液壓支架推移控制優化方案研究

白 璐

(陽泉煤業(集團)有限責任公司, 山西 陽泉 045000)

液壓支架推移控制優化方案研究

白 璐

(陽泉煤業(集團)有限責任公司, 山西 陽泉 045000)

液壓支架是利用液體壓力來進行頂板支護和管理的液壓動力裝置,是綜合機械化采煤不可缺少的配套設備。為解決其在巷道支護中控制精度差,推移步距不一致問題,必須優化支護方案,采用精確推移支架措施,實現工作面的快速推進。通過將推移控制邏輯閥應用于液壓支架,細化控制流程,實現移架與提溜動作的精確控制。實驗及現場應用結果表明,該方案實現了支架推移步距的統一,優化了液壓支護控制系統,提高了礦山生產效率。

煤炭開采;液壓支架;推移控制邏輯閥

隨著礦山綜采面機械化程度的提高,液壓支架電液控制系統在礦山得到了越來越廣泛的應用[1],并且由于推進速度更快、控制精度更高的特點成為礦山設備自動化技術的代表,更好地引領礦山機械自動化的發展[2-6]。在礦山開采過程中,由于支架液壓系統在支護過程中存在的精確度低、延遲支護的不足,需要在自動化控制的同時人工介入,對液壓支架根據現場實際情況進行調整[7]。近年來,礦山管理方式趨向于無人化方向發展,礦山開采工藝由單一化、粗放型向智能化、低耗能發展,液壓支架在工作面連續推進過程中實現精確的支護控制成為綜采工作面機械化發展的關鍵[8-9]。因此,本文著重研究液壓支架的工作原理,改善支架移動過程中暴露的不足,優化支架控制方案,為綜采工作面少人化、無人化開采技術應用奠定基礎。

1 問題闡述

1.1支架液壓系統控制精度差

在礦山的采掘過程中,液壓支架系統承擔對頂板支護的重要任務,由泵控系統控制的液壓支架經過無節流損失的改進,有效的降低了能耗,但相關部件在特殊條件下的強度以及其它性能難以保證支架的正常工作;由閥控系統控制的液壓支架由于能耗較大、節流損失較大及執行元件控制精度不高等問題影響綜采工作面生產效率[10]。由于支架系統在精度控制方面出現的缺陷問題,阻礙了礦山無人化、智能化模式的逐步實現,制約了礦山設備自動化的發展[11-12]。

1.2支架推移步距不一致

液壓支架在綜采工作面中保證刮板輸送機的平滑過渡,在運輸煤的過程防止連接件過載斷裂出現的設備故障,影響礦山正常生產狀況,通過利用液壓支架與刮板輸送機之間的銷軸間隙,使支架在工作面中根據現場實際情況實現水平以及垂直方向的高度調整[13-14]。

隨著工作面的推進,液壓支架與刮板輸送機間銷軸間隙不同,間隙狀態如圖1所示。在未移架時,支架千斤頂能夠保證對中部槽的支撐,間隙為零;移架過程中,兩部位之間的間隙逐漸增大;完成支架時,千斤頂對中部槽已無作用力,其銷軸間隙達到最大值。

圖1 支架與刮板輸送機銷軸間隙狀態Fig.1 Gap state of pins between support and scraper conveyor

在礦山生產過程中,完成移架動作后,千斤頂與刮板輸送機之間的間隙處于最大狀態,而中部槽的支撐力f3為零,導致千斤頂對中部槽支撐桿力度不夠,容易發生設備故障;當移架作用力遠大于三種狀態下對中部槽的合力時,中部槽會發生位移,微小的位移對工作面生產影響不大,但當支架處于不斷移動的生產狀態下,位移會逐步累積,出現推移步距誤差,影響工作面直線度。刮板輸送機中部槽受力如圖2所示。

圖2 刮板輸送機中部槽受力Fig.2 Forces of middle trough in scraper conveyor

2 支架精確推移控制方案

2.1推移控制邏輯閥原理

引入推移控制邏輯閥,能夠減小因推移步距不一致產生的誤差,提高液壓支架推移控制精度,優化液壓控制系統方案,降低因液壓支架缺陷而導致的設備故障幾率。推移控制邏輯閥三維結構如圖3所示。

圖3 推移邏輯閥三維結構Fig.3 3D structure of pushing logical valve

根據礦山實際生產狀況,對控制邏輯閥的內部節流孔徑進行調整,以便提高液壓支架的控制精度。控制邏輯閥工作原理:在礦山掘進未噴霧時,支架移架、推溜系統保持原工作狀態,邏輯閥之間閥芯保持正常大孔連通工作狀態;執行噴霧動作時,高壓液體快速進入邏輯閥,產生的壓強推動進液閥桿向上運動,克服彈簧的作用力,使邏輯閥之間閥芯由大孔切換為小孔工作狀態,在保證液壓支架正常工作的基礎上實現了節流控制,推動礦山向智能化、自動化方向發展。

2.2精確推移控制流程

優化后的支架液壓系統通過推移控制閥實現對高壓液體的節流應用,優化推移控制程序,提高液壓的精確控制,統一移動步距,實現支架推移控制程序化運行。

對支架推移距離進行精確設定,于移架期間,支架的推移行程達到了目標推移行程臨界值(閾值),執行事先設定好的(噴霧)動作,與推移支架形成協同配合,減小了由于液壓控制產生的控制誤差;升柱過程完成后,推溜動作與控制動作同步進行,完成準確的推溜,在后續搬移支架的過程中提供充足的動力,確保了支架的布局的推移一致性。

3 實驗測試

實驗對象為推移邏輯控制閥,其節流孔徑不同,選用同一推移千斤頂進行控制精度測試。通過精確測量千斤頂單位時間內動作位移來實現精度測量,利用數學方法計算位移平均值與位移方差,實現精度的數據化評估。測量具體數據如表1所示。

表1 不同節流孔徑推移控制邏輯閥控制效果Table 1 Control effects of logical valve in pushing control with different throttle diameters

從表1數據分析出,安裝推移控制邏輯閥后較安裝此部件之前,其控制精度有了明顯的提高,且節流孔徑越小,控制精度越大。

在理論計算的同時需要考慮礦山實際應用情況,液壓支架操作需人工介入,故控制效率在現場較理論計算有相對誤差,綜合分析,選擇4.0 mm作為推移控制邏輯閥節流孔徑最終尺寸。

4 現場應用

針對研究提出的相應規格推移邏輯控制閥,對某礦工作面進行應用。引進后的液壓支架系統,能夠符合當地礦山實際生產狀況,優化了液壓控制系統流程,高效準確的實現對液壓支架的控制,利用控制系統的噴霧動作統一移動布局,保證礦山的高效生產。

優化后的液壓控制系統方案是對液壓支架在原有基礎上進行微小的調整,礦山投入成本較低,通過提高支架精確度、統一推移步距,提高礦山生產效率,減少因設備對工作面的誤差造成的生產事故;較少的人工的干預,保證工作面直線度控制水平,推動礦山生產向無人化模式的發展,為實現礦山自動化提供重要的數據化指導。

5 結束語

引入推移控制邏輯閥,通過調節節流控制降低了礦山的能耗,解決了傳統液壓支架在支護過程產生的問題,既能滿足移架力的要求,又能加快推移速度,保證工作面快速推進。優化后的液壓控制方案提高了支架推移控制精度,保證了推移布局的統一和工作面直線度控制水平,實現了礦山的無人化連續開采,提高礦山生產效率和企業的經濟效益。

[1] 王虹.綜采工作面智能化關鍵技術研究現狀與發展方向[J].煤炭科學技術,2014(1):60-64.

WANG Hong.Development Orientation and Research State on Intelligent Key Technology in Fully Mechanized Coal Mining Face [J].Coal Science and Technology,2014(1):60-64.

[2] 宋宏雷,張衛東,位建峰.薄煤層液壓支架定線移架裝置研究與應用[J].煤礦現代化,2013(S1):112-113.

[3] 陳令國,趙江華,梅雪峰.綜采工作面刮板輸送機的自動化、智能化控制技術[J].工礦自動化,2011(12):24-26.

CHEN Lingguo,ZHAO Jianghua,MEI Xuefeng.Automation and Intelligent Control Technologies of Scraper Conveyor of Fully-mechanized Face[J].Industry and Mine Automation,2011(12):24-26.

[4] 李德軍,閔令江,萬旭.刮板輸送機中部槽槽間聯接受力分析[J].煤礦機電,2011(3):70-71.

LI Dejun,MIN Lingjiang,WAN Xu.Link-Force Analysis of Scraper Conveyor’s Line Pan [J].Colliery Mechanical & Electrical Technology,2011(3):70-71.

[5] 張斌,方新秋.基于陀螺儀和里程計的無人工作面采煤機自主定位系統[J].礦山機械,2010(9):10-13.

ZHANG Bin,FANG Xinqiu.Auto-positioning System of Shearer Operating on Manless Working Face Based on Gyroscope and Odometer [J].Mining & Processing Equipment,2010(9):10-13.

[6] 趙啟安,李亞軍.激光定位在綜采工作面刮板輸送機防滑的應用[J].煤炭科學技術,2009(5):93-94.

ZHAO Qi’an,LI Yajun.Application of Laser Positioning to Sliding Prevention of Scraper Conveyor in Fully Mechanized Coal Mining Face [J].Coal Science and Technology,2009(5):93-94.

[7] 方新秋,何杰,張斌,等.無人工作面采煤機自主定位系統[J].西安科技大學學報,2008(2):349-353.

FANG Xinqiu,HE Jie,ZHANG Bin,etal.Self-positioning System of the Shearer in Unm Anned Workface [J]. Journal of Xi’an University of Science and Technology, 2008(2):349-353.

[8] 李金剛,孟二存,孟凡龍.綜采工作面采煤機刮板輸送機和液壓支架配套分析[J].煤礦開采,2006(5):236-236.

[9] 胡波.液壓支架智能控制系統研究[D].太原:太原理工大學,2014.

[10] 涂永平.基于AMESim的液壓支架液壓系統性能仿真分析[D].重慶:重慶交通大學,2014.

[11] 舒鳳翔.高端液壓支架液壓系統及關鍵元件研究[D].徐州:中國礦業大學,2009.

[12] 韓偉.液壓支架控制系統大流量閥與移架速度定量化研究[D].北京:煤炭科學研究總院,2006.

[13] 魏景生,任懷偉.銷軸連接對液壓支架穩定性及可靠性的影響[J].煤炭科學技術,2010,38(1):72-75.

WEI Jingsheng,REN Huaiwei.Pin Shaft Connection Affected to Stability and Reliability of Hydraulic Powered Support[J].Coal Science and Technology,2010,38(1):72-75.

[14] 杜嘉.液壓支架鉸接銷軸裝銷器的研制[J].機械工程師,2016(5):229-230.

OptimizationofPushingControlofHydraulicSupport

BAILu

(YangquanCoal(Group)Co.,Ltd.,Yangquan045000,China)

Hydraulic support is a hydraulic power device using liquid pressure to support roof,which is indispensable in fully-mechanized coal mining.To solve the poor control precision and inconsistency of pushing interval,we optimized the supporting plan by precisely pushing support in order to realize the fast advancing of the working face.We used the hydraulic support with logical valve to refine the control procedure and realize the precise control of support moving and distillation.The experiment and field application show that the plan could realize the consistency of the pushing interval,optimize the control system of the hydraulic support,and increase the production efficiency of the mine.

coal mining; hydraulic support; pushing control logical valve

1672-5050(2017)04-0029-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.08.009

2017-06-26

白璐(1983-),男,山西平定人,大學本科,助理工程師,從事煤礦機電技術工作。

TD355

A

(編輯:樊 敏)