采煤機自動調(diào)高系統(tǒng)研究及其應(yīng)用

邱長敏 李文亮

兗礦東華重工有限公司 山東濟寧 273500

1 采煤機自動調(diào)高系統(tǒng)存在問題

現(xiàn)階段對于采煤機滾筒調(diào)高的控制，國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)依舊采用手動控制，依靠采煤機司機在工作時的視力觀察及截割過程的噪聲來判斷是在割巖還是割煤，以便及時調(diào)節(jié)滾筒的位置。然而，在煤礦井下采煤機的工作環(huán)境惡劣，滾筒在截割煤巖時會產(chǎn)生大量煤塵等雜質(zhì)，降低了工作面的能見度，尤其是總功率達幾千瓦的大采煤機會產(chǎn)生巨大噪音，操作時工人受到影響比較大，難以準確判斷滾筒的割煤狀態(tài)，準確調(diào)整高度存在嚴重的環(huán)境干擾等因素。同時采煤機滾筒工作中需要連續(xù)截割煤層，巖石等在持續(xù)劇烈的切割過程中會使截齒磨損，其他重要零部件也會在不同程度受到影響，導致采煤設(shè)備的質(zhì)量下降，尤其在高瓦斯礦井，瓦斯?jié)舛群芨撸滓鸨òl(fā)生重大事故，對于現(xiàn)場工作人員而言存在較大的安全隱患[1]。

2 采煤機自動調(diào)高在煤礦生產(chǎn)中的作用

由于井下工作環(huán)境極其惡劣、復雜，并且采煤工作面噪聲大、粉塵多，僅僅依靠采煤機司機的眼睛和耳朵是很難準確、及時地判斷出采煤機的實際截割狀態(tài)和頂?shù)装宓奈恢谩Ｈ粢虿擅簷C滾筒的位置調(diào)整得過于保守而切割過少，則會導致煤層開采不充分，造成資源的浪費；若因滾筒高度調(diào)整不當而切割頂?shù)装澹瑒t會加劇截齒的磨損，也會造成采煤機機械、液壓及電氣系統(tǒng)的零部件的損壞，進而影響整機的可靠性。對于高瓦斯礦井，切割頂?shù)装鍘r石產(chǎn)生的火花，還極易引起瓦斯爆炸，造成煤礦事故。因此，為解決以上問題，十分有必要對采煤機自動調(diào)高技術(shù)進行研究。采煤機自動調(diào)高不僅可以減輕工人的勞動強度，加強工作面的安全保障，同時還能夠提高回采率，減低設(shè)備損耗和故障率，因此，對采煤機自動調(diào)高的研究意義重大。

3 采煤機自動調(diào)高系統(tǒng)的優(yōu)點

采煤機在要求工作的時間內(nèi)可以保持足夠的輸出功率，以此來滿足轉(zhuǎn)速和力矩的要求，使該系統(tǒng)在工作期間內(nèi)保持動力充足。采煤機具有較好的動態(tài)特性，當受到的載荷較大時，即在大慣性負載的情況下，采煤機具有良好的穩(wěn)定性。當采煤機遇到振動、過載、過高過低溫情況時，該系統(tǒng)的調(diào)負載剛度較大，調(diào)整能力較強，能夠迅速有效地阻止反操作情況。

4 采煤機自動調(diào)高系統(tǒng)的工作原理

采煤機自動調(diào)高液壓控制系統(tǒng)主要由搖臂、滾筒、執(zhí)行油缸、液壓泵站及控制系統(tǒng)等組成。當采煤機需要根據(jù)巷道高度對滾筒的高度進行調(diào)節(jié)時，液壓泵站的驅(qū)動電機帶動液壓泵開始工作，從油箱內(nèi)將液壓油傳遞到執(zhí)行油缸內(nèi)。在驅(qū)動滾筒升降時，控制液壓泵站內(nèi)電磁換向閥的工作狀態(tài)，使液壓油通過電磁換向閥進入到執(zhí)行油缸內(nèi)，推動執(zhí)行油缸的活塞桿伸出，直到達到指定的高度。當為執(zhí)行調(diào)高換向時，采煤機的驅(qū)動滾筒的高度保持不變，此時液壓油控制對液壓系統(tǒng)回路的調(diào)節(jié)，使閥門保持在關(guān)閉狀態(tài)，從而確保系統(tǒng)處于保壓狀態(tài)，維持驅(qū)動滾筒的高度。在整個控制過程中，調(diào)高換向閥的閥芯在電磁力的控制下，不斷地根據(jù)采煤機滾筒的工作高度要求進行調(diào)節(jié)，使液壓油從不同的油口進入到執(zhí)行油缸的有桿腔或者是無桿腔，使活塞桿執(zhí)行伸出或者收縮，從而完成對于滾筒升降過程的調(diào)節(jié)控制。在整個液壓控制系統(tǒng)中，安全閥用于確保滾筒位置的穩(wěn)定性，溢流閥用于控制系統(tǒng)的工作壓力，防止系統(tǒng)過載[2]。

5 采煤機自動調(diào)高系統(tǒng)設(shè)計

采煤機在實際生產(chǎn)過程中主要靠滾筒切割煤壁對煤礦井下的煤炭進行開采，因此要達到高產(chǎn)高效采煤的目的，就必須實現(xiàn)采煤機滾筒地自動調(diào)高。對于采煤機滾筒自動調(diào)高控制系統(tǒng)原理的設(shè)計就是對采煤機的機械結(jié)構(gòu)與液壓調(diào)高系統(tǒng)的設(shè)計。機械結(jié)構(gòu)方面主要包括采煤機的齒輪的嚙合參數(shù)及強度校核、軸及軸承的選用與校核、花鍵的選擇及其強度的校核、潤滑及密封的良好性等內(nèi)容，而液壓部分則主要控制采煤機滾筒的自動調(diào)高系統(tǒng)。該系統(tǒng)的實驗研究是在某高校的綜合實驗室完成的，主要利用液壓實驗臺對其進行聯(lián)合模擬實驗。該實驗系統(tǒng)可分別通過手動模式和自動模式對實驗系統(tǒng)進行模擬加載，從而得到相應(yīng)的液壓缸特性指標。而本文主要選擇自動控制模式對其進行測試，從而完成本課題的實驗研究目的。該系統(tǒng)的工作原理：在液壓主回路控制中，由系統(tǒng)配電柜給變頻器及相應(yīng)模塊供電，變頻器帶動電機運轉(zhuǎn)，電機則拖動主泵轉(zhuǎn)動，對整個液壓系統(tǒng)進行供油。本文以電控方式舉例說明工作原理，首先通過控制比例先導減壓閥在調(diào)整電壓的作用下去控制液控換向閥，使其產(chǎn)生換向動作，當液控方向閥在左位時，液壓油會經(jīng)過液控換向閥流入測試油缸的無桿腔內(nèi)，此時測試油缸在液壓油的作用下會左移；在加載回路中，首先給溢流閥設(shè)定一個壓力值，對比例溢流閥的輸入信號進行控制，控制加載油缸活塞兩端的壓力，從而實現(xiàn)對液壓缸的模擬加載，由于加載油缸右側(cè)處于高壓腔，所以控制液壓油就可以經(jīng)過對應(yīng)的單向閥組重新回到油箱；在補油回路中，控制液壓油直接經(jīng)過減壓閥，并通過對應(yīng)的單向閥組流入加載油缸的左側(cè)，即加載油缸的低壓腔部分，進而給系統(tǒng)補充油量。

6 結(jié)語

總之，采煤機是煤炭資源開采的主要設(shè)備，是實現(xiàn)生產(chǎn)機械化和現(xiàn)代化的重要因素，能否可靠、安全、連續(xù)地工作，已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點。對于研制生產(chǎn)出高質(zhì)量的采煤機，在提高煤炭的開釆率、減少能源消耗、提高產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的增加等方面有直接的關(guān)系，在很大程度上保障了礦產(chǎn)資源可靠持續(xù)輸出。