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傾角傳感器在液壓支架護(hù)幫板防片幫技術(shù)中的應(yīng)用1概述 液壓支架作為綜釆工作面支護(hù)設(shè)備,其價(jià)值約占整個(gè)綜釆設(shè)備價(jià)值總額的60% -70%， 是煤炭企業(yè)建設(shè)高產(chǎn)、 高效、 安全采煤礦井不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備， 也是與采煤企業(yè)、 能源產(chǎn)業(yè)等高度關(guān)聯(lián)的機(jī)械產(chǎn)品。 電液控制系統(tǒng)為液壓支架的控制部件。 液壓支架按控制原理可分為液壓直接控制支架、 液壓先導(dǎo)控制支架和電液控制支架。 與前兩種控制方式相比， 電液控制支架具有顯著的先進(jìn)性。 但支架電液控技術(shù)的進(jìn)一步普及也帶來了新的問題。 在自動(dòng)化回釆過程中， 液壓支架護(hù)幫板通過電液控技術(shù),會(huì)在采煤機(jī)滾筒到達(dá)之前提前收起， 且一次收到位。 人工操作時(shí)， 會(huì)根據(jù)煤壁的片幫情況控制護(hù)幫板收起的角度。 當(dāng)工作面煤壁有片幫時(shí)， 護(hù)幫板可以在收到與頂梁成90。 時(shí)停止,既不影響采煤機(jī)過機(jī)還可以確保片落的煤塊落在前部溜槽內(nèi)， 而電液控支架技術(shù)還沒有實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能。 但是人工操作會(huì)出現(xiàn)誤操作或操作不當(dāng)， 從而造成人員傷害。 2 液壓支架護(hù)幫板的用途及功能 液壓支架護(hù)幫板是預(yù)防煤壁片幫的重要配件。 其原理是與護(hù)幫千斤頂相較接,并較接前梁部件,以其為軸心做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),從而達(dá)到護(hù)幫千斤頂支承煤壁壓力的效果。 液壓支架護(hù)幫板本質(zhì)上是一種簡單焊接板件。 在煤壁需要護(hù)幫時(shí),可以在護(hù)幫千斤頂?shù)淖饔孟?使液壓支架護(hù)幫板的下部緊貼煤壁（ 見圖1）。 在應(yīng)用液壓支架護(hù)幫板時(shí)要注意,要在釆煤機(jī)到來前及時(shí)回收護(hù)幫裝置（ 見圖2）,避免對(duì)采煤機(jī)的順利通過造成影響。如果存在頂板冒落、 梁端距過大問題,可以翻轉(zhuǎn)護(hù)幫板， 起到臨時(shí)支護(hù)煤壁上方頂板的效果。 但護(hù)幫板在使用過程中， 如果使用不當(dāng)可能會(huì)造成傷人或損壞設(shè)備等事故。
圖1 護(hù)幫板打開護(hù)幫狀態(tài) 圖2 護(hù)幫板收回過采煤機(jī)狀態(tài) 3煤壁片幫原因及危害 3.1煤壁片幫的原因 ②煤質(zhì)穩(wěn)定性差、 比較松軟。 ③工作面的端面距與釆高相對(duì)較大。 ④支架的支護(hù)強(qiáng)度無法支撐煤壁的頂板壓力。 ⑤煤層節(jié)理和工作面仰斜推進(jìn)方向接近垂直。 ⑥煤壁的長期暴露。 ⑦煤體曾被地質(zhì)作用破壞過,煤體位于頂層殘留煤柱之下。 ⑧工作面頂板的來壓作用。 3.2煤壁片幫的危害 最后， 在割煤過程中,煤壁片幫落在架前的煤影響支架的正常拉移， 需人工清理之后再移架。 同時(shí)， 片落在架間的煤清理得不徹底,造成煤炭資源浪費(fèi),降低回采率。 4傾角傳感器的工作原理 “ 固體擺” 式傾角傳感器運(yùn)用牛頓第二定律作為工作原理。 根據(jù)定律,當(dāng)其處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)， 只受重力加速度的影響。 此時(shí)， 加速度傳感器靈敏軸與重力垂直軸的夾角即為傾斜角， 即所求的角度。 力平衡式伺服系統(tǒng)被應(yīng)用于“ 固體擺” 當(dāng)中， 具體見圖3。 該系統(tǒng)由三部分組成， 分別為支架、 擺線與擺錘。 重力G與擺拉力T對(duì)擺錘產(chǎn)生影響,擺錘的合外力F = G sinO = mg sinO。 0指擺線與垂直方向產(chǎn)生的夾角。 在測(cè)量小角度范圍時(shí)， 可以將F與0視為線性關(guān)系， 這也是應(yīng)變式傾角傳感器的應(yīng)用原理。
圖3 "固體擺” 式傾角傳感器原理示意圖 “ 液體擺” 的結(jié)構(gòu)原理見圖4。 玻璃殼內(nèi)裝導(dǎo)電液， 導(dǎo)電液通過3根鉗電極與外部連接。 3根電極之間間距相等且相互平行。 當(dāng)殼體處于水平狀態(tài)時(shí)， 電極在導(dǎo)電液的深度保持一致， 如圖4中左側(cè)所示。此時(shí),將幅值相等的交流電壓加在2根電極間就會(huì)形成離子電流。 2根電極間的液體即可視為電阻,分別為Ri和Rm。 當(dāng)液體處于水平狀態(tài)時(shí)， 上述兩個(gè)電阻相等。 但當(dāng)玻璃殼體發(fā)生傾斜后,液體不再處于水平狀態(tài)， 此時(shí)電極間的導(dǎo)電液量會(huì)出現(xiàn)差異,電極沒入導(dǎo)電液的深度也出現(xiàn)了變化， 如圖4中右側(cè)所示， 中間電極的深度基本不變,左側(cè)電極的沒入深度與導(dǎo)電液量明顯減少， 右側(cè)電極的沒入深度與導(dǎo)電液量明顯增多。此時(shí)， 電阻RI顯著增犬， 電阻皿顯著減少；同理可得傾斜方向相反時(shí),RI <Rm。
圖4 "液體擺” 式傾角傳感器原理示意圖 液體位置變化引發(fā)應(yīng)變片變化是“ 液體擺” 的一種應(yīng)用形式,此時(shí)輸出電信號(hào)會(huì)產(chǎn)生一定變化,達(dá)到感知傾角變化的效果。 為電解質(zhì)溶液中留下氣泡也是“ 液體擺” 的一種應(yīng)用形式， 當(dāng)裝置發(fā)生傾斜時(shí)， 氣泡的位置會(huì)發(fā)生變化， 進(jìn)而導(dǎo)致電容同步變化， 達(dá)到感知傾角變化的效果。 5電液控制技術(shù)在液壓支架中的應(yīng)用及原理 液壓支架控制器作為煤礦井下液壓支架控制專用的微電腦型控制器， 是支架電液控制系統(tǒng)的核心叫液壓支架控制器是綜合控制井下工作面數(shù)百臺(tái)液壓支架的關(guān)鍵,其能夠在現(xiàn)場(chǎng)通過總線將數(shù)百臺(tái)液壓支架有機(jī)結(jié)合,利用傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的控制邏輯運(yùn)算⑸ 。 再利用電磁線圈控制電路， 驅(qū)動(dòng)電磁閥的開關(guān)動(dòng)作。 液壓支架控制器能實(shí)現(xiàn)液壓執(zhí)行元件的行程， 如液壓千斤頂、 液壓缸等元件， 還能對(duì)液壓支架進(jìn)行控制， 按照提前設(shè)定好的姿態(tài)控制液壓支架。 液壓支架控制器能為采煤機(jī)械創(chuàng)造進(jìn)給、 跟隨的工作空間,對(duì)釆煤機(jī)械的正常運(yùn)作有著重要意義。 液壓支架電液控制裝置不需配置服務(wù)器或控制中心便可獨(dú)立運(yùn)行,液壓支架控制器與液壓支架控制器之間的通信主要通過現(xiàn)場(chǎng)總線來實(shí)現(xiàn)。 在現(xiàn)場(chǎng)總線的輔助下， 能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)交換、 相互控制等功能回。 液壓支架電液控制裝置控制器本質(zhì)上是一個(gè)微型控制計(jì)算機(jī)， 其被專門用于液壓支架電液控制工作。控制器由軟件與硬件兩部分構(gòu)成,硬件由存儲(chǔ)器、 微處理器、 通信接口、 輸入出接口構(gòu)成;軟件由系統(tǒng)程序、 應(yīng)用程序構(gòu)成。 液壓支架電液控制裝置支持程序的存儲(chǔ)與運(yùn)行， 其負(fù)責(zé)指揮支架的所有動(dòng)作。 除此之外， 液壓支架電液控制裝置控制器還具備液晶顯示屏、 LED蜂鳴器、 按鍵等部件， 其共同構(gòu)成了人機(jī)交互界面。 工作人員可以利用按鍵進(jìn)行操作， 實(shí)現(xiàn)指令的控制、 顯示與發(fā)出。 其還具備通信接口， 能夠?qū)崿F(xiàn)液壓支架的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制。 控制程序參數(shù)的調(diào)整可以通過按鍵輕松實(shí)現(xiàn)， 完成設(shè)置、 輸入與修改等操作。 其還支持在線安裝新的應(yīng)用程序,能夠?qū)崿F(xiàn)程序的快捷修改與調(diào)整。液壓支架電液控制裝置由分布式控制系統(tǒng)構(gòu)成， 在智能型控制器的輔助下,其能夠?qū)崿F(xiàn)單架手動(dòng)與自動(dòng)工作， 成組與聯(lián)機(jī)自動(dòng)工作。 液壓支架電液控制裝置是實(shí)現(xiàn)井下實(shí)施控制， 連接各個(gè)支架控制器通信的重要保障。 其在現(xiàn)場(chǎng)總線的輔助下， 能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)交換、 相互控制等功能,能夠輕松與井下采煤設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng),如膠帶機(jī)、 刮板機(jī)、 采煤機(jī)等設(shè)備。 在液壓支架電液控制裝置的輔助下， 可以構(gòu)建井上遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、 巷道控制中心。 該系統(tǒng)不需要服務(wù)器， 也不需要地面監(jiān)控中心、 順槽控制中心， 支持獨(dú)立運(yùn)行。 能夠在支架控制器、 巷道控制中心的輔助下與釆煤機(jī)、 刮板輸送機(jī)相聯(lián)動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)工作面的綜合自釆。 該系統(tǒng)還支持與地面監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,從而實(shí)現(xiàn)工作面、 礦井采煤過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 井上遠(yuǎn)程監(jiān)控中心可以通過該系統(tǒng)獲取井下支架的具體數(shù)據(jù)， 從而了解支架動(dòng)作流程、 采煤機(jī)位置、 壓力、 行程等參數(shù)。 6傾角傳感器在液壓支架護(hù)幫板防片幫技術(shù)中的應(yīng)用 在液壓支架護(hù)幫板內(nèi)側(cè)安裝傾角傳感器。 在液壓支架電液控控制器內(nèi)PLC編程時(shí)， 設(shè)定液壓支架護(hù)幫板收回時(shí)按角度控制。 當(dāng)采煤機(jī)行進(jìn)過程中， 紅外傳感器感應(yīng)到釆煤機(jī)位置之后,將釆煤機(jī)接近指令傳送到液壓支架電液控制器,控制器接收信號(hào)之后,對(duì)液壓支架電磁閥驅(qū)動(dòng)器發(fā)出指令， 然后作用于液壓支架伸縮梁、 護(hù)幫板千斤頂?shù)碾姶砰y， 帶動(dòng)護(hù)幫千斤頂主閥動(dòng)作， 此時(shí)液壓支架伸縮梁、 護(hù)幫板千斤頂同時(shí)收縮， 當(dāng)護(hù)幫板與頂梁形成90。 夾角時(shí)即停止(見圖5)。 伸縮梁千斤頂繼續(xù)收縮直至接近傳感器接發(fā)出伸縮梁已經(jīng)全部收完指令。 此時(shí)， 如果煤壁發(fā)生片幫片落的煤塊會(huì)片落在護(hù)幫板上,從而回落到前部輸送機(jī)內(nèi),可以有效避免煤塊片落到支架前方。 釆煤機(jī)通過之后， 液壓支架護(hù)幫板再通過控制器程序自動(dòng)全部收回， 方便釆煤機(jī)后滾筒后方液壓支架跟機(jī)移架⑺。
圖5液壓支架護(hù)幫板收回至90° 狀態(tài) 通過傾角傳感器在液壓支架護(hù)幫板上的應(yīng)用， 可以有效避免護(hù)幫板使用不當(dāng)造成的傷人、 損壞設(shè)備或被采煤機(jī)滾筒割壞情況。 通過傾角傳感器在液壓支架護(hù)幫板上的應(yīng)用,改善了煤礦工人的工作環(huán)境， 降低了工作強(qiáng)度。 以前在煤壁片幫的煤落在液壓支架和前部輸送機(jī)之間， 只能通過人工清理回收。 通過液壓支架護(hù)幫板傾角傳感器的應(yīng)用， 減少采煤對(duì)人的依靠， 減少煤礦工人停留在惡劣環(huán)境下的時(shí)間,大大改善了煤礦工人的勞動(dòng)環(huán)境和 通過傾角傳感器在液壓支架護(hù)幫板上的應(yīng)用， 可以有效防止煤壁片幫時(shí)煤塊片落到液壓支架前方,提高煤炭資源回釆率， 同時(shí)可以解決特殊地質(zhì)條件和困難生產(chǎn)條件下的生產(chǎn)工藝問題， 有利于保障人身安全,為實(shí)現(xiàn)井下無人工作提供了可能。 參考文獻(xiàn)： |
