掘進機自動化截割技術的研究

霍繼斌

摘要：煤礦業(yè)作為我國國民經(jīng)濟重要的組成部分，對我國經(jīng)濟的發(fā)展、人們生活水平的提高具有不可或缺的意義。在煤礦開采過程中，隨著開采深度和規(guī)模不斷增加和擴大，掘進機得到了較好的應用，其主要目的是對煤礦巷道進行開拓，同時也反映著煤礦企業(yè)生產(chǎn)的機械化水平。近幾年，我國科學技術發(fā)展日新月異，掘進機智能化、自動化水平不斷提高，得到了各礦業(yè)人士的一直好評。筆者就掘進機自動化截割技術進行了研究，闡述了掘進機在巷道中的定位、確定截割斷面尺寸和參數(shù)、設置截割軌跡、DSP控制器通信等方面的應用，從而促進掘進機截割技術向科學化、標準化、自動化方向發(fā)展。

關鍵詞：掘進機 截割技術 自動化

1 概述

煤礦開采和生產(chǎn)過程中，掘進和回采作為重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，采集技術及裝備水平對煤礦生產(chǎn)安全、能力有著直接的聯(lián)系。在市場經(jīng)濟體制不斷改革下，煤礦行業(yè)市場競爭力日漸激烈，煤礦企業(yè)若想在市場中立于不敗之地，就必須不斷提高煤礦生產(chǎn)效率和生產(chǎn)量。掘進機作為煤礦生產(chǎn)過程中重要的煤巷開拓裝備，在科學技術高速發(fā)展與進步下，掘進機自動化截割技術逐漸提高，不僅有利于保證礦井采掘關系的平衡，還可以確保煤礦生產(chǎn)安全、可靠、高效、穩(wěn)產(chǎn)，對提高煤礦生產(chǎn)效率、促進煤礦可持續(xù)發(fā)展具有深遠的意義。

2 掘進機自動化系統(tǒng)組成

掘進機作為煤礦生產(chǎn)過程中必須的裝備，主要功能是對煤礦巷道進行開拓，以便擴大煤礦開采規(guī)模，實現(xiàn)煤礦高產(chǎn)高效、快速推進的戰(zhàn)略發(fā)展目標。近年來，我國科學技術不斷進步，尤其是計算機技術、數(shù)控加工技術、傳感器技術、運動控制器DSP技術的高速發(fā)展，為掘進機實現(xiàn)自動化、智能化操作創(chuàng)造了有利條件。為實現(xiàn)掘進機截割技術自動控制，采取嵌入式工業(yè)控制計算機和可編程控制器相結(jié)合的數(shù)據(jù)搜集、處理模式，能較好的解決傳統(tǒng)掘進機截割操作的不足，對提高煤礦生產(chǎn)量、增強煤礦企業(yè)核心競爭力、促進企業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展具有積極的意義。掘進自動化系統(tǒng)組成如圖1所示。

3 掘進機自動化截割技術的研究

3.1 掘進機在巷道中的定位

在煤礦巷道開拓中，對掘進機進行定位，不僅是確保施工過程順利進行的關鍵，也直接影響著掘進機的工作效率。在對掘進機進行定位時，需要根據(jù)煤礦巷道的實際特點以及施工環(huán)境，選擇科學合理的定位方式，從而確保掘進機開拓的效率。通常情況下，掘進機主要采用兩種定位方式，即對心工作和偏心工作，其他定位方式都是基于這兩種方式演化而來的。處于偏心工作狀態(tài)下，掘進機在水平截割的同時，還可以提高其工作的效率，確保施工的安全性。在最小回轉(zhuǎn)角度和最大回轉(zhuǎn)角度時，掘進機所承受的傾覆力矩存在較大的差異，且制造出較大的噪音，對掘進機截割硬巖帶來了一定的難度。因此采取自動化截割技術，盡可能減小掘進機軸線與巷道軸線的偏心距離，從而使掘進機實現(xiàn)更好的定位。

3.2 確定截割斷面尺寸

理論上截割面積主要是指截割部以回轉(zhuǎn)臺為中心的工作切削面在垂直巷道方向上的投影，通常情況下，實際截割范圍在理論截割范圍之內(nèi)，那么對于掘進機來講，必然可以實現(xiàn)一個工作循環(huán)的截割。在掘進機截割過程中，所采用的截割路線主要是一種預編程模式，并將相應截割的參數(shù)進行存儲，其對象為DSP中的ROM/RAM。在這樣的情況下，掘進機操作人員只需要通過對巷道斷面參數(shù)的結(jié)合，從而更加準確的判斷工作線路及循環(huán)次數(shù)，實現(xiàn)對截割斷面尺寸的確定，為后期煤礦開采規(guī)模的擴大奠定了基礎。

3.3 截割斷面參數(shù)以及切割軌跡的設置

在煤礦巷道開拓過程中，采用自動化掘進機進行斷面截割，在提高截割效率的同時，也確保了施工過程的安全和穩(wěn)定。掘進機截割頭開始截割操作時，首先設置一個初始位置，可以將其命名為a，那么計算機相關系統(tǒng)就會對a點坐標的信息進行存儲于RAM中。接著在某個程度上結(jié)合截割頭的高度，計算機系統(tǒng)自動計算上、下截割工作循環(huán)次數(shù)，待掘進機完成上截割工作時，系統(tǒng)再次對初始位置a點坐標進行調(diào)動，并將其自動恢復到原始值，然后計算機系統(tǒng)對下截割曲線進行調(diào)用，最后掘進機完成截割，系統(tǒng)有效的存儲截割軌跡。

3.4 DSP控制器通信方案

遙控發(fā)射機發(fā)射出相關運動指令后，運動控制器對該指令進行搜集、分析、判斷及一定程度的解析，然后將其送至FPGA中的RAM/ROM中。那么DSP中的數(shù)據(jù)線就能輕松、準確的讀取相關數(shù)據(jù)，并對讀取后的數(shù)據(jù)進行一定程度的插補計算。同時，DSP就可以完整的解讀從實際范圍裝置中對應掘進機截割部實際位置的反饋值，并將兩個值進行分析比較，計算出它們之間的誤差，通過控制器的校正功能，結(jié)合實際誤差的大小進行一定程度的調(diào)整，然后接收下一步的運動輸出量。DSP控制器通信過程中，計數(shù)器的功能是有效的讀取反饋裝置反饋回來的方向信號以及計數(shù)脈沖量。控制信號主要功能是接收讀取信號和時鐘信號。在信號搜集、讀取、分析、解析等環(huán)節(jié)中，科學有效的利用閉環(huán)控制方法，通過計算機編程控制器、傳感器等相關系統(tǒng)，實現(xiàn)掘進機截割工作控制的自動化和智能化，在提高系統(tǒng)控制準確性、及時性的同時，也確保了掘進機施工的質(zhì)量安全。

4 結(jié)束語

在我國科學技術不斷進步與發(fā)展背景下，掘進機智能化、自動化程度逐漸得到了提升。自動化掘進機具有安全、高效、成巷質(zhì)量好、開拓效率高等優(yōu)勢，在礦業(yè)開鑿平直地下巷道中得到了廣泛的推廣與應用，其實踐效果獲得了業(yè)內(nèi)人士的一致好評。本文通過對掘進機自動化截割技術進行了分析，主要對掘進機巷道定位、截割斷面尺寸的確定、切割軌道的設置以及DSP控制器通信等方面進行了研究，有效的將計算機技術、傳感技術、數(shù)控技術以及運動控制技術完美的結(jié)合，大大的提高了掘進的自動化、智能化以及機械化水平，實現(xiàn)了煤礦生產(chǎn)高效高產(chǎn)的目的，為煤礦企業(yè)健康、穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展奠定了堅實的基礎。

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