掘進機自動化技術研究范文

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回采工作面的快速推進，要求掘進機械智能化和自動化不斷完善，其目的在于達到更高的巷道掘進速度，同時降低掘進費用及不斷提高安全程度，改善作業環境，降低人工勞動。由于國產成套設備的自動化程度不高，仍處于較低水平，掘進效率底，人工勞動強度大。在新的煤炭市場要求下，為做好礦井采掘銜接合理，提高綜合工效，采用自動化的截割技術，確保為回采提前做好準備。

1掘進機自動化系統組成

為實現掘進機的自動截割，采用嵌入式工業控制計算機與可編程控制器PLC（可編程邏輯控制器）相結合的數據收集和處理模式。嵌入式工業控制計算機采用研華TPC-1070，該工控機的CPU（可編程邏輯控制器）為CeleronM（處理器）（1.0GHz），固態電子式硬盤，具有2個RS-232、1個RS-485串行接口及2個以太網接口。PLC采用松下電工FPΣ型可編程控制器，該控制器采用模塊化擴展方式，CPU采用32位精簡指令處理器，指令豐富。具體分工為：1塊FPG-C32T2CPU模塊，帶有16數字輸入/16數字輸出，程序容量為32K；2塊FPG-XY64D2T數字量擴展模塊，有32數字輸入/32數字輸出，完成遙控輸入、操作箱信號、各電機、電磁閥的輸出控制等；3塊FPG-A80模擬量輸入模塊，具有8路模擬量輸入，采集精度12位，完成各電機的電流及電壓漏電、過流、接地保護的檢測，液壓系統的（油缸行程、機身俯仰角、側傾角、地磁偏角）檢測。

為實現巷道斷面自動截割，控制閥采用比例電液閥組，并在油缸內安裝滑動式直線位移傳感器，在電控箱里安裝二維傾角傳感器和三維電子羅盤。通過計算機檢測、數據處理技術、PLC編程技術及電液控制技術等，使掘進機具備了定位自動截割、姿態調整、煤矸初步識別及掘進機自動化監控等功能。

2掘進機的技術分析

2.1掘進機斷面自動截割技術安裝在回轉油缸、升降油缸、伸縮油缸、鏟板油缸、穩定油缸的伸縮量得出傳感器位移量的變化值，設定切割頭的中心點，建立平面的直角坐標（X，Y），如圖1所示。由（X，Y）建立的坐標與設定截割斷面的坐標信息（X0，Y0）。以截割矩形斷面為例，在進行截割時，計算機按照PLC提供的程序進行截割控制。

其順序為：系統啟動后，設定所要截割斷面的曲線信息圖（矩形斷面曲線為例）。截割斷面形狀就是掘進機在選擇了所要掘進的斷面設定曲線后，計算機自動將矩形斷面數據集合（X0，Y0）調用，確定了截割頭所截割的邊界，截割斷面形狀信息被提取到程序系統中，截割頭將沿著圖1中左下角A位置開始向右做水平擺動，截割頭坐標點（X，Y）中X值變化，Y值保持不變化。當截割頭到達右下角B點附近時，回轉油缸在縮小流量的控制下到達B點后，升降油缸上升設定值，通過對流量的控制，升降油缸上升到設定的距離時停止上升，Y值上升到設定的距離時，截割頭移動到位置C，回轉油缸的左右兩油缸電磁閥反向導通，回轉油缸向左水平擺動，此時X值連續變化變小，Y值保持不變，當（X，Y）逐漸靠近D點時，回轉油缸在縮小流量的控制下到達D點后，升降油缸上行電磁閥導通，通過系統對其實施的流量控制，升降油缸上行1個設定距離后停止，Y值向上增加一個設定距離后停止變化，按照設定程序循環，當截割頭截割到位置E時（E終點），一個截割斷面就截割出來了。所指導航方式，就是由A-B-C-D循環方式，直到E設定斷面完成的一個處理過程。為避免在截割過程中出現欠挖、超挖的現象，設定1個矩形斷面O1-O2-O3-O4軌跡，截割頭再沿設定軌跡截割1次完成后，符合標準的截割斷面完成了。

2.2掘進機自動糾偏技術探索掘進機自動糾偏就是掘進機相對巷道中心在割煤、落煤、裝煤、運煤后進行下一自動截割前依靠掘進機左右履帶行走速度的變化及向左、向右調整掘進機中心線與巷道中心線的相對位置，控制掘進機沿著巷道中心線前進。目前的巷道采用人工操作截割斷面，采用激光指向儀指向中線，司機觀察激光指向確定截割方向及尺寸，無法發揮出掘進設備的最大效率。掘進機定位是建立掘進機自身位置坐標，確定掘進方向及對方向進行控制，自動跟緊激光指向方向進行自動定位。掘進機定位后，將沿著設定軌跡截割。

研究采用二維傾角傳感器和三維電子羅盤相匹配的定位技術，通過二維傾角傳感器檢測掘進方向相對設定水平面形成的俯仰角，機身與水平面的傾斜角，然后再與三維電子羅盤儀的N（地磁北極）極形成的方位夾角，通過對方向的角度測量及檢測，建立起掘進機的位置三維坐標。掘進機是在三維參數確定后施工的，而在截割施工過程中，三維參數理想，由于掘進機的震蕩等，需在一個循環結束后，對三維參數進行適當調整。掘進機身側傾方向上∠1大于0°時，截割斷面順時進行調整；掘進行進方向上∠2小于初始設定時，掘進斷面向上調整；掘進行進方向上∠3大于初始設定時，截割斷面向左調整；當3個角度的位移量都發生變化時，應重新調整截割斷面，保證截割斷面符合要求，根據傳感器位移量的變化，校準切割頭。直線AB是掘進機參照激光的設定方向掘進施工，直線ON是地磁北極，設定掘進施工方向與地磁北極的夾角是∠AON，截割1個循環進度后，掘進機受自身截割影響（震動、側滑等），使機身與設定的截割方向發生偏差，此時掘進施工方向變成直線CD，掘進施工方向與地磁北極的夾角變成∠CON，從而與實際掘進走向發生偏差角∠AOC。掘進機需重新對二維傾角傳感器和三維電子羅盤儀得出檢測三維參數信息，確定截割頭在下一個截割斷面信息的原點中心與初始截割斷面的原點中心在激光指向的平行線上，巷道原點中心點連線總是在激光方向的平行線上，則掘進出來的巷道就是符合施工標準的。

3結語

掘進機檢測系統的組成還需不斷更新，提高技術適應不同煤層硬度和復雜情況下的地質條件掘進，通過各傳感器的檢測，準確調整掘進機位置，掘進機自動糾偏保證掘進方向和巷道成型符合要求。煤矸識別在實際應用過程中存在的問題較多，需不斷嘗試煤矸識別新技術，準確識別煤矸，使掘進機朝著自動化和智能化水平不斷發展。

作者：王朋偉 單位：晉煤集團寺河煤礦二號井