皮帶自移機尾電液控制系統設計

劉 震，李 洋，閆建偉

(寧夏天地奔牛實業集團有限公司，寧夏 石嘴山 753001)

0 引言

皮帶自移機尾是綜采工作面的重要輸送設備，在煤炭開采過程中承擔著順槽轉載機與皮帶輸送機的銜接，其可靠性及其操作的便利性直接影響井下運輸的暢通性和高效性。由于煤礦井下環境條件復雜，皮帶自移機尾在向前推進過程中自身工況參數的采集比較困難，使得難以對其進行自動化精確控制。

隨著綜采技術的不斷發展，煤礦智能化建設要求實現煤礦開采、運輸、通風、安全保障、經營管理等過程的智能化運行，基本實現采掘工作面無人(少人)操作、煤礦重點崗位機器人作業，井下固定崗位無人值守與遠程監控，各系統智能化決策和自動化協同運行。煤礦智能化建設改造，推動煤礦裝備向智能化、高端化發展，對順槽轉運裝備在遠程控制、自動化協同運行(聯動)等方面提出了明確的要求。為此，本文設計了一套皮帶自移機尾電液控制系統，可有效采集自移機尾的工況參數，實現自移機尾的手動控制、自動控制、遙控控制以及聯動控制。

1 皮帶自移機尾結構及工作原理

皮帶自移機尾主要由機身、小車以及液壓系統三部分構成，其中小車與轉載機相連可在機身軌道上滑動，機身滾筒環繞輸送皮帶與皮帶輸送機相連，液壓系統是自移機尾的動力單元。皮帶自移機尾結構示意圖如圖1所示。

自移機尾的所有動作執行和姿態的調整都是由液壓系統通過控制各個油缸的伸縮來實現的。液壓系統可以通過控制機頭、尾的4組調平油缸的伸縮來控制機身的升降和水平方向的姿態，通過控制分布于機身左、右兩側的2臺推移油缸的伸縮來控制自移機尾的前移，通過控制分布于機頭、尾滑靴內側移油缸的伸縮來控制機身的左、右移動和機頭、尾的擺角。

2 自移機尾的功能需求

為了滿足煤礦智能化建設的需求，自移機尾除了應具備基本的控制功能外，還需要實現以下智能化、自動化方面的功能：

(1) 自移機尾的抬高、側移、推移、調平和調偏等手動控制功能。

(2) 自移機尾的自動推移、自動調平、自動調偏和自動調直等自動控制功能。

(3) 自移機尾的遙控控制和遠程控制功能。

(4) 自移機尾工況參數的監測和上傳功能。

(5) 自移機尾與順槽轉運設備之間的聯動控制功能。

1-抬高架；2-機頭架；3-調平油缸；4-推移油缸；5-小車；6-導軌；7-中間架；8-機尾架；9-側移油缸；10-滑靴圖1 皮帶自移機尾結構示意圖

3 自移機尾電液控制系統設計

根據皮帶自移機尾的功能需求，設計了電液控制系統，其組成框圖如圖2所示。該系統以本安型控制器為核心，配備位移傳感器、傾角傳感器、膠帶跑偏開關、行程開關等多種傳感器進行相應數據采集，通過比例電磁閥組控制相應油缸動作，實現皮帶自移機尾的抬高、側移、推移、調平和調偏等姿態調整動作，輔以遙控模式和遠程集控模式，實現皮帶自移機尾的遙控控制和遠程控制。

3.1 礦用本安型控制器設計

控制器是整個系統的核心所在，其具備豐富的輸入、輸出接口，包括數字量、模擬量等輸入接口，開關量輸出接口，以及RS485、CAN總線、以太網等通訊接口。數字量和模擬量接口用來接入傳感器，實時采集傳感器數據，監測自移機尾工況狀態。通訊接口與遙控單元、遠程集控中心或第三方控制相連接，接收外來控制指令或對外傳輸數據。開關量輸出接口與執行單元連接，用來發出控制指令。控制器在工作狀態下應根據得到的機身工況數據，同時結合來至遙控、本身操作面板以及集控中心的控制命令，按照既定的邏輯算法，發出控制指令控制油缸動作，實現自移機尾的手動、自動、遙控和遠程等控制。

圖2 電液控制系統組成框圖

3.2 數據采集單元設計

為了能夠準確地得到自移機尾的狀態參數，本系統中使用了位移傳感器、雙軸傾角傳感器、行程開關以及跑偏傳感器。位移傳感器為磁致伸縮傳感器，共有7組，分別內置于自移機尾的4組抬高油缸、2組側移油缸、1組推移油缸內，用于檢測油缸的位移值；雙軸傾角傳感器有1個，安裝于機身中間架處，用于檢測機身的傾斜角度；跑偏傳感器對稱安裝于皮帶自移機尾機頭的左、右兩側，用于檢測輸送帶的跑偏量；行程開關安裝在小車導軌的起點和終點處，用于檢測推移油缸伸、縮到位的信號。

3.3 執行單元設計

自移機尾電液控制系統的執行單元為液壓控制系統，其是皮帶自移機尾實現推移、調高、調偏等功能的基礎。

自移機尾液壓系統包括1個自動反沖洗過濾器、1個16功能電磁換向閥、6個安全閥、12個液壓油缸以及液壓油管等附件。自動反沖洗過濾器用來過濾系統油液中的雜質，保護系統內其他元器件的安全；液壓油缸包括調平油缸、側移油缸、推移油缸和調角油缸，分別用于自移機尾的調平、側移、推移和機頭抬高架的角度控制；電磁換向閥與控制的輸出接口相連，接收控制器的控制信號控制相應油路的通斷；安全閥為液壓單向閥和溢流閥兩者的組合閥，既用來保證機架維持所要求的狀態，而不至于導致機架在自重壓力下自行下落，又用于保護調平回路，防止發生超壓現象，保證系統和液壓油缸的安全。

3.4 遙控單元設計

遙控單元包括手持便攜式無線遙控發射器和無線接收器。無線接收器安裝于控制器附近，通過通訊線與控制器連接，通訊方式為RS485。遙控發射器按鍵數量及功能與控制器相匹配。遙控單元控制優先級低于控制器本地控制優先級， 即控制系統處于控制器本地控制狀態時，遙控器發出的控制指令無效，且控制系統處于遙控狀態時，控制器本地控制隨時可以中斷遙控控制拿回控制權。

4 結束語

本文設計了一種用于皮帶自移機尾的電液控制系統，其是以控制器為核心，建立了包含位移、行程、傾角、跑偏、流量傳感器的數據采集單元，包含發射器和接收器的遙控單元，以及包含液壓系統的執行單元，實現了自移機尾自身工況參數的精確采集和自移機尾的機身升降、推移、側移、調平、調偏功能的本地控制、自動控制、遙控控制及遠程控制。本控制系統提高了自移機尾控制的自動化和智能化控制水平，促進綜采工作面整體智能化水平的提升。