季瑞，王忠賓，關(guān)明

(中國礦業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院，江蘇徐州221116)

煤炭是我國的主要能源，國內(nèi)采煤機的滾筒調(diào)高大多依靠人工通過紅外遙控器在近距離操控。由于采煤機工作過程中產(chǎn)生大量的煤塵和水霧，加之煤礦井下惡劣的工作環(huán)境，單靠人眼很難看清滾筒是否切割到巖石，僅能通過截割滾筒發(fā)出的聲音進行判別。煤層截割過少則不能充分開采，造成對煤炭資源的浪費;截割過多則易觸碰到頂?shù)装?，對采煤機的危害極大。而實現(xiàn)采煤機滾筒自動調(diào)高，能夠節(jié)約煤炭資源、改善勞動條件、延長機器壽命，既有經(jīng)濟效益又有社會效益。因此，作者提出的采煤機滾筒自動調(diào)高的液壓控制方法，在遵從記憶切割路徑的基礎(chǔ)上能夠?qū)L筒切割到巖石的異常狀態(tài)做高度的自動調(diào)節(jié)，不僅可彌補記憶截割過于依賴人的行為所帶來的不及時和隨機現(xiàn)象，又可避免單一傳感器識別穩(wěn)定性、可靠性差和精度低等所帶來的問題，能夠有效解決采煤機滾筒根據(jù)煤層厚度的變化進行自動調(diào)高的問題。

1 采煤機滾筒調(diào)高的液壓控制原理

采煤機滾筒調(diào)高的液壓系統(tǒng)控制原理如圖1所示，調(diào)高油缸的缸體端與搖臂、活塞桿端與牽引部箱體分別用銷軸鉸接，通過調(diào)高油缸活塞的伸縮運動帶動搖臂上下擺動從而實現(xiàn)滾筒的液壓調(diào)高。

圖1 采煤機滾筒調(diào)高的液壓控制原理圖

當采煤機正常運行時，由電動機驅(qū)動調(diào)高液壓泵運轉(zhuǎn)，壓力油自油箱經(jīng)吸油過濾器進入液壓泵，在滾筒高度固定不變時，即調(diào)高換向閥未操作狀態(tài)下，壓力油經(jīng)溢流閥回油池。在操作滾筒升降時，即調(diào)高換向閥操作時，壓力油經(jīng)調(diào)高換向閥進入調(diào)高油缸，調(diào)高油缸排油腔的油液經(jīng)調(diào)高換向閥回油池，直到滾筒調(diào)整到位即調(diào)高換向閥停止操作為止。該調(diào)高換向閥是手、液控換向閥的先導(dǎo)閥，是為實現(xiàn)滾筒調(diào)高的電氣控制而設(shè)置的。

在整個液壓調(diào)高系統(tǒng)中，雙向液壓鎖的作用至關(guān)重要。當采煤機處于調(diào)高狀態(tài)，雙向液壓鎖可以實現(xiàn)調(diào)高油缸的平穩(wěn)工作，減小壓力波動，增加液壓系統(tǒng)的可靠性;當采煤機處于緊鎖狀態(tài)，雙向液壓鎖可以鎖住調(diào)高油缸兩腔的液壓油，保持滾筒在正常工作或受到?jīng)_擊時的高度能長時間保持固定位置。

2 采煤機滾筒調(diào)高的液壓控制模型

在采煤機滾筒調(diào)高過程中，通過調(diào)高油缸活塞的往復(fù)運動實現(xiàn)滾筒的液壓調(diào)高。建立典型采煤機滾筒調(diào)高的液壓控制模型如圖2所示。

圖2 采煤機滾筒調(diào)高的液壓控制模型

在滾筒調(diào)高油缸上安裝位移傳感器，測量調(diào)高油缸活塞的往復(fù)運動位移量。圖2中各參數(shù)的具體定義如下:H為采煤機滾筒高度，滾筒回轉(zhuǎn)中心P 到滑靴所在水平面的垂直距離;h為采煤機機身高度，機身與搖臂鉸接點C 到滑靴所在水平面的垂直距離;a為短搖臂長度，短搖臂與機身鉸接點C 到短搖臂與調(diào)高油缸缸體鉸接點B的距離;b為搖臂長度，搖臂與機身鉸接點C 到滾筒回轉(zhuǎn)中心P的距離;c為搖臂與機身鉸接點C 到調(diào)高油缸活塞與機身鉸接點A的距離;θ為短搖臂與搖臂的夾角;l為調(diào)高油缸收縮到最短的長度;x為調(diào)高油缸活塞的位移量;l+x為調(diào)高油缸兩端鉸接點AB的距離。

建立采煤機滾筒高度和調(diào)高油缸活塞位移量的系統(tǒng)函數(shù)為:

由上式可得:液壓缸的活塞桿位移量H與滾筒調(diào)高量x之間的關(guān)系是非線性的正相關(guān)。

以西安煤礦機械有限公司生產(chǎn)的MG500/1130型電牽引采煤機為實例，采煤機滾筒高度和調(diào)高油缸活塞位移量的曲線如圖3所示。

圖3 采煤機滾筒高度H 和調(diào)高油缸活塞位移量x的曲線

3 采煤機滾筒自動調(diào)高的液壓控制實現(xiàn)方法

采煤機滾筒自動調(diào)高主要由記憶路徑跟蹤和自適應(yīng)調(diào)高兩大部分組成，將PLC控制系統(tǒng)和調(diào)高液壓控制回路相連，控制原理如圖4所示。

圖4 采煤機滾筒自動調(diào)高液壓控制系統(tǒng)原理圖

記憶路徑跟蹤是指由人工操縱采煤機沿工作面的煤巖界面先割一刀，調(diào)高控制系統(tǒng)采集調(diào)高油缸位移傳感器的參數(shù)及采煤機的位置信息并存入記憶數(shù)據(jù)庫，以后的滾筒高度均由PLC控制器根據(jù)記憶數(shù)據(jù)庫的工作參數(shù)，通過控制信號驅(qū)動電液換向閥動作，自動控制調(diào)高油缸活塞的位移，并對活塞的位移傳感參數(shù)不斷校驗，形成閉環(huán)控制，實現(xiàn)滾筒的自動調(diào)高。

自適應(yīng)調(diào)高是指在記憶路徑跟蹤的過程中，如煤層條件發(fā)生變化，采煤機PLC控制器根據(jù)截割負載的異常狀態(tài)，通過控制信號驅(qū)動液壓控制系統(tǒng)自動將滾筒調(diào)節(jié)至適宜高度，并自動記憶調(diào)整過的工作參數(shù)，作為下一刀滾筒自動調(diào)高的工作參數(shù)。

實踐證明當采煤機切割到巖石后，其截割電機的電流、溫度都將加大并超出正常范圍。

4 采煤機滾筒自動調(diào)高的液壓控制測試

為了驗證采煤機滾筒自動調(diào)高的液壓控制效果，作者以某公司生產(chǎn)的MG500/1130型電牽引采煤機在中國平煤神馬集團六礦22 210 工作面的工作為例，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集、處理及分析。采集時間間隔500 ms，采集點數(shù)400個，滾筒高度值400個，最終得出采煤機滾筒液壓控制自動調(diào)高曲線如圖5所示，滾筒高度誤差不大于0.080 m，試驗取得了滿意的結(jié)果，驗證了該方法的實用性。

圖5 采煤機滾筒自動調(diào)高的液壓控制曲線

5 結(jié)束語

根據(jù)當前采煤機滾筒調(diào)高的實際研究狀況，提出一種采煤機滾筒自動調(diào)高液壓控制的新方法，并通過實驗證明:該方法能夠提高采煤機液壓調(diào)高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性及準確性，誤差范圍滿足我國復(fù)雜地質(zhì)條件下采煤機滾筒自動調(diào)高的控制要求。

【1】沈利華，王蓓，陶崢． 滾筒采煤機調(diào)高機構(gòu)研究［J］． 煤礦機電，1998(1):31 －33．

【2】于勵民．煤礦機械液壓傳動［M］． 北京:煤炭工業(yè)出版社，2008．

【3】張友云．國外煤巖分界傳感器研究現(xiàn)狀［J］． 煤炭經(jīng)濟與科技動態(tài)，1994(26):8 －11．

【4】廉自生，劉混舉，李文英．基于切割力響應(yīng)的煤巖界面識別技術(shù)研究［J］．山西機械，1999(2):25 －27．