液壓支架控制系統(tǒng)故障自動(dòng)檢測技術(shù)研究

史晉華

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司望云煤礦分公司， 山西 晉城 048411）

引言

液壓支架是煤礦井下“三機(jī)”設(shè)備之一，主要用于對巷道頂板進(jìn)行支護(hù)，確保井下綜采作業(yè)的安全性。液壓支架在工作時(shí)依靠電液控制系統(tǒng)控制液壓支架的升柱、降柱、收放護(hù)幫板等，是液壓支架能否正常工作的核心。由于煤礦井下工作環(huán)境惡劣、各類電器件的工作穩(wěn)定性差，導(dǎo)致液壓支架電液控制系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障，目前對于支架故障的排查是依靠人工逐個(gè)進(jìn)行核實(shí)，故障排查速度慢、效率低，使液壓支架無法快速恢復(fù)正常，給井下的支護(hù)安全帶來了極大的隱患[1]。因此應(yīng)用一種液壓支架控制系統(tǒng)故障自動(dòng)檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對故障快速定位和識(shí)別。

1 液壓支架控制系統(tǒng)工作原理

對液壓支架電液控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)故障識(shí)別和診斷的前提是對液壓支架控制系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行分析。液壓支架的電液控制系統(tǒng)主要包括供電單元、液壓基站、控制模塊，當(dāng)液壓支架動(dòng)作時(shí)通過控制模塊發(fā)出控制指令，液壓基站上的液壓先導(dǎo)閥控制發(fā)下動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對液壓支柱動(dòng)作的控制，在液壓支柱內(nèi)設(shè)置有位移傳感器，用于對液壓支架立柱動(dòng)作狀態(tài)的監(jiān)控，然后將監(jiān)控結(jié)果返回到控制中心，在控制中心內(nèi)對液壓支架的實(shí)際動(dòng)作狀態(tài)和理論動(dòng)作狀態(tài)進(jìn)行對比，確定偏差量，然后系統(tǒng)再進(jìn)行修正，液壓支架電液控制系統(tǒng)的控制原理如圖1 所示[2]。

通過對液壓支架電液控制系統(tǒng)的分析，在控制的過程中控制信號(hào)從控制系統(tǒng)發(fā)出，最終傳遞到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此通過對信息傳遞過程中，對各個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測即可確認(rèn)在該環(huán)節(jié)是否出現(xiàn)異常。當(dāng)系統(tǒng)部件功能或者邏輯信息無法銜接時(shí)系統(tǒng)就報(bào)出故障信息，從而準(zhǔn)確判定故障發(fā)生區(qū)域和類別，實(shí)現(xiàn)快速定位和排除。

圖1 液壓支架電液控制系統(tǒng)原理示意圖

2 支架電液控制通信故障分析

液壓支架的電液控制通信系統(tǒng)是液壓支架正常工作的基礎(chǔ)，通信系統(tǒng)的故障將導(dǎo)致整個(gè)液壓支架的控制癱瘓。采用在系統(tǒng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換器上設(shè)置通信數(shù)據(jù)檢測口令，數(shù)據(jù)口令通過數(shù)據(jù)電纜從控制系統(tǒng)傳遞到液壓支架的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，傳遞到各個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)后各個(gè)節(jié)點(diǎn)處返回通信回復(fù)令牌，當(dāng)在某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)通信故障后系統(tǒng)將故障信息一方面反饋到信號(hào)轉(zhuǎn)換器，一方面系統(tǒng)再次發(fā)出通信令牌，對故障點(diǎn)進(jìn)行二次判斷，直到二次故障確認(rèn)后，系統(tǒng)才會(huì)發(fā)出故障信號(hào)。

對通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳遞準(zhǔn)確性和速度的分析，則可以通過過載特點(diǎn)的時(shí)間內(nèi)發(fā)送不同頻率的數(shù)據(jù)信號(hào)，通過對數(shù)據(jù)傳遞速度曲線的分析及單位時(shí)間內(nèi)控制中心接收到的數(shù)據(jù)信息總量的分析，結(jié)合數(shù)據(jù)觸發(fā)系統(tǒng)的定量包校核即可確定數(shù)據(jù)傳遞的準(zhǔn)確性[3]，若控制中心接收到的數(shù)據(jù)量小于系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)量則說明通信系統(tǒng)在傳遞過程中發(fā)生了數(shù)據(jù)的丟失，該通信系統(tǒng)故障排查數(shù)據(jù)傳遞特性如下頁圖2 所示。

3 傳感器故障報(bào)警

傳感器是液壓支架電液控制系統(tǒng)的“眼睛”，用于對液壓支架工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，支架上的傳感器主要包括壓力傳感器、位移傳感器、傾角傳感器、紅外傳感器等。

圖2 通信系統(tǒng)故障判別信號(hào)特性示意圖

壓力傳感器主要設(shè)置在液壓支架的立柱油缸內(nèi)，在工作過程中需要反復(fù)承受液壓油的高壓和脈動(dòng)沖擊作用，最常見的故障為在高壓油的脈動(dòng)沖擊下傳感器上的薄膜電流的脫落或者在連接處斷裂，導(dǎo)致壓力信號(hào)的中斷，因此可通過檢測在支架升柱、降柱過程中是否有壓力變化及壓力變化趨勢來對壓力傳感器的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷[4]。

位移傳感器主要是用于對立柱的伸縮量進(jìn)行檢測，同樣設(shè)置在立柱油缸內(nèi)，在工作過程中承受反復(fù)的高壓沖擊，同時(shí)由于位移傳感器主要是依靠探測桿和探測開孔之間存在間隙，因此反復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)導(dǎo)致傳感器探測桿的磨損及精度下降，因此對位移傳感器工作狀態(tài)的監(jiān)測，可以通過對支架升降過程中行程的變化量和立柱實(shí)際狀態(tài)的對比（在立柱上選擇完全縮回、伸出一半、完全伸出三個(gè)狀態(tài)，通過對此時(shí)位移傳感器的位移信號(hào)和立柱實(shí)際伸出量的對比即可確定位移傳感器的工作狀態(tài)是否OK）進(jìn)行判斷。

傾角傳感器主要設(shè)置在液壓支架的底座、頂梁及連桿機(jī)構(gòu)上，用于對液壓支架工作時(shí)的傾角狀態(tài)進(jìn)行判斷，根據(jù)對傾角傳感器失效機(jī)理及實(shí)際失效情況分析，傾角傳感器最大的失效點(diǎn)來源于長期運(yùn)行過程中傳感器松動(dòng)導(dǎo)致的測量精度下降，常用的提升精度方案主要是利用液壓支架相應(yīng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行到最大點(diǎn)時(shí)對傾角測量值進(jìn)行對比，若出現(xiàn)偏差則進(jìn)行標(biāo)定和修正。

紅外傳感器主要用于對采煤機(jī)和液壓支架相互位置狀態(tài)進(jìn)行判斷，目前統(tǒng)計(jì)紅外傳感器主要的故障在于受井下粉塵等影響，導(dǎo)致紅外線信號(hào)接收不暢，因此對紅外傳感器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測主要是通過對紅外信號(hào)傳輸連續(xù)性的監(jiān)測來確定。

4 結(jié)論

1）液壓支架控制系統(tǒng)故障自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)主要是對控制過程中的信號(hào)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)系統(tǒng)部件功能或者邏輯信息無法銜接時(shí)系統(tǒng)就報(bào)出故障信息，從而準(zhǔn)確判定故障發(fā)生區(qū)域和類別，實(shí)現(xiàn)快速定位和排除。

2）對電液控制系統(tǒng)通信狀態(tài)的監(jiān)測主要通過設(shè)置通信數(shù)據(jù)檢測口令、數(shù)據(jù)信息總量分析等實(shí)現(xiàn)對其快速檢測。

3）對各類傳感器故障的監(jiān)測，主要通過設(shè)置固定監(jiān)測點(diǎn)，來對傳感器狀態(tài)和液壓支架實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行對比，確定傳感器是否能夠正常工作。