王孝杰　李震

（兗礦東華重工有限公司再制造分公司采掘大修分廠，山東鄒城　273500）

懸臂式掘進(jìn)機(jī)的干涉分析及技術(shù)改造

王孝杰李震

（兗礦東華重工有限公司再制造分公司采掘大修分廠，山東鄒城273500）

懸臂式掘進(jìn)機(jī)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)截割、裝載運(yùn)輸、噴霧除塵以及自行走的聯(lián)合機(jī)組。其主要機(jī)構(gòu)一般為六部分，分別是切割臂、回轉(zhuǎn)臺(tái)、裝渣板、輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)以及履帶等部分，其優(yōu)點(diǎn)有調(diào)動(dòng)靈活、強(qiáng)可靠性、高效率、所切割出的斷面整齊、欠挖量和超挖量均較小等。近年來(lái)懸臂式掘進(jìn)機(jī)在井下巷道的施工作業(yè)中發(fā)揮出了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，被廣泛引用，因此懸臂式掘進(jìn)機(jī)的用戶以及科研學(xué)者逐漸對(duì)該機(jī)械的施工技術(shù)重視起來(lái)，尤其是對(duì)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的機(jī)械干涉問(wèn)題進(jìn)行了探索研究。

懸臂式掘進(jìn)機(jī)防干涉分析技術(shù)改造截割機(jī)構(gòu)

1　懸臂式掘進(jìn)機(jī)的機(jī)械干涉問(wèn)題

1.1懸臂式掘進(jìn)機(jī)的干涉問(wèn)題

為了保證該機(jī)械能夠有較好的裝煤效果，機(jī)械鏟板應(yīng)該更多的向前延伸，在機(jī)械自行走時(shí)鏟板需要抬起，避免出現(xiàn)機(jī)械的截割機(jī)構(gòu)進(jìn)行切割煤巖或者挖柱窩煤時(shí)，未能及時(shí)抬起鏟板而出現(xiàn)機(jī)械干涉問(wèn)題，導(dǎo)致機(jī)械事故。從懸臂式掘進(jìn)機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案來(lái)看，機(jī)械的防干涉方式有兩種，第一，無(wú)干涉設(shè)計(jì)，機(jī)械的切割機(jī)構(gòu)設(shè)置在最下端的位置，機(jī)械鏟板設(shè)置在最上端的位置，二者之間不會(huì)產(chǎn)生干涉；第二，利用一些外加元件對(duì)二者之間的干涉進(jìn)行有效的控制。例如EBZ-120C式懸臂式掘進(jìn)機(jī)的截割機(jī)構(gòu)與鏟板之間就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械干涉問(wèn)題。

1.2干涉問(wèn)題分析

假設(shè)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的截割臂長(zhǎng)度為L(zhǎng)a，機(jī)械鏟板的長(zhǎng)度為L(zhǎng)b，二者產(chǎn)生的干涉長(zhǎng)度為L(zhǎng)c，裝載裝置的長(zhǎng)度為L(zhǎng)Y，機(jī)械的截割臂厚度為Ca，裝在裝置厚度設(shè)置為Cb，機(jī)械截割臂安裝高度設(shè)置為Ha，裝載裝置安裝高度設(shè)置為Hb，機(jī)械截割頭的臥底深度設(shè)置為Hc，機(jī)械截割臂運(yùn)動(dòng)的最大面積設(shè)置為βa，機(jī)械鏟板的最大活動(dòng)面積設(shè)置為βc。為了達(dá)到機(jī)械的無(wú)干涉設(shè)計(jì)要求，也就是截割機(jī)構(gòu)處于最下端位置，鏟板位于最上端位置，二者之間不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械干涉問(wèn)題，則需要截割臂的頂端位置與鏟板的頂端位置之間的相對(duì)距離應(yīng)該大于等于0，設(shè)置兩點(diǎn)間的距離為Y，則

Y=Ha-（13sinβa+Ca/2）-［Hb-（14cosβc-Cb）可以得出βa的最大值為arcsin［（Ha-△H）/La］，得出Y=H-［13sinβa-14cosβc］≥Y0；H=Ha-Hb-C±/2-Cb；

其中Y0代表無(wú)干涉時(shí)截割臂與鏟板之間的距離最小值。有上述數(shù)式2可知，當(dāng)其他參數(shù)不變時(shí)，Y會(huì)隨著Ha的變化而變化，并且二者之間成正比，證明此時(shí)懸臂式掘進(jìn)機(jī)不會(huì)發(fā)生截割臂與鏟板之間的干涉問(wèn)題；當(dāng)其余參數(shù)不變時(shí)，Y會(huì)隨著參數(shù)Lc、Ca以及Cb中的一個(gè)參數(shù)或是幾個(gè)參數(shù)同時(shí)發(fā)生變化而變化，并且呈反比關(guān)系，這就表明此時(shí)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的截割臂與鏟板之間容易發(fā)生干涉問(wèn)題。以懸臂式掘進(jìn)機(jī)的具體參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)置為依據(jù)，對(duì)EBZ-120C式懸臂式掘進(jìn)機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程進(jìn)行觀察，將機(jī)械鏟板水平放置，截割臂達(dá)到其運(yùn)動(dòng)的最大值時(shí)，鏟板由水平位置抬起，測(cè)量，發(fā)現(xiàn)鏟板的油缸千斤的伸出范圍在0毫米至50毫米、70毫米至260毫米內(nèi)，不會(huì)產(chǎn)生干涉問(wèn)題；伸出范圍在50毫米至70毫米內(nèi)，則會(huì)出現(xiàn)干涉問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)收集到的各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)，為了避免出現(xiàn)干涉問(wèn)題，需要將機(jī)械鏟板后方設(shè)置的擋煤板厚度由原本的厚度減少，至少減少50毫米?；蛘甙呀馗畋巯路皆O(shè)置的限位裝置拆除，但是該方法容易造成機(jī)械的損害，因此前者的方法更為實(shí)用。

2　防止懸臂式掘進(jìn)機(jī)出現(xiàn)干涉問(wèn)題的新方法

2.1利用液壓回路對(duì)限位進(jìn)行控制

在解決干涉問(wèn)題時(shí)，無(wú)干涉設(shè)計(jì)存在較多的弊端，因此該方案并不被提倡。這就需要在設(shè)計(jì)懸臂式掘進(jìn)機(jī)時(shí)，對(duì)防干涉設(shè)計(jì)方案實(shí)施有效的改進(jìn)措施。利用液壓回路對(duì)限位進(jìn)行有效控制的工作原理是，安置一個(gè)電磁換向閥實(shí)施對(duì)機(jī)械液壓油路的控制作業(yè)，使截割臂與鏟板的活動(dòng)方向能夠受到一定的控制，完成防干涉設(shè)計(jì)。這種方法需要在截割臂與鏟板之間的旋轉(zhuǎn)軸位置安置一個(gè)角位移傳感器，或者是在液壓缸內(nèi)設(shè)置一個(gè)直線式位移傳感器，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)收集并處理相關(guān)數(shù)據(jù)信息，利用控制系統(tǒng)對(duì)已經(jīng)處理過(guò)的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，從而發(fā)出控制液壓系統(tǒng)中的電磁換向裝置的指令，控制油路的狀態(tài)。加入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)收集到大于標(biāo)準(zhǔn)值的信息，截割臂與鏟板不會(huì)受到指令的控制，相反，收集到小于或等于標(biāo)準(zhǔn)值的信息時(shí)，二者的活動(dòng)就會(huì)收到限制。

2.2可視化預(yù)警設(shè)計(jì)

可視化預(yù)警設(shè)計(jì)需要與懸臂式掘進(jìn)機(jī)的控制設(shè)計(jì)相結(jié)合完成，該設(shè)計(jì)方法根據(jù)礦井內(nèi)部，截割機(jī)截割出的斷面大小、精度以及形狀，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)傳感器傳輸?shù)溺P板與截割臂的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和處理，再利用顯示器顯示出當(dāng)前掘進(jìn)機(jī)的截割頭作業(yè)完成的截割軌跡、截割臂以及鏟板的位置的圖像信息和數(shù)據(jù)信息，及時(shí)啟動(dòng)預(yù)警裝置，保證操作掘進(jìn)機(jī)的施工人員對(duì)截割斷面的相關(guān)信息能夠了如指掌。該方法通過(guò)圖像、圖形的顯示對(duì)下一步施工進(jìn)行提示，能夠及時(shí)的修正截割斷面的形狀，并且可以及時(shí)的避免錯(cuò)誤操作導(dǎo)致的機(jī)械干涉。

2.3利用截割頭記憶程控截割

該方法的工作原理是，依據(jù)巷道的斷面大小和施工處的地質(zhì)條件，制定截割施工方案，并且該方案制定的關(guān)鍵在于具有針對(duì)性。在初次截割施工時(shí)，在手動(dòng)操作的過(guò)程中要對(duì)機(jī)械的電液比例、截割軌跡進(jìn)行嚴(yán)格控制，這是因?yàn)榇舜谓馗铑^的運(yùn)動(dòng)軌跡需要做后期截割頭自行循環(huán)運(yùn)動(dòng)的樣本。在截割過(guò)程中需要對(duì)截割軌跡進(jìn)行多次修正，對(duì)工作參數(shù)進(jìn)行多次調(diào)整已保證斷面的各因素精度。

3　結(jié)語(yǔ)

科技的進(jìn)步和發(fā)展對(duì)煤礦巷道的安全性能以及質(zhì)量要求越來(lái)越高，近年來(lái)巷道施工正在朝著自動(dòng)控制方向不斷前進(jìn)，懸臂式掘進(jìn)機(jī)的智能化發(fā)展也是順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展要求。礦山機(jī)械的發(fā)展也加入了計(jì)算機(jī)技術(shù)以及微電子技術(shù)的應(yīng)用，以此提升了礦山機(jī)械的工作效率和質(zhì)量，并且有效的避免出現(xiàn)由于機(jī)械干涉問(wèn)題而產(chǎn)生的事故，能夠保障巷道施工的安全。

［1］謝達(dá)文.懸臂式掘進(jìn)機(jī)與控制爆破組合式隧道開(kāi)挖技術(shù)試驗(yàn)研究［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2015（03）.

［2］吳淼，賈文浩，華偉等.基于空間交匯測(cè)量技術(shù)的懸臂式掘進(jìn)機(jī)位姿自主測(cè)量方法［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2015（11）.