國產液壓支架電液控制系統現狀

摘要：針對國產液壓支架電液控制技術現狀與應用情況，介紹了支架電液控制系統各部件的主要功能和技術性能指標，通過對國內產品進行實際分析，提出國產支架控制器、各種傳感器和電磁先導閥等產品的技術水平達到了國外同類產品設計水平，同時對我國未來電液控制系統的發展趨勢做了展望。

關鍵詞：液壓支架 電控系統 綜采自動化

1.引言

液壓支架是綜合機械化采煤工作面的支護設備，其性能直接影響工作面的生產效率。隨著液壓支架電液控制技術的日趨成熟及在煤礦綜采工作面上的成功應用，對液壓支架的控制水平也有了很大的提高。隨著國內液壓支架電液控制系統技術水平的提高，以及在售價、供貨及售后方面的明顯優勢，使得國產產品逐漸取代進口產品在支架電液控制系統的統治地位。目前國內產品國內液壓支架電液控制系統研究生產單位主要包括北京天地瑪珂電液控制系統有限公司（簡稱天瑪公司）、四川神坤裝備有限公司、廣州日濱科技發展有限公司、鄭州煤礦機械集團股份有限公司等，其中天瑪公司占國產液壓支架電液控制系統市場銷量的70% [1] [2] 。

2.支架電液控制系統的組成及工作原理

支架電液控制系統由支架控制器、驅動器、壓力傳感器、行程傳感器、傾角傳感器、紅外傳感器、接近傳感器、隔離耦合器、隔爆兼本安直流穩壓電源、礦用連接器、網絡轉換器等組成。支架電液控制系統由多個支架控制單元組成， 它以支架控制器為核心，并通過檢測環節和動作執行環節實現對液壓支架各個動作的反饋控制。通過控制器發出控制命令，執行對支架的全部動作功能和傳感器網絡的數據采集。工作面支架采用電液控制技術后，具備了比手動控制更加先進的功能，例如方便靈活的操作，支架控制的成組自動動作，以及眾多支架跟隨采煤機的協調配合關聯動作等，通過各支架控制器的互聯實現整個采煤系統的協調工作。

3.支架電液控制系統主要部件

液壓支架電液控制系統以支架控制器為核心，并通過各類傳感器對液壓支架的狀態進行感知，并發送動作命令至電磁閥驅動器，通過先導閥的開啟和關閉實現對液壓支架的閉環控制。

3.1支架控制器

支架控制器是支架電液控制系統的核心部件。采用嵌入式軟件技術，可同時完成多數據的采集和運算。為適應井下潮濕的惡劣使用環境，不同廠家采用了不同的防護措施，使得支架控制器的防護等級達到IP68，例如廣州日濱科技發展有限公司的產品通過提高機械加工精度，采用多級密封圈的結構，達到所需要的防護效果[3]；天瑪公司則采用環氧樹脂全灌封措施實現控制器的密封，此方式雖然簡單易行，密封效果好，但對產品的維修造成了極大的不便。當控制器出現故障時，只能整體更換。

3.2 隔離耦合器

隔離耦合器是用來實現支架控制器的相鄰電源組之間的電氣隔離和信號耦合。隔離耦合器電路是以高速光電耦合器為核心，實現了兩組相鄰電源間的控制器所發送及接收信號的隔離耦合和組間的電源接入。

3.2 傳感器

支架控制器通過傳感器網絡對支架所處工況和動作情況進行感知，從而實現支架動作的閉環控制， 國產傳感器技術已經成熟，基本能夠滿足支架電液控制系統的要求，并隨著綜采工作面自動化程度的增加，傳感器的種類和使用方法越來越豐富，同時各類傳感器的性能指標已達到國外同類產品水平。

3.2.1壓力傳感器安裝在采煤工作面的液壓支架上，用來檢測支架相關腔體的壓力，為支架控制器對相應的油缸工作進行控制提供依據，實現支架電液控制系統對液壓支架的閉環控制。目前主流的壓力檢測芯體采用濺射薄膜或擴散硅兩種生產工藝。

3.2.2.行程傳感器安裝在支架推移油缸內， 用來檢測推移千斤頂行程，為支架控制器對推移動作的控制提供依據，實現支架電液控制系統的對推溜及拉架功能的閉環控制。目前國產行程傳感器的實現方式主要分為干簧管原理、磁致伸縮原理和磁阻傳感器原理等。

3.2.3.傾角傳感器用于在支架動作過程中，對支架的姿態和支護高度進行控制，實現支架平衡千斤頂動作過程的閉環控制和支架動作的高度控制等。傾角傳感器主要分為數字型和模擬型兩種形勢，可分別測量雙軸的角度值。

3.2.4.紅外傳感器用于對采煤機的位置進行檢測，是實現支架跟隨采煤機自動控制的基礎，目前絕大多數電液控制系統的研發企業均采用此方式實現。在采煤機上安裝有紅外發射器，同時需要在每臺支架上安裝1臺接收器。

3.3 網絡轉換器

網絡轉換器是完成工作面端頭服務器與井下防爆計算機或其他設備之間數據通信的轉換，從而實現數據的遠距離傳輸，根據不同的使用需求，可選擇傳輸方式為RS485或TCP/IP等形式。

3.4隔爆兼本安電源

隔爆兼本安型直流穩壓電源用于對井下電控設備進行供電，在支架電液控制系統使用時，通過隔離耦合器接入系統中。直流穩壓電源具有較寬的輸入電壓范圍，并可提供雙重的過流和過壓保護功能。

3.國內產品與國外產品對比及發展趨勢

國產支架電液控制系統采用最先進的嵌入式技術和單片機產品進行設計，具有容量大、速度快、抗干擾能力強，具有較強的控制功能，結合電液控制系統的現場使用情況，按照電液控制系統的設計理念進行電液控制系統關鍵元件的設計，取得了多項發明專利，國產電液控制系統關鍵元件開發在技術上與國外同類產品處于同一水平。經過現場使用表明，國產支架控制器、各類傳感器、隔離耦合器和電磁先導閥等產品的可靠性達到了國外同類產品設計水平[5]。

雖然國產支架電液控制系統在系統可靠性設計和軟件設計方面以及自動化水平上與國外同類產品還存在著一定差距，但隨著近年來國產支架電液控制系統取得的長足進步，目前已在中厚煤層得到全面推廣應用，今后將朝著薄煤層支架、放頂煤支架等方向發展，逐步擴大支架電液控制系統的應用范圍。

參考文獻：

[1]王金華.我國煤礦開采機械裝備及自動化技術新進展[J].煤炭科學技術，2013，41（1）：1-4

[2]李首濱.國產液壓支架電液控制系統技術現狀[J].煤炭科學技術， 2010，38 （1）：54-55

[3]呂賧， 馬鵬宇， 余佳鑫， 賈宇輝， 郭偉文. 礦用液壓支架控制器、支架控制系統及通信方法： 中國， CN101907887A [ P ] 2010 – 12 – 8.

[4]李首濱， 韋文術， 牛劍鋒. 液壓支架電液控制及工作面自動化技術綜述[J]. 煤炭科學技術，2007，35（11）：1-3

[5]張命林， 羅躍勇. 液壓支架電液控制系統使用中的問題及對策[ J]. 煤炭科學技術， 2008， 36 （9） ： 57 - 58.

作者簡介：馬鵬宇（1984-，男，河北承德人，碩士研究生，現就職于廣州日濱科技發展有限公司，研究方向為液壓支架電液控制技術及綜采工作面自動化技術。