綜采液壓支架安裝電液控制系統(tǒng)技術(shù)

文/王思威

液壓支架安裝移動中基本移架速度對綜合工作面生產(chǎn)具有較大限制作用，液壓支架電液控制系統(tǒng)應(yīng)用能全面提升煤礦生產(chǎn)效率。支架電液控制系統(tǒng)就是將計算機(jī)控制技術(shù)、電子技術(shù)、液壓技術(shù)進(jìn)行融合，逐步形成綜合性應(yīng)用技術(shù)。在新時期煤礦生產(chǎn)開發(fā)過程中支架電液控制系統(tǒng)是重要應(yīng)用標(biāo)志，我國自主研發(fā)的支架電液控制系統(tǒng)近年來發(fā)展較快，電液控制系統(tǒng)開始發(fā)展完善。

1 綜采液壓支架電液控制系統(tǒng)組成與運(yùn)行原理

在支架電液控制系統(tǒng)組成中，構(gòu)成內(nèi)容較多，主要有人機(jī)操作界面、行程傳感器、壓力傳感器、支架控制器、紅外傳感器、電源箱、連接器、主閥、網(wǎng)絡(luò)變化器、計算機(jī)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、地面計算機(jī)等，如圖1所示。在支架電液控制系統(tǒng)中最小組成單元就是支架控制單元，主要是以支架控制器為基本組成核心，其中主要是融入了自動控制裝置中重要應(yīng)用環(huán)節(jié)，分別是傳感器檢測以及動作執(zhí)行環(huán)節(jié)。支架控制器中裝有相應(yīng)軟件以及操作系統(tǒng)，技術(shù)人員通過按鍵實(shí)施相應(yīng)命令，通過此支架動作以及相應(yīng)工況監(jiān)控采集。工作面支架屬于一個完整整體，通過電液控制能提升其應(yīng)用功能，比如操作更為便捷，能確保支架控制實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)轉(zhuǎn)，提升安全保障作用，促使各個支架之間進(jìn)行有效協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)揮出支架控制器互聯(lián)作用。將工作面中各個支架控制器進(jìn)行連接，組成更為完整的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。發(fā)揮總線技術(shù)應(yīng)用價值，對控制器之間數(shù)據(jù)有效傳遞。發(fā)揮嵌入式操作系統(tǒng)任務(wù)管理作用與實(shí)時調(diào)度作用，促使電液控制系統(tǒng)應(yīng)用功能可以全面提升。建立采煤機(jī)位置檢測應(yīng)用裝置，對采煤機(jī)進(jìn)行精確化定位，保障工作面支架能穩(wěn)定跟隨，實(shí)施自動化控制。在綜采支架電液控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理中發(fā)揮出網(wǎng)絡(luò)變換器應(yīng)用作用，對工作面中相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器將工作面中具體情況傳遞到巷道主控計算機(jī)中，能實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控管理。

2 液壓支架電液控制系統(tǒng)優(yōu)越性概述

液壓支架電液控制系統(tǒng)能對液壓支架進(jìn)行自動化控制，還能促使鄰架以及遠(yuǎn)程控制液壓支架，對液壓支架進(jìn)行全面監(jiān)控，促使液壓支架與采煤設(shè)備能配合應(yīng)用，提升綜合采煤成效。液壓支架電液控制系統(tǒng)在應(yīng)用中具有諸多應(yīng)用作用，比如能保障液壓支架實(shí)現(xiàn)自動循環(huán)控制，提升移架速度，能在大功率機(jī)采設(shè)備綜合工作面進(jìn)行應(yīng)用。此系統(tǒng)自動化控制作用突出，能有效減緩技術(shù)人員操作強(qiáng)度，對運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行控制。還能實(shí)現(xiàn)臨時性支護(hù)，通過支護(hù)能實(shí)現(xiàn)對頂板的最佳支護(hù)。通過系統(tǒng)能對采煤機(jī)以及支架進(jìn)行動態(tài)化監(jiān)控，有助于在煤礦生產(chǎn)中，對礦井采取自動化管理。依照頂板基本條件以及支架結(jié)構(gòu)劃分發(fā)揮出多種控制模式應(yīng)用價值，在工作面中進(jìn)行無人控制，可以在薄煤層進(jìn)行應(yīng)用開采。

表1：國內(nèi)外電液控制系統(tǒng)技術(shù)性能指標(biāo)

圖1：支架電液控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 液壓支架電液控制系統(tǒng)主要元部件組成

3.1 支架控制器與隔離耦合器

我國國產(chǎn)支架控制器在結(jié)構(gòu)中主要是選取一件式與兩件式結(jié)構(gòu)，其中一件式控制器就是將傳感器數(shù)據(jù)、人機(jī)操作界面、電磁驅(qū)動等全面融為一體，此類結(jié)構(gòu)較為簡單，在操作過程中安裝較為便捷。但是在應(yīng)用過程中缺點(diǎn)即是主閥與控制器在安裝過程中相隔位置較遠(yuǎn)，電磁先導(dǎo)閥連接器線纜長度較大不便于維護(hù)。當(dāng)操作鍵盤在運(yùn)行過程中產(chǎn)生故障問題之后，不會對支架動作控制產(chǎn)生影響。當(dāng)人機(jī)界面運(yùn)行中產(chǎn)生故障問題之后，對左右鄰架合理調(diào)控，不會對支架動作產(chǎn)生較大影響。從控制器中分離電磁驅(qū)動，能對驅(qū)動器合理安裝布設(shè)，對電磁先導(dǎo)閥與驅(qū)動器之間的連線合理控制，能促使系統(tǒng)應(yīng)用功能全面擴(kuò)散。隔離耦合器應(yīng)用中要對支架控制器電源組有效隔離以及信號耦合。耦合器電路在構(gòu)成中主要是以單片機(jī)為主要部件，在耦合器中裝配能耗檢測專用芯片，對電液控制系統(tǒng)電源消耗進(jìn)行全面控制。

3.2 傳感器

傳感器應(yīng)用對支架電液控制動作進(jìn)行有效感知，能對支架動作進(jìn)行閉環(huán)控制。其中壓力傳感器在煤礦生產(chǎn)井中采煤工作面液壓支架上，主要是對各類腔體壓力進(jìn)行監(jiān)控，為支架控制器動作提供基本依據(jù)，保障支架電液控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。在行程傳感器安裝中將其裝配在井下采煤工作面液壓支架中，對千斤頂形成進(jìn)行有效檢測，保障系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。角度傳感器應(yīng)用中對高度控制與姿態(tài)控制，促使支架平衡千斤頂動作中進(jìn)行高度控制與閉環(huán)控制。

3.3 采煤機(jī)位置檢測

在采煤機(jī)運(yùn)行過程中對其位置進(jìn)行精確化檢測能保障支架與采煤機(jī)跟隨進(jìn)行自動控制。采煤機(jī)在位置檢測過程中主要是分為兩種，首先是選取無線射頻方式，在工作面中間隔40至50架建立一臺接收器，此類方式整體消耗成本較低，便于維護(hù)操作。其次是選取紅外線方式，在每架中安裝天一臺接收器，此項(xiàng)技術(shù)更為穩(wěn)定，大多數(shù)國外支架電液控制系統(tǒng)都是選取此類方式。

4 綜采液壓支架安裝電液控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 電液閥電液匹配問題

電液控制閥電磁先導(dǎo)閥應(yīng)用中能選取較小電壓與電流能將電液主閥全面開啟，所以電液控制系統(tǒng)不能滿足安裝應(yīng)用要求，不能選取煤礦井下應(yīng)用作用。電液閥主閥在開啟過程中要應(yīng)用較大的力，電磁鐵產(chǎn)生較大的力會產(chǎn)生較大電流，不能與100mA電流應(yīng)用要求。電磁力能建立先導(dǎo)閥閥芯，能對主閥進(jìn)行有效控制與開啟，但是電磁鐵銜鐵形成較長，電磁力穩(wěn)定性難以控制。

4.2 壓力損失問題

電液控制系統(tǒng)運(yùn)行中動態(tài)性能對電液閥動態(tài)性能影響較大，還會受到油液壓力影響。其中在油液壓力損失表現(xiàn)中，主要存在于油液泄漏問題、在短時間移架過程中油源壓力不能滿足規(guī)定要求，將對液壓系統(tǒng)短時響應(yīng)產(chǎn)生較大影響。

4.3 非線性要素對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響

對液壓支架電壓控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響的要素較多，主要有負(fù)載慣性、頂板下壓過程中閥芯開啟壓力不穩(wěn)定、摩擦死區(qū)等要素。上述各項(xiàng)要素是支架電壓控制系統(tǒng)動態(tài)化技術(shù)，是支架電液控制系統(tǒng)發(fā)展中要集中解決的問題。

5 國內(nèi)外產(chǎn)品對比與發(fā)展趨勢

我國生產(chǎn)的支架電液控制系統(tǒng)主要是選取應(yīng)用技術(shù)較強(qiáng)的嵌入式技術(shù)與CPU設(shè)計等，系統(tǒng)運(yùn)行速度較快、抗外部干擾作用較強(qiáng)。通過對國內(nèi)外相同產(chǎn)品在電液控制系統(tǒng)設(shè)計中優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行深入分析能總結(jié)相應(yīng)知識。對電液控制系統(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，能創(chuàng)新諸多技術(shù)發(fā)明，促使我國自主研發(fā)的電液控制系統(tǒng)元件技術(shù)與國外能保持平衡。國產(chǎn)支架電液控制系統(tǒng)在應(yīng)用穩(wěn)定性以及軟件設(shè)計中與國外相同產(chǎn)品之間具有較大差距，其中國外各項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用更為完善。在中厚煤層中推廣應(yīng)用國產(chǎn)支架電液控制系統(tǒng)，能推動系統(tǒng)全面發(fā)展，促使支架電液控制系統(tǒng)應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大。國內(nèi)外電液控制系統(tǒng)技術(shù)性能指標(biāo)如表1所示。

6 結(jié)語

近年來隨著我國多項(xiàng)技術(shù)全面發(fā)展，我國應(yīng)用的液壓支架電液控制技術(shù)與西方國家之間的應(yīng)用差距在逐步縮小，此項(xiàng)目研發(fā)對推動我國煤礦現(xiàn)代化發(fā)展以及推動社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用。當(dāng)前各個煤礦管理部門要注重合作，提升我國液壓支架控制技術(shù)，對各項(xiàng)核心技術(shù)合理應(yīng)用。