無線遙控地下鏟運機發(fā)展及液壓系統改進分析

河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司石人溝鐵礦

鏟運機是礦山生產作業(yè)中的必備設備，對于生產作業(yè)起到了重要的推動作用，通過鏟運機的使用，讓礦山生產得到有序進行，尤其是松散殘礦部分的作業(yè)，在鏟運機輔助下，提高采礦作業(yè)的生產效率和質量。隨著先進技術的發(fā)展，無線遙控技術和地下鏟運機有機結合，地下鏟運機可以受到作業(yè)人員的遠程遙控，提高了采礦作業(yè)的安全性，并提高了采礦作業(yè)的效率。因此，研究液壓系統的改進設計，有助于地下鏟運機和無線遙控技術的結合，推廣無線遙控鏟運機的廣泛使用。

1 地下鏟運機

地下鏟運機是在露天地面作業(yè)中使用的設備，使用柴油機和電動機作為原動機，受到液壓作用，實現裝卸、傳動、行走等功能，經常應用于礦山工程以及隧道工程等。由于鏟運機和裝載機有著相似功能，容易造成混淆。兩者主要區(qū)別在于鏟運機的駕駛室屬于橫向布置，且機身相對低矮，使用光面或者半光面輪胎，具有柴油機的凈化尾氣裝置。根據動力來源進行分析，可以將鏟運機劃分成柴油機動力鏟運機和電動機動力鏟運機。

2 無線遙控工作原理

在鏟運機中使用無線遙控技術，方便危險區(qū)域的使用。無線遙控技術使用電磁波技術，經過導線讓高頻信號產生無線電波，指揮鏟運機完成生產任務，同時鏟運機設備可以接受高頻信號，執(zhí)行遙控指令。無線電波可以傳播高頻信號，同時還能傳播接收天線。無線電波遙控利用無線電傳送指令，無線電的強輻射力可以滿足指揮需要。無線電波保持幾百千赫頻率，免于其他信號干擾，可以讓指令更加準確安全地傳播。

實際上，遙控設備和遙控機器人原理一致，無線遙控系統發(fā)出指令信號要在發(fā)射端經過編碼，調制載波，并放大信號。經過發(fā)射天線發(fā)射電波后，接收端可以放大無線電信號，經過信號燈的調解和譯碼后傳遞給驅動控制電路。在控制電路上安裝電磁閥、液壓油缸、電磁繼電器以及直流電機等執(zhí)行元件，可以完成啟動熄火、調節(jié)油門、前進后退檔、制動、離合、空檔等操作。

采礦作業(yè)中面臨著惡劣的作業(yè)環(huán)境，還有很多松散殘礦亟待回收，使用鏟運機遙控作業(yè)可以滿足作業(yè)需要，同時避免作業(yè)人員進入危險作業(yè)區(qū)生產，有效保障了作業(yè)人員的人身安全。遙控鏟運機就是使用視距遙控方式，在100m范圍之內對鏟運機進行遙控，操控機器展開作業(yè)。操作人員在安全區(qū)域操作鏟運機，鏟運機在危險區(qū)域作業(yè)。待鏟運機駛離危險區(qū)域后，操作人員可以手動駕駛鏟運機。

無線遙控工作指令首先發(fā)出遙控指令，指令經過編碼后，調制載波，并放大功率，經過發(fā)射天線發(fā)射。接收天線接收后經過解調載波、譯碼，輸出電路信號。電路信號控制繼電器啟動電機。同時，對油門、熄火、電液閥、電機等加以控制，進而實現對發(fā)動機、工作裝置、離合器、制動裝置以及轉向裝置的控制。

3 液壓系統的改進設計

（1）卡特彼勒R1600G地下鏟運機介紹。卡特彼勒R1600G地下鏟運機使用Cat?3176C發(fā)動機，可以提供強勁高效的動力，在惡劣環(huán)境下，也能實施裝載和運輸生產。該發(fā)動機和變速系統可以保證鏟運機平穩(wěn)運行，且保證較高的燃油效率。井下采礦作業(yè)發(fā)動機可以提供可靠的牽引力，扭矩儲備和換擋可以實現高效配合，提供最大效率，且不會耗費大量循環(huán)時間。電子控制式噴油系統可以對工作環(huán)境、供油量加以控制，以實現最佳燃油效率。使用高壓燃油系統，可以減少排煙量，緩解城市的霧霾污染問題。

鏟運機使用卡特四速行星動力換擋變速箱，即使處于崎嶇不平的井下，也能完成井下采礦工作。大容量變矩器可以給車輪提供較大動力，讓動力傳動系統得到提高。自動換擋變速箱讓操作人員作業(yè)效率更高，鏟運機性能得到優(yōu)化。該鏟運機使用卡特液壓系統，可以減少挖掘提升循環(huán)時間，利用STIC?控制系統，讓單個控制器集合變速箱和轉向功能，讓功能控制得到流暢響應。卡特彼勒R1600G地下鏟運機的鏟斗設計提供良好的負載能力，讓鏟斗結構更加安全可靠，有助于成本控制。通過對液壓系統的優(yōu)化，可以優(yōu)化無線遙控狀態(tài)下的響應效率，提高采礦作業(yè)的生產效率。

（2）無線遙控功能設計。井下采礦作業(yè)包含大量施工點，作業(yè)面大，礦井下施工環(huán)境復雜，管線很容易被砂、蠟堵塞，造成壓井壓力迅速升高，出現憋泵的情況。作業(yè)人員面臨諸多施工風險，通過設計無線遙控設備，規(guī)避安全風險，杜絕安全事故的出現。為了讓鏟運機滿足作業(yè)需要，保證鏟運機可以充分發(fā)揮出實際作用，在任何施工作業(yè)條件下，可以發(fā)揮出實際作用，設計兩種控制方式，一種是手動控制，另一種是無線遙控控制方式，兩者可以實現自由切換和互鎖。為了滿足客戶實際要求，在現有無線遙控系統基礎上進行優(yōu)化，保證原本設備正常運行狀態(tài)下，改進液壓系統，優(yōu)化系統功能，注意控制原有液壓回路的變動。本文以卡特彼勒R1600G地下鏟運機為例，該鏟運機經常應用于礦井地下作業(yè)。

鏟運車以運輸松散物料為主，適合在惡劣的工作環(huán)境中作業(yè)，如作業(yè)面狹窄、低矮等，設計手動和遙控并用的方案。進入危險區(qū)域要由系統自動操控，其余區(qū)域可以由人員自行選擇操控方式。在危險作業(yè)區(qū)，由人員操作鏟運車進入區(qū)域，然后使用遙控操作形式，完成鏟裝作業(yè)后離開危險區(qū)域，由駕駛員繼續(xù)卸載工作。遙控改造涉及液壓系統，包含舉升系統和傾翻系統兩個部分。轉向液壓系統后，對液壓系統進行制動，在原本電氣系統基礎上，安裝遙控電磁閥在變速和油門系統上。另外，要重視將遙控系統設計為模塊系統，根據用戶需要進行選購，方便電磁閥的安裝，減少改動原本液壓系統，以達到預期效果。

（3）改造制動液壓系統。卡特彼勒R1600G地下鏟運機制動系統使用雙管路制動系統，安裝多個制動器和防滑差速器，發(fā)動停車制動，會作用在前橋上，使用彈簧制動形式，釋放液壓。面對惡劣或者高含水環(huán)境作業(yè)時，這種制動方式更加安全。為了保持系統壓力儲備，保證發(fā)動機出現故障問題時，可以讓整車原理工作場地，要安裝三個蓄能設備，保證壓力范圍可以控制在13～15MPa附近。

經過改進后，本系統液壓制動，并使用彈簧釋放。鏟運機行車時不再需要制動，只需要踩下踏板，就能夠啟動制動閥輸出壓力油，向濕式制動器傳輸，從而完成工作制動。輸出油壓和踩下腳踏閥形成可以保持正比，讓制動得到有效控制。在原本手控液壓回路上并聯電控回路，實現單獨操作手動控制和遙控控制。由于增加液壓系統需要耗費較高成本，且空間有限。可以改為增加遙控電磁閥，由蓄能器進行供油，在前橋和后橋制動位置安裝梭閥，獨立運行手動控制和遙控控制，兩者互不干擾。前橋和后橋可以給油制動，不需要使用比例閥，普通電磁閥就可以將油路通斷。

工作狀態(tài)下，對電磁閥通電進行遙控，讓B-T保持相通，油液不需要通過電磁閥。在手動狀態(tài)中，使用踩動踏板，讓制動油路可以實現通斷。處于遙控狀態(tài)下，腳踏閥的油路處于斷開的狀態(tài)，手動控制無法起到作用。這時制動要先斷電遙控電磁閥，讓P-B相通，液壓油可以經過梭閥進入前橋和后橋，實現制動。經過無線遙控的改造后，制動遙控模塊可以發(fā)揮作用，不需要安裝遙控電磁閥，就能改造電磁閥，完成遙控功能。

（4）其他液壓系統改造設計。卡特彼勒R1600G地下鏟運機液壓系統改造需要對遙控改造加以設計，從中了解對液壓系統改造前提在于保證手動狀態(tài)的功能，不能因為添加遙控對手動控制功能造成影響。增加遙控電磁閥，保證手動控制和遙控控制保持獨立運行，且方便互相切換。對于其他單元的遙控改造也需要按照上述設計思路，舉升、傾翻機構使用先導比例閥門，油門系統利用電液比例閥，換擋系統設計要求在一檔位下實現前進和后退的功能，使用電磁閥可以滿足換擋的需要。系統盡量減少對原系統的改造，增加遙控電磁閥設計，不會對原本手動遙控功能帶來影響。且使用遙控電磁閥在增加電控機構的同時，不會給手動控制操作帶來過多阻力，可以保證手動控制和遙控控制獨立運行。

5 結語

綜上所述，礦井生產作業(yè)環(huán)境惡劣，存在諸多安全風險，為規(guī)避作業(yè)安全風險，加強風險控制對于保障作業(yè)安全至關重要。鏟運機作為礦井生產作業(yè)的核心設備，加強無線遙控設計有助于提高設備自動化水平，提升設備自動化水平，在危險生產區(qū)域使用設備自動化作業(yè)，最大程度上規(guī)避安全風險，保障作業(yè)人員的人身安全。因此，還需要在鏟運設備中，不斷融合先進技術，如人工智能技術、深度學習理論等，優(yōu)化設備自動化和智能化水平。