懸臂式掘進機電控系統的自動化升級研究與設計

王履鋒

(潞安環能股份公司 常村煤礦，山西 長治 046102)

懸臂式掘進機在我國煤礦井下應用廣泛，具有掘進高效、掘巷成本低，適應能力強等特點。隨著我國礦井規模擴大，大型化、無人化等逐步成為礦井機械設備發展的目標，但當前國內仍未實現懸臂式掘進機完全程度的自動化截割，造成掘巷效率低，掘巷質量差的局面[1-3]。同時，懸臂式掘進機自動截割成型的自動控制技術仍待發展，許多成果仍處于理論研究和仿真階段，不能有效指導礦井的實際生產。本文基于常村煤礦2201W工作面實際情況，對井下使用的EBZ260型懸臂式掘進機進行自動化升級改造，提高了工作面掘巷效率，保障礦井的安全生產。

1 懸臂式掘進機的概況

EBZ260型懸臂式掘進機可切割抗壓強度不高于90 MPa的煤巖體，最大截割硬度110 MPa，可掘任意斷面尺寸巷道，掘巷最大尺寸6.3 m×5.2 m(寬×高)，可適應最大坡度±18°。EBZ260型懸臂式掘進機結構示意如圖1所示。

圖1 EBZ260型懸臂式掘進機結構示意

2 懸臂式掘進機自動化升級

2.1 自動化升級功能架構

如圖2所示，自動化升級功能架構系統保留原有基礎電氣系統，增設擴展控制箱，基礎電氣系統相關設施安裝在原電控箱內，擴展控制箱增加遙控接收裝置，信號采集及驅動輸出模塊，控制器通過CANopen總線與擴展控制箱連接。

圖2 自動化升級功能架構

2.2 硬件設計

基于圖2所示功能架構進行硬件設計，具體如圖3所示，主要包含無線收發裝置、比例電磁閥組、油缸位移傳感器及信號采集及驅動模塊。比例電磁閥組采用兩組德國HAWE生產的PSV型電液比例換向閥，礦用隔爆型，額定電壓24 VDC，電阻26.6 Ω；油缸位移傳感器選用北航天金泰星測技術公司的GUC1000型傳感器，礦用隔爆型，內置于油缸體內部；無線遙控收發裝置采用德國海德GL系列本安型遙控收發器，通過二次開發，滿足設計升級設計要求；信號采集及驅動模塊選用德國Inter Control公司研發的ICN-VV產品，模塊主要采集截割過程中升降油缸、回轉油缸、鏟板油缸及后支撐油缸的位移信號，然后通過CANopen總線向主控電箱控制器傳輸信號，然后將處理完成的信號輸出給ICN-VV模塊，利用該模塊驅動各電磁閥組。

圖3 硬件結構設計

2.3 軟件設計

軟件設計主要包括對遙控軟件、恒功率截割軟件和定位自動截割軟件進行設計。遙控軟件通過處理接收信號，實現掘進機的電氣操作和液壓操作過程；恒功率截割軟件通過設定額定電流上限值，即當截割電機電流達到額定電流的90%時，該軟件系統將自動調節液壓閥流量，降低截割點擊負載，使截割電機處于恒功率工作狀態；定位自動截割軟件在人工定位后，自動進行巷道斷面形狀的開挖，自下而上S型截割。圖4為斷面監視及參數設置示意，其界面設計參考部分采煤機的記憶截割系統[4-5]。

圖4 斷面監視及參數設置示意

3 自動化升級模擬試驗

圖5為場內模擬試驗示意。試驗設備截割頭D600 mm，豎直方向截割步距400 mm，截割斷面為矩形，巷道斷面尺寸為5 m×4 m。

圖5 場內模擬試驗示意

通過對截割數據的整理匯總，繪制如圖6所示的截割頭運動軌跡及截割對比圖，分析圖6可知，水平方向截割偏差最大60 mm，垂直單側為40 mm，符合巷道掘進施工標準的(+200 mm，-100 mm)誤差允許范圍，因此自動化升級系統滿足施工精度要求，可有效提高礦井巷道掘進的自動化水平。

圖6 截割頭運動軌跡及路徑對比

4 結 語

本文通過對EBZ260型懸臂式掘進機電控系統進行自動化升級設計，主要包括硬件設計、軟件設計并進行現場的模擬驗證，確定懸臂式掘進機升級后能夠有效提高礦井工作面掘進自動化水平，降低人工作業誤差，提高巷道斷面掘進質量。