采煤機滾筒自動調高的液壓控制方法

季瑞，王忠賓，關明

(中國礦業大學機電工程學院，江蘇徐州221116)

煤炭是我國的主要能源，國內采煤機的滾筒調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生大量的煤塵和水霧，加之煤礦井下惡劣的工作環境，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底板，對采煤機的危害極大。而實現采煤機滾筒自動調高，能夠節約煤炭資源、改善勞動條件、延長機器壽命，既有經濟效益又有社會效益。因此，作者提出的采煤機滾筒自動調高的液壓控制方法，在遵從記憶切割路徑的基礎上能夠對滾筒切割到巖石的異常狀態做高度的自動調節，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象，又可避免單一傳感器識別穩定性、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煤層厚度的變化進行自動調高的問題。

1 采煤機滾筒調高的液壓控制原理

采煤機滾筒調高的液壓系統控制原理如圖1所示，調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，通過調高油缸活塞的伸縮運動帶動搖臂上下擺動從而實現滾筒的液壓調高。

圖1 采煤機滾筒調高的液壓控制原理圖

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

在整個液壓調高系統中，雙向液壓鎖的作用至關重要。當采煤機處于調高狀態，雙向液壓鎖可以實現調高油缸的平穩工作，減小壓力波動，增加液壓系統的可靠性;當采煤機處于緊鎖狀態，雙向液壓鎖可以鎖住調高油缸兩腔的液壓油，保持滾筒在正常工作或受到沖擊時的高度能長時間保持固定位置。

2 采煤機滾筒調高的液壓控制模型

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

圖2 采煤機滾筒調高的液壓控制模型

在滾筒調高油缸上安裝位移傳感器，測量調高油缸活塞的往復運動位移量。圖2中各參數的具體定義如下:H為采煤機滾筒高度，滾筒回轉中心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 到滾筒回轉中心P的距離;c為搖臂與機身鉸接點C 到調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為調高油缸收縮到最短的長度;x為調高油缸活塞的位移量;l+x為調高油缸兩端鉸接點AB的距離。

建立采煤機滾筒高度和調高油缸活塞位移量的系統函數為:

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

以西安煤礦機械有限公司生產的MG500/1130型電牽引采煤機為實例，采煤機滾筒高度和調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 和調高油缸活塞位移量x的曲線

3 采煤機滾筒自動調高的液壓控制實現方法

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

圖4 采煤機滾筒自動調高液壓控制系統原理圖

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，調高控制系統采集調高油缸位移傳感器的參數及采煤機的位置信息并存入記憶數據庫，以后的滾筒高度均由PLC控制器根據記憶數據庫的工作參數，通過控制信號驅動電液換向閥動作，自動控制調高油缸活塞的位移，并對活塞的位移傳感參數不斷校驗，形成閉環控制，實現滾筒的自動調高。

自適應調高是指在記憶路徑跟蹤的過程中，如煤層條件發生變化，采煤機PLC控制器根據截割負載的異常狀態，通過控制信號驅動液壓控制系統自動將滾筒調節至適宜高度，并自動記憶調整過的工作參數，作為下一刀滾筒自動調高的工作參數。

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 采煤機滾筒自動調高的液壓控制測試

為了驗證采煤機滾筒自動調高的液壓控制效果，作者以某公司生產的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，對現場數據進行采集、處理及分析。采集時間間隔500 ms，采集點數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果，驗證了該方法的實用性。

圖5 采煤機滾筒自動調高的液壓控制曲線

5 結束語

根據當前采煤機滾筒調高的實際研究狀況，提出一種采煤機滾筒自動調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高控制系統的穩定性、可靠性及準確性，誤差范圍滿足我國復雜地質條件下采煤機滾筒自動調高的控制要求。

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

【2】于勵民．煤礦機械液壓傳動［M］． 北京:煤炭工業出版社，2008．

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

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