采煤机自动调节截割技术研究

2018-07-06张宇栋

机械管理开发 2018年6期

张宇栋

（西山煤电集团东曲矿，山西古交 030200）

引言

目前，我国大多数煤矿所使用的采煤机自动化程度较低，无法完成自适应的截割作业要求，只能在综采面安排专人采用人工观察的方法控制采煤机的截割作业，由于综采面工作环境极端恶劣、噪声大、粉尘度高，操作人员很难通过“眼观耳听”的方法来判断采煤机的截割滚筒是否触及到巷道的顶板或者地板，滚筒调节滞后性差。而作为综采面的核心关键设备，采煤机的自动化截割是实现采煤机、刮板输送机、液压支架三机联合自动控制的必要条件[1]。

1 采煤机的结构组成

采煤机主要包括左右截割机构、牵引机构、连接机构、液压箱、电控结构等。其中截割机构主要包括摇臂、截割滚筒、执行电机三大机构，执行电机通过传动机构带动截割滚筒进行旋转，在截割滚筒上面分布着不等数量的截割齿，用于对煤层的截割，摇臂机构通过液压缸的控制进行伸缩，进而控制整体截割机构的升降作业，在截割机构内部还设置有水冷降温装置，用于降低截割部分在工作时的温度。

2 采煤机自适应截割系统构成

在综采面进行调高、牵引及推溜的过程中，推溜作业是在采煤机截割作业之前，采煤机的滚筒高度的调整及牵引作业是和采煤机的截割作业同时进行的。因此可以说采煤机的滚筒高度调整及牵引作业是采煤机在井下巷道内工作时的最核心动作，采煤机滚筒高度的调整是在采煤机调高油缸的控制下进行的，采煤机的牵引调速则是对应于采煤机牵引电机的转速控制。采煤机要实现自适应截割，基本的一点要求就是采煤机在工作过程中当截齿切割到巷道的岩壁后能够自动对摇臂的伸出高度进行调节，避免长时间切割岩石造成电机的堵转、发热、断齿等。而随着科技和应用材料技术的发展及大功率驱动电机的广泛应用，目前大部分采煤机的截齿一般均可对岩壁进行截割作业。为了提高采煤机截齿的使用寿命，在自适应截割方案中，在控制系统中设置了多种组合传感器设备，使其能够自动判断采煤机滚筒的工作状态，在触碰到岩壁后能够根据作用于电机上的截割阻力，自动判断该岩壁能否自动进行截割，若岩壁硬度较小，则自动采用降速截割方式进行直接切割，若岩壁的硬度较大，则自动调节滚筒的高度进行自动避让切割[2]，在该控制逻辑下不仅能够大幅提高截齿的使用寿命而且可以极大提高煤炭的采集效率，该采煤机自适应截割的控制流程如图1所示。

图1 采煤机的自动截割控制原理

采煤机运行时，其PLC控制系统首先会检测其所处的控制模式，如果是在手动控制模式下，则由采煤机的控制人员手动控制采煤机的运行，此时采煤机自动对路径进行跟踪记忆；若在自动控制模式下，则采煤机自动读取路径跟踪数据，在路径跟踪模式下自动控制运行，此时若采煤机截齿处所承受的截割负载出现异常，则控制系统根据所受到的截割负载的大小，自动判断是降速截割还是进入自适应控制模型，根据设备当前的运行状况进行自适应调整。

该系统的自适应调节控制的依据是采煤机在路径跟踪模式下，调节煤壁作用在采煤机截齿上的截割负载的大小，系统的调整对象则是采煤机的牵引速度和截割滚筒的工作高度。在截割滚筒进行截割作业时，若其截割到岩壁则会造成截割电机的电流、温度迅速增加并超出系统设定的警戒点。根据试验采集的数据表明，采煤机的截割负载和其截割电机的输入电流之间有着一定的对应关系[3]，在利用实际测定的数值建立了截割电流和截割负载之间的对应关系后，就可以根据电流传感器监测到的输入电流的大小自动计算出作用于截齿上的负载的大小，当其负载值超过警戒设定值后，就可以判断截齿已经接触到了岩壁，此时系统会先降低采煤机的牵引速度，若在设定的时间范围内截割电流能够恢复到正常范围，则系统会控制直接降速切割，如果超出设定时间后截割电流依旧处于高位，则系统会控制调整截割滚筒的高度。调整后若采煤机的负载依旧无法恢复则系统会发出报警，请求人工进行判定调整，从而确保自适应调整的可靠性和稳定性。

3 采煤机自适应截割系统整体构架

为了确保采煤机自适应控制系统的可靠性及使用寿命，在进行该控制系统的整体结构设计时，根据其分布结构的不同将其分为地面控制模块、井下顺槽控制模块及综采面控制模块。工作面控制模块与井下顺槽控制模块之间采用了基于无线传输技术的网络系统进行信息和数据的交互，再将顺槽模块内的控制器和井下的光纤环网连接，并与地面控制单元的调度室内的控制设备相互连接。之所以将工作面控制单元与顺槽控制单元之间采用无线传输技术，是由于综采面高湿、高尘的恶劣环境，同时由于采煤机在不断移动，还要考虑防爆和防水问题，采用有线连接时不仅布线难度极大而且在后续使用过程中又易造成传输电缆的折损等，影响信息传输的可靠性[4]，而无线网络完全无线布线，安装位置灵活，便于维护和保养。为了确保无线传输的可靠性，对无线网络采用了冗余设计，同时布置了备用模块，确保系统内信息传输的可靠性、及时性及准确性。采煤机自适应截割系统整体构架如图2所示。