第六章液壓支架及其智能化技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造目錄CONTENTS6.1概述6.2基本結(jié)構(gòu)與原理6.3液壓支架電液控系統(tǒng)6.4液壓支架自動跟機(jī)移架技術(shù)6.5綜采工作面自動調(diào)直技術(shù)6.6液壓支架智能感知及控制策略6.3液壓支架電液控系統(tǒng)概述戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造8液壓支架電液控系統(tǒng)是將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、電子技術(shù)和液壓技術(shù)結(jié)合為一體的新技術(shù)。由計(jì)算機(jī)、傳感器和液壓回路控制部件等組成，能夠根據(jù)生產(chǎn)需要而控制液壓支架自動動作。其核心是通過計(jì)算機(jī)程序控制電子信號來驅(qū)動電液閥動作將手動操作變計(jì)算機(jī)控制的電子信號操作。支架電液控系統(tǒng)可以大大提高支架的動作速度、自動化程度和安全保障功能，同時(shí)減輕操作人員的勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。其自主動作、實(shí)時(shí)監(jiān)測等功能，避免了因操作人員的誤動作而帶來的不必要的人員和財(cái)產(chǎn)損失。6.3液壓支架電液控系統(tǒng)液壓支架電液控系統(tǒng)組成戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造9工作面液壓支架電液控系統(tǒng)由井下主控計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器、隔離耦合器、隔爆兼本安型電源、支架控制器、電液控制閥組、壓力、位移等各類傳感器、各種線纜等元件組成，各部分通過電纜及其它電控輔助配套部件連接。井下主控計(jì)算機(jī)是液壓支架電液控系統(tǒng)的控制樞紐，主要實(shí)現(xiàn)對工作面液壓支架工況信息的集中監(jiān)測、顯示和分析，對支架的啟停、動作進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，對支架跟機(jī)自動化的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置等。井下主控計(jì)算機(jī)還負(fù)責(zé)將設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)上傳至井上。

圖6-9工作面液壓支架電液控系統(tǒng)組成

圖6-10單臺液壓支架電液控系統(tǒng)組成6.3液壓支架電液控系統(tǒng)液壓支架電液控系統(tǒng)組成戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造10支架控制器是電液控制系統(tǒng)的核心部件，每一臺支架配置一臺支架控制器。支架控制器向下連接電磁閥驅(qū)動器、紅外接收器、壓力、位移、姿態(tài)等傳感器。支架控制器與電磁閥驅(qū)動器之間通過一根4芯電纜連接，其中2芯為電源線、2芯為數(shù)據(jù)線。驅(qū)動器再通過數(shù)根電纜分別與相應(yīng)的電磁閥連接。驅(qū)動器接受控制器的控制命令，實(shí)現(xiàn)對每個(gè)電磁線圈通/斷的控制，使相對應(yīng)的液控主閥通/斷，實(shí)現(xiàn)支架的各個(gè)動作。壓力傳感器安裝在支架立柱和千斤頂上，用來檢測立柱和千斤頂?shù)墓ぷ鲏毫ΑＮ灰苽鞲衅魍ǔ?nèi)置于推移千斤頂中，用以測量工作面的累計(jì)推進(jìn)量和推進(jìn)速度。紅外、壓力、位移、姿態(tài)等傳感器連接至控制器，是電液控系統(tǒng)中用于反饋支架工作狀態(tài)的元部件。紅外接收器一般安裝在支架的立柱上，主要功能是監(jiān)測采煤機(jī)的位置和方向，用以實(shí)現(xiàn)液壓支架跟隨采煤機(jī)的自動控制。姿態(tài)傳感器，即傾角傳感器，安裝在支架的頂部或側(cè)面，用以計(jì)算當(dāng)前液壓支架的姿態(tài)。

圖6-9工作面液壓支架電液控系統(tǒng)組成6.3液壓支架電液控系統(tǒng)液壓支架電液控系統(tǒng)組成戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造11支架控制器之間由架間電纜進(jìn)行串行連接，通訊方式采用CAN總線或以太網(wǎng)。通常每4個(gè)支架控制器為一組，組與組之間由隔離耦合器進(jìn)行隔斷。隔離耦合器隔斷組與組之間的電氣連接，只允許通過數(shù)據(jù)信號，從而確保煤礦井下的安全生產(chǎn)。隔爆兼本安型電源為支架電液控系統(tǒng)提供電源。每個(gè)支架控制器組配備1臺隔爆兼本安型電源，該電源由AC127V供電，輸出兩路獨(dú)立的DC12V，經(jīng)隔離耦合器后向兩側(cè)的支架控制器組供電。服務(wù)器安裝在靠近刮板輸送機(jī)機(jī)頭（或機(jī)尾）處，外觀和支架控制器相同，其功能是處理工作面所有支架控制器的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器傳輸給井下主控計(jì)算機(jī)。電液控系統(tǒng)主要元部件介紹戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造126.3液壓支架電液控系統(tǒng)

圖6-11ZDYZ-Z型支架控制器防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)：本安型;防護(hù)等級：IP68;額定工作電壓:DC12V;額定工作電流:≤130mA;20路開關(guān)量輸出，驅(qū)動電流為100~120mA;5路模擬量輸人，其中電流型為12~110mA，電壓型為0.5~4.5V;通信接口為雙冗余型CAN總線支架控制器：以ZDYZ-Z型支架控制器為例，其外觀如圖所示，采用不銹鋼外殼結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部采用橡膠密封、環(huán)氧樹脂全灌封等措施，使支架控制器防護(hù)等級達(dá)到IP68，提高了支架控制器的抗潮能力?？刂破饔凶銐虻母鞣N類型的輸入口、輸出口，通信口總共12個(gè)，它們的電纜插座都分布在控制器后面，插頭座的型式都是統(tǒng)一的4芯結(jié)構(gòu)，1號芯為電源12V、4號芯為0V或接地、2號芯和3號芯的用途隨功能而異?？刂破鞯娜藱C(jī)界面設(shè)有22個(gè)操作鍵、一個(gè)閉鎖按鈕、一個(gè)急停按鈕、2×10中文漢字波晶顯示屏、LED信號顯示燈以及蜂鳴器，這些硬件設(shè)施保證了操作者方便地進(jìn)行各種提作控制和參數(shù)設(shè)置，并及時(shí)獲得系統(tǒng)的提示和狀態(tài)信息。電液控系統(tǒng)主要元部件介紹戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造136.3液壓支架電液控系統(tǒng)隔爆兼本安型直流穩(wěn)壓電源是一種允許在瓦斯、煤塵爆炸危險(xiǎn)環(huán)境中使用，作為支架電控系統(tǒng)專用的電源變換裝置。從工作面接入127V交流電源，變換成額定的12V直流電源，向系統(tǒng)各類設(shè)備供電。

圖6-12KDW127/12型隔爆兼本安型電源電源箱內(nèi)裝有兩個(gè)獨(dú)立的AC/DC膠封模塊構(gòu)成獨(dú)立的雙路電源，每路額定負(fù)載電流為2A可向多至6個(gè)相鄰的支架控制器供電，每路電源都具有輸入過壓保護(hù)、雙重截止式快速過流和過壓保護(hù)、可帶載啟動和自動恢復(fù)。電液控系統(tǒng)主要元部件介紹戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造146.3液壓支架電液控系統(tǒng)隔離耦合器是用來實(shí)現(xiàn)支架控制器的電源組隔離和信號耦合。一個(gè)電源箱只能帶4~6個(gè)支架控制單元，在工作面內(nèi)需要有多個(gè)電源箱，分別給所在區(qū)域的支架控制單元供電。為防止控制信號干擾，使用隔離耦合器對電信號進(jìn)行隔離，還可以實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展。

圖6-13SAC-I型隔離耦合器如圖所示為SAC-I型隔離耦合器，該耦合器有4個(gè)插口，分別為A1、A2、A3和A4，兩側(cè)(每側(cè)2個(gè)口)分別連接被隔離的兩組控制器，靠外的插口接控制器，靠內(nèi)的插口接12V電源。隔離耦合器器工作電壓為DC12V，工作電流A1側(cè)不大于35mA，A4側(cè)不大于25mA。電液控系統(tǒng)主要元部件介紹戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造156.3液壓支架電液控系統(tǒng)壓力傳感器：目前礦用壓力傳感器主要采用高溫?zé)Y(jié)工藝的硅應(yīng)變技術(shù)，這種燒結(jié)工藝能有效避免用膠粘貼應(yīng)變片帶來的蠕變問題，并且其靈敏度是普通金屬應(yīng)變式和濺射薄膜式的5~10倍，因此在同樣壓力量程下，能將膜片直徑做小而厚度加大，從而提高壓力傳感器的可靠性和抗過載能力。如圖所示為礦用壓力傳感器及其半剖圖，傳感器壓力腔體是采用整塊17-4PH沉淀硬化不銹鋼棒料，CNC加工出引壓孔，并在引壓孔底部保留直徑5毫米、厚度2~3毫米的感壓膜片，這種一體化結(jié)構(gòu)使壓力腔體內(nèi)部不存在焊縫和“O”型圈，消除了泄露隱患，使傳感器具有良好的密封性。礦用壓力傳感器的主要技術(shù)參數(shù)有：測量范圍為0~60MPa或0~100MPa，測量精度可達(dá)±1%，具備1.5倍過載能力。

圖6-14礦用壓力傳感器電液控系統(tǒng)主要元部件介紹戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設(shè)團(tuán)隊(duì)-重型高端裝備制造166.3液壓支架電液控系統(tǒng)位移傳感器：目前主要采用干簧管原理，傳感器外形為細(xì)長管結(jié)構(gòu)，外部套有磁環(huán)，管體一端固定在液壓缸端部，另一端則插入活塞桿中心的長孔中。磁環(huán)安裝在活塞桿端部，隨活塞桿移動。

圖6-15干簧管式位移傳感器

圖6-16傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理：如圖所示，管體內(nèi)沿軸向均