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傾角傳感器在液壓支架護幫板防片幫技術中的應用1概述 液壓支架作為綜釆工作面支護設備,其價值約占整個綜釆設備價值總額的60% -70%， 是煤炭企業建設高產、 高效、 安全采煤礦井不可或缺的關鍵設備， 也是與采煤企業、 能源產業等高度關聯的機械產品。 電液控制系統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性。 但支架電液控技術的進一步普及也帶來了新的問題。 在自動化回釆過程中， 液壓支架護幫板通過電液控技術,會在采煤機滾筒到達之前提前收起， 且一次收到位。 人工操作時， 會根據煤壁的片幫情況控制護幫板收起的角度。 當工作面煤壁有片幫時， 護幫板可以在收到與頂梁成90。 時停止,既不影響采煤機過機還可以確保片落的煤塊落在前部溜槽內， 而電液控支架技術還沒有實現此項功能。 但是人工操作會出現誤操作或操作不當， 從而造成人員傷害。 2 液壓支架護幫板的用途及功能 液壓支架護幫板是預防煤壁片幫的重要配件。 其原理是與護幫千斤頂相較接,并較接前梁部件,以其為軸心做旋轉運動,從而達到護幫千斤頂支承煤壁壓力的效果。 液壓支架護幫板本質上是一種簡單焊接板件。 在煤壁需要護幫時,可以在護幫千斤頂的作用下,使液壓支架護幫板的下部緊貼煤壁（ 見圖1）。 在應用液壓支架護幫板時要注意,要在釆煤機到來前及時回收護幫裝置（ 見圖2）,避免對采煤機的順利通過造成影響。如果存在頂板冒落、 梁端距過大問題,可以翻轉護幫板， 起到臨時支護煤壁上方頂板的效果。 但護幫板在使用過程中， 如果使用不當可能會造成傷人或損壞設備等事故。
圖1 護幫板打開護幫狀態 圖2 護幫板收回過采煤機狀態 3煤壁片幫原因及危害 3.1煤壁片幫的原因 ②煤質穩定性差、 比較松軟。 ③工作面的端面距與釆高相對較大。 ④支架的支護強度無法支撐煤壁的頂板壓力。 ⑤煤層節理和工作面仰斜推進方向接近垂直。 ⑥煤壁的長期暴露。 ⑦煤體曾被地質作用破壞過,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， 片落在架間的煤清理得不徹底,造成煤炭資源浪費,降低回采率。 4傾角傳感器的工作原理 “ 固體擺” 式傾角傳感器運用牛頓第二定律作為工作原理。 根據定律,當其處于靜止狀態時， 只受重力加速度的影響。 此時， 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。 力平衡式伺服系統被應用于“ 固體擺” 當中， 具體見圖3。 該系統由三部分組成， 分別為支架、 擺線與擺錘。 重力G與擺拉力T對擺錘產生影響,擺錘的合外力F = G sinO = mg sinO。 0指擺線與垂直方向產生的夾角。 在測量小角度范圍時， 可以將F與0視為線性關系， 這也是應變式傾角傳感器的應用原理。
圖3 "固體擺” 式傾角傳感器原理示意圖 “ 液體擺” 的結構原理見圖4。 玻璃殼內裝導電液， 導電液通過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。 當殼體處于水平狀態時， 電極在導電液的深度保持一致， 如圖4中左側所示。此時,將幅值相等的交流電壓加在2根電極間就會形成離子電流。 2根電極間的液體即可視為電阻,分別為Ri和Rm。 當液體處于水平狀態時， 上述兩個電阻相等。 但當玻璃殼體發生傾斜后,液體不再處于水平狀態， 此時電極間的導電液量會出現差異,電極沒入導電液的深度也出現了變化， 如圖4中右側所示， 中間電極的深度基本不變,左側電極的沒入深度與導電液量明顯減少， 右側電極的沒入深度與導電液量明顯增多。此時， 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,RI <Rm。
圖4 "液體擺” 式傾角傳感器原理示意圖 液體位置變化引發應變片變化是“ 液體擺” 的一種應用形式,此時輸出電信號會產生一定變化,達到感知傾角變化的效果。 為電解質溶液中留下氣泡也是“ 液體擺” 的一種應用形式， 當裝置發生傾斜時， 氣泡的位置會發生變化， 進而導致電容同步變化， 達到感知傾角變化的效果。 5電液控制技術在液壓支架中的應用及原理 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的核心叫液壓支架控制器是綜合控制井下工作面數百臺液壓支架的關鍵,其能夠在現場通過總線將數百臺液壓支架有機結合,利用傳感器采集到的數據進行相應的控制邏輯運算⑸ 。 再利用電磁線圈控制電路， 驅動電磁閥的開關動作。 液壓支架控制器能實現液壓執行元件的行程， 如液壓千斤頂、 液壓缸等元件， 還能對液壓支架進行控制， 按照提前設定好的姿態控制液壓支架。 液壓支架控制器能為采煤機械創造進給、 跟隨的工作空間,對釆煤機械的正常運作有著重要意義。 液壓支架電液控制裝置不需配置服務器或控制中心便可獨立運行,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場總線來實現。 在現場總線的輔助下， 能夠實現數據交換、 相互控制等功能回。 液壓支架電液控制裝置控制器本質上是一個微型控制計算機， 其被專門用于液壓支架電液控制工作�？刂破饔绍浖c硬件兩部分構成,硬件由存儲器、 微處理器、 通信接口、 輸入出接口構成;軟件由系統程序、 應用程序構成。 液壓支架電液控制裝置支持程序的存儲與運行， 其負責指揮支架的所有動作。 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， 其共同構成了人機交互界面。 工作人員可以利用按鍵進行操作， 實現指令的控制、 顯示與發出。 其還具備通信接口， 能夠實現液壓支架的自動監測與控制。 控制程序參數的調整可以通過按鍵輕松實現， 完成設置、 輸入與修改等操作。 其還支持在線安裝新的應用程序,能夠實現程序的快捷修改與調整。液壓支架電液控制裝置由分布式控制系統構成， 在智能型控制器的輔助下,其能夠實現單架手動與自動工作， 成組與聯機自動工作。 液壓支架電液控制裝置是實現井下實施控制， 連接各個支架控制器通信的重要保障。 其在現場總線的輔助下， 能夠實現數據交換、 相互控制等功能,能夠輕松與井下采煤設備進行聯動,如膠帶機、 刮板機、 采煤機等設備。 在液壓支架電液控制裝置的輔助下， 可以構建井上遠程監控中心、 巷道控制中心。 該系統不需要服務器， 也不需要地面監控中心、 順槽控制中心， 支持獨立運行。 能夠在支架控制器、 巷道控制中心的輔助下與釆煤機、 刮板輸送機相聯動， 實現工作面的綜合自釆。 該系統還支持與地面監控中心進行數據傳輸,從而實現工作面、 礦井采煤過程的實時監控。 井上遠程監控中心可以通過該系統獲取井下支架的具體數據， 從而了解支架動作流程、 采煤機位置、 壓力、 行程等參數。 6傾角傳感器在液壓支架護幫板防片幫技術中的應用 在液壓支架護幫板內側安裝傾角傳感器。 在液壓支架電液控控制器內PLC編程時， 設定液壓支架護幫板收回時按角度控制。 當采煤機行進過程中， 紅外傳感器感應到釆煤機位置之后,將釆煤機接近指令傳送到液壓支架電液控制器,控制器接收信號之后,對液壓支架電磁閥驅動器發出指令， 然后作用于液壓支架伸縮梁、 護幫板千斤頂的電磁閥， 帶動護幫千斤頂主閥動作， 此時液壓支架伸縮梁、 護幫板千斤頂同時收縮， 當護幫板與頂梁形成90。 夾角時即停止(見圖5)。 伸縮梁千斤頂繼續收縮直至接近傳感器接發出伸縮梁已經全部收完指令。 此時， 如果煤壁發生片幫片落的煤塊會片落在護幫板上,從而回落到前部輸送機內,可以有效避免煤塊片落到支架前方。 釆煤機通過之后， 液壓支架護幫板再通過控制器程序自動全部收回， 方便釆煤機后滾筒后方液壓支架跟機移架⑺。
圖5液壓支架護幫板收回至90° 狀態 通過傾角傳感器在液壓支架護幫板上的應用， 可以有效避免護幫板使用不當造成的傷人、 損壞設備或被采煤機滾筒割壞情況。 通過傾角傳感器在液壓支架護幫板上的應用,改善了煤礦工人的工作環境， 降低了工作強度。 以前在煤壁片幫的煤落在液壓支架和前部輸送機之間， 只能通過人工清理回收。 通過液壓支架護幫板傾角傳感器的應用， 減少采煤對人的依靠， 減少煤礦工人停留在惡劣環境下的時間,大大改善了煤礦工人的勞動環境和 通過傾角傳感器在液壓支架護幫板上的應用， 可以有效防止煤壁片幫時煤塊片落到液壓支架前方,提高煤炭資源回釆率， 同時可以解決特殊地質條件和困難生產條件下的生產工藝問題， 有利于保障人身安全,為實現井下無人工作提供了可能。 參考文獻： |
