两柱掩护式支架平衡千斤顶控制方式的分析.pdf

第 3 O卷第 1 期 2 0 0 9 年 1 月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e r y V 0 l _ 3 o No ． 0 1 J a n ．2 00 9 两柱掩 护式支架平衡千 斤顶控制 方式的分析 * 王伟 北京天地玛珂电液控制系统有限公司，北京 1 0 0 0 1 3 摘要 简要分析 了在 电液控制 系统中， 两柱掩护式液压支架初撑时， 平衡千斤顶集中受载从 而引起平衡千斤顶安全阀频繁开启的原 因及危害。介绍 了2种解决该问题的方法， 并对其 实际应 用情况进行 了分析。 关键词 平衡千斤顶 ；控制方式 ；分析 中图分类号 T D 3 5 5 文献标志码A 文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 o 9 0 1 ． 0 1 6 8 ． 0 3 An a l y s i s o n Co n t r o l M e t h o d s o f Ro l e o f Eq u i l i b r i u m J a c k o f T wo Le d Hy d r a u l i c S h i e l d W ANG W e j B e ij i n g T i a n d i Ma r c o E l e c t r o H y d r a u l ic C o n t r o l S y s t e m C o ． ， L t d ． ， B e ij i n g 1 0 0 0 1 3 ， C h i n a A b s t r a c t B ri e fl y a n a l y s e t h e r e a s o n and t h e e n d ang e r m e n t o f t h e r o l e o f e q u i l i b ri u m j a c k c e n t r a l i z e d l o a d e d a n d i n d u c i n g t h e y i e d o f t h e r o l e o f e q u i l i b ri um j a c k u n s e a l e d i n e l e c t ri c and h y d r a u l i c s y s t e m． I n t r o d u c e s t w o me t h o d s t o s o l v e t h i s p r o b l e m an d a n a l y s e s o n t h e p r a c t i c al a p p l i c a t i o n i n s t a n c e o f the me t h od s ． Ke y wo r d s r o l e o f e qu i l i b ri u m i a c k ；c o n t r o l me t h o d s ；a n aly s i s 0引言 近年来两柱掩护式液压支架的使用呈上升趋 势 ， 尤其是在年产量达 3 0 0万 t 以上的技术水平较 高的高产高效工作面， 两柱掩护式液压支架因其具 有对顶板条件适应范围广 、 有较大指 向煤壁 的主动 水平力 、 支护强度大 、 质量较轻、 结构较为简单 、 易于 实现电液控制的 自动化操作等特点 ， 而成为首选支 护设备。两柱掩护式液压支架有上述诸多优越性 ， 但它也有其 固有的缺点 ， 其中之一就是在快速循环 的初撑 尤其是在 自动控制的支架初撑 过程 中， 容易引起平衡千斤顶集中受载的不利工况 。 平衡千斤顶在掩护式液压支架使用过程 中， 起 着调节顶梁和掩护梁角度 ； 调整顶梁与顶板的接触 状态； 调节顶梁合力支撑点的位置 ； 使支架处于合理 的工作状态等作用。到 目前为止 ， 许多矿井在使用 掩护式支架时， 由于对平衡千斤顶的控制方法不合 理 ， 造成平衡千斤顶的损坏， 甚至造成 了更大的损 失。随着我国综合机械化采煤的迅速发展， 电液控 制综采工作面越来越多 ， 综采工作面的 自动化程度 越来越高。在电液控制系统 中， 对平衡千斤顶 的控 制是两柱掩护式支架控制系统 中的重要组成部分。 为此 ， 寻求一种解决该问题的方法是很有必要的。 1 两柱掩护式支架初撑 时出现平衡千斤顶集中受 载的过程分析 两柱掩护式液压支架多采用整体刚性顶梁结构 * 煤炭科学研究总院青年创新基金资助项 目 2 0 0 7 Q N 0 7 形式 ，以增加顶梁前端对新暴露顶板的支护能力。 为了改善液压支架对顶板 的支护性能 ，支架初撑 时， 控制系统 特别是电液控制系统使顶梁一般 呈前端上翘姿态 ，因而支架顶梁 的梁端首先接触到 顶板 ，如图 1 所示 ， 这对有效控制顶板是非常必要 的。顶梁梁端接触顶板后 ， 随着立柱下腔压力的逐 渐升高， 顶梁梁端对顶板 的支护力也在逐渐增大。 当梁端力增大到一定值后 ， 整个顶梁将以梁端为支 点 向顶板方向转动 ， 但由于平衡千斤顶双 向锁锁定 了平衡千斤顶的长度 ， 使顶梁 、 掩护梁 和平衡千斤 顶三者变成了刚性三角形结构 ， 顶梁与掩护梁之间 的铰点不能转动，后部 的连杆机构也随着成 了“ 僵 性” 机构 ， 此时，足够 的顶梁梁端力就将使平衡千 斤顶集中受载， 致使平衡千斤顶 的活塞腔受压压力 迅速增高， 从而使安全阀开启。 图 1 顶梁接顶 瞬间支架支撑状态示意 2 平衡千斤顶控制方式的分析与比较 为避免液压支架在初撑时出现平衡千斤顶的集 中受载工况 ， 首先必须分析清楚产生这种工况的症 结所在。为了解决两柱掩护式支架初撑过程 ， 平衡 千斤顶被双向锁锁死，使得顶梁、 掩护梁和平衡千 斤顶三者变成了刚性三角形结构从而产生平衡千斤 一 1 6 8 第 3 0 卷第 1 期 两柱掩护式支架平衡三 {三 斤顶控剑 的 二 0 1 ． 3 0 N o ． 、0 l l 顶集 中受载的问题 ， 须从改变初撑时平衡千斤顶 的 控制着手 ， 解除初撑时顶梁、 掩护梁和平衡千斤顶 的刚性三角形关系。 2 ． 1补偿 阀的应 用 D B T公司采用在立柱及平衡控制系统 中增加补 偿阀的办法来解除初撑时顶梁 、 掩护梁和平衡千斤 顶的刚性三角形关系。系统原理如图 2所示 。 图 2 带补偿 阀的立柱 和平衡 千斤顶 控制系统 1 ． 平衡千斤顶2 ． 立柱3 ． 补偿 阀 补偿阀的工作原理 该补偿阀是一个液控两位两通阀， 其一端与平 衡千斤顶的活塞腔相连 ，另一端通向回液管 ， 其液 控液流与立柱下腔相连 。当支架初撑升柱时 ，顶梁 梁端还是首先接触顶板 ，但由于此时补偿 阀处于导 通位置 ， 平衡 千斤 顶的活塞腔与系统 的回液相通 ， 双向锁对平衡千斤顶活塞腔 的锁闭功能失效 ， 平衡 千斤顶在长度上不再是刚性 的。立柱继续升柱时 ， 在顶梁梁端力 的作用下 ，平衡千斤顶 因受压而使活 塞腔的液体将经过补偿阀回到液箱， 平衡千斤顶的 活塞 回缩 ， 解 除了顶梁 、 掩 护梁 和平衡千斤顶三者 之间的刚性三角形结构 ，当顶梁以其梁端为支点 向 顶板方向转动时， 掩护梁与顶梁之间的夹角因平衡 千斤顶在长度上的收缩也相应进行变化 ，顶梁的后 部带动连杆机构正常升高， 从而避免了平衡千斤顶 集中受载的工况。此时立柱下腔的压力继续增大 ， 当压力达到补偿 阀的设定关闭压力值 ， 例如 1 0 MP a 时 ， 补偿阀在高压控制液流的作用下立即关 闭，此 时平衡千斤顶两腔完全闭锁。由于此时液压支架的 顶梁已经完全接顶 ， 立柱下腔压力继续升高至设定 初撑力的过程中， 顶梁 、 掩护梁和平衡千斤顶相对位 置基本不变， 因此在此过程 中不会 出现平衡千斤顶 集中受载的工况， 且可以保证支架的初撑力。补偿 阀的动作压力一般需要根据支架的实际结构和几何 尺寸关 系在进行样机型式试验时来确定 ，确定 的原 则是既要保证良好的初撑效果， 还要保证不出现平 衡千斤顶集 中受载的工况 。 2 ． 2 高压 内溢流式 北京 天地玛珂电液控制系统有 限公 司最先提 出，采用高压内溢流式解决两柱掩护式支架初撑 时， 平衡千斤顶集 中受 载的问题 。系统原理如图 3 所 示 。 图 3 高压 内溢流式 系统原理 图 该方案是在普通的平衡千斤顶控制系统 中， 添 加 1 个两位两通 阀的方式 ， 来解除初撑时顶梁 、 掩护 梁和平衡千斤顶的刚性三角形关系。该阀分别与平 衡千斤顶的两腔相连 ， 在正常工作状态下该 阀处在 0位 截止位置 。当两腔压差达到一定值时 例如 1 0 MP a 时 ， 两腔处于 1 工作位 ， 平衡千斤顶两腔导 通， 液体由压力高的腔流往压力低的一腔， 从而避免 了平衡千斤顶集 中受载的工况。 2 ． 3 2种控制方案的比较 上述 2种方案都在不 同程度上解决了两柱掩护 式液压支架初撑 时平衡千斤 顶集 中受载的问题 ， 但 都有 自己的局限性。 1 补偿 阀法 该方法对于解决两柱掩护式支架初撑时顶梁前 端先接顶 即 支架初撑 时平衡千斤顶受压 的情况 比较有效 ， 可以避免支架初撑时平衡千斤顶集中受 载的问题 ， 但仍存在一定的局限性及弊端 ①对于两柱掩护式支架初撑时顶梁后端先接顶 即 支架初撑时平衡千斤顶受拉 的情况， 该方案没 有解决 ； ②降柱 大降柱时 时补偿 阀处于导通位置 ， 平 衡千斤顶活塞腔与 回液相通 ， 这对 于支架支护安全 是非常不利的。为此必须在平衡千斤顶活塞腔与补 偿阀之间添加一截止阀， 当立柱大降时先关闭该截 止 阀。 2 高压 内溢流式 该方法通过高压溢流的方式解除两柱掩护式支 架初撑时顶梁 、 掩护梁和平衡 千斤顶 的刚性 三角形 关系， 从而解决两柱掩护式液压支架初撑时平衡千 斤顶集中受载的问题。其局限性及其不足之处 ①其对于两柱掩护式支架初撑时， 无论是顶梁 前端还是后端先接顶 即 平衡千斤顶受压 、 还是受 拉时都有一定的效果。但在平衡千斤顶前端先接 一 l 6 9 第 3 o卷第 1 期 2 0 0 9 年 1 月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e r y V 0 1 ． 3 O N0 ． O l J a n．2 0 09 M A T L A B与 E x c e l 在模糊控制中的应用 付家才，滕吉荣 黑龙江科技学院 电气与信息工程学院，哈尔滨 1 5 0 0 2 7 摘要 详细介绍 了在 E x c e l 中链接 MA T L A B的过程及 Exc e l I J i n k函数 ， 并用实例介绍如何将 这 2个软件有机地运用在模糊控制 系统 中， 从而很好地解决 了模糊理论 中有关语言变量隶属函数 的问题 。 关键词 M A T L A B ；Exc e l ；模糊控制；隶属函数 中图分类号 T P 3 1 ；T P 2 7 3 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 9 } 0 1 ． 0 1 7 0 ． 0 3 Ap p l i c a t i o n 0 f MATL AB a n d Ex c e l i n Fu z z y Co n t r o l F U J i ac a i 。1 1 G J i r o n g． C o l l e g e o f E l e c t r i c a n d I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n g ， H e i l o n gii ang I n s t i t u t e o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y 。 H a r b i n 1 5 0 0 2 7 ， C h i n a Ab s t r a c t I n t r o d u c e s Ex c e l l i n k f u n c t i o n s a n d t h e p r o c e s s o f l i n k i n g MArI 1 A B u p t o E x c e l i n d e t a i l ．Be s i d e s ， the i mp l e me n t a t i o n o f a r e a l e x a mp l e e x p l a i n s h o w t o a p p l y t wo s o f twa I s t o f u z z y c o n t r o l s y s t e m ，S O t h a t i t p e r ． f e c t l y s o l v e s t h e p r o b l e m o f t h e l a n g u a g e v a r i e s me mb e r s h i p f un c t i o n s ． Ke y wo r d s MATI AB；Ex c e l ；F u z z y c o nt r o l ；me mb e r s hi p f u n c t i o n 0引言 M T L A B 是国际公认的优秀数学应用软件之一。 M A T L A B已经发 展成 为适 合多 学科 的大型 软件 ， M A T L A B具有强大的数据计算和图形显示能力； EX． c e l 则是一种常见的表格处理软件 ， 它也具有强大的 数据统计和显示能力， 对于一些常见 的统计 图形显 示质量很高， 但是对于一些复杂的图形 ， E x c e l 则是 无能为力。E x c e l l i nk 可以将 2个软件的优点结合起 来， 并应用于控制系统的数据分析中。 1 E x c e l 和 M A T L A B的链接 Exc e l l i n k是一 个 软 件插 件 ， 它可 将 E x c e l和 M A T L A B进行集成。通过对 E x c e l 和 M A T L A B的链 接， 用户可以在 E x c e l 的工作空间里， 利用 Exc e l 的 宏编程功能 ， 使用 M A T L A B的数据处理和图形处理 功能进行相关操作 ， 同时 E x c e l l i n k 保证 M A T L A B和 E x c e l 工作空间中数据交换和同步更新。使用 E x c e l l i n k时， 不必脱离 E x c e l 环境 ， 而直接在 E x c e l 的工作 顶其倾角较大时， 仍有可能引起平衡千斤顶集 中受 力的问题； ②升柱完成后 ， 两位两通阀及平衡千斤顶两腔 之间的胶管可能存在高压。 3 分析与展望 综上所述 ， 以上 2种方案在一定程度上都解决 平衡千斤顶集中受载的问题 ， 但都存在一定的局 限 性及不足之处。设计一种更简单 ， 更可靠 、 适应性更 好的平衡千斤顶控制方案 ， 是 目前迫切需要解决 的 问题。 区或者宏操作中调用 M A T L A B函数。 使用 E x c e l l i n k将 E x c e l 和 M A T L A B链接起来， 需要下列几个步骤完成相关的程序设置 1 在系统 中安装 E x c e l 软件。然后安装 MA T L A B和 E x c e l l i nk， 用 MA T L A B安装盘开始安装 ， 选择 自定 义安装 中， 选 中组 件 Exc e l l i n k ， 安装 完 Exc e l l i n k 后还需要在 E x c e l 中进行一些设置后才能使用。 2 启动 Exc e l ， 选择菜单“ 工具” 下的“ 加载宏 ” 项 ， 弹出对话框 ， 选中 E x c e l l i nk 项 。如果该项不存 在， 则通过浏览 目录， 在 目录 M A T L A B＼t o o l b o x＼e x ． 1 i n k下 找到 e x c l l i nk． x l a文件 ， 并 确定。选 中 Exc e l l i n k 项并确定后 ， 在 Exc e l 中多了一 个 Exc e l l i n k工 具条。经过以上设置后就可以开始使用 E x c e l L i n k 了。 在完成上述加载后 ， E x c e l l i n k和 M A T L A B会在 E x c e l 启动时自动启动。如果不希望 自动启动 ， 在工 作表单元格 中输入 “ MLAu t o S t a r t “ n o ” ” 即可。常 参考文献 [ 1 ] 王国法． 掩护式液压支架参数优化设计方法的研究[ j ] ． 煤炭学 报 ，1 9 9 5 增 6 ． [ 2 ] 杨立超． 两柱式液压支架防止底座前端集中受载的措施[ J ] ． 煤炭 科学技术 ， 2 0 0 5 ． 作者简介王伟 1 9 7 8 一 ， 山东潍坊人， 硕士， 现在北京天地玛 珂电液控制系统有限公 司研发部 ， 从事液压 产品设计 、 开发工作 ， 电 子信箱 w a n g w e i2 0 7 8 1 6 3 ． c o m． 。 _。 1 7 0 -- 收稿 日期 2 0 0 8 ． 0 6 - 2 6