液壓支架支護(hù)高度測量及調(diào)控系統(tǒng)的優(yōu)化研究

張海軍

（山西煤炭運銷集團(tuán)錦瑞煤業(yè)有限公司， 山西 離石 033000）

引言

作為確保煤礦井下綜采作業(yè)安全的核心，液壓支架支護(hù)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性直接決定了煤礦綜采作業(yè)的安全性，液壓支架的支護(hù)高度信息主要為采煤機(jī)割煤高度、液壓支架升柱、降柱提供參考，直接決定了液壓支架的支護(hù)狀態(tài)[1]。在傳統(tǒng)的支護(hù)過程中，主要通過人工對液壓支架支護(hù)高度進(jìn)行判斷和調(diào)整，存在效率低下、準(zhǔn)確性差的缺陷，而前期投入使用的激光測距高度測控系統(tǒng)，在井下惡劣的環(huán)境中穩(wěn)定性嚴(yán)重不足，因此本文針對現(xiàn)有液壓支架高度調(diào)控系統(tǒng)使用中存在的測量誤差大、調(diào)節(jié)控制自動化程度差、數(shù)據(jù)傳輸失真嚴(yán)重的問題，提出了一種新的液壓支架支護(hù)高度測量和調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。

1 高度測量及控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

為了滿足液壓支架在不同支護(hù)環(huán)境中支護(hù)高度測量及調(diào)節(jié)控制需求，在經(jīng)過多方案對比并充分考慮傾角傳感器布置和各傳感器通信需求的情況下。本文對測繪高度所需監(jiān)控的液壓支架的頂梁、四連桿機(jī)構(gòu)等在各方向上的變化趨勢進(jìn)行分析，最終確定需設(shè)置4 組傾角傳感器才能滿足不同條件下液壓支架支護(hù)高度的測量要求，其各傳感器的設(shè)置如圖1 所示。

由圖1 可知，四組傾角傳感器分布布置在液壓支架的頂梁和底座、四連桿和掩護(hù)梁上，由于液壓支架在進(jìn)行大傾角支護(hù)時其掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu)均會有超過50°的傾角，因此將設(shè)置在掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu)上的傾角傳感器需伸出的約50°處設(shè)置到液壓支架上，確保傾角傳感器工作時滿足在最優(yōu)的測角范圍內(nèi)工作[2]，特別注意的是，需將傾角傳感器固定到液壓支架有掩護(hù)的位置，避免傾角傳感器受煤矸石沖擊而失效。

圖中A/B 是用于表示傾角傳感器的接口，用于供電并和其他傳感器連成一個監(jiān)控系統(tǒng)，其中將1號傾角傳感器作為中心，其他傳感器將監(jiān)測數(shù)據(jù)信息傳入1 號傳感器后統(tǒng)一匯總并傳送到液壓支架高度傳感器控制器，用于實現(xiàn)對液壓支架高度的自動測控和調(diào)整。

液壓支架控制器根據(jù)監(jiān)測信息對液壓支架支護(hù)高度調(diào)節(jié)的邏輯控制流程如圖2 所示[3]。

圖1 液壓支架傾角傳感器布置結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 液壓支架高度調(diào)節(jié)控制流程

2 高度測量及控制系統(tǒng)信息傳輸?shù)男〔ǚ纸庵貥?gòu)

由于煤礦井下處于高塵、高濕的環(huán)境中，空間狹小，各類機(jī)電控制系統(tǒng)分布密集，因此空間內(nèi)的電磁干擾極度復(fù)雜。該高度監(jiān)測調(diào)控系統(tǒng)中具有多組傳感器設(shè)備，各類傳輸信號復(fù)雜，如果無法較好地屏蔽外界干擾則會導(dǎo)致信息傳輸誤差累積大，嚴(yán)重影響測高系統(tǒng)的調(diào)控準(zhǔn)確性，因此本文采用了小波分解重構(gòu)的信息傳輸方案，確保信號傳輸過程中的精確性。為了驗證小波分解重構(gòu)信號傳輸在嚴(yán)重電磁干擾環(huán)境中的準(zhǔn)確性，采用MATLAB 仿真分析軟件對其進(jìn)行仿真分析，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 小波分解濾波前后的信號傳輸對比分析

由仿真分析結(jié)果可知，采用小波分解重構(gòu)[4]方式進(jìn)行信號的傳輸時，對外界干擾的屏蔽作用顯著，信號在傳輸過程中基本上不存在波動，因此數(shù)據(jù)傳輸精度高、可靠性好。

3 高度測量及控制系統(tǒng)的試驗驗證

為了充分驗證該控制系統(tǒng)的精確性和穩(wěn)定性，本文搭建了專門的試驗驗證平臺，對其調(diào)節(jié)控制的精確性進(jìn)行分析，液壓支架測高及調(diào)控系統(tǒng)的試驗驗證平臺如圖4 所示。

在該試驗驗證平臺中，將四組傳感器連接到局域監(jiān)控系統(tǒng)中，通過1 號傳感器將其接入液壓支架高度調(diào)節(jié)控制中心中，通過不斷調(diào)整液壓支架的支護(hù)高度并將監(jiān)測值和實際值進(jìn)行對比分析，以確定其實際的調(diào)節(jié)精度，各監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1 所示。

由表1 可知，該液壓支架高度測量和調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)在不同高度情況下的監(jiān)測調(diào)節(jié)中，最大偏差量約為26 mm，偏差量約為0.4%，完全滿足井下液壓支架在不同情況下的監(jiān)測和調(diào)節(jié)控制要求。

圖4 液壓支架試驗驗平臺

表1 液壓支架支護(hù)高度監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分布表 cm

4 結(jié)論

1）用小波分解重構(gòu)方式進(jìn)行信號傳輸時，對外界干擾的屏蔽作用顯著，信號在傳輸過程中基本上不存在波動，因此數(shù)據(jù)傳輸精度高、可靠性好；

2）該液壓支架高度測量和調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)在不同高度情況下的監(jiān)測調(diào)節(jié)中，最大偏差量約為26 mm，偏差量約為0.4%，完全滿足井下液壓支架在不同情況下的監(jiān)測和調(diào)節(jié)控制要求。