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

張海軍

（山西煤炭運(yùn)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(duì)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(cè)距高度測(cè)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(duì)現(xiàn)有液壓支架高度調(diào)控系統(tǒng)使用中存在的測(cè)量誤差大、調(diào)節(jié)控制自動(dòng)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(cè)量和調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。

1 高度測(cè)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(cè)量及調(diào)節(jié)控制需求，在經(jīng)過多方案對(duì)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(duì)測(cè)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(shì)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(cè)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(shí)其掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu)均會(huì)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(shí)滿足在最優(yōu)的測(cè)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(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，其中將1號(hào)傾角傳感器作為中心，其他傳感器將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息傳入1 號(hào)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(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架高度的自動(dòng)測(cè)控和調(diào)整。

液壓支架控制器根據(jù)監(jiān)測(cè)信息對(duì)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(cè)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(cè)調(diào)控系統(tǒng)中具有多組傳感器設(shè)備，各類傳輸信號(hào)復(fù)雜，如果無法較好地屏蔽外界干擾則會(huì)導(dǎo)致信息傳輸誤差累積大，嚴(yán)重影響測(cè)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(hào)傳輸過程中的精確性。為了驗(yàn)證小波分解重構(gòu)信號(hào)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(duì)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(hào)傳輸對(duì)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(hào)的傳輸時(shí)，對(duì)外界干擾的屏蔽作用顯著，信號(hào)在傳輸過程中基本上不存在波動(dòng)，因此數(shù)據(jù)傳輸精度高、可靠性好。

3 高度測(cè)量及控制系統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)證

為了充分驗(yàn)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(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)，對(duì)其調(diào)節(jié)控制的精確性進(jìn)行分析，液壓支架測(cè)高及調(diào)控系統(tǒng)的試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)如圖4 所示。

在該試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)中，將四組傳感器連接到局域監(jiān)控系統(tǒng)中，通過1 號(hào)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(cè)值和實(shí)際值進(jìn)行對(duì)比分析，以確定其實(shí)際的調(diào)節(jié)精度，各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表1 所示。

由表1 可知，該液壓支架高度測(cè)量和調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)在不同高度情況下的監(jiān)測(cè)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(cè)和調(diào)節(jié)控制要求。

圖4 液壓支架試驗(yàn)驗(yàn)平臺(tái)

表1 液壓支架支護(hù)高度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分布表 cm

4 結(jié)論

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

2）該液壓支架高度測(cè)量和調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)在不同高度情況下的監(jiān)測(cè)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(cè)和調(diào)節(jié)控制要求。