煤矿综采液压支架电磁阀驱动器的设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)郑州大学机械工程学院 作者:刘博

  针对电磁阀驱动器的设计背景与市场需求,从系统原理、硬件和软件 3 方面进行阐述,设计了一种用于煤矿综采液压支架的电磁阀驱动器,并已通过国家安标中心检测,开始小规模应用于市场。

  综采工作面液压支架电液控制系统作为高端液压支架的关键技术已得到越来越多的重视,郑煤机申请的“6 m 以上高可靠性液压支架及其电液控制关键技术研究与示范”重大科技攻关项目目前已通过评审,已累计在 30 多个工作面推广使用。

  近几年以来,煤矿井下控制方式已开始出现电液控制系统占领高端支架市场的趋势,并逐渐向中端市场渗透。很多资金充裕的煤矿,已趋向于采用电液控制来代替原有的手动控制。

  1、设计背景

  综采液压支架电液控制系统分为工作面电控系统、巷道控制系统和数据上传系统几部分。其中工作面电控系统与巷道控制系统是液压支架电液控制系统的必备部分,电控系统结构框图如图 1 所示。

工作面和巷道电控系统结构框图

图 1 工作面和巷道电控系统结构框图

  每台液压支架上安装有一台支架控制器,通过多功能电液阀来控制支架的各个液压缸来完成切顶、移架、支顶和推移等功能。另外,在立柱下腔设有压力传感器,采集立柱下腔的压力,以保证液压支架支护的可靠性;在推移千斤顶内装有位移传感器,监测推移千斤顶的推移距离,以保证推移距离的可监控性;在每台液压支架上设置红外传感器,用于接收安装在采煤机上的红外发射器发出的信号,以保证各支架的自动程序控制。

  电磁阀驱动器一般集成在液压支架控制器内部,通过相应的连接器与控制器背部的接口板相连,直接驱动电磁阀进行工作。但电磁阀驱动器的日常维护较为不便,与控制器背部相连的连接器没有护套保护,易在使用过程受砸而损坏,且控制器的功能受设计的限制,不能扩展。

  目前,国外厂家也有将驱动器从液压支架控制器中分离出来的情况,如德国的 DBT 公司,但其驱动器内部没有单独的微处理器,无法实现与 PM4 控制器的通信连接,通用性较差,不能与其他厂家的控制器通信兼容。由于无 MCU (Micro Control Unit,微控制单元),不能对电磁先导阀的故障进行实时检测、指示和处理。

  2、系统原理

  为解决上述问题,笔者将电磁阀驱动器从支架控制器中分离出来,安装在多功能电液阀主阀体上,单独用 MCU 进行控制,电磁阀驱动器与控制器之间通过串口进行通信。控制器的控制指令通过铠装连接器传递给电磁阀驱动器,防止被落煤砸坏。控制器按照操作者或程序预定的指令,通过驱动器和多功能电液阀对液压支架的动作进行控制,同时将驱动器采集到的信息反馈给支架控制器。

  由于采用了串口通信模式,其通用性强。在通信协议统一的情况下,可用于任何液压支架电控系统。系统的整体设计框图如图 2 所示,支架控制器与 MCU 通过串口进行通信,同时通过检测电路检测整个驱动器系统的电压和电流值。电液阀的驱动通过MCU 的 P1.2 及 P0.11 引脚进行整体关断,以保证紧急情况下整个系统的响应速度。电液阀电路与 MCU控制回路通过光电隔离。电磁阀的各路通过 MCU 的引脚进行控制。

  结语

  液压支架电液控制系统是煤矿开采实现高产高效的主要手段,逐步得到市场的接受与认可。电磁阀驱动器作为其主要部件之一,已批量投制,并通过了安标中心的各项型式试验,即将取得下井安标证。电磁阀驱动器将以其可靠的通信与理论上的无限扩展能力获得广泛的应用。

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