无线遥控地下铲运机发展及液压系统改进分析

河北钢铁集团矿业有限公司石人沟铁矿

铲运机是矿山生产作业中的必备设备，对于生产作业起到了重要的推动作用，通过铲运机的使用，让矿山生产得到有序进行，尤其是松散残矿部分的作业，在铲运机辅助下，提高采矿作业的生产效率和质量。随着先进技术的发展，无线遥控技术和地下铲运机有机结合，地下铲运机可以受到作业人员的远程遥控，提高了采矿作业的安全性，并提高了采矿作业的效率。因此，研究液压系统的改进设计，有助于地下铲运机和无线遥控技术的结合，推广无线遥控铲运机的广泛使用。

1 地下铲运机

地下铲运机是在露天地面作业中使用的设备，使用柴油机和电动机作为原动机，受到液压作用，实现装卸、传动、行走等功能，经常应用于矿山工程以及隧道工程等。由于铲运机和装载机有着相似功能，容易造成混淆。两者主要区别在于铲运机的驾驶室属于横向布置，且机身相对低矮，使用光面或者半光面轮胎，具有柴油机的净化尾气装置。根据动力来源进行分析，可以将铲运机划分成柴油机动力铲运机和电动机动力铲运机。

2 无线遥控工作原理

在铲运机中使用无线遥控技术，方便危险区域的使用。无线遥控技术使用电磁波技术，经过导线让高频信号产生无线电波，指挥铲运机完成生产任务，同时铲运机设备可以接受高频信号，执行遥控指令。无线电波可以传播高频信号，同时还能传播接收天线。无线电波遥控利用无线电传送指令，无线电的强辐射力可以满足指挥需要。无线电波保持几百千赫频率，免于其他信号干扰，可以让指令更加准确安全地传播。

实际上，遥控设备和遥控机器人原理一致，无线遥控系统发出指令信号要在发射端经过编码，调制载波，并放大信号。经过发射天线发射电波后，接收端可以放大无线电信号，经过信号灯的调解和译码后传递给驱动控制电路。在控制电路上安装电磁阀、液压油缸、电磁继电器以及直流电机等执行元件，可以完成启动熄火、调节油门、前进后退档、制动、离合、空档等操作。

采矿作业中面临着恶劣的作业环境，还有很多松散残矿亟待回收，使用铲运机遥控作业可以满足作业需要，同时避免作业人员进入危险作业区生产，有效保障了作业人员的人身安全。遥控铲运机就是使用视距遥控方式，在100m范围之内对铲运机进行遥控，操控机器展开作业。操作人员在安全区域操作铲运机，铲运机在危险区域作业。待铲运机驶离危险区域后，操作人员可以手动驾驶铲运机。

无线遥控工作指令首先发出遥控指令，指令经过编码后，调制载波，并放大功率，经过发射天线发射。接收天线接收后经过解调载波、译码，输出电路信号。电路信号控制继电器启动电机。同时，对油门、熄火、电液阀、电机等加以控制，进而实现对发动机、工作装置、离合器、制动装置以及转向装置的控制。

3 液压系统的改进设计

（1）卡特彼勒R1600G地下铲运机介绍。卡特彼勒R1600G地下铲运机使用Cat®3176C发动机，可以提供强劲高效的动力，在恶劣环境下，也能实施装载和运输生产。该发动机和变速系统可以保证铲运机平稳运行，且保证较高的燃油效率。井下采矿作业发动机可以提供可靠的牵引力，扭矩储备和换挡可以实现高效配合，提供最大效率，且不会耗费大量循环时间。电子控制式喷油系统可以对工作环境、供油量加以控制，以实现最佳燃油效率。使用高压燃油系统，可以减少排烟量，缓解城市的雾霾污染问题。

铲运机使用卡特四速行星动力换挡变速箱，即使处于崎岖不平的井下，也能完成井下采矿工作。大容量变矩器可以给车轮提供较大动力，让动力传动系统得到提高。自动换挡变速箱让操作人员作业效率更高，铲运机性能得到优化。该铲运机使用卡特液压系统，可以减少挖掘提升循环时间，利用STIC®控制系统，让单个控制器集合变速箱和转向功能，让功能控制得到流畅响应。卡特彼勒R1600G地下铲运机的铲斗设计提供良好的负载能力，让铲斗结构更加安全可靠，有助于成本控制。通过对液压系统的优化，可以优化无线遥控状态下的响应效率，提高采矿作业的生产效率。

（2）无线遥控功能设计。井下采矿作业包含大量施工点，作业面大，矿井下施工环境复杂，管线很容易被砂、蜡堵塞，造成压井压力迅速升高，出现憋泵的情况。作业人员面临诸多施工风险，通过设计无线遥控设备，规避安全风险，杜绝安全事故的出现。为了让铲运机满足作业需要，保证铲运机可以充分发挥出实际作用，在任何施工作业条件下，可以发挥出实际作用，设计两种控制方式，一种是手动控制，另一种是无线遥控控制方式，两者可以实现自由切换和互锁。为了满足客户实际要求，在现有无线遥控系统基础上进行优化，保证原本设备正常运行状态下，改进液压系统，优化系统功能，注意控制原有液压回路的变动。本文以卡特彼勒R1600G地下铲运机为例，该铲运机经常应用于矿井地下作业。

铲运车以运输松散物料为主，适合在恶劣的工作环境中作业，如作业面狭窄、低矮等，设计手动和遥控并用的方案。进入危险区域要由系统自动操控，其余区域可以由人员自行选择操控方式。在危险作业区，由人员操作铲运车进入区域，然后使用遥控操作形式，完成铲装作业后离开危险区域，由驾驶员继续卸载工作。遥控改造涉及液压系统，包含举升系统和倾翻系统两个部分。转向液压系统后，对液压系统进行制动，在原本电气系统基础上，安装遥控电磁阀在变速和油门系统上。另外，要重视将遥控系统设计为模块系统，根据用户需要进行选购，方便电磁阀的安装，减少改动原本液压系统，以达到预期效果。

（3）改造制动液压系统。卡特彼勒R1600G地下铲运机制动系统使用双管路制动系统，安装多个制动器和防滑差速器，发动停车制动，会作用在前桥上，使用弹簧制动形式，释放液压。面对恶劣或者高含水环境作业时，这种制动方式更加安全。为了保持系统压力储备，保证发动机出现故障问题时，可以让整车原理工作场地，要安装三个蓄能设备，保证压力范围可以控制在13～15MPa附近。

经过改进后，本系统液压制动，并使用弹簧释放。铲运机行车时不再需要制动，只需要踩下踏板，就能够启动制动阀输出压力油，向湿式制动器传输，从而完成工作制动。输出油压和踩下脚踏阀形成可以保持正比，让制动得到有效控制。在原本手控液压回路上并联电控回路，实现单独操作手动控制和遥控控制。由于增加液压系统需要耗费较高成本，且空间有限。可以改为增加遥控电磁阀，由蓄能器进行供油，在前桥和后桥制动位置安装梭阀，独立运行手动控制和遥控控制，两者互不干扰。前桥和后桥可以给油制动，不需要使用比例阀，普通电磁阀就可以将油路通断。

工作状态下，对电磁阀通电进行遥控，让B-T保持相通，油液不需要通过电磁阀。在手动状态中，使用踩动踏板，让制动油路可以实现通断。处于遥控状态下，脚踏阀的油路处于断开的状态，手动控制无法起到作用。这时制动要先断电遥控电磁阀，让P-B相通，液压油可以经过梭阀进入前桥和后桥，实现制动。经过无线遥控的改造后，制动遥控模块可以发挥作用，不需要安装遥控电磁阀，就能改造电磁阀，完成遥控功能。

（4）其他液压系统改造设计。卡特彼勒R1600G地下铲运机液压系统改造需要对遥控改造加以设计，从中了解对液压系统改造前提在于保证手动状态的功能，不能因为添加遥控对手动控制功能造成影响。增加遥控电磁阀，保证手动控制和遥控控制保持独立运行，且方便互相切换。对于其他单元的遥控改造也需要按照上述设计思路，举升、倾翻机构使用先导比例阀门，油门系统利用电液比例阀，换挡系统设计要求在一档位下实现前进和后退的功能，使用电磁阀可以满足换挡的需要。系统尽量减少对原系统的改造，增加遥控电磁阀设计，不会对原本手动遥控功能带来影响。且使用遥控电磁阀在增加电控机构的同时，不会给手动控制操作带来过多阻力，可以保证手动控制和遥控控制独立运行。

5 结语

综上所述，矿井生产作业环境恶劣，存在诸多安全风险，为规避作业安全风险，加强风险控制对于保障作业安全至关重要。铲运机作为矿井生产作业的核心设备，加强无线遥控设计有助于提高设备自动化水平，提升设备自动化水平，在危险生产区域使用设备自动化作业，最大程度上规避安全风险，保障作业人员的人身安全。因此，还需要在铲运设备中，不断融合先进技术，如人工智能技术、深度学习理论等，优化设备自动化和智能化水平。