，工作穩(wěn)定、可靠。應(yīng)用在煤礦自動(dòng)控制掘進(jìn)機(jī)上可提高操作的安全性、截割的效率?？梢詾槲磥?lái)礦用掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)發(fā)展提供借鑒,具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。