液壓支架智能推移控制系統(tǒng)的優(yōu)化研究

梁海東

（晉城宏圣建筑工程有限公司， 山西 晉城 048000）

引言

液壓支架是確保煤礦井下安全生產(chǎn)的核心關(guān)鍵設(shè)備，在煤礦安全生產(chǎn)中，液壓支架主要是將煤礦巷道頂面進(jìn)行支撐防護(hù)，防止煤炭開(kāi)采過(guò)程中的落石沖擊，對(duì)采煤機(jī)及井下工作人員起到保護(hù)的作用。在綜采面正常生產(chǎn)中，隨著開(kāi)采的進(jìn)行，液壓支架與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等綜采設(shè)備協(xié)同工作、相互配合，使井下工作面不斷的向前推進(jìn)。煤礦井下工作面地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣，液壓支架在隨采煤機(jī)向前推進(jìn)的過(guò)程中，因地面地質(zhì)條件的起伏及液壓支架本身行走機(jī)構(gòu)的因素，會(huì)導(dǎo)致液壓支架在隨綜采設(shè)備前推時(shí)難以保持完全的直線運(yùn)行狀態(tài)，這樣又會(huì)導(dǎo)致采煤機(jī)在開(kāi)采時(shí)對(duì)煤層頂部或者底部漏采，造成液壓支架在前推過(guò)程中的不均勻前推，使綜采面實(shí)際工作時(shí)需要人工控制采煤機(jī)對(duì)巷道內(nèi)的煤層進(jìn)行反復(fù)切割，手動(dòng)控制液壓支架的前推，使其運(yùn)行保持一致性，不僅加大了工人的工作量而且影響了綜采面的綜采效率[1-4]，因此迫切需要對(duì)液壓支架的推移控制方式進(jìn)行優(yōu)化研究，確保液壓支架在推移時(shí)與采煤機(jī)前推的一致性，從而大幅提高煤礦井下的生產(chǎn)安全和作業(yè)效率。

1 液壓支架推移不同步的原因分析

液壓支架的推移千斤頂、推桿與刮板輸送機(jī)的連接結(jié)構(gòu)如圖1所示，在推移千斤頂和液壓支架的連接處（圖中A點(diǎn)位置）及千斤頂活塞與推桿的連接處（圖中B點(diǎn)位置），二者均是通過(guò)金屬結(jié)構(gòu)的銷(xiāo)軸實(shí)現(xiàn)相互連接，因?qū)嶋H運(yùn)動(dòng)需要，在銷(xiāo)孔和銷(xiāo)軸之間有一定的虛位，這樣在液壓支架的推移過(guò)程中，每次運(yùn)動(dòng)，銷(xiāo)軸在銷(xiāo)孔中的位置是不斷變化的，因此每次的變化累積，便造成了液壓支架推移千斤頂?shù)幕钊奈灰普`差。

圖1 液壓支架與推桿底部的連接示意圖

如圖2所示，在單個(gè)液壓支架與刮板輸送機(jī)的連接結(jié)構(gòu)中，刮板輸送機(jī)和液壓支架推桿連接接頭的位置（圖中C處位置），設(shè)置有供銷(xiāo)軸進(jìn)行滑動(dòng)的軌道，在該滑動(dòng)軌道的兩側(cè)分別設(shè)置有拉架點(diǎn)和推溜點(diǎn)，在拉架時(shí)銷(xiāo)軸是位于滑動(dòng)軌道上的拉架點(diǎn)，此時(shí)刮板輸送機(jī)整體向后傾斜，便于拉架。在推溜時(shí)銷(xiāo)軸是位于滑動(dòng)軌道上的推溜點(diǎn)，此時(shí)刮板輸送機(jī)整體向前傾斜一定的角度，開(kāi)始緊貼著巷道底部開(kāi)始向前移動(dòng)。但在實(shí)際工作時(shí)因巷道內(nèi)工作環(huán)境惡劣，工作時(shí)經(jīng)常會(huì)有煤塊卡入滑軌內(nèi)，這樣便造成了拉架和推溜在實(shí)際推移時(shí)存在誤差。

圖2 單個(gè)液壓支架與刮板輸送機(jī)的連接結(jié)構(gòu)

2 液壓支架智能推移控制系統(tǒng)優(yōu)化前后的對(duì)比分析

現(xiàn)有推移控制系統(tǒng)是通過(guò)開(kāi)關(guān)量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架推移量的控制。在工作時(shí)千斤頂上的位移傳感設(shè)備將活塞桿的位移信號(hào)實(shí)時(shí)傳遞到液壓支架的控制器上，當(dāng)活塞桿的位移信號(hào)達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的反饋值時(shí)，自動(dòng)控制使推移的單向鎖閉合，液壓缸停止油液的輸入或輸出。但在實(shí)際應(yīng)用中因液壓支架為機(jī)械連接結(jié)構(gòu)，在相鄰的液壓支架活塞桿輸出位移信號(hào)量相同的情況下，其對(duì)應(yīng)的刮板輸送機(jī)很難輸出完全對(duì)應(yīng)的位移值，因此傳統(tǒng)的僅僅依靠位移傳感設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架推移的控制方式不能確保對(duì)液壓支架推移量的精確控制，因此在現(xiàn)有液壓支架推移控制的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際工作的經(jīng)驗(yàn)，新設(shè)計(jì)了一種新的智能推移控制系統(tǒng)，其控制流程如圖3所示，其智能推移控制系統(tǒng)控制框圖如圖4所示。

圖3 智能推移控制系統(tǒng)流程圖

圖4 智能推移控制系統(tǒng)控制框圖

在新的液壓支架智能推移控制系統(tǒng)中，在拉架和推溜時(shí)，第一個(gè)液壓支架的推移的千斤頂能夠控制支架活塞桿的推出或者是拉回，此時(shí)將活塞桿上的力傳遞到連接接頭和推桿上，使其開(kāi)始移動(dòng)，進(jìn)而確保液壓支架的向前運(yùn)動(dòng)或者是推動(dòng)刮板輸送機(jī)的運(yùn)動(dòng)，這時(shí)可以利用液壓支架實(shí)際推移的位移測(cè)量確定支架和輸送機(jī)在同步運(yùn)行時(shí)的準(zhǔn)確位移，并和系統(tǒng)檢測(cè)到的支架移動(dòng)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，從而對(duì)誤差情況進(jìn)行修正。之后就把第一個(gè)液壓支架的修正位移值作為后續(xù)其他液壓支架推移時(shí)的位移設(shè)定值，使后續(xù)其他液壓支架在推移時(shí)也以此值為位移標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行設(shè)定、調(diào)節(jié)。之后第二個(gè)液壓支架的控制器在收到第一個(gè)液壓支架傳輸?shù)脑O(shè)定值后，作為其推溜的調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)位移千斤頂?shù)幕钊麠U伸出或者退回情況，此時(shí)利用設(shè)置在支架控制器上的支架的實(shí)際測(cè)量位移確定模型，即可計(jì)算出此時(shí)刮板輸送機(jī)的實(shí)際位移值，并將此位移值和在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)的理論位移值的情況進(jìn)行對(duì)比分析，若此時(shí)二者相等，那么說(shuō)明二者的運(yùn)行同步，此時(shí)系統(tǒng)控制推移單向鎖閉合，系統(tǒng)停止動(dòng)作，如果二者不相等，那么系統(tǒng)會(huì)繼續(xù)命令推移千斤頂執(zhí)行上述動(dòng)作，直至達(dá)到動(dòng)作的設(shè)定時(shí)間。然后再次對(duì)系統(tǒng)設(shè)定理論位移和實(shí)際位移進(jìn)行對(duì)比，若此時(shí)還是不相等且其差值超越了系統(tǒng)設(shè)定的極限值，系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，由人工進(jìn)行處理。

該新型的液壓支架智能推移控制系統(tǒng)，在執(zhí)行調(diào)整的時(shí)候，能夠利用傳感器設(shè)備不間斷的通過(guò)支架實(shí)際推移的位移確定模型，來(lái)確定液壓支架及刮板輸送機(jī)在推移過(guò)程中的實(shí)際位移數(shù)值，并將該數(shù)值和系統(tǒng)設(shè)定的邏輯修正數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，從而決定支架下一步動(dòng)作及動(dòng)作的量，使整個(gè)控制過(guò)程形成一個(gè)閉環(huán)的控制模式。系統(tǒng)在整個(gè)控制運(yùn)行過(guò)程中能夠根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的液壓支架和刮板輸送機(jī)的運(yùn)行情況，對(duì)其后續(xù)的推移位移值進(jìn)行調(diào)整，使液壓支架在整個(gè)推移過(guò)程中保持齊平和同步性。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)有的液壓支架智能推移控制系統(tǒng)在邏輯控制上的缺陷重新設(shè)計(jì)的液壓支架智能推移控制系統(tǒng)中充分考慮了液壓支架在推移過(guò)程中所有的相關(guān)因素對(duì)液壓支架推移的實(shí)際位移值的影響，并根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行修正，確定了液壓支架在推移時(shí)的實(shí)際位移值，然后以此為基準(zhǔn)確定其他液壓支架在推移時(shí)的設(shè)定值。該新型智能推移閉環(huán)控制系統(tǒng)，很好地克服了現(xiàn)有控制系統(tǒng)精度差、可靠性低的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液壓支架推移的精確控制。