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倾角传感器在液压支架护帮板防片帮技术中的应用1概述 液压支架作为综釆工作面支护设备,其价值约占整个综釆设备价值总额的60% -70%， 是煤炭企业建设高产、 高效、 安全采煤矿井不可或缺的关键设备， 也是与采煤企业、 能源产业等高度关联的机械产品。 电液控制系统为液压支架的控制部件。 液压支架按控制原理可分为液压直接控制支架、 液压先导控制支架和电液控制支架。 与前两种控制方式相比， 电液控制支架具有显著的先进性。 但支架电液控技术的进一步普及也带来了新的问题。 在自动化回釆过程中， 液压支架护帮板通过电液控技术,会在采煤机滚筒到达之前提前收起， 且一次收到位。 人工操作时， 会根据煤壁的片帮情况控制护帮板收起的角度。 当工作面煤壁有片帮时， 护帮板可以在收到与顶梁成90。 时停止,既不影响采煤机过机还可以确保片落的煤块落在前部溜槽内， 而电液控支架技术还没有实现此项功能。 但是人工操作会出现误操作或操作不当， 从而造成人员伤害。 2 液压支架护帮板的用途及功能 液压支架护帮板是预防煤壁片帮的重要配件。 其原理是与护帮千斤顶相較接,并较接前梁部件,以其为轴心做旋转运动,从而达到护帮千斤顶支承煤壁压力的效果。 液压支架护帮板本质上是一种简单焊接板件。 在煤壁需要护帮时,可以在护帮千斤顶的作用下,使液压支架护帮板的下部紧贴煤壁（ 见图1）。 在应用液压支架护帮板时要注意,要在釆煤机到来前及时回收护帮装置（ 见图2）,避免对采煤机的顺利通过造成影响。如果存在顶板冒落、 梁端距过大问题,可以翻转护帮板， 起到临时支护煤壁上方顶板的效果。 但护帮板在使用过程中， 如果使用不当可能会造成伤人或损坏设备等事故。
图1 护帮板打开护帮状态 图2 护帮板收回过采煤机状态 3煤壁片帮原因及危害 3.1煤壁片帮的原因 ②煤质稳定性差、 比较松软。 ③工作面的端面距与釆高相对较大。 ④支架的支护强度无法支撑煤壁的顶板压力。 ⑤煤层节理和工作面仰斜推进方向接近垂直。 ⑥煤壁的长期暴露。 ⑦煤体曾被地质作用破坏过,煤体位于顶层残留煤柱之下。 ⑧工作面顶板的来压作用。 3.2煤壁片帮的危害 最后， 在割煤过程中,煤壁片帮落在架前的煤影响支架的正常拉移， 需人工清理之后再移架。 同时， 片落在架间的煤清理得不彻底,造成煤炭资源浪费,降低回采率。 4倾角传感器的工作原理 “ 固体摆” 式倾角传感器运用牛顿第二定律作为工作原理。 根据定律,当其处于静止状态时， 只受重力加速度的影响。 此时， 加速度传感器灵敏轴与重力垂直轴的夹角即为倾斜角， 即所求的角度。 力平衡式伺服系统被应用于“ 固体摆” 当中， 具体见图3。 该系统由三部分组成， 分别为支架、 摆线与摆锤。 重力G与摆拉力T对摆锤产生影响,摆锤的合外力F = G sinO = mg sinO。 0指摆线与垂直方向产生的夹角。 在测量小角度范围时， 可以将F与0视为线性关系， 这也是应变式倾角传感器的应用原理。
图3 "固体摆” 式倾角传感器原理示意图 “ 液体摆” 的结构原理见图4。 玻璃壳内装导电液， 导电液通过3根钳电极与外部连接。 3根电极之间间距相等且相互平行。 当壳体处于水平状态时， 电极在导电液的深度保持一致， 如图4中左侧所示。此时,将幅值相等的交流电压加在2根电极间就会形成离子电流。 2根电极间的液体即可视为电阻,分别为Ri和Rm。 当液体处于水平状态时， 上述两个电阻相等。 但当玻璃壳体发生倾斜后,液体不再处于水平状态， 此时电极间的导电液量会出现差异,电极没入导电液的深度也出现了变化， 如图4中右侧所示， 中间电极的深度基本不变,左侧电极的没入深度与导电液量明显减少， 右侧电极的没入深度与导电液量明显增多。此时， 电阻RI显著增犬， 电阻皿显著减少；同理可得倾斜方向相反时,RI <Rm。
图4 "液体摆” 式倾角传感器原理示意图 液体位置变化引发应变片变化是“ 液体摆” 的一种应用形式,此时输出电信号会产生一定变化,达到感知倾角变化的效果。 为电解质溶液中留下气泡也是“ 液体摆” 的一种应用形式， 当装置发生倾斜时， 气泡的位置会发生变化， 进而导致电容同步变化， 达到感知倾角变化的效果。 5电液控制技术在液压支架中的应用及原理 液压支架控制器作为煤矿井下液压支架控制专用的微电脑型控制器， 是支架电液控制系统的核心叫液压支架控制器是综合控制井下工作面数百台液压支架的关键,其能够在现场通过总线将数百台液压支架有机结合,利用传感器采集到的数据进行相应的控制逻辑运算⑸ 。 再利用电磁线圈控制电路， 驱动电磁阀的开关动作。 液压支架控制器能实现液压执行元件的行程， 如液压千斤顶、 液压缸等元件， 还能对液压支架进行控制， 按照提前设定好的姿态控制液压支架。 液压支架控制器能为采煤机械创造进给、 跟随的工作空间,对釆煤机械的正常运作有着重要意义。 液压支架电液控制装置不需配置服务器或控制中心便可独立运行,液压支架控制器与液压支架控制器之间的通信主要通过现场总线来实现。 在现场总线的辅助下， 能够实现数据交换、 相互控制等功能回。 液压支架电液控制装置控制器本质上是一个微型控制计算机， 其被专门用于液压支架电液控制工作。控制器由软件与硬件两部分构成,硬件由存储器、 微处理器、 通信接口、 输入出接口构成;软件由系统程序、 应用程序构成。 液压支架电液控制装置支持程序的存储与运行， 其负责指挥支架的所有动作。 除此之外， 液压支架电液控制装置控制器还具备液晶显示屏、 LED蜂鸣器、 按键等部件， 其共同构成了人机交互界面。 工作人员可以利用按键进行操作， 实现指令的控制、 显示与发出。 其还具备通信接口， 能够实现液压支架的自动监测与控制。 控制程序参数的调整可以通过按键轻松实现， 完成设置、 输入与修改等操作。 其还支持在线安装新的应用程序,能够实现程序的快捷修改与调整。液压支架电液控制装置由分布式控制系统构成， 在智能型控制器的辅助下,其能够实现单架手动与自动工作， 成组与联机自动工作。 液压支架电液控制装置是实现井下实施控制， 连接各个支架控制器通信的重要保障。 其在现场总线的辅助下， 能够实现数据交换、 相互控制等功能,能够轻松与井下采煤设备进行联动,如胶带机、 刮板机、 采煤机等设备。 在液压支架电液控制装置的辅助下， 可以构建井上远程监控中心、 巷道控制中心。 该系统不需要服务器， 也不需要地面监控中心、 顺槽控制中心， 支持独立运行。 能够在支架控制器、 巷道控制中心的辅助下与釆煤机、 刮板输送机相联动， 实现工作面的综合自釆。 该系统还支持与地面监控中心进行数据传输,从而实现工作面、 矿井采煤过程的实时监控。 井上远程监控中心可以通过该系统获取井下支架的具体数据， 从而了解支架动作流程、 采煤机位置、 压力、 行程等参数。 6倾角传感器在液压支架护帮板防片帮技术中的应用 在液压支架护帮板内侧安装倾角传感器。 在液压支架电液控控制器内PLC编程时， 设定液压支架护帮板收回时按角度控制。 当采煤机行进过程中， 红外传感器感应到釆煤机位置之后,将釆煤机接近指令传送到液压支架电液控制器,控制器接收信号之后,对液压支架电磁阀驱动器发出指令， 然后作用于液压支架伸缩梁、 护帮板千斤顶的电磁阀， 带动护帮千斤顶主阀动作， 此时液压支架伸缩梁、 护帮板千斤顶同时收缩， 当护帮板与顶梁形成90。 夹角时即停止(见图5)。 伸缩梁千斤顶继续收缩直至接近传感器接发出伸缩梁已经全部收完指令。 此时， 如果煤壁发生片帮片落的煤块会片落在护帮板上,从而回落到前部输送机内,可以有效避免煤块片落到支架前方。 釆煤机通过之后， 液压支架护帮板再通过控制器程序自动全部收回， 方便釆煤机后滚筒后方液压支架跟机移架⑺。
图5液压支架护帮板收回至90° 状态 通过倾角传感器在液压支架护帮板上的应用， 可以有效避免护帮板使用不当造成的伤人、 损坏设备或被采煤机滚筒割坏情况。 通过倾角传感器在液压支架护帮板上的应用,改善了煤矿工人的工作环境， 降低了工作强度。 以前在煤壁片帮的煤落在液压支架和前部输送机之间， 只能通过人工清理回收。 通过液压支架护帮板倾角传感器的应用， 减少采煤对人的依靠， 减少煤矿工人停留在恶劣环境下的时间,大大改善了煤矿工人的劳动环境和 通过倾角传感器在液压支架护帮板上的应用， 可以有效防止煤壁片帮时煤块片落到液压支架前方,提高煤炭资源回釆率， 同时可以解决特殊地质条件和困难生产条件下的生产工艺问题， 有利于保障人身安全,为实现井下无人工作提供了可能。 参考文献： |
