一、概述
為認(rèn)真貫徹國家煤礦安全監(jiān)察局煤安監(jiān)行管〔2016〕19號“煤礦特種作業(yè)安全技術(shù)實際操作考試標(biāo)準(zhǔn)”，推進煤礦特種作業(yè)實操考試順利實施，設(shè)計制造目前市場最前沿的設(shè)備。
掘進機智能操作模擬裝置以仿真掘進機為本體，與智能考試系統(tǒng)連接，對學(xué)員進行培訓(xùn)和考核。考核完畢后，系統(tǒng)自動打分，并上傳至考試終端，對信息進行綜合管理。能夠完整的體現(xiàn)整個掘進作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的檢查和操作工作流程，讓學(xué)員真實的學(xué)到井下掘進工作的各種行為規(guī)范和技術(shù)技能。實現(xiàn)虛擬場景與仿真掘進機互動，畫面與操作一一對應(yīng)，既有沉浸感，又有交互性，并伴隨場景音效，光效。
掘進機智能操作模擬裝置系統(tǒng)完整，既能滿足考核，又能滿足技能培訓(xùn)。具有獨立性，即：在關(guān)閉電腦考核模式下，設(shè)備正常運轉(zhuǎn)，不影響技能培訓(xùn)。設(shè)備大小符合實操考核要求，能保持與現(xiàn)場一致的動手操作，所選用生產(chǎn)原材料能滿足設(shè)備的耐用性。
管理設(shè)備可隨時遠程進入考生設(shè)備，對考生操作狀況進行及時監(jiān)督，考試結(jié)束系統(tǒng)自動評分并上傳成績，既解決了現(xiàn)實中無法提供足夠的場所、設(shè)備、考題等一系列問題，又保障了整個考試過程的安全。
二、設(shè)計依據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)
掘進機智能操作模擬裝置設(shè)計依據(jù)：國家煤礦安全監(jiān)察局印發(fā)煤礦特種作業(yè)安全技術(shù)實際操作考試標(biāo)準(zhǔn)（煤安監(jiān)行管〔2016〕19號）之煤礦掘進機操作作業(yè)安全技術(shù)實際操作考試標(biāo)準(zhǔn)
掘進機作業(yè)前安全檢查（簡稱K1）
掘進機安全操作（簡稱K2）
組卷方式，由K1，K2兩個科目組成試卷。
考試成績總分為100分，80分以上為合格。
考試時間:不大于為30分鐘。
三、系統(tǒng)構(gòu)成及功能
（一）掘進機操作作業(yè)硬件：
1、仿真掘進機：
仿真掘進機按實物仿真制作，能清楚的顯示掘進機外觀形狀和運作過程，同時直接反映該設(shè)備操作程序及安全防范措施。電動演示各系統(tǒng)的工作原理，仿真模擬實際操作。主體采用金屬制作，設(shè)備表面金屬烤漆。
1.構(gòu)成
主要由截割部、鏟板部、第一運輸機、本體部、行走部、后支撐部、液壓系統(tǒng)、噴霧系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)組成。
（1）截割部
截割部由截割頭、伸縮部、截割減速電機等組成。截割頭為圓錐臺形，截割頭最大外徑為200mm,長300mm，在其圓周分布18把鎬形截齒，截割頭通過單鍵槽和軸套與主軸相聯(lián)。伸縮部位于截割頭和截割減速機中間，通過伸縮油缸使截割頭具有100mm的伸縮行程。截割電機電壓220V,功率25W。
（2）鏟板部
鏟板部是由鏟板本體、側(cè)鏟板、鏟板驅(qū)動裝置、從動輪裝置等組成。通過兩個減速電機驅(qū)動星輪，單臺減速電機電壓220V,功率25W，把截割下來的物料裝到第一運輸機內(nèi)。鏟板部是用兩個減速電機分別驅(qū)動星輪實現(xiàn)耙裝運動的。兩側(cè)鏟板與鏟板本體釆用焊接工藝連接在一起，鏟板頂尖在鏟板油缸作用下可實現(xiàn)向上抬起，向下臥底。鏟板由側(cè)鏟板、鏟板本體組成，鏟板通過伸縮油缸使鏟板向上抬起300mm，油缸伸縮行程80mm。
（3）第一運輸機
第一運輸機位于機體中部，是雙邊鏈刮板式運輸機。運輸機由前溜槽、后溜槽、刮板鏈組件、張緊裝置、驅(qū)動裝置等組成；前、后溜槽采用卡槽聯(lián)接。由減速電機驅(qū)動鏈輪，通過圓環(huán)鏈，實現(xiàn)模擬運輸作業(yè)。驅(qū)動裝置電壓220V,功率25W
（4）本體部
本體部位于機體的中部，主要由回轉(zhuǎn)臺、回轉(zhuǎn)支承、本體架、銷軸、套、連接螺栓等組成。各件主要釆用焊接結(jié)構(gòu)，與各部分相聯(lián)接起到骨架作用。
回轉(zhuǎn)臺上部耳孔與截割電機相連、下部耳孔與截割升降油缸相連，通過回轉(zhuǎn)支承及升降油缸來控制截割范圍。本體架前部耳孔與鏟板本體及鏟板油缸相連接，由油缸控制鏟板的抬起及下臥。本體的右側(cè)裝有液壓系統(tǒng)的泵站，左側(cè)裝有操縱臺，內(nèi)部裝有第一運輸機，在其左右側(cè)下部分別裝有行走部，后部裝有后支承部。
（5）行走部
行走部有平衡輪、張緊輪、輔助輪、驅(qū)動輪組成，采用兩臺液壓馬達驅(qū)動履帶實現(xiàn)行走。履帶釆用絲杠調(diào)整張緊。
（6）后支撐部
后支承部由支架、后支承架體、支承腿、聯(lián)接架、銷軸、襯套、螺栓等組成。各件主要釆用焊接結(jié)構(gòu)，組裝一起與本體部聯(lián)接。后支承采用油缸驅(qū)動，行程80mm。
（7）液壓系統(tǒng)
液壓系統(tǒng)包括液壓油箱、主泵、多路閥、液壓先導(dǎo)操縱臺、液壓馬達、油缸、冷卻器以及各油管總成、膠管總成、接頭、密封件，壓力表等。
①液壓系統(tǒng)的功能
1）液壓油箱設(shè)計容積12L,裝有呼吸器、主回油過濾器、液位計等液壓輔件。
2）行走馬達為軸向柱塞馬達，通過行走液壓馬達驅(qū)動整機行走。
3）驅(qū)動油缸實現(xiàn)截割頭的上、下、左、右移動及伸縮。
4）星輪馬達在減速電機的驅(qū)動下，帶動星輪轉(zhuǎn)動。
5）一運馬達在減速電機的驅(qū)動下，帶動一運轉(zhuǎn)動。
6）驅(qū)動油缸實現(xiàn)鏟板的升降和后支承腿的升降。
7）主泵釆用單泵，為主油路及控制油路提供液壓油源。
8）主閥位于操縱臺內(nèi)，在先導(dǎo)閥的操作控制下使各個執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)動作。
②油泵和液壓馬達
泵站是由2.2KW電機驅(qū)動，通過油泵將壓力油分別送到截割部、鏟板部、行走部、后支承部的各液壓馬達和油缸。本機共有9個主油缸,設(shè)有泄壓安全閥。
③操縱臺
操縱臺下裝有一組七聯(lián)，通過手柄完成各油缸及液壓馬達的動作。本操縱臺為我公司獨立自主研發(fā)，根據(jù)人體工程學(xué)設(shè)計，釆用全套品牌手柄及閥組，外形美觀，操作舒適，性能可靠，安裝維修方便。
④油缸的過負(fù)荷保護
為防止油缸過負(fù)荷而造成的損壞，在各換向閥內(nèi)部附帶有過載溢流閥。
（8）噴霧系統(tǒng)
采用燈光模擬噴霧系統(tǒng)
（9）電氣系統(tǒng)
電氣系統(tǒng)有電控箱、單片機控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、執(zhí)行元件、控制回路等組成。
①控制電源：
控制電源，主要為電氣控制系統(tǒng)提供所需的工作電源。一次側(cè)為AC220V,二次側(cè)為DC12V。
②控制回路：
控制回路是以單片機為核心，它接受各輸入元器件的狀態(tài)信息，通過編程計算，對所控制的元器件發(fā)出動作指令，實現(xiàn)對設(shè)備的邏輯控制。為了安全可靠，在控制回路中增設(shè)了中間繼電器。
2.功能
①運載。
②切割臂：上、中、下；左、中、右；伸、中、縮。
③切割頭的旋轉(zhuǎn)。
④星輪的旋轉(zhuǎn)。
⑤機體的移動：前進、停止、后退；左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)。
⑥照明。
⑦前鏟：升、中、落。
⑧后撐：上、中、下。
⑨實現(xiàn)機載瓦斯斷電儀的報警和斷電。
3.技術(shù)指標(biāo)
名稱 技術(shù)指標(biāo)
工作電壓 380V
工作液壓 0.6Mpa
安全閥卸載壓力 5-6Mpa
總功率 7.5KW
總重 1000KG
行走速度 10-20m/min
爬坡能力 ±30度
切割壁擺動角度 左右30度
材質(zhì) 模型主體為鋼結(jié)構(gòu)
缸類型 金屬液壓缸，外表處理防瓷烤漆
電器標(biāo)準(zhǔn) 國標(biāo)配置
操作臺面板 UV材質(zhì)
4.規(guī)格
仿真掘進機規(guī)格：3300mm×900mm×1300mm
2、智能控制部分：
采用21.5英寸高清液晶觸摸顯示器，以觸摸代替鼠標(biāo)的形式，脫離電腦操作的限制，增加人機交互的真實感。顯示器自帶音響系統(tǒng)，音量可自行調(diào)節(jié)，提供清晰聲音效果的同時，避免多臺設(shè)備同時工作時互相產(chǎn)生干擾。
（1）顯示部分：
屏類型 LED背光  液晶屏  A規(guī)
尺寸 21.5英寸(16:9)
顯示區(qū)域 478 (H)×269.5 (V)
分辨率 1920*1080 P
VGA 輸入、輸出 外接電腦VGA 輸入，內(nèi)部電腦VGA 輸出（投影儀等）
HDMI輸入、輸出 外接電腦HDMI輸入，內(nèi)部電腦HDMI 輸出
觸摸功能 全新投射式電容屏，10點觸摸，支持多點手勢；
顯示 PC 全高清HDMI 信號1080P
觸摸技術(shù) 投射式電容技術(shù)（電容觸摸屏）
觸摸點數(shù) 標(biāo)配10點觸摸,可實現(xiàn)放大縮小圖片等多點觸摸功能
電源接口 12V
梳狀濾波器 3D COMB filter（3D濾波降噪）
使用壽命 > 50000小時
（2）主機部分：采用內(nèi)嵌式一體機，主機均采用品牌主機，i5四核高頻處理器，8G內(nèi)存，在保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定，硬件安裝牢固可靠的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮本系統(tǒng)的高質(zhì)量三維場景畫面，為用戶提供更高質(zhì)量的交互操作畫面。
（3）二代身份證識別設(shè)備：在進行考核操作時，需要使用身份證驗證系統(tǒng)進行身份確認(rèn)，驗證成功后，可進入考核系統(tǒng)，在考核完成后，可將身份信息考核成績，一起存儲并打包上傳到服務(wù)器，做綜合管理。
1：符合GA450-2013臺式居民身份證閱讀器通用技術(shù)要求，兼容ISO14443（TypeB）標(biāo)準(zhǔn)；
2：讀卡響應(yīng)速度：<1s；
3：閱讀距離:0～30mm；
4：電源規(guī)格:USB(DC 5V)；
5：工作頻率：13.56MHZ（fc）；
6：使用環(huán)境：工作溫度：0℃～45℃；相對濕度：20%～80%RH；
7：推薦平臺：WIN7/WIN10
（二）掘進機操作作業(yè)軟件：
系統(tǒng)軟件主體包含以下模塊：教學(xué)模式，訓(xùn)練模式，考核模式。均依據(jù)掘進機操作作業(yè)安全技術(shù)實際操作考試標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計。
（1）軟件場景中的素材均根據(jù)煤礦掘進機、綜掘工作面場景1:1比例進行建模設(shè)計制作，嚴(yán)格按照考試標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計。
（2）軟件系統(tǒng)具有設(shè)計合理，運行穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)傳輸高效穩(wěn)定，互動操作響應(yīng)迅速，操作簡單，安全環(huán)保等特點。
（3）虛擬場景與硬件系統(tǒng)互動，畫面與操作一一對應(yīng)，并伴隨響應(yīng)的場景音效，光效，以及必要的語音文字提示。
（4）系統(tǒng)本身滿足掘進機操作作業(yè)基礎(chǔ)規(guī)范要求，可進行掘進機的前進后退，掘進機轉(zhuǎn)臺大臂控制，掘進機鏟板和后支撐的升降，刮板輸送機，第二運輸機等運輸系統(tǒng)的仿真模擬操作。
（5）訓(xùn)練模式下，系統(tǒng)會以聲光，文字，圖標(biāo)的形式，對每一步進行操作引導(dǎo)，考核項目講解，操作提示，錯誤糾正，實現(xiàn)“無老師化”的訓(xùn)練模式。
（6）考核模式下，系統(tǒng)除了提供必要的語音文字引導(dǎo)外，不會提供涉及具體考試內(nèi)容的提示，全憑操作人員訓(xùn)練和對考試標(biāo)準(zhǔn)的記憶，完成全部考核題目，并在考核完成后，可將身份信息和考核成績，上傳并儲存至服務(wù)器，對信息進行綜合管理。
（7）訓(xùn)練和考核過程，提示檢查環(huán)境時，使用手指點擊觸摸屏的形式，檢查三維場景中的檢查點。
（8）在訓(xùn)練和考核過程中，需要動手操作開關(guān)按鈕等控制部分時，使用掘進機操作平臺上的開關(guān)按鈕，以及高仿真的掘進機操作手柄，完成對應(yīng)操作。
（9）考核過程中，若連接考核終端管理系統(tǒng)，則在管理平臺上，可對當(dāng)前考核畫面進行遠程查看和控制。
(10)軟件系統(tǒng)連接到考核管理平臺，可對考試人員進行綜合管理。管理功能包括人員信息采集，人員工種，單位等參數(shù)設(shè)置，考核安排，考試信息存儲，考核狀態(tài)監(jiān)控，考試信息查閱，打印，刪除，增加，修改。
四、可實操的科目及內(nèi)容
掘進機作業(yè)前安全檢查（簡稱K1）
作業(yè)環(huán)境安全檢查（簡稱K1-1）
運行裝置安全檢查（簡稱K1-2）
試運轉(zhuǎn)安全操作（簡稱K1-3）
掘進機安全操作（簡稱K2）
開機安全操作（簡稱K2-1）
截割安全操作（簡稱K2-2）
停機安全操作（簡稱K2-3）
收工安全操作（簡稱K2-4）
可滿足技能培訓(xùn)。
五、總體規(guī)格
規(guī)格：3300mm×900mm×1300mm