目前工程石材，如地面石材、墙面石材、 广场石、道牙石、 台阶石及柱石等，其工艺路线是：石材矿山荒料开采→吊装运输→石材厂加工→整装运输到建筑工地，其开采与加工的技术和工艺都采用传统的方法进行，荒料开采不安全、资源破坏严重，石材加工投资大、环境污染严重，工程石材成本居高不下，严重制约了石材产业的可持续发展。
本文介绍一种集石材开采与加工于一体的自动化机械，它可根据工程石材的尺寸和规格直接在矿体上进行开采，然后整装运输到建筑工地，节省了荒料开采、吊装运输和石材厂加工环节。该机采用圆盘锯切开采技术，从根本上解决了工程石材的传统开采方法，填补了国内在工程石材开采和加工的技术空白。
1．工程石材矿山直采机的整体结构
工程石材矿山直采机它借鉴圆盘锯切割加工板材的原理，将金刚石刀具直接应用在工程石材开采上，图1所示为工程石材矿山直采机的结构示意图。
1一操作控制室；2-锯片升降机构；3-锯片传动机构；4-圆盘金刚石刀具；5-纵向驱动机构；6-矿体双导轨；7-横梁桥架
如图l所示，它由横梁桥架7及纵向驱动机构5组成的可在横向轨道上行走的轨道车架，由锯片升降机构2、锯片传动机构3及圆盘金刚石刀具4组成的升降锯机和操作控制室1这三大部分构成。整机设计合理，结构简单，利用一轨道车架承载锯机，轨道车架横向移动切割石料，锯机纵向移动可调节出新的切缝，无需频繁移动调整横向轨道，实现锯机的每一锯片在同一对轨道上可切割出更多的石缝，提高切割效率，可在矿山上直接切割出工程石板材。因此，称该装置为工程石材矿山直采机。
2．工程石材矿山直采机的控制技术
如前所述，工程石材矿山直采机是在矿体上直接开采工程石板材的机械，其工作环境较差，设计时不仅要考虑到控制设备有较高的可靠性，且自动化控制水平要高、以减轻工作人员的劳动强度，还要考虑到整机石材开采的工作效率、使设备能发挥最佳状态，实现节能降耗。考虑到在主轴转速和刀头下刀量恒定的情况下，行走速度过快，不仅加大圆盘锯主轴电机的负荷还加大圆盘金刚石刀头的磨损，严重者将打坏金刚石刀头及烧毁电机；行走速度过慢，那么圆盘锯主轴电机的又处在小负荷状态、大主轴电机负载率低，能源利用率低。
在控制系统中，首先将数字化变频技术应用于圆盘锯的转速、下降速度和行走速度的自动控制与调节，保证在有效功率下的最佳切割，提高生产效率、实现节能降耗。
其次，电气控制采用可编程控制(PLC)，他不仅可以提高控制的可靠性，还可以与人机界面(HMI)及变频器组成数字化控制系统。不仅提高整机的安全运行能力、自动控制水平，使锯切机可根据石材硬度和加工要求及时调整转盘转速，确保锯片切割运行的稳定、石材切割精确，还增强安全报警及连锁防护，减轻操作人员的工作和维护强度。
最后，软件编程和硬件配合、友好的人机界面设计，方便加工过程的工艺参数设定和修改，操作更简单。使得切割机头横向移动量、锯切板材厚度及切割速度的控制参量可通过人机界面预先设定、自动检测、自动执行、实现全自动控制6它可根据石板材的规格尺寸，直接在矿体上切割加工，实现高效的精准切割，使矿山的出材率大大提高，实现高效环保。图2所示即为工程石材矿山直采机的人机界面首页。
3．工程石材矿山直采机的系列化
研发的工程石材矿山直采机从第一批试销开始，就深受广大矿山石材业主的青睐，其产品规格也不断完善，形成了工程石材矿山直采机(单机头)及工程石材矿山直采机(双机头)两大系列产品，机头配带的圆盘锯片最多达l2片，圆盘锯片的直径最大可达3m。图3即为工程石材矿山直采机(双机头)结构示意图，表1所示为华隆机械研发的HKZS系列工程石材矿山直采机的主要技术参数。
4．工程石材矿山直采机应用情况
工程石材矿山直采机是集石材开采与加工于一体，可根据工程石材的尺寸和规格直接在矿体上进行开采，节省了荒料吊装运输和石材厂加工环节，达到加工厂直接移到矿山的目的，节约建立工厂的费用及土地资源，并采用锯切开采新技术，从根本上解决了工程石材的传统开采和加工不安全、破坏资源、污染环境、成本高等问题。图4所示是应用HKZS工程石材矿山直采机在矿山上采石的实际情况。
5．结语
工程石材矿山直采机应用高可靠性的PLC和HMI控制技术代替传统的电器元气件，提高矿山采石机的安全运行能力。采用HMI实现友好的人机界面、方便加工过程的工艺参数设定和修改，操作更简单。应用最新的科研成果改进切割刀具、减低噪音、提高切割速度，刀具冷却采用水过滤自动循环系统、节约水资源。对于该项目的研发，我们已获得了5项实用新型。实践证明，工程石材矿山直采机的成功研发，新产品投放市场，兴起石材业科学发展的一次浪潮，它的推广应用是石材工业的一次革命和创新，对产业技术进步和区域经济发展具有重大影响，对于我国石材机械行业和石材开采加工行业提高机械自动化水平、环保节能、增产增效都具有积极的推动作用和深远的意义。
推荐阅读： 小型露天采石场滑坡坍塌事故及其预防 |
