长距离自移设备列车电液控制技术研究

宋 涛

(1.中国煤炭科工集团 太原研究院有限公司，山西 太原 030006；2.山西天地煤机装备有限公司，山西 太原 030006)

目前，大多数煤矿企业实现了井下成套装备高效化、自动化及系统化。为适应综采设备的高效管理，将所有综采设备动力源及变频器集中布置在工作面巷道，形成了40多辆平板车总吨位约400t的长距离设备列车。但传统绞车牵引设备列车[1]移动方式及工作效率，制约着矿井高产高效目标的实现。随着自动化、智能化技术的发展，与综采、综掘等自动化、智能化控制系统及装备相比而言，工作面两巷道辅助运输及设备列车运行仍处在传统人工控制及拆装轨道阶段，工作效率低、设备自动化控制存在着一定的技术缺陷，造成工人劳动强大、设备稳定性差、故障率高等；研究提升矿井辅助运输特别是提升设备列车的移动效率及自动化控制方式，是当前煤矿企业提升采煤效率所面临的技术难题。

针对传统移动设备列车[2，3]及控制方式带来的问题，太原研究院对设备列车进行创新设计及系统集成，成功开发了自动化井下超长距离自移设备列车并试用于内蒙地区神东煤矿。

1 自移设备列车组成型式与结构特点

1.1 组成形式及原理

自移设备列车总长达到240m，其结构如图1所示，每套由1组自移式牵引装置，重轨、推移油缸、40多套带提升机构的自移平板车组成。设备列车布置在综采工作面的运输巷道，随着采煤机、刮板机及支架的移动，设备列车同步移动；该设备以工作面乳化液为动力，每辆自移平板车自带2根重轨，平板车、轨道互相铰接，高度集成列车自移、调偏、防掉道等功能，实现自移式平板车[4，5]与自移式牵引装置互为支点迈步前移，轨道也随着成套设备列车的行走往前移动，自动化的控制方式实现了整个设备列车操作的自动化及远程遥控。

图1 井下超长距离自移设备列车

1.2 结构特点

1)采用双摆杆式自移式牵引装置替代传统绞车，实现机头牵引整个设备列车移动；顶梁撑顶时能避开部分锚索锚杆，保持顶板完整性。

2)自移式牵引装置配置2套提升调偏机构，可向左向右各调整100mm，实现整机跑偏时的合理调偏。

3)每台自移平板车带4套提升机构和2根轨道，列车移动时利用提升机构将平板车骑在轨道上，实现列车与轨道的滚动摩擦前移，轨道移动时也利用提升机构将平板车落地，两侧的轨道提起形成滚动摩擦，跟随自移式牵引装置一同前进。

4)自移式平板车实现模块化设计，采用自润滑铜套的滚动机构，防止大坡度时设备列车的自下滑；专用轨道间通过连接段铰接，适应上下坡道，实现设备列车自移及防跑车和防掉道。

2 自移设备列车液压控制系统研究

自移设备列车液压控制系统操纵中，从乳化液泵站来的高压液经过滤器进入电液控制阀组，通过环形管路分配到设备列车各执行油缸工作口，使设备列车完成必要的动作，同时执行油缸回液，经阀组、回液断路阀到泵箱。

整套系统采用环形供液方式，为保证40个平板车的同时升降，单个功能主阀控制6～8台平板车的子系统，实现平板车与轨道的交替升降，多个功能主阀并联控制同时供液，功能主阀控制自移式牵引装置设备列车立柱、推移千斤顶、平衡千斤顶、抬底千斤顶的升降，功能主阀同样控制所有功能主阀4的升降动作，即可实现所有平板车同时升、同时降、同步牵引的控制要求。

1)自移式牵引装置系统布置。考虑到Φ280mm立柱及Φ250mm推移油缸的流量要求，配置了流量1000L/min，过滤精度为25μm反冲洗过滤器；系统进液口安装截止阀，回路上有断路阀，保证对自移平板车系统维护时不影响使用并避免系统背压引起误动作。功能主阀控制着两侧立柱的升降，立柱并联同时动作，各配置一个立柱液控单向锁及压力表，监测顶板来压情况，立柱下腔装有500L的大安全阀，单向锁安装250L的小安全阀，防止顶板来压时及时卸载。顶梁的平衡油缸、牵引装置的抬底油缸、调偏油缸各采用双向锁控制。

2)自移平板车系统布置。子统配有1个筒式过滤器和1个回液断路阀，避免其他系统的误动作；采用1个功能主阀控制8台车32根提升油缸，每片阀控制4台车16根提升油缸的动作，16根提升油缸采用串联形式，每台车配置2个双向锁各控制2根提升油缸的升降，当操作功能主阀时所有32根提升油缸同时升降，每组平板车通过环形供液实现并联控制。

3 自移设备列车电控技术方案

设备列车电液控制软件开发，实现设备就地控制[6]、全设备列车范围内的遥控控制；针对设备列车连续、快速前移控制方式进行研究，设计整体自移自动控制方案。

设备列车液压控制自移系统包含选取典型设备进行列车结构、液压系统设计，实现列车同步平稳提升、降落；研究轨道升降的稳定型并跟随自移式牵引装置同步前移的液控系统。

3.1 电控系统组成及原理

电控系统由以下几个主要部件组成：传感器、控制器、耦合器、网络变化器、驱动器、电磁先导阀、无线接收器、遥控器、矿用隔爆兼本安型电源等组成；采用功能电磁主阀的功能控制器和多个4功能电磁主阀功能控制器的分组布局控制，实现设备列车环形供液，能够避免出现单片主阀控制时出现长管路流阻损失过大导致小车动作不一致、不协调的问题；电液控系统如图2所示：

1)功能电磁主阀的功能控制器主要用于自移式牵引装置的相关动作；其功能主要用于对多个功能电磁主阀的功能控制器液控口进行控制，能够分别实现设备列车顺序动作控制和同时动作控制，灵活多变。自移式牵引装置控制方案如图3所示。

2)功能电磁主阀控制的小车动作液控孔口通过压力采集以判断小车的动作，分散布置压力传感器能显著降低传感器的数量，同时提高控制的灵活度。

3)进液通过反冲洗过滤器后分别连通功能电磁主阀和多个功能电磁主阀的进液口，提高小车动作的一致性。

3.2 技术方案说明

1)自移式牵引装置控制方案如图4所示，通过一台独立的功能控制器实施控制[7]。该控制器与系统其他控制器连接构成控制系统，自移式牵引装置[8]控制器安装两个压力传感器检测立柱下腔压力，在升起过程，控制器通过压力数据判断初撑力是否达到要求；在推移过程，控制器使用传感器判断推移是否到位。

图2 自移设备列车电控系统框图

图3 自移式牵引装置控制方案

图4 平板车控制方案

2)平板车顺序控制与分组控制。平板车控制方案如图4所示，使用功能控制器控制升降动作，每台控制器通过电磁阀驱动口控制多组电磁先导阀，每个先导阀对应一个平板车，从而实现对8个平板车升降控制。控制器通过压力、倾角等传感器(每个平板车安装一个压力和一个倾角传感器)对平板车进行升降油缸及车体姿态监测，并通过CAN总线实现不同控制器之间数据交互与时序分组控制(含自移式牵引装置控制)。

3)远程遥控操作。控制器均在RS-232接口安装一个无线接收器，遥控器通过无线接收器接入控制系统，可以实现控制系统的全功能遥控操作[9]。遥控范围覆盖自移式移变列车整套范围，可在任意一节平板车跟前使用遥控器操作列车自移，同时观察设备是否按照设定程序动作。

4)平板车升降油缸工作异常识别。控制系统通过安装在平板车升降油缸上的压力传感器监控油缸工作状态以及安装在车底的倾角传感器监控平板车姿态，并通过升降动作执行前后平板车姿态变化及相邻车的姿态判断油缸是否执行升降动作。

4 结 论

针对传统绞车牵引设备列车的移动方式，提出了一种新型的长距离自移设备列车装备，并重点研究了其电液控制技术。

1)采用安全、可靠的电液控制系统，环形供液、多架分组遥控等技术，使用多传感器反馈闭环控制方式，实现了列车同步平稳提升、降落。

2)实现设备就地控制、全设备列车范围内的遥控控制；采用功能控制器和多个功能电磁主阀控制器的分组布局控制，实现设备列车环形供液，避免出现长管路流阻损失过大导致小车动作不一致、不协调的问题。

3)实现设备列车远程遥控，减少操作人员，推进综采面自动化、无人化管理，从根本上将对设备列车工作方式进行彻底革新。