液壓支架推移控制優(yōu)化方案研究

白 璐

(陽(yáng)泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司, 山西 陽(yáng)泉 045000)

液壓支架推移控制優(yōu)化方案研究

白 璐

(陽(yáng)泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司, 山西 陽(yáng)泉 045000)

液壓支架是利用液體壓力來(lái)進(jìn)行頂板支護(hù)和管理的液壓動(dòng)力裝置,是綜合機(jī)械化采煤不可缺少的配套設(shè)備。為解決其在巷道支護(hù)中控制精度差,推移步距不一致問(wèn)題,必須優(yōu)化支護(hù)方案,采用精確推移支架措施,實(shí)現(xiàn)工作面的快速推進(jìn)。通過(guò)將推移控制邏輯閥應(yīng)用于液壓支架,細(xì)化控制流程,實(shí)現(xiàn)移架與提溜動(dòng)作的精確控制。實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明,該方案實(shí)現(xiàn)了支架推移步距的統(tǒng)一,優(yōu)化了液壓支護(hù)控制系統(tǒng),提高了礦山生產(chǎn)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(jī)械化程度的提高,液壓支架電液控制系統(tǒng)在礦山得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[1],并且由于推進(jìn)速度更快、控制精度更高的特點(diǎn)成為礦山設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)的代表,更好地引領(lǐng)礦山機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展[2-6]。在礦山開采過(guò)程中,由于支架液壓系統(tǒng)在支護(hù)過(guò)程中存在的精確度低、延遲支護(hù)的不足,需要在自動(dòng)化控制的同時(shí)人工介入,對(duì)液壓支架根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整[7]。近年來(lái),礦山管理方式趨向于無(wú)人化方向發(fā)展,礦山開采工藝由單一化、粗放型向智能化、低耗能發(fā)展,液壓支架在工作面連續(xù)推進(jìn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)精確的支護(hù)控制成為綜采工作面機(jī)械化發(fā)展的關(guān)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(dòng)過(guò)程中暴露的不足,優(yōu)化支架控制方案,為綜采工作面少人化、無(wú)人化開采技術(shù)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 問(wèn)題闡述

1.1支架液壓系統(tǒng)控制精度差

在礦山的采掘過(guò)程中,液壓支架系統(tǒng)承擔(dān)對(duì)頂板支護(hù)的重要任務(wù),由泵控系統(tǒng)控制的液壓支架經(jīng)過(guò)無(wú)節(jié)流損失的改進(jìn),有效的降低了能耗,但相關(guān)部件在特殊條件下的強(qiáng)度以及其它性能難以保證支架的正常工作;由閥控系統(tǒng)控制的液壓支架由于能耗較大、節(jié)流損失較大及執(zhí)行元件控制精度不高等問(wèn)題影響綜采工作面生產(chǎn)效率[10]。由于支架系統(tǒng)在精度控制方面出現(xiàn)的缺陷問(wèn)題,阻礙了礦山無(wú)人化、智能化模式的逐步實(shí)現(xiàn),制約了礦山設(shè)備自動(dòng)化的發(fā)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(jī)的平滑過(guò)渡,在運(yùn)輸煤的過(guò)程防止連接件過(guò)載斷裂出現(xiàn)的設(shè)備故障,影響礦山正常生產(chǎn)狀況,通過(guò)利用液壓支架與刮板輸送機(jī)之間的銷軸間隙,使支架在工作面中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況實(shí)現(xiàn)水平以及垂直方向的高度調(diào)整[13-14]。

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

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

在礦山生產(chǎn)過(guò)程中,完成移架動(dòng)作后,千斤頂與刮板輸送機(jī)之間的間隙處于最大狀態(tài),而中部槽的支撐力f3為零,導(dǎo)致千斤頂對(duì)中部槽支撐桿力度不夠,容易發(fā)生設(shè)備故障;當(dāng)移架作用力遠(yuǎn)大于三種狀態(tài)下對(duì)中部槽的合力時(shí),中部槽會(huì)發(fā)生位移,微小的位移對(duì)工作面生產(chǎn)影響不大,但當(dāng)支架處于不斷移動(dòng)的生產(chǎn)狀態(tài)下,位移會(huì)逐步累積,出現(xiàn)推移步距誤差,影響工作面直線度。刮板輸送機(jī)中部槽受力如圖2所示。

圖2 刮板輸送機(jī)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(chǎn)生的誤差,提高液壓支架推移控制精度,優(yōu)化液壓控制系統(tǒng)方案,降低因液壓支架缺陷而導(dǎo)致的設(shè)備故障幾率。推移控制邏輯閥三維結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 推移邏輯閥三維結(jié)構(gòu)Fig.3 3D structure of pushing logical valve

根據(jù)礦山實(shí)際生產(chǎn)狀況,對(duì)控制邏輯閥的內(nèi)部節(jié)流孔徑進(jìn)行調(diào)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(jìn)未噴霧時(shí),支架移架、推溜系統(tǒng)保持原工作狀態(tài),邏輯閥之間閥芯保持正常大孔連通工作狀態(tài);執(zhí)行噴霧動(dòng)作時(shí),高壓液體快速進(jìn)入邏輯閥,產(chǎn)生的壓強(qiáng)推動(dòng)進(jìn)液閥桿向上運(yùn)動(dòng),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(tài),在保證液壓支架正常工作的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了節(jié)流控制,推動(dòng)礦山向智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展。

2.2精確推移控制流程

優(yōu)化后的支架液壓系統(tǒng)通過(guò)推移控制閥實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓液體的節(jié)流應(yīng)用,優(yōu)化推移控制程序,提高液壓的精確控制,統(tǒng)一移動(dòng)步距,實(shí)現(xiàn)支架推移控制程序化運(yùn)行。

對(duì)支架推移距離進(jìn)行精確設(shè)定,于移架期間,支架的推移行程達(dá)到了目標(biāo)推移行程臨界值(閾值),執(zhí)行事先設(shè)定好的(噴霧)動(dòng)作,與推移支架形成協(xié)同配合,減小了由于液壓控制產(chǎn)生的控制誤差;升柱過(guò)程完成后,推溜動(dòng)作與控制動(dòng)作同步進(jìn)行,完成準(zhǔn)確的推溜,在后續(xù)搬移支架的過(guò)程中提供充足的動(dòng)力,確保了支架的布局的推移一致性。

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

實(shí)驗(yàn)對(duì)象為推移邏輯控制閥,其節(jié)流孔徑不同,選用同一推移千斤頂進(jìn)行控制精度測(cè)試。通過(guò)精確測(cè)量千斤頂單位時(shí)間內(nèi)動(dòng)作位移來(lái)實(shí)現(xiàn)精度測(cè)量,利用數(shù)學(xué)方法計(jì)算位移平均值與位移方差,實(shí)現(xiàn)精度的數(shù)據(jù)化評(píng)估。測(cè)量具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 不同節(jié)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(shù)據(jù)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(jié)流孔徑越小,控制精度越大。

在理論計(jì)算的同時(shí)需要考慮礦山實(shí)際應(yīng)用情況,液壓支架操作需人工介入,故控制效率在現(xiàn)場(chǎng)較理論計(jì)算有相對(duì)誤差,綜合分析,選擇4.0 mm作為推移控制邏輯閥節(jié)流孔徑最終尺寸。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

針對(duì)研究提出的相應(yīng)規(guī)格推移邏輯控制閥,對(duì)某礦工作面進(jìn)行應(yīng)用。引進(jìn)后的液壓支架系統(tǒng),能夠符合當(dāng)?shù)氐V山實(shí)際生產(chǎn)狀況,優(yōu)化了液壓控制系統(tǒng)流程,高效準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架的控制,利用控制系統(tǒng)的噴霧動(dòng)作統(tǒng)一移動(dòng)布局,保證礦山的高效生產(chǎn)。

優(yōu)化后的液壓控制系統(tǒng)方案是對(duì)液壓支架在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行微小的調(diào)整,礦山投入成本較低,通過(guò)提高支架精確度、統(tǒng)一推移步距,提高礦山生產(chǎn)效率,減少因設(shè)備對(duì)工作面的誤差造成的生產(chǎn)事故;較少的人工的干預(yù),保證工作面直線度控制水平,推動(dòng)礦山生產(chǎn)向無(wú)人化模式的發(fā)展,為實(shí)現(xiàn)礦山自動(dòng)化提供重要的數(shù)據(jù)化指導(dǎo)。

5 結(jié)束語(yǔ)

引入推移控制邏輯閥,通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)流控制降低了礦山的能耗,解決了傳統(tǒng)液壓支架在支護(hù)過(guò)程產(chǎn)生的問(wèn)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(jìn)。優(yōu)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(tǒng)一和工作面直線度控制水平,實(shí)現(xiàn)了礦山的無(wú)人化連續(xù)開采,提高礦山生產(chǎn)效率和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 王虹.綜采工作面智能化關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J].煤炭科學(xué)技術(shù),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(wèi)東,位建峰.薄煤層液壓支架定線移架裝置研究與應(yīng)用[J].煤礦現(xiàn)代化,2013(S1):112-113.

[3] 陳令國(guó),趙江華,梅雪峰.綜采工作面刮板輸送機(jī)的自動(dòng)化、智能化控制技術(shù)[J].工礦自動(dòng)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(wàn)旭.刮板輸送機(jī)中部槽槽間聯(lián)接受力分析[J].煤礦機(jī)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(jì)的無(wú)人工作面采煤機(jī)自主定位系統(tǒng)[J].礦山機(jī)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(jī)防滑的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù),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(wú)人工作面采煤機(jī)自主定位系統(tǒng)[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào),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(jī)刮板輸送機(jī)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(tǒng)研究[D].太原:太原理工大學(xué),2014.

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

[11] 舒鳳翔.高端液壓支架液壓系統(tǒng)及關(guān)鍵元件研究[D].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2009.

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

[13] 魏景生,任懷偉.銷軸連接對(duì)液壓支架穩(wěn)定性及可靠性的影響[J].煤炭科學(xué)技術(shù),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(jī)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(xué)本科,助理工程師,從事煤礦機(jī)電技術(shù)工作。

TD355

A

(編輯:樊 敏)