采煤机自动调高系统研究及其应用

2019-12-19邱长敏李文亮

商品与质量 2019年7期

邱长敏李文亮

兖矿东华重工有限公司山东济宁 273500

1 采煤机自动调高系统存在问题

现阶段对于采煤机滚筒调高的控制，国内大多数企业依旧采用手动控制，依靠采煤机司机在工作时的视力观察及截割过程的噪声来判断是在割岩还是割煤，以便及时调节滚筒的位置。然而，在煤矿井下采煤机的工作环境恶劣，滚筒在截割煤岩时会产生大量煤尘等杂质，降低了工作面的能见度，尤其是总功率达几千瓦的大采煤机会产生巨大噪音，操作时工人受到影响比较大，难以准确判断滚筒的割煤状态，准确调整高度存在严重的环境干扰等因素。同时采煤机滚筒工作中需要连续截割煤层，岩石等在持续剧烈的切割过程中会使截齿磨损，其他重要零部件也会在不同程度受到影响，导致采煤设备的质量下降，尤其在高瓦斯矿井，瓦斯浓度很高，易引起爆炸发生重大事故，对于现场工作人员而言存在较大的安全隐患[1]。

2 采煤机自动调高在煤矿生产中的作用

由于井下工作环境极其恶劣、复杂，并且采煤工作面噪声大、粉尘多，仅仅依靠采煤机司机的眼睛和耳朵是很难准确、及时地判断出采煤机的实际截割状态和顶底板的位置。若因采煤机滚筒的位置调整得过于保守而切割过少，则会导致煤层开采不充分，造成资源的浪费；若因滚筒高度调整不当而切割顶底板，则会加剧截齿的磨损，也会造成采煤机机械、液压及电气系统的零部件的损坏，进而影响整机的可靠性。对于高瓦斯矿井，切割顶底板岩石产生的火花，还极易引起瓦斯爆炸，造成煤矿事故。因此，为解决以上问题，十分有必要对采煤机自动调高技术进行研究。采煤机自动调高不仅可以减轻工人的劳动强度，加强工作面的安全保障，同时还能够提高回采率，减低设备损耗和故障率，因此，对采煤机自动调高的研究意义重大。

3 采煤机自动调高系统的优点

采煤机在要求工作的时间内可以保持足够的输出功率，以此来满足转速和力矩的要求，使该系统在工作期间内保持动力充足。采煤机具有较好的动态特性，当受到的载荷较大时，即在大惯性负载的情况下，采煤机具有良好的稳定性。当采煤机遇到振动、过载、过高过低温情况时，该系统的调负载刚度较大，调整能力较强，能够迅速有效地阻止反操作情况。

4 采煤机自动调高系统的工作原理

采煤机自动调高液压控制系统主要由摇臂、滚筒、执行油缸、液压泵站及控制系统等组成。当采煤机需要根据巷道高度对滚筒的高度进行调节时，液压泵站的驱动电机带动液压泵开始工作，从油箱内将液压油传递到执行油缸内。在驱动滚筒升降时，控制液压泵站内电磁换向阀的工作状态，使液压油通过电磁换向阀进入到执行油缸内，推动执行油缸的活塞杆伸出，直到达到指定的高度。当为执行调高换向时，采煤机的驱动滚筒的高度保持不变，此时液压油控制对液压系统回路的调节，使阀门保持在关闭状态，从而确保系统处于保压状态，维持驱动滚筒的高度。在整个控制过程中，调高换向阀的阀芯在电磁力的控制下，不断地根据采煤机滚筒的工作高度要求进行调节，使液压油从不同的油口进入到执行油缸的有杆腔或者是无杆腔，使活塞杆执行伸出或者收缩，从而完成对于滚筒升降过程的调节控制。在整个液压控制系统中，安全阀用于确保滚筒位置的稳定性，溢流阀用于控制系统的工作压力，防止系统过载[2]。

5 采煤机自动调高系统设计

采煤机在实际生产过程中主要靠滚筒切割煤壁对煤矿井下的煤炭进行开采，因此要达到高产高效采煤的目的，就必须实现采煤机滚筒地自动调高。对于采煤机滚筒自动调高控制系统原理的设计就是对采煤机的机械结构与液压调高系统的设计。机械结构方面主要包括采煤机的齿轮的啮合参数及强度校核、轴及轴承的选用与校核、花键的选择及其强度的校核、润滑及密封的良好性等内容，而液压部分则主要控制采煤机滚筒的自动调高系统。该系统的实验研究是在某高校的综合实验室完成的，主要利用液压实验台对其进行联合模拟实验。该实验系统可分别通过手动模式和自动模式对实验系统进行模拟加载，从而得到相应的液压缸特性指标。而本文主要选择自动控制模式对其进行测试，从而完成本课题的实验研究目的。该系统的工作原理：在液压主回路控制中，由系统配电柜给变频器及相应模块供电，变频器带动电机运转，电机则拖动主泵转动，对整个液压系统进行供油。本文以电控方式举例说明工作原理，首先通过控制比例先导减压阀在调整电压的作用下去控制液控换向阀，使其产生换向动作，当液控方向阀在左位时，液压油会经过液控换向阀流入测试油缸的无杆腔内，此时测试油缸在液压油的作用下会左移；在加载回路中，首先给溢流阀设定一个压力值，对比例溢流阀的输入信号进行控制，控制加载油缸活塞两端的压力，从而实现对液压缸的模拟加载，由于加载油缸右侧处于高压腔，所以控制液压油就可以经过对应的单向阀组重新回到油箱；在补油回路中，控制液压油直接经过减压阀，并通过对应的单向阀组流入加载油缸的左侧，即加载油缸的低压腔部分，进而给系统补充油量。