国产化掘锚机自动纠偏技术的研究论文_夏帆

（国家能源集团神东过程中煤炭分公司布尔台煤矿掘锚五队 内蒙古自治区鄂尔多斯市 017209）

摘要：本文结合以山特维克MB670掘锚机为基础经太原煤科院改造后的MB670国产化掘锚机的具体应用进行分析，对行进过程中的位姿参数检测、自动纠偏实现方式进行介绍，另外对主要系统的国产化进行介绍,以期更好地促进掘锚机的应用。

关键词：掘锚机；国产化；自动纠偏

1 引言

在我国煤矿行业的逐渐发展,其采掘技术随着科技的进步逐渐地向着自动化的方向进行.总体上看,我国的掘进技术有了较快的发展，但与国际先进水平存在差距,由于某些原因容易出现行进方向的偏差情况，影响开采挖掘质量，因此需要进行纠偏。纠偏技术是为了提高工程质量，为以后的综采采煤提供良好的条件，提高设备的通过性，便于综采工作面设备的安装调试。

2 MB670国产化掘锚机位姿信息的检测

(1)传感器模块功能及传感器选型。掘锚机截割头位姿检测，根据掘锚机的具体工作特点，截割头的位姿检测关注点包括截割臂升降角度及伸缩油缸位移。由于掘锚机截割臂的运动幅度较大，因此对其进行升降角度进行检测时，如果选择的传感器类型不合适，可能会造成检测器的损害。可以监测截割臂升降油缸的伸缩量，然后通过运算得出升降角度。从而实现对升降角度的间接检测。机身位姿检测，在掘锚机掘进工作过程中，掘锚机沿着巷道底板进行前进，机身偏离巷道设计中线，可以采用航向角、仰俯角、横滚角、偏移位移及车前距等进行描述。

(2)信号处理模块。机载信号处理模块主要包括转换模块、通信模块、核心处理器、以太网通信模块组成，A/D转换模块主要收集油缸行程的传感器数据，通信模块主要将传感器数据通过以太网进行数据传输，传输到上位监测软件中。

(3)空间位姿的监测上位软件。监测上位软件主要可以具体分为几个部分：数据库模块、截割头位姿计算模块、机身空间位姿模块、位移监测数据显示模块等。具体的操作过程如下：机载信号处理器传输的信号存储到数据库中，计算模块根据收集传输得到的信号进行模型计算，并将计算的位姿信息存储于数据库中，位姿监测数据显示模块显示掘锚机位姿监测数据及历史查询数据，用于信息的显示及报警。

3 MB670掘锚机行走结构分析及国产化实现

左右顶梁降下，按下左右锚护完成确认按钮，并发出锚护完成语音；遥控器上将拨码拨到‘行走’，行走档位选择至相应档位。在遥控上按下位于遥控器前侧面的安全键，同时向前拨动行走键，放开行走键时，行走则停止。在遥控上按下位于遥控器前侧面的安全键，同时向后拨动行走键，此时，前铲板和后稳定鞋会自动升起，发出后退报警语音，大约3S之后履带开始向后行走，行走按钮放开时，行走则停止。

掘锚机的行走系统主要通过液压系统完成，掘锚机主要构成主要包括截割部、装载部、电控系统、除尘润滑系统及液压系统等。液压系统可细分泵站模块、油缸控制模块、行走和临时支护供油模块、风机驱动模块等。

国产化MB670掘锚机针对行走锚钻控制系统、油缸控制系统进行了国产化的替代，利用公司比较成熟的可实现同类功能的配件来替代原配件,替换后配件在液压系统中的功能、功能和参数与原配件一致，但主阀结构与原阀并不一致，外形尺寸和在整机的安装方式和原阀组保持一致。阀体测绘加工，先导电磁阀自行开发。换向阀一比一国产化替代，插装阀本地化采购，阀体测绘加工。

侧帮钻架阀组、顶锚钻架阀组国产化替代，利用公司比较成熟的可实现同类功能的配件来替换原配件，替换后配件在液压系统中的功能、原理和参数与原配件一致，同时对系统做了优化以改善系统发热的问题。此外，增加了流量比例可调的功能，可省去管路节流阀。主阀外形、尺寸和结构与原阀不一致，在整机的安装方式一致。

4 MB670国产化掘锚机纠偏控制策略的实现途径

目前，针对掘锚机行进过程中的偏差纠正措施主要存在两种：自动调节，即司机进行肉眼观察，如果出现姿态的偏差通过及时调整掘锚机的行进角度，保证行进方向的正确性。但因司机的精力和环境因素的影响，容易导致误判，导致纠偏失败，影响正常的掘进效果。另一方式就是进行自动、高精度的纠偏，通过自动控制实现掘进过程中的方向控制。

通过在掘进机上设置三个与掘进机控制系统PLC相连接的测距传感器，其中两个测距传感器安装在掘锚机的同一侧，为防止生产掘进过程中，传感器进入水煤中；其位置安装在机身靠上位置，正常掘进时，传感器能够正常工作。传感器的安装位置所在直线与掘锚机的掘进前进方向平行，第三个测距传感器安装在掘锚机的另一侧，安装位置确定方式如下：以掘进方向为对称轴，同侧固定的两测距传感器间的中心位置对称。三个测距传感器的测量方向与掘锚机前进方向上的中心线垂直。通过三个传感器测距的具体数据情况，通过计算，得到掘进机当前前进方向相对于巷道中心线偏离的方位角、机身中心相对于巷道中心线偏离的中心偏距，如果需要进行纠偏，则通过PLC控制系统控制调整方位角和中心偏距，从而保证掘锚机前进方向的自动纠偏。图1为方位角纠偏过程示意图。经三个传感器测试量l1/l2/l3计算得到的方位角α，对比α和方位角限定阀值θbound的大小关系，如果超高阀值，则通过合理控制驱动轮的运动从而调整掘锚机行进方位。下图中的l1/l2/l3为测量传感器的测量值，θbound为方位角限定阀值，D为传感器l1和l2的距离。

图1 方位角纠偏流程图

5 结语

掘锚机在煤炭开采行业具有十分重要的作用，然而在实际的掘进过程中，由于受到环境和地质的影响，容易出现掘锚机行进方向出现偏差的情况。本文主要对掘锚机行进过程中的位姿监测、自动纠偏技术进行分析介绍，更好地保证掘进开采的质量。

参考文献

[1]李忠贞. 掘锚一体机使用过程中常见故障分析及处理[J]. 能源技术与管理, 2019(3):128-129.

[2]张小峰. 久益12CM系列与山特维克MB系列掘锚一体机比较[J]. 煤矿机械, 2019(3).

论文作者:夏帆

论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期

论文发表时间:2020/4/13

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