礦井液壓支架智能清洗設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用

王振宇

（西山煤電集團(tuán)山西清洗科技有限公司， 山西 太原 030053）

1 礦井液壓支架清洗現(xiàn)狀

目前，我國(guó)各支架修理單位普遍采用人工清洗加清水沖洗的方式來(lái)清洗液壓支架，該方法必須有2～5人一起協(xié)作方可完成，并且具有工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗水量大、效率低等缺點(diǎn)。也有部分企業(yè)用乳化液泵做動(dòng)力，雖清洗效率有所提高，但排放污染非常嚴(yán)重，對(duì)環(huán)境會(huì)造成較大的影響。另一種清洗方法是工人手持高壓水槍清洗，工作效率比傳統(tǒng)方法有所提高，污染也得以降低。但是，此方法最大的缺點(diǎn)就是工人的工作環(huán)境極其惡劣，例如工人經(jīng)常被反彈的高速煤渣打傷，對(duì)操作工人是一種潛在的危險(xiǎn)；同時(shí)水槍的巨大后座力增加了清洗工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了生產(chǎn)效率[1]。

2 清洗機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)制造一種自動(dòng)化的清洗設(shè)備，用六自由度的機(jī)械臂代替人手，由機(jī)械臂“握持”高壓水槍?zhuān)\(yùn)動(dòng)到相應(yīng)的空間位置和空間姿態(tài)，使水槍對(duì)準(zhǔn)液壓支架上需要清洗的部位，利用噴射的高壓水流達(dá)到清洗的目的。考慮到液壓支架的體積比較龐大，為對(duì)其進(jìn)行徹底清洗，設(shè)計(jì)了一種由液壓缸驅(qū)動(dòng)的直線移動(dòng)滑臺(tái)，機(jī)械臂底座固定在滑臺(tái)上，滑臺(tái)帶動(dòng)機(jī)械臂沿著平行液壓支架側(cè)面的方向直線移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多工位清洗，增大其工作空間。

液壓支架重點(diǎn)清洗區(qū)域的清洗由兩臺(tái)機(jī)器人協(xié)作完成，機(jī)器人分居液壓支架兩側(cè)，呈對(duì)角分布，分別完成液壓支架的單側(cè)的清洗工作。機(jī)器人底座固定在可移動(dòng)的液壓滑臺(tái)上，滑臺(tái)導(dǎo)軌與液壓支架單側(cè)平行，機(jī)器人可沿著導(dǎo)軌滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多工位清洗[2]。

在執(zhí)行清洗工作前，機(jī)器人需要首先完成示教工作，獲取關(guān)鍵點(diǎn)位數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存。需要清洗時(shí)，只需使機(jī)器人復(fù)現(xiàn)已示教點(diǎn)，帶動(dòng)高壓水槍自動(dòng)移動(dòng)，完成清洗。針對(duì)不同型號(hào)的液壓支架，應(yīng)分別示教機(jī)器人，并將獲得的點(diǎn)位數(shù)據(jù)編號(hào)，對(duì)號(hào)入座，以免張冠李戴。

首先，完成機(jī)械部件的安裝和調(diào)試，包括液壓驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)平臺(tái)的安裝、機(jī)器人電纜拖鏈和水管拖鏈的安裝、外部防護(hù)罩的安裝；其次，完成外圍設(shè)備的布置規(guī)劃，包括液壓站的位置選擇，高壓水管道、液壓油管道的布置，控制柜的布置以及系統(tǒng)走線的規(guī)劃等；之后完成開(kāi)關(guān)電源、繼電器、CS8C控制器等電器元件的安裝和接線，并調(diào)試成功；最后，在搭建好的平臺(tái)上，示教點(diǎn)位數(shù)據(jù)，編寫(xiě)程序，試驗(yàn)清洗效果。按此方式完成2～3臺(tái)液壓支架的清洗程序編寫(xiě)。另外，集中時(shí)間對(duì)工人進(jìn)行培訓(xùn)，掌握系統(tǒng)的操作方法。

液壓支架清洗機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示，實(shí)物圖如下頁(yè)圖2所示，其主要包括液壓移動(dòng)平臺(tái)、六自由度機(jī)械臂、水槍組件。液壓移動(dòng)平臺(tái)是一個(gè)由液壓缸驅(qū)動(dòng)的可作水平直線運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)，主要由焊接在地面上的支架體、安裝在支架體上的直線滑軌、底面安裝有滑塊的機(jī)械臂底座以及用作動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的液壓缸組成。該平臺(tái)用來(lái)固定和支撐六自由度機(jī)械臂，并能使機(jī)械臂沿直線導(dǎo)軌水平移動(dòng)。水槍組件固定在六自由度機(jī)器臂末端法蘭盤(pán)上，由機(jī)械臂夾持水槍運(yùn)動(dòng)到空間確定的位置和姿態(tài)，進(jìn)行清洗作業(yè)。

圖1 液壓支架清洗機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖2 液壓支架清洗機(jī)器人機(jī)構(gòu)實(shí)物圖

3 清洗機(jī)器人主要功能

液壓支架智能清洗系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)4.0 m×1.5 m×2.5 m規(guī)格范圍內(nèi)液壓支架的清洗。清洗速率為20 min/臺(tái)。機(jī)械手的負(fù)載能力滿足水槍持重和高壓水開(kāi)啟瞬間后坐力的要求。水槍質(zhì)量為20 kg。清洗時(shí)可能有煤屑飛出，機(jī)械臂做好自身防護(hù)。液壓支架經(jīng)清洗機(jī)器人清洗，能有效清除液壓缸體鉸接處和四連桿機(jī)構(gòu)鉸接處嵌藏的煤和煤矸，最終整體支架的清結(jié)度應(yīng)達(dá)到90%以上[3]。編制擴(kuò)展性好、柔性高的清洗程序能對(duì)不同型號(hào)、不同外形、不同大小的液壓支架進(jìn)行準(zhǔn)確、有效的清洗。

4 機(jī)器人清洗方式

清洗機(jī)器人的清洗過(guò)程包括清洗順序、清洗時(shí)水槍的空間角度、高壓水射流的壓力、不同部位清洗時(shí)長(zhǎng)的安排。液壓支架呈長(zhǎng)方體形狀，長(zhǎng)、寬、高分別約為7 m、1.5 m、2.5 m，外形體積較大。針對(duì)液壓支架不同部位污垢的特征，采用不同的清洗策略，既可以提高清洗效果，又可以加快清洗速率。

清洗順序?yàn)橄壬虾笙隆睦锏酵猓聪惹逑匆簤褐Ъ艿捻斄荷媳砻婧蛡?cè)面，去除表面銹皮和少量煤矸石。再使水槍向下移動(dòng)，清洗液壓支架的底部，重點(diǎn)去除柱窩等處嵌藏的煤矸石。并且先沖洗液壓支架上靠近機(jī)械臂的內(nèi)側(cè)，將銹皮和煤矸石沖到遠(yuǎn)離機(jī)械臂的外側(cè)，然后沖洗其外側(cè)，將沖出的煤渣徹底清除出去。這種清洗順序，可以有效地防止已經(jīng)清洗干凈的區(qū)域再次被沖出的煤渣覆蓋，從而提高清洗效率。

液壓支架的柱窩內(nèi)嵌藏有大量的煤粉和煤矸石，厚度約300 mm，而且由于液壓缸體和柱窩內(nèi)壁的擠壓，使其變得十分致密。對(duì)于該部位的清洗，采用高角度、高壓力、近距離沖洗，調(diào)節(jié)機(jī)械臂姿態(tài)，使得高壓槍管與柱窩煤層表面約呈60°，壓力調(diào)至40 MPa以上，槍嘴與煤層距離在400 mm以內(nèi)，可以有效清洗該處的煤渣。

5 產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)

液壓支架智能清洗設(shè)備清洗質(zhì)量高，能徹底清洗死角堆積的煤渣油漬。清洗效率高，能在較短的時(shí)間內(nèi)完成清洗工作，節(jié)省勞動(dòng)時(shí)間，并且自動(dòng)化程度高，節(jié)省人力，減低人工成本。設(shè)備柔性大，工作可靠，能適用于不同型號(hào)的液壓支架的清洗，對(duì)環(huán)境友好，既能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，又不產(chǎn)生污染物質(zhì)。