長距離自移設備列車電液控制技術研究

宋 濤

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

目前，大多數煤礦企業實現了井下成套裝備高效化、自動化及系統化。為適應綜采設備的高效管理，將所有綜采設備動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的長距離設備列車。但傳統絞車牽引設備列車[1]移動方式及工作效率，制約著礦井高產高效目標的實現。隨著自動化、智能化技術的發展，與綜采、綜掘等自動化、智能化控制系統及裝備相比而言，工作面兩巷道輔助運輸及設備列車運行仍處在傳統人工控制及拆裝軌道階段，工作效率低、設備自動化控制存在著一定的技術缺陷，造成工人勞動強大、設備穩定性差、故障率高等；研究提升礦井輔助運輸特別是提升設備列車的移動效率及自動化控制方式，是當前煤礦企業提升采煤效率所面臨的技術難題。

針對傳統移動設備列車[2，3]及控制方式帶來的問題，太原研究院對設備列車進行創新設計及系統集成，成功開發了自動化井下超長距離自移設備列車并試用于內蒙地區神東煤礦。

1 自移設備列車組成型式與結構特點

1.1 組成形式及原理

自移設備列車總長達到240m，其結構如圖1所示，每套由1組自移式牽引裝置，重軌、推移油缸、40多套帶提升機構的自移平板車組成。設備列車布置在綜采工作面的運輸巷道，隨著采煤機、刮板機及支架的移動，設備列車同步移動；該設備以工作面乳化液為動力，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、調偏、防掉道等功能，實現自移式平板車[4，5]與自移式牽引裝置互為支點邁步前移，軌道也隨著成套設備列車的行走往前移動，自動化的控制方式實現了整個設備列車操作的自動化及遠程遙控。

圖1 井下超長距離自移設備列車

1.2 結構特點

1)采用雙擺桿式自移式牽引裝置替代傳統絞車，實現機頭牽引整個設備列車移動；頂梁撐頂時能避開部分錨索錨桿，保持頂板完整性。

2)自移式牽引裝置配置2套提升調偏機構，可向左向右各調整100mm，實現整機跑偏時的合理調偏。

3)每臺自移平板車帶4套提升機構和2根軌道，列車移動時利用提升機構將平板車騎在軌道上，實現列車與軌道的滾動摩擦前移，軌道移動時也利用提升機構將平板車落地，兩側的軌道提起形成滾動摩擦，跟隨自移式牽引裝置一同前進。

4)自移式平板車實現模塊化設計，采用自潤滑銅套的滾動機構，防止大坡度時設備列車的自下滑；專用軌道間通過連接段鉸接，適應上下坡道，實現設備列車自移及防跑車和防掉道。

2 自移設備列車液壓控制系統研究

自移設備列車液壓控制系統操縱中，從乳化液泵站來的高壓液經過濾器進入電液控制閥組，通過環形管路分配到設備列車各執行油缸工作口，使設備列車完成必要的動作，同時執行油缸回液，經閥組、回液斷路閥到泵箱。

整套系統采用環形供液方式，為保證40個平板車的同時升降，單個功能主閥控制6～8臺平板車的子系統，實現平板車與軌道的交替升降，多個功能主閥并聯控制同時供液，功能主閥控制自移式牽引裝置設備列車立柱、推移千斤頂、平衡千斤頂、抬底千斤頂的升降，功能主閥同樣控制所有功能主閥4的升降動作，即可實現所有平板車同時升、同時降、同步牽引的控制要求。

1)自移式牽引裝置系統布置。考慮到Φ280mm立柱及Φ250mm推移油缸的流量要求，配置了流量1000L/min，過濾精度為25μm反沖洗過濾器；系統進液口安裝截止閥，回路上有斷路閥，保證對自移平板車系統維護時不影響使用并避免系統背壓引起誤動作。功能主閥控制著兩側立柱的升降，立柱并聯同時動作，各配置一個立柱液控單向鎖及壓力表，監測頂板來壓情況，立柱下腔裝有500L的大安全閥，單向鎖安裝250L的小安全閥，防止頂板來壓時及時卸載。頂梁的平衡油缸、牽引裝置的抬底油缸、調偏油缸各采用雙向鎖控制。

2)自移平板車系統布置。子統配有1個筒式過濾器和1個回液斷路閥，避免其他系統的誤動作；采用1個功能主閥控制8臺車32根提升油缸，每片閥控制4臺車16根提升油缸的動作，16根提升油缸采用串聯形式，每臺車配置2個雙向鎖各控制2根提升油缸的升降，當操作功能主閥時所有32根提升油缸同時升降，每組平板車通過環形供液實現并聯控制。

3 自移設備列車電控技術方案

設備列車電液控制軟件開發，實現設備就地控制[6]、全設備列車范圍內的遙控控制；針對設備列車連續、快速前移控制方式進行研究，設計整體自移自動控制方案。

設備列車液壓控制自移系統包含選取典型設備進行列車結構、液壓系統設計，實現列車同步平穩提升、降落；研究軌道升降的穩定型并跟隨自移式牽引裝置同步前移的液控系統。

3.1 電控系統組成及原理

電控系統由以下幾個主要部件組成：傳感器、控制器、耦合器、網絡變化器、驅動器、電磁先導閥、無線接收器、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4功能電磁主閥功能控制器的分組布局控制，實現設備列車環形供液，能夠避免出現單片主閥控制時出現長管路流阻損失過大導致小車動作不一致、不協調的問題；電液控系統如圖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動作；其功能主要用于對多個功能電磁主閥的功能控制器液控口進行控制，能夠分別實現設備列車順序動作控制和同時動作控制，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作液控孔口通過壓力采集以判斷小車的動作，分散布置壓力傳感器能顯著降低傳感器的數量，同時提高控制的靈活度。

3)進液通過反沖洗過濾器后分別連通功能電磁主閥和多個功能電磁主閥的進液口，提高小車動作的一致性。

3.2 技術方案說明

1)自移式牽引裝置控制方案如圖4所示，通過一臺獨立的功能控制器實施控制[7]。該控制器與系統其他控制器連接構成控制系統，自移式牽引裝置[8]控制器安裝兩個壓力傳感器檢測立柱下腔壓力，在升起過程，控制器通過壓力數據判斷初撐力是否達到要求；在推移過程，控制器使用傳感器判斷推移是否到位。

圖2 自移設備列車電控系統框圖

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作，每臺控制器通過電磁閥驅動口控制多組電磁先導閥，每個先導閥對應一個平板車，從而實現對8個平板車升降控制。控制器通過壓力、傾角等傳感器(每個平板車安裝一個壓力和一個傾角傳感器)對平板車進行升降油缸及車體姿態監測，并通過CAN總線實現不同控制器之間數據交互與時序分組控制(含自移式牽引裝置控制)。

3)遠程遙控操作。控制器均在RS-232接口安裝一個無線接收器，遙控器通過無線接收器接入控制系統，可以實現控制系統的全功能遙控操作[9]。遙控范圍覆蓋自移式移變列車整套范圍，可在任意一節平板車跟前使用遙控器操作列車自移，同時觀察設備是否按照設定程序動作。

4)平板車升降油缸工作異常識別。控制系統通過安裝在平板車升降油缸上的壓力傳感器監控油缸工作狀態以及安裝在車底的傾角傳感器監控平板車姿態，并通過升降動作執行前后平板車姿態變化及相鄰車的姿態判斷油缸是否執行升降動作。

4 結 論

針對傳統絞車牽引設備列車的移動方式，提出了一種新型的長距離自移設備列車裝備，并重點研究了其電液控制技術。

1)采用安全、可靠的電液控制系統，環形供液、多架分組遙控等技術，使用多傳感器反饋閉環控制方式，實現了列車同步平穩提升、降落。

2)實現設備就地控制、全設備列車范圍內的遙控控制；采用功能控制器和多個功能電磁主閥控制器的分組布局控制，實現設備列車環形供液，避免出現長管路流阻損失過大導致小車動作不一致、不協調的問題。

3)實現設備列車遠程遙控，減少操作人員，推進綜采面自動化、無人化管理，從根本上將對設備列車工作方式進行徹底革新。