煤礦液壓支架電液控制系統(tǒng)研究

摘 要：重點(diǎn)介紹了煤礦液壓支架電液控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、組成、工作原理，主要功能以及在煤礦液壓支架產(chǎn)品中的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：液壓支架；電液控制系統(tǒng)；應(yīng)用效果

煤礦液壓支架電液控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)煤礦高產(chǎn)高效的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備之一。目前，國(guó)外液壓支架電液控制技術(shù)已發(fā)展到相當(dāng)成熟的階段，控制功能不斷擴(kuò)大，其對(duì)工作面條件的適應(yīng)能力不斷增強(qiáng)，可靠性也得到大幅度提高。當(dāng)今國(guó)際主流的液壓支架電液控制系統(tǒng)主要有德國(guó)MARCO公司的PM31型、德國(guó)DBT公司的PM4型和美國(guó)JOY公司的RS20型三種。美國(guó)、澳大利亞、南非等國(guó)家的煤礦新裝備的綜采工作面幾乎全部采用電液控制的液壓支架。

一、電液控制系統(tǒng)核心

煤礦液壓支架電液控制系統(tǒng)即通過電液閥將過去人工控制操作變?yōu)橛捎?jì)算機(jī)程序控制的電子信號(hào)操作。液壓支架不同位置的傳感器將工作環(huán)境和不同狀態(tài)的信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將根據(jù)不同的工作狀態(tài)和工藝要求，對(duì)電液閥發(fā)出控制信號(hào)，達(dá)到對(duì)工作面設(shè)備進(jìn)行控制的目的。

二、電液控制系統(tǒng)組成、原理、基本功能

（一）電液控制系統(tǒng)組成

如圖1所示：電液控制系統(tǒng)主要有電源、主控制臺(tái)、支架控制器（SCU）、液電信號(hào)轉(zhuǎn)換元件（壓力、位移傳感器），電液控制閥組、液壓系統(tǒng)等組成。

圖1 支架電液控制系統(tǒng)組成圖

（二）電液控制系統(tǒng)基本原理

（1）雙向鄰架控制系統(tǒng)。綜采工作面每一支架均配有架控箱、操作者通過支架架控箱選擇鄰架控制方式，然后根據(jù)指令發(fā)出相應(yīng)控制命令（給出電信號(hào)），使鄰架上對(duì)應(yīng)的電磁鐵或微電機(jī)動(dòng)作，將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為液壓信號(hào)，控制主控閥開啟，向支架液壓缸供液，實(shí)現(xiàn)鄰架支架相應(yīng)的動(dòng)作。支架工作狀態(tài)由位移傳感器和壓力傳感器反饋回架控箱，架控箱再根據(jù)傳感器反饋信號(hào)決定支架的下一個(gè)動(dòng)作。

（2）雙向成組控制系統(tǒng)。將工作面的支架編為若干組，在本組內(nèi)首架上由操作人員按動(dòng)架控箱的啟動(dòng)鍵，發(fā)出一個(gè)指令，鄰架就按預(yù)定程序動(dòng)作，移架完成后自動(dòng)發(fā)出控制信號(hào)給下一架控箱，下一架開始動(dòng)作。依此類推，實(shí)現(xiàn)組內(nèi)支架的自動(dòng)控制。

（3）全工作面自動(dòng)控制系統(tǒng)。功能完善的電液控制系統(tǒng)設(shè)有主控制臺(tái)、紅外線裝置，能實(shí)現(xiàn)支架與采煤機(jī)聯(lián)動(dòng)的全工作面自動(dòng)化控制。其原理為：每一支架上的架控箱均與主控制臺(tái)聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)支架紅外線接收裝置收到采煤機(jī)紅外線發(fā)射器發(fā)出的位置信號(hào)后，反饋給主控制臺(tái)，主控制臺(tái)根據(jù)反饋信號(hào)發(fā)出指令、使相應(yīng)的支架動(dòng)作。

（三）各部分主要功能

（1）電液控制器。電液控制器作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，包括信息傳輸處理、微處理器、數(shù)據(jù)接收裝置以及操作鍵盤等部分。該控制器主要包括兩大功能：其一，根據(jù)操作指令及程序，完成整個(gè)電磁閥組的開啟或關(guān)閉過程，對(duì)千斤頂、支架立柱等動(dòng)作進(jìn)行優(yōu)化控制；其二，實(shí)時(shí)獲得來自支架中的狀態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)此進(jìn)行分析與判斷，合理控制支架運(yùn)行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)支架故障是，采取相應(yīng)措施。

（2）中心控制臺(tái)。整個(gè)系統(tǒng)是否發(fā)揮積極作用，主要通過用戶能夠認(rèn)可的工作面自動(dòng)化水平來判斷。系統(tǒng)中應(yīng)用電液控制器之后，就不再需要地面中央控制室或者井下控制室，可以全面支持自動(dòng)化過程。

（3）輔助設(shè)備。在液壓支架的電液控制系統(tǒng)中，可以對(duì)支架狀態(tài)進(jìn)行測(cè)定，并將液壓參數(shù)轉(zhuǎn)換為可以識(shí)別的電子信號(hào)，這些過程都是通過壓力傳感器完成。在每一臺(tái)傳感器中，都具備獨(dú)立的輸出信號(hào)，即使發(fā)生線路中斷故障，也可以準(zhǔn)確判斷位置，有針對(duì)性地采取措施。如果在系統(tǒng)中地面控制室或者井下工作面設(shè)置中心控制臺(tái)，那么出現(xiàn)故障的傳感器以及電纜線路就會(huì)在屏幕中心顯示，更便于提高故障解除的快捷性。

三、電液控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）、保證支架額定初撐力。電液控制系統(tǒng)可通過壓力傳感器反饋信號(hào)或延長(zhǎng)控制電磁先導(dǎo)閥的供電時(shí)間實(shí)現(xiàn)支架初撐力自保。保證額定初撐力。減少了立柱的增阻所需時(shí)間，提高了支護(hù)效率。且全工作面支架初撐力均勻一致，改善了頂板控制。

（2）帶壓移架。采用電液控制系統(tǒng)。在移架過程中，易于實(shí)現(xiàn)帶壓移架，減少了工作面頂板對(duì)液壓支架產(chǎn)生頻繁的沖擊載荷，保護(hù)頂板圍巖的穩(wěn)定，延長(zhǎng)液壓支架的使用壽命。

（3）、改善采煤機(jī)和刮板機(jī)的工況。與手動(dòng)操作相比，絕大多數(shù)電液控制支架都是推進(jìn)式的。這就意味著輸送機(jī)的拉回現(xiàn)象較少，以最大的位移量使所有支架緊靠在工作面輸送機(jī)的鎧裝電纜一側(cè)，保持一個(gè)較直的工作面。移架步距準(zhǔn)確，切頂線整齊，改善了支護(hù)效果，并且使刮板輸送機(jī)和整個(gè)工作面直線性好，采煤機(jī)截深準(zhǔn)確。改善了刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)的工況。另外多架同時(shí)推溜，使刮板機(jī)緩慢彎曲，避免溜溜槽連接處產(chǎn)生過大的應(yīng)力。

四、電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果

（一）發(fā)揮設(shè)備的良好效用

從煤礦開采企業(yè)應(yīng)用該系統(tǒng)的實(shí)際情況來看，液壓支架電液控制系統(tǒng)可節(jié)約極大的人力、物力，且適用范圍廣泛，可有效避免設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的重大故障問題；利用計(jì)算機(jī)程序?qū)Σ擅旱墓ば蜻M(jìn)行合理安排，確保發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的最大效用，提高支架使用性能，并支持若干支架的協(xié)調(diào)運(yùn)行。

（二）保障工作面的安全生產(chǎn)

在煤礦開采中應(yīng)用液壓支架電液控制系統(tǒng)，可有效保障生產(chǎn)有安全性，并且支持帶壓擦頂移架以及液壓支架中初撐力的有效運(yùn)行。在電壓控制系統(tǒng)中，集監(jiān)測(cè)、控制于一體，可有效改善工作面支護(hù)或者液壓支架初撐力以實(shí)現(xiàn)額定阻力、帶壓移架等問題，更好地維護(hù)工作面，改善運(yùn)行環(huán)境，避免發(fā)生頂板事故。另外，操作人員可以遠(yuǎn)離工作面，有效避免受到粉塵、沖擊地壓等災(zāi)害影響，確保作業(yè)人員安全。另外，電液控制系統(tǒng)的運(yùn)用，更好地支持井下無人作業(yè)面，真正推動(dòng)煤礦生產(chǎn)的自動(dòng)化發(fā)展。

（三）提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率

在煤礦開采中應(yīng)用液壓支架電液控制系統(tǒng)，可減少人工操作過程中浪費(fèi)的輔助時(shí)間，極大提高反應(yīng)速度，通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，合理調(diào)整采煤工序，以此調(diào)動(dòng)機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力最大化。同時(shí)還可編組運(yùn)行支架，完成若干個(gè)支架的同時(shí)操作；因此，通過應(yīng)用該系統(tǒng)，極大提高采煤的效率與質(zhì)量水平，尤其在較薄煤層的工作面中，電液控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移架與跟機(jī)定量推溜過程；在工作面的順槽推動(dòng)遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)井下無人作業(yè)，改善井下工人的勞動(dòng)條件。

總之，隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展，煤礦開采的自動(dòng)化技術(shù)必將成為未來趨勢(shì)，而液壓支架電液控制系統(tǒng)也將成為重要設(shè)備，發(fā)揮一定作用。通過應(yīng)用煤礦開采液壓支架電液控制系統(tǒng)，未來井下采煤作業(yè)生產(chǎn)效率將會(huì)大幅度地提高，自動(dòng)化生產(chǎn)的水平將上一個(gè)新的臺(tái)階。

參考文獻(xiàn)

[1]劉溫暖.液壓支架電液控制系統(tǒng)[J].煤炭技術(shù).2004，28（4）：6-7.

[2]馬鑫，張東來，秦海亮.液壓支架電液控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械.2007，28（2）：1-3.

[3]李保朝.液壓支架電液控制技術(shù)研究與應(yīng)用[J].中州煤炭.2006，2（2）：7-9.

[4]劉培云，戴智.電液控制系統(tǒng)在液壓支架中的應(yīng)用[J].礦業(yè)快報(bào).2005，22（2）：39-40.

[5]李軍，張愛玲.電液比例技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化.2008，22（8）：19-22.

作者簡(jiǎn)介：王晉麗（1973—），女， 2005年畢業(yè)于太原理工大學(xué)計(jì)算機(jī)信息管理專業(yè)，現(xiàn)在金鼎金晟公司從事煤礦機(jī)電工作。