一、概述
为认真贯彻国家煤矿安全监察局煤安监行管〔2016〕19号“煤矿特种作业安全技术实际操作考试标准”，推进煤矿特种作业实操考试顺利实施，设计制造目前市场最前沿的设备。
掘进机智能操作模拟装置以仿真掘进机为本体，与智能考试系统连接，对学员进行培训和考核。考核完毕后，系统自动打分，并上传至考试终端，对信息进行综合管理。能够完整的体现整个掘进作业标准的检查和操作工作流程，让学员真实的学到井下掘进工作的各种行为规范和技术技能。实现虚拟场景与仿真掘进机互动，画面与操作一一对应，既有沉浸感，又有交互性，并伴随场景音效，光效。
掘进机智能操作模拟装置系统完整，既能满足考核，又能满足技能培训。具有独立性，即：在关闭电脑考核模式下，设备正常运转，不影响技能培训。设备大小符合实操考核要求，能保持与现场一致的动手操作，所选用生产原材料能满足设备的耐用性。
管理设备可随时远程进入考生设备，对考生操作状况进行及时监督，考试结束系统自动评分并上传成绩，既解决了现实中无法提供足够的场所、设备、考题等一系列问题，又保障了整个考试过程的安全。
二、设计依据及标准
掘进机智能操作模拟装置设计依据：国家煤矿安全监察局印发煤矿特种作业安全技术实际操作考试标准（煤安监行管〔2016〕19号）之煤矿掘进机操作作业安全技术实际操作考试标准
掘进机作业前安全检查（简称K1）
掘进机安全操作（简称K2）
组卷方式，由K1，K2两个科目组成试卷。
考试成绩总分为100分，80分以上为合格。
考试时间:不大于为30分钟。
三、系统构成及功能
（一）掘进机操作作业硬件：
1、仿真掘进机：
仿真掘进机按实物仿真制作，能清楚的显示掘进机外观形状和运作过程，同时直接反映该设备操作程序及安全防范措施。电动演示各系统的工作原理，仿真模拟实际操作。主体采用金属制作，设备表面金属烤漆。
1.构成
主要由截割部、铲板部、第一运输机、本体部、行走部、后支撑部、液压系统、喷雾系统、电气系统组成。
（1）截割部
截割部由截割头、伸缩部、截割减速电机等组成。截割头为圆锥台形，截割头最大外径为200mm,长300mm，在其圆周分布18把镐形截齿，截割头通过单键槽和轴套与主轴相联。伸缩部位于截割头和截割减速机中间，通过伸缩油缸使截割头具有100mm的伸缩行程。截割电机电压220V,功率25W。
（2）铲板部
铲板部是由铲板本体、侧铲板、铲板驱动装置、从动轮装置等组成。通过两个减速电机驱动星轮，单台减速电机电压220V,功率25W，把截割下来的物料装到第一运输机内。铲板部是用两个减速电机分别驱动星轮实现耙装运动的。两侧铲板与铲板本体釆用焊接工艺连接在一起，铲板顶尖在铲板油缸作用下可实现向上抬起，向下卧底。铲板由侧铲板、铲板本体组成，铲板通过伸缩油缸使铲板向上抬起300mm，油缸伸缩行程80mm。
（3）第一运输机
第一运输机位于机体中部，是双边链刮板式运输机。运输机由前溜槽、后溜槽、刮板链组件、张紧装置、驱动装置等组成；前、后溜槽采用卡槽联接。由减速电机驱动链轮，通过圆环链，实现模拟运输作业。驱动装置电压220V,功率25W
（4）本体部
本体部位于机体的中部，主要由回转台、回转支承、本体架、销轴、套、连接螺栓等组成。各件主要釆用焊接结构，与各部分相联接起到骨架作用。
回转台上部耳孔与截割电机相连、下部耳孔与截割升降油缸相连，通过回转支承及升降油缸来控制截割范围。本体架前部耳孔与铲板本体及铲板油缸相连接，由油缸控制铲板的抬起及下卧。本体的右侧装有液压系统的泵站，左侧装有操纵台，内部装有第一运输机，在其左右侧下部分别装有行走部，后部装有后支承部。
（5）行走部
行走部有平衡轮、张紧轮、辅助轮、驱动轮组成，采用两台液压马达驱动履带实现行走。履带釆用丝杠调整张紧。
（6）后支撑部
后支承部由支架、后支承架体、支承腿、联接架、销轴、衬套、螺栓等组成。各件主要釆用焊接结构，组装一起与本体部联接。后支承采用油缸驱动，行程80mm。
（7）液压系统
液压系统包括液压油箱、主泵、多路阀、液压先导操纵台、液压马达、油缸、冷却器以及各油管总成、胶管总成、接头、密封件，压力表等。
①液压系统的功能
1）液压油箱设计容积12L,装有呼吸器、主回油过滤器、液位计等液压辅件。
2）行走马达为轴向柱塞马达，通过行走液压马达驱动整机行走。
3）驱动油缸实现截割头的上、下、左、右移动及伸缩。
4）星轮马达在减速电机的驱动下，带动星轮转动。
5）一运马达在减速电机的驱动下，带动一运转动。
6）驱动油缸实现铲板的升降和后支承腿的升降。
7）主泵釆用单泵，为主油路及控制油路提供液压油源。
8）主阀位于操纵台内，在先导阀的操作控制下使各个执行机构产生相应动作。
②油泵和液压马达
泵站是由2.2KW电机驱动，通过油泵将压力油分别送到截割部、铲板部、行走部、后支承部的各液压马达和油缸。本机共有9个主油缸,设有泄压安全阀。
③操纵台
操纵台下装有一组七联，通过手柄完成各油缸及液压马达的动作。本操纵台为我公司独立自主研发，根据人体工程学设计，釆用全套品牌手柄及阀组，外形美观，操作舒适，性能可靠，安装维修方便。
④油缸的过负荷保护
为防止油缸过负荷而造成的损坏，在各换向阀内部附带有过载溢流阀。
（8）喷雾系统
采用灯光模拟喷雾系统
（9）电气系统
电气系统有电控箱、单片机控制系统、驱动系统、执行元件、控制回路等组成。
①控制电源：
控制电源，主要为电气控制系统提供所需的工作电源。一次侧为AC220V,二次侧为DC12V。
②控制回路：
控制回路是以单片机为核心，它接受各输入元器件的状态信息，通过编程计算，对所控制的元器件发出动作指令，实现对设备的逻辑控制。为了安全可靠，在控制回路中增设了中间继电器。
2.功能
①运载。
②切割臂：上、中、下；左、中、右；伸、中、缩。
③切割头的旋转。
④星轮的旋转。
⑤机体的移动：前进、停止、后退；左转、右转。
⑥照明。
⑦前铲：升、中、落。
⑧后撑：上、中、下。
⑨实现机载瓦斯断电仪的报警和断电。
3.技术指标
名称 技术指标
工作电压 380V
工作液压 0.6Mpa
安全阀卸载压力 5-6Mpa
总功率 7.5KW
总重 1000KG
行走速度 10-20m/min
爬坡能力 ±30度
切割壁摆动角度 左右30度
材质 模型主体为钢结构
缸类型 金属液压缸，外表处理防瓷烤漆
电器标准 国标配置
操作台面板 UV材质
4.规格
仿真掘进机规格：3300mm×900mm×1300mm
2、智能控制部分：
采用21.5英寸高清液晶触摸显示器，以触摸代替鼠标的形式，脱离电脑操作的限制，增加人机交互的真实感。显示器自带音响系统，音量可自行调节，提供清晰声音效果的同时，避免多台设备同时工作时互相产生干扰。
（1）显示部分：
屏类型 LED背光  液晶屏  A规
尺寸 21.5英寸(16:9)
显示区域 478 (H)×269.5 (V)
分辨率 1920*1080 P
VGA 输入、输出 外接电脑VGA 输入，内部电脑VGA 输出（投影仪等）
HDMI输入、输出 外接电脑HDMI输入，内部电脑HDMI 输出
触摸功能 全新投射式电容屏，10点触摸，支持多点手势；
显示 PC 全高清HDMI 信号1080P
触摸技术 投射式电容技术（电容触摸屏）
触摸点数 标配10点触摸,可实现放大缩小图片等多点触摸功能
电源接口 12V
梳状滤波器 3D COMB filter（3D滤波降噪）
使用寿命 > 50000小时
（2）主机部分：采用内嵌式一体机，主机均采用品牌主机，i5四核高频处理器，8G内存，在保证系统运行稳定，硬件安装牢固可靠的基础上，充分发挥本系统的高质量三维场景画面，为用户提供更高质量的交互操作画面。
（3）二代身份证识别设备：在进行考核操作时，需要使用身份证验证系统进行身份确认，验证成功后，可进入考核系统，在考核完成后，可将身份信息考核成绩，一起存储并打包上传到服务器，做综合管理。
1：符合GA450-2013台式居民身份证阅读器通用技术要求，兼容ISO14443（TypeB）标准；
2：读卡响应速度：<1s；
3：阅读距离:0～30mm；
4：电源规格:USB(DC 5V)；
5：工作频率：13.56MHZ（fc）；
6：使用环境：工作温度：0℃～45℃；相对湿度：20%～80%RH；
7：推荐平台：WIN7/WIN10
（二）掘进机操作作业软件：
系统软件主体包含以下模块：教学模式，训练模式，考核模式。均依据掘进机操作作业安全技术实际操作考试标准进行设计。
（1）软件场景中的素材均根据煤矿掘进机、综掘工作面场景1:1比例进行建模设计制作，严格按照考试标准进行设计。
（2）软件系统具有设计合理，运行稳定可靠，数据传输高效稳定，互动操作响应迅速，操作简单，安全环保等特点。
（3）虚拟场景与硬件系统互动，画面与操作一一对应，并伴随响应的场景音效，光效，以及必要的语音文字提示。
（4）系统本身满足掘进机操作作业基础规范要求，可进行掘进机的前进后退，掘进机转台大臂控制，掘进机铲板和后支撑的升降，刮板输送机，第二运输机等运输系统的仿真模拟操作。
（5）训练模式下，系统会以声光，文字，图标的形式，对每一步进行操作引导，考核项目讲解，操作提示，错误纠正，实现“无老师化”的训练模式。
（6）考核模式下，系统除了提供必要的语音文字引导外，不会提供涉及具体考试内容的提示，全凭操作人员训练和对考试标准的记忆，完成全部考核题目，并在考核完成后，可将身份信息和考核成绩，上传并储存至服务器，对信息进行综合管理。
（7）训练和考核过程，提示检查环境时，使用手指点击触摸屏的形式，检查三维场景中的检查点。
（8）在训练和考核过程中，需要动手操作开关按钮等控制部分时，使用掘进机操作平台上的开关按钮，以及高仿真的掘进机操作手柄，完成对应操作。
（9）考核过程中，若连接考核终端管理系统，则在管理平台上，可对当前考核画面进行远程查看和控制。
(10)软件系统连接到考核管理平台，可对考试人员进行综合管理。管理功能包括人员信息采集，人员工种，单位等参数设置，考核安排，考试信息存储，考核状态监控，考试信息查阅，打印，删除，增加，修改。
四、可实操的科目及内容
掘进机作业前安全检查（简称K1）
作业环境安全检查（简称K1-1）
运行装置安全检查（简称K1-2）
试运转安全操作（简称K1-3）
掘进机安全操作（简称K2）
开机安全操作（简称K2-1）
截割安全操作（简称K2-2）
停机安全操作（简称K2-3）
收工安全操作（简称K2-4）
可满足技能培训。
五、总体规格
规格：3300mm×900mm×1300mm