液压支架精确推移控制方案研究与应用.pdf

第 4 3卷 第 5 期 2 0 1 7年 5月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a nd M i ne Au t omat i o n Vo 1 ． 4 3 NO ． 5 M a y 2 0 1 7 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 0 5 0 0 0 6 0 4 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 - 2 5 1 X ． 2 0 1 7 ． 0 5 ． 0 0 2 王峰． 液压支架精确推移控制方案研究与应用[ J ] ． 工矿 自动化， 2 0 1 7 ， 4 3 5 6 - 9 ． 液压文架精确推移控制方案研究与应用 王 峰 fi g 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 针 对 液压 支 架液压 系统存 在控 制精 度 差 、 支 架推 移步 距 不一 致 等 问题 ， 提 出 了一 种 液 压 支架 精 确 推 移控 制方 案 。该 方案通 过 引入推 移控 制逻 辑 阀 ， 并优 化 电液控 制 系统 自动推 移 控 制 流程 ， 实现 移 架 、 推 溜 动作精确控制及销轴 间隙 自动消除功能。实验及现场应用结果表明， 该方案提 高了综采工作 面液压支架 自 动 推移 控制 精度 ， 保 证 了支架推移 步距 的 统一 。 关 键词 煤 炭开 采 ；综 采工作 面 ；液压 支架 ； 精 确推 移 ；推移 控 制逻辑 阀 中图分 类 号 T D6 7 ／ 3 5 5 文 献标 志码 A 网络 出版 时 间 2 0 1 7 0 4 2 5 1 7 3 2 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 7 0 4 2 5 ． 1 7 3 2 ． 0 0 2 ． h t ml Re s e a r c h of p r e c i s e p us h i n g c o nt r o l s c he me f o r hy d r a u l i c s u p p o r t a n d i t s a pp l i c a t i o n W ANG Fe ng B e i j i n g Ti a n d i Ma r c o El e c t r o Hy d r a u l i c Co n t r o l S y s t e m C o． ，I t d． ，Be i j i n g 1 0 0 0 1 3 ，Ch i n a Ab s t r a c tFor pr o bl e m s of p o or c on t r ol p r e c i s i o n o f hy d r a u l i c s y s t e m o f h yd r a ul i c s u pp or t a n d i nc on s i s t e n t s t e p di s t a nc e of s up po r t p us hi n g，a pr e c i s e p us hi n g c o nt r o l s c he m e f or h yd r a ul i c s up po r t was put f o r wa r d．Pr e c i s e c ont r ol o f s u pp or t m o v i n g a nd s c r a pe r c o n ve y o r p us hi n g a n d a u t oma t i c e l i m i n a t i o n o f pi n r ol l g a p a r e r e a l i z e d by i n t r od uc i ng pu s hi n g c o nt r o l l og i c a l va l ve a nd o pt i m i z i n g a u t o ma t i c s up p or t p u s h i n g c o n t r o l f l o w o f e l e c t r o h y d r a u l i c c o n t r o l s y s t e m ．Th e e x p e r i me n t a l a n d f i e l d a p p l i c a t i o n r e s u l t s s ho w t ha t t h e s c h e me i mpr o ve s au t o ma t i c pus hi n g c on t r ol ac c u r a c y o f h y dr a ul i c s upp o r t o n f ul l y m e c ha n i z e d c oa l mi ni n g f a c e a nd g ua r a n t e e s c o ns i s t e nt s t e p di s t a nc e o f s u pp or t pu s h i ng ． Ke y wo r ds c o a l mi ni n g； f ul l y m e c ha n i z e d c o a l mi ni n g f a c e； hy dr a u l i c s up po r t ； pr e c i s e p us hi ng； p us hi n g c o nt r o l l o gi c a l va l ve 0 引言 近年来 ， 液压支架电液控制系统的应用呈快速 上升趋势 ， 尤其在各大煤炭生产集团集中开展“ 机 械 化换人 ” 、 “ 智 能化 减 人 ” 技 术 升 级 阶 段 ， 液 压 支 架 电液 控制 系 统 因其 可 大大 提高 煤炭 生产 效率 和 自动 化程 度 、 实 现 工作 面快 速推进 的技术 特点 ， 成 为先进 的煤 矿综 采 工作 面 自动化控 制 技术代 表 。 由于支 架 液 压 系统 本 身 具有 控 制 滞 后 性 ， 支 架 在 自动控制过程中存在控制误差 ， 现有综采工作 面 液 压支 架大 多 以跟 机 自动化 控 制 为 主 ， 辅 以人 工 就 地 干预 调整[ 】 。但 随着 煤矿 开采 逐步 向无 人化 方 向 发 展 ， 工作 面支 架工 人数 势必逐 步减 少 ， 同时 其职 责 将 由就地操作转变为巡视检查 。能否实现液压支架 在 生产 过程 中精 确 控 制 、 保 证 工作 面在 连 续 推 进 过 程 中直线度控制水平 ， 将影响综采工作面由机械化 、 自动 化 开 采 向智 能 化 、 无 人 化 开 采 的 发 展 ] 。因 此 ， 本 文提 出 了一种 液压 支架 精确 推移 控制 方案 ， 为 综采工作面少人化、 无人化开采技术应用奠定基础 。 1 问题 阐述 1 ． 1 支架液 压 系统控 制精度 差 支架 液 压 系 统 的控 制 技术 主要 分 为 阀控 、 泵 控 两大类 ， 其 中阀控液压系统存在节流损失大、 能量效 收稿 日期 2 0 1 7 - 0 2 2 0 ； 修 回日期 2 0 1 7 - 0 4 一 l 3 ； 责任编辑 盛男 。 基金项 目 国家安监总局 2 0 1 6年破解安全生产难题科 技攻关项 目 2 0 1 6 P J N T0 3 。 作者简介 王峰 1 9 8 4 -- ， 男 ， 山西大同人 ， 助理研究员 ， 硕士， 主要 从事煤 矿开采 自动化方 面的研 究工作 ， E ma i l wa n g f e n g t d ma r c o ． t o m。 2 0 l 7年 第 5期 王峰 液 压 支架精 确 推移控 制 方案 研 究与 应 用 7 率低 、 对执 行元件 控 制精 度不 高等 问题 ， 而采 用无 节 流 损失 的泵 控液 压 系 统 虽 然 能有 效 解 决 能 问 题 ， 但 动态 响应 性差 ， 特 别 是 执 行元 件 的鲁 棒 性 一 直 得 不 到提 高 。液 压 系 统 的 不 稳 定 性 影 响 支 架 控 制 精度 ． 制 约 r跟机 自动化功 能常 态化 应用⋯ 。 1 ． 2 支架推 移 步距 不一致 为 保证 T 作 面 推 进 过 程 中 刮 板输 送 机 受 力均 匀 ． 弯曲段 平 滑 过 渡 ， 避 免 发 生 连 接 件 过 载 断 裂 情 况 ， 液 压支 架推移 千 斤顶 与 刮 饭输 送 机 连 接 铰 合 之 问存 在销 轴 问隙 ， 以便 支 架 能 够 实现 横 向摆 动 及 垂 直抬 升 ⋯ 。 T作 而推 移过 程 中液压 支架 与刮 板输 送机 问销 轴 间 隙 状 态 如 图 1所 示 。1号 支 架 处 于 未 移 架 状 态 。 其 推 移千 斤顶 与刮 板输送 机之 间 无销 轴问 隙 ， 推 移千 斤顶 对 l号 中部 槽 的支 撑 力充 足 ； 2号 支架 处 于正 在移 架状 态 ， 其推 移 千 斤顶 与 刮 板输 送 机 之 f Ⅱ J 销 轴 间隙 开始 变大 ， 移 架 作 用 力 作用 在 2号 巾部 槽 上 ； 3号 支架 已完 成移 架 ， 其 推移 T 斤顶 与 刮板 输 送 机 之问 销轴 问 隙处 于最 大 状 态 ， 推 移 干 斤 顶 对 3号 中部槽 无 支撑 力。 未移架 图 1 1 作 面推 移过程 中支架与刮板输 送机问销轴间隙状态 刮 板输送 机 中部槽 受 力如 图 2所示 。在 实 际生 产过 程 中 ， 已完成 移架 动作 的 3号 支架 与 中部槽 之 问 的销轴 问 隙使 得 3 号 中部槽 的支撑 力．／ 为零 ． 导 致 3号 中部槽 的 支撑 力不 足 ； 当 2号 支 架 的移 架 作 用 力 大 于 1号 、 2号 、 3号 中 部 槽 的 支 撑 力 ， ， ／ 、 ． 1 ， 的合 力时 ， 3号 中部槽 会被 移架 作用 力拽 向支 架 侧 而 发 生 位 移 。 经 过 多 个循 环 推 进 后 ， 支 架 会 j lf j 号中部槽 1 号中部槽 支撑 力 3 3 - , I t 部槽 史 J J l 史 捍 刀 f f 3 l f 号支架 移 架作川 力 冈 2 刮板输送机 中部槽受 力 现 较 大 的 推 移 步 距 误 差 累 积 ． 进 而 影 响 丁作 面 直 线 度 ] 。 2支 架精确 推移 控 制方 案 2 ． 1 推 移控 制逻 辑 阀 为 提 高液 压 支 架推 移 控 制 精度 ， 改 善 支架 液 压 系统 中推 移 同路 动态 响应 性 ， 特 别是 执 行 元 件 的 鲁 棒性 ， 设计 了一 种 推 移 控 制 逻 辑 阀 ， 其 i维 结 构 如 同 3所示 。 3惟 移 制 逻 辑 阎 维结 构 推移 控制 逻辑 阀工作原 理 如冈 4所 示 。电液 控 换 向阀未 执行 喷雾 动作 时 ． 逻辑 阀 A， 1 3口之 阀芯 保 持 正常 大孔 连通 工作 状态 ， 支 架移 架 、 推 溜液 压 路 控制 功 能 与 术 配 置逻 辑 阀 时 的液 压 系 统 功 能 相 同 ； 电液 控 换 向 阀 执 行 喷 雾 动作 时 ． 高 压 液 体 m 、 口进入 逻辑 阀 ， 并推 动进 液 阀杆 向 f 运 动 ， 克服 弹簧 的作用 力 ． 使逻辑 阀 A， B口之 M 阀芯 m大 孔 切换 为 小 孔工 作状 态 ． 实 现 支架 移架 、 推溜 液压 问路 节 流供 液控 制 。推 移控 制 辑 阀可根 据现 场 不 应 用 条件 对 内部 节流孔 径 进 行 渊整 ， 以便 平 衡 移 架 速 度 与控 制精 度 。 推 溜 l 摊 移 ] r r 琐 ； 2 芯 没 有 流孔 ； 3 弹 簧 } 进 液阀杆 5电液控换 向 喷雾功能 ； 6 电液控换 阀 摊移功能 ； A I 作 【 J i B I ． 作【 1] ； 逻辑控制 【 j 冈 l 推 移 控 韦 1 J 辑 阀 r作原 删 2 ． 2精 确推 移控 制 流程 配合 支架 液 压 系统 配 置 的推 移 控 制 逻辑 阀 。 电 液 控 制 系统 通 过优 化 自动 推 移 程 序控 制 流 程 ， 实 现 8 工矿 自动化 2 0 1 7年 第 4 3卷 支 架推 移精 确控 制程 序化 运行 。 优 化 后 的 自动 推 移精 确 控 制 流程 如 图 5所 示 。 在 支 架移 架 阶段 ， 当 支 架 推移 行 程 达 到 设 定 的精 确 移架 目标 行 程 阈值 时 ， 开 始 执 行 逻 辑 控 制 动 作 喷 雾 ， 配合移架动作实现精确移架控制， 降低液压 系 统控制滞后性引起 的控制误差 ； 当升柱动作结束后 ， 同时开始执行推溜动作 与逻辑控制动作 ， 实现精确 推溜动作 ， 消除销轴间隙 ， 为后续邻架移架提供充足 支 撑力 ， 保证 支 架推移 步距 一致 。 立柱降柱开始 立柱降柱 结束 移架动作开始 到达精确移架 目标行程阈值 署 妻 釜 ． 移 作 动 作 喷 雾 ’ 移 朱 作 t 执行精确移架动作 到达正常移架 目标行程 阈值 移架动作 结束 立柱升柱 开始 立柱升柱 结束 署 鎏 二 弄 。 动 作 喷 雾 ’ 叶 隹 瑁 } 升 贻 ● 执行精确推溜动作 消除销轴间隙 ● 降柱阶段 推移控制逻辑 阀不参与控制 ，与一般控 制流程相 同 移架阶段 利用精确 移架 目标 行程阈值参数将移架 阶段分为正常移架与精确 移 架 2个阶段，实现对移 架 目标行程的精确控制 升柱阶段 推移控制逻辑 阈不参与控制 ，与一般控 制流程相 同 销轴 间隙消除阶段 利用 精确推渭控制功能 ，配 合 推移千 斤顶行程传感 器消 除销轴 间隙 推溜动作结束 图 5 自动推移精确控 制流程 3实验 测试 选用 同一 推移 千斤 顶对 不 同节流 孔径 的推 移控 制 逻 辑 阀进 行 控 制 精 度 测 试 。通 过 测 量 单 位 时 问 1 s 内伸／ 收千斤顶动作位移 ， 计算位移均值及位 移方差来评估控制精度 ， 具体数据见表 1 。其 中单 位时间内的位移均值可反映控制速度， 位移方差可 度量位移测量值与位移均值之间的偏离程度 ， 方差 越小表明控制精度越高。 从表 1可看出， 安装推移控制逻辑阀后 ， 推移千 斤顶伸／ 收动作控制速度有一定程度降低 ， 且动作控 制 速度 随节 流孔 径 减 小 而递 减 ； 安 装 推 移 控 制 逻 辑 阀的推 移千 斤顶 伸 ／ 收 动 作 控 制精 度 较 未 安 装 时 有 极大提高， 且动作控制精度随节流孔径减小而增大。 考 虑到现场应用过程 中需要兼顾 支架控制效 率 ， 选择 3 ． 5 mm 节流孔径作 为推移控制逻辑 阀最 终 尺寸 。 表 1 不 同节 流孔径 推移控制逻辑阀控制效果 4现场 应用 提 出 的液 压 支架 精 确 推 移 控 制 方 案 配 合 S AC 型电液控制系统在黄陵矿业集团有限责任公司一号 煤 矿 6 2 1 工 作 面 、 兖 州 煤 业 鄂 尔 多斯 能 化 有 限公 司 转 龙湾 煤矿 2 3 3 0 3工 作 面进行 了应 用 。现场 完成 了 推 移控 制逻 辑 阀安 装 等 液 压 系统 改 造 工 作 ， 同时 针 对 电液控制 系 统软 件 控 制 流程 完 成 了软 件 升 级 ， 利 用 电液控制系统喷雾动作实现支架精确推移控制 。 该 方 案 对 支架 原 有 液 压 系统 改造 范 围小 ， 投 入 设 备 成本低 ， 实 现 了工作 面液 压支 架精 确推 移控 制 ， 同时优化 的 电液控 制 系统 自动移 架精 确控 制流 程实 现 了销轴 间 隙 自动 消除 ， 保 证 了工 作 面 支架 推 移 步 距一 致 ， 从而 减少 了支 架 跟机 自动 化 模 式 下 因控 制 不 到位 而进行 人 工 干预 的工 作 量 ， 在 一 定 程度 上 保 证 了工作 面直 线度 控制 水平 。 5 结语 液压 支架 精 确推移 控 制方案 通过 引入 推移 控制 逻辑 阀， 提高了支架液压系统推移 回路动态响应特 性 ， 并通 过优 化 电液控 制 系统 自动 推移控 制流 程 ， 实 现 了移 架 、 推溜 动作 精确 控制 ， 以及 销轴 间 隙 自动 消 除功能 。该方案提高 了支架 推移控制精度 ， 同时保 证 了跟 机 自动化 模 式 下 支架 推移 步 距 一 致 ， 为 工 作 面直线度控制和工作面在少人化条件下连续、 快速 开 采提 供 了重要 的技 术支 撑 。 参考文献 [ 1] 李 首滨． 国产液压支架 电液控 制系统技术现状 E J ] ． 煤 炭科 学技术 ， 2 0 1 0 ， 3 8 1 5 3 5 6 ． [ 2] 黄曾华． 综 采工 作面综合 自动化控制技术综述 [ J ] ． 煤 炭科学技术 ， 2 0 1 3 ， 4 1 增 刊 2 2 8 2 2 8 4 ． 第 4 3卷 第 5期 2 0 1 7年 5月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a nd M i ne Au t oma t i o n Vo 1 ． 4 3 NO ． 5 M a y 2 O 1 7 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 0 5 0 0 0 9 0 4 DO I 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 7 ． 0 5 ． 0 0 3 任明月， 李栋 ， 孟 国营． 煤炭清洁加工设备预知维护系统设计[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 5 9 - 1 2 ． 煤炭清洁加工设备预知维护系统设计 任 明 月 ， 李 栋 ， 孟 国营 中 国矿 业 大学 北京 机 电与信 息工 程学 院 ， 北 京1 0 0 0 8 3 摘要 分析 了几种主要 的煤炭清洁加工设备常见故障及其产生原 因， 针对 当前煤炭清洁加工设备的维护 模式无法准确有效地识别设备早期故障和潜在故障威胁 的问题 ， 设计 了煤炭 清洁加工设备预知 维护 系统。 该 系统 主要 由 日常 维护基 本信 息 管理功 能模 块 、 设 备 工 况 实 时监 测功 能模 块 、 故 障模 拟 功 能模 块 、 预 知 维护 决策 功 能模 块 组成 ， 4个模 块相 辅相 成 ， 协调 作 用 ， 可以对 当前 设备 运行 情 况进 行 评价 ， 并对 故 障 的发展 趋 势 进 行 预测 ， 从 而 实现 了设 备 的预 知维 护及健 康诊 断。 关键词 煤 炭 清洁加 工 ； 绿 色清洁 ；预 知维 护 ；健康 诊 断 ；故 障模拟 中 图分 类 号 TD 9 4 8 文 献标 志码 A 网络 出版时 间 2 0 1 7 0 4 2 5 1 7 3 6 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 7 0 4 2 5 ． 1 7 3 6 ． 0 0 3 ． h t ml De s i g n o f p r e d i c t i v e ma i nt e na nc e s y s t e m o f c o a l c l e a ni n g a nd p r o c e s s i n g e q u i p me nt s REN M i ng yu e，LI Don g， M ENG Guo y i ng S c h o o l o f Me c h a n i c a l El e c t r o n i c a n d I n f o r ma t i o n En g i n e e r i n g ，Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d Te c h n o l o g y Be i j i n g ，Be i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，Ch i n a Ab s t r a c t Co mm o n f a u l t s a nd i t s c a us e s o f s e v e r a l ma i n c o a l c l e a n i ng a nd p r o c e s s i n g e qu i p m e n t s w e r e a na l y z e d．I n v i e w o f p r ob l e m t h a t ma i n t e n a nc e mo de o f c ur r e n t c o a l c l e a ni n g a nd p r oc e s s i n g e q ui p m e nt c a nn o t a c c u r a t e l y a nd e f f e c t i v e l y i d e n t i f y e a r l y f a ul t a nd po t e nt i a l t hr e a t ，a pr e di c t i v e m a i n t e n a nc e s ys t e m o f c o a l c l e a ni ng a n d p r oc e s s i n g e qu i pme n t s wa s de s i gne d． The s y s t e m i s ma i nl y c ompo s e d o f f u nc t i o n mo du l e o f ba s i c i nf o r ma t i o n ma n a ge m e nt ，f u nc t i on m o du l e o f r e a l t i me mo ni t o r i n g o f e q u i pme nt c o nd i t i o n， 收稿 日期 2 0 1 6 1 1 0 7 ； 修 回 日期 2 0 1 7 0 1 2 3 ； 责任编辑 张强 。 基 金项目 国家 自然科学基金项 目 U1 3 6 1 1 2 7 。 作者 简介 任 明月 1 9 9 2 一 ， 女 ， 山东济宁人 ， 硕士研究生 ， 研究方 向为测试计量技术及仪器 ， E ma i l t b p 1 3 0 4 0 2 0 1 3 s t u d e n t ． c u mt b ． e d u ． c n 。 [3] [4] [ 5] [6] [7] [8] 张步 勤． 薄 煤 层 综 采 自动 化 关 键 技 术及 应 用 研 究 I- D ] ． 北京 中国矿业大学 北京 ， 2 0 1 5 ． 王金 华 ， 黄乐 亭 ， 李首滨 ， 等． 综采 工作 面智 能化 技术 与装 备 的 发 展 [ J ] ． 煤 炭 学 报 ， 2 0 1 4 ， 3 9 8 1 4 1 8 1 4 23 ． 王国法 ， 朱军 ， 张 良， 等． 液 压支架 电液 控制 系统 的分 析 和展 望f J ] ． 煤矿开采 ， 2 0 0 0 ， 3 9 2 5 - 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