河北石人沟铁矿井下铲运机无线遥控系统设计

2018-08-17王亚东田广才麻洪月

现代矿业 2018年7期

王亚东田广才刘梅麻洪月

(1.河北钢铁集团矿山设计有限公司；2.河北钢铁集团矿业有限公司石人沟铁矿)

石人沟铁矿井下铲运机由作业人员驾驶进入矿房铲装作业，矿房内时常会发生顶板浮石冒落现象，极大威胁到作业人员的生命安全。该矿采用国产小型井下铲运机进行生产作业，其控制方式基本为手动机械式操作，本研究通过对其进行改造设计，实现对铲运机进行无线遥控，在保障驾驶员人身安全的同时，提高开采效率。

1 无线遥控系统总体设计

石人沟铁矿井下铲运机无线遥控系统主要由先导液控单元、车载控制器单元、车载操作单元、车辆状态监测单元和遥控器单元组成(图1)。车载控制器通过切换开关判定输入的操作信号，当切换开关打到本地时，车载控制器仅接收和处理车载操作单元信号，当切换开关打到遥控时，车载控制器仅接收处理遥控器单元信号。遥控器或车载操作单元发出的各种作业指令通过车载控制器单元处理和判定后，将正确的操作指令传达给先导液控单元和其他执行设备，最终实现对铲运机进行控制(如发动机启停、发动机油门控制、刹车、车辆转向、铲斗翻转、大臂升降、变速箱换挡等)。车辆状态监测单元实时监测车辆的运行状态(如皮带断带、缸盖温度、机油压力与温度、液压油温度、液压油回油堵塞、刹车系统蓄能器压力等)。当车辆状态监测单元接收到报警信号后，发送给车载控制器单元，控制器根据报警信号类别发出紧急停车或刹车指令，确保车辆运行安全。无线收发器作为遥控器单元的组成部分，将接收的遥控器的各项操作指令发送给车载控制器，并将车载控制器发出的车辆状态信息反馈给遥控器。

图1 无线遥控系统架构

2 系统功能设计

2.1 先导液控单元

系统先导液控单元利用铲运机刹车系统提供的高压液压油，经减压溢流阀1将液压油压力调整至系统所需水平，而后供给电比例减压溢流阀组3、4，电比例减压溢流阀组3、4接收到控制器信号后进行动作，输出所需压力的先导液压油，对转向阀5和工作阀6的阀芯位置进行控制，最终实现铲运机作业时动作控制，包括车辆转向、铲斗翻转和大臂升降(图2)[1-4]。同时在系统中增加蓄能器，确保整套系统运行稳定。

图2 先导液控单元

2.2 车载控制器单元

系统车载控制器单元采用32位模块化架构[5-7]，支持 CANopen、SAEJ1939和自定义通讯协议[8-10]，使用 CoDeSys软件进行内嵌程序编译可以实现各种复杂的逻辑控制(图3)[11]。

图3 车载控制器单元

2.3 车载操作单元

系统车载操作单元包括转向控制手柄、工作控制手柄、换挡手柄、电磁阀换挡机构、电子油门踏板和电子油门执行器(图4)，其中转向电磁阀组和工作电磁阀组即为图2中电比例减压溢流阀组3、4。转向手柄和工作手柄输出0～5 V模拟量信号至车载控制器，车载控制器接收信号后按比例输出0～600 mA电流，控制对应的电比例减压溢流阀开度，最终实现车辆转向、铲斗翻转、大臂升降的动作和快慢。电子油门踏板根据驾驶员踩踏深浅的不同，输出0～5 V模拟量信号至车载控制器，车载控制器通过H桥驱动电子油门执行器的伸缩长度，实现对发动机油门的控制。换挡手柄根据驾驶员的需要，向车载控制器输出开关量信号，车载控制器根据信号的不同控制电磁阀换挡机构，实现对变速箱前进档、空挡、倒档和1、2、3档的控制。