液压支架计算机控制系统

压支架计算机控制系统张伟!，韩基新"#$％&'()*$+％&,*+&-./0*$'&12&3$+$4.)((&+*05#6,78$9!，:6,;9<=9,（!>中国矿业大学（北京校区）机电工程系，北京!???@A）摘要：根据综采工作面液压支架与采煤机在采煤过程中存在的约束关系，设计了单根通信总线结构的液压支架计算机控制系统，介绍了系统的原理结构和控制功能以及子控制系统的原理结构。

关键词：液压支架；约束关系；自动控制；子控制系统。

中图分类号："2BCA文献标识码：D文章编号：!???<E@F@（B??B）!!<??BB<?A 收稿日期：B??B<?C<B@作者简介：张伟（!GFH—），男，云南省人，硕士，主要从事机电一体化及自动控制技术的教学和研究工作。

!液压支架及其在综采工作面与采煤机和刮板输送机的约束关系!>!液压支架液压系统液压支架是煤矿综合机械化采煤工作面（以下简称综采工作面）的支护设备。

沿综采工作面长度方向布置着!??多台液压支架，由一台乳化液泵站集中供液，提供动力，使其完成支护顶板、推进机采设备等项工作。

每台液压支架装有BIH类液压缸，即：立柱缸、推移缸、前梁缸、护帮板缸等。

每类液压缸均由操纵阀（换向阀）控制其伸缩，使液压支架完成各种动作。

装有立柱缸和推移缸（推移千斤顶）的液压支架液压系统为泵———阀———缸系统，如图!所示。

!>顶梁B>立柱缸A>底座E>推移千斤顶F>安全阀H>液控单向阀C、@>操纵阀G>刮板输送机!?>乳化液泵站图!液压支架原理简图!>B液压支架动作与采煤机和刮板输送机的约束关系综采工作面中的液压支架的动作必须与采煤机和刮板输送机的运行协调，才能使综采工作面的机采设备充分发挥其生产能力。

这种协调运行关系就是这A种机采设备在运行过程中的相互约束关系。

下面以图!所示的液压支架说明液压支架、采煤机和刮板输送机运行中的约束关系。

当采煤机沿综采工作面长度方向往返牵引采煤时，采煤机前滚筒将顶煤采出后，暴露出新的顶板，前滚筒后的一台液压支架顺序执行降柱、移架、升柱（以下简称为降移升）的动作，及时支护新暴露的顶板。

降移升动作过程为：（!）降柱操作操纵阀@到下阀位，立柱缸B的活塞杆收缩，顶梁下降脱离顶板，操纵阀@回到中位；（B）移架操作操纵阀C到下阀位，推移千斤顶E的活塞杆收缩，以刮板输送机G的支点将液压支架前移，操纵阀C回到中位；（A）升柱操作操纵阀@到上阀位，立柱缸B的活塞杆伸出，顶梁!上升支护新暴露的顶板，使立柱缸下腔的压力达到泵站压力，操纵阀@回到中位。

采煤机后滚筒采出底部的煤后，采煤机后滚筒后面的一组液压支架（一般为@架液压支架）将刮板输送机按一定的曲线推向煤壁（简称为推溜），为采煤机反向牵引采煤作好准备。

其动作过程如下：依次操作这组液压支架的操纵阀C到上阀位，这组液压支架的推移千斤顶的活塞杆依次伸出!J@行程（推溜@次推移千斤顶活塞杆才能伸出整个行程），以液压支架为支点，将刮板输送机按一定曲线推向煤壁。

随着采煤机沿采煤工作面牵引移动，走过一台一台的液压支架，液压支架重复以上动作。

"综采工作面液压支架计算机电液控制系统及其子控制系统的原理结构B>!综采工作面液压支架计算控制系统在综采工作面中有!??多台液压支架，每台液压支架有BIH类液压缸，每类液压缸需要B个控制信!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! BB液压与气动B??B年第!!期号，加上立柱缸的压力检测信号和推移千斤顶缸的位移检测信号，整个综采工作面的液压支架就需要上千个测控信号。

显然，用一台计算机来控制整个综采工作面的液压支架是不可能实现的。

另外，根据液压支架实际运行情况，要求液压支架之间必须能够相互控制。

根据以上特点设计了多节点互控型综采工作面液压支架计算机分布式控制系统，原理结构如图!所示。

每架液压支架由一台子控器进行控制，构成一个电液控制子系统；主控器和所有子控器通过中行通信接口均挂接在单根通信总线上，构成综采工作面液压支架计算机控制系统。

从系统的结构上可以看出系统具有以下特点：图!液压支架计算机分布控制系统原理框图（"）系统的响应速度快由于主控器和所有的子控器都挂接在通信总线上，主控器与子控器之间、子控器与子控器之间都是直接进行通信的，提高了系统的控制响应速度；（!）系统结构简单可靠性高与主从通信结构相比，系统结构简单，不论是主控器还是子控器出现故障时，都不会影响整个系统的正常工作，仅仅影响出故障的主控器或子控器（子系统），影响范围小；（#）系统具有良好的可维护性将出现故障、需要维修的主控器或子控器（子系统）的电源切断后，就可以进行主控器或子控器，或液压支架的维修。

系统中主控器和子控器是$％#"单片计算机为核心经必要的硬件扩展和相应的软件设置构成的。

系统根据液压支架与其他机采设备的约束关系设置了按键自动控制功能，即：当采煤机在工作面往返牵引采煤时，液压支架操作者与采煤机机身中心保持不变的位置，以采煤机牵引方向和速度相同的方向和速度，跟随采煤机移动，走过一架架液压支架，并逐一按下液压支架子控器上的“自动”键，采煤机前滚筒之后的液压支架执行降移升动作，采煤机后滚筒之后的$架液压支架顺序执行推溜"&$、推溜"&'、推溜#&$、推溜"&!、推溜(&$、推溜#&'、推溜)&$、推溜"个行程的动作。

另外，由于综采工作面工况的复杂性，液压支架动作不到位或在不正确的姿态下工作等现象时有发生。

为了调整液压支架，提高系统的灵活性，使操作人员能更好地管理工作面的液压支架，维护和管理顶板，除了上述按键自动控制功能外，系统还设置了以下功能：（"）按键本架(个动作的控制：升柱、降柱、推溜、移架、降移升；（!）按键左右邻架(个动作的控制：升柱、降柱、推溜、移架、降移升。

!*!液压支架计算机子控制系统原理结构液压支架计算机子控制系统原理结构如图#所图"液压支架计算机子控制系统原理结构图示，它由子控制器和液压支架液压系统组成。

子控器是以$％#"单片计算机为核心，通过键盘、+,-显示器、通信接口、控制通道和检测通道以及,./01等的扩展构成的。

可通过键盘输入命令，控制本架液压支架的动作或通过通信接口向其他子控器发出控制命令，控制其他液压支架的动作；通过+,-显示器可以及时了解子系统的运行状态；子控器的控制信号经功率放大，再由电磁先导阀放大并转换为液压信号，驱动主控阀的开闭，从而控制液压缸动作；系统为闭环控制，当液压缸动作时，子控器通过检测接口读取动作液压缸位移信号或压力信号，液压缸动作到位或压力达到要求值时，子控器输出关闭命令，关闭主控阀；通过通信接口，子接器可以向其他子控器输出控制信号控制其他液压支架的动作，也可以接收其他子控器发来的控制信号，控制本架液压支架完成相应的动作。

"结束语液压支架计算机控制系统对于改善综采工作面机采设备运行的协调性，提高机采设备的自动化程度和综采工作面的产量等方面具有重要意义。

本文仅对只有!类有缸的液压支架的控制系统作了基本的介绍。

由于煤层地质条件的复杂性，液压支架的结构很多，液压缸种类的数量也不相同，设计液压支架计算机控制系统时，要根据液压支架的具体结构和液压支架的工作制进行设计，才能达到满意的效果。

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!#!!％％!年第""期液压与气动液压系统在水下机器人中的应用于延凯，孙斌，李一平，林扬!"#$％&'()*"+,-.’+/00'()％,(12(232#-$4％,-$5-6()'-+7&7％289％(，*&2:(2，;(7(80(2<，;(27％2<（中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁省沈阳市东陵区南塔街==>号==??=@）摘要：结合典型的缆控水下机器人，介绍了缆控水下机器人液压系统的发展状况、特点和已取得的一些研究成果，并指出了发展大功率液压推进系统的重要意义。

关键词：AB5；液压系统；水下机器人中图分类号：C!=DEFG文献标识码：:文章编号：=???8>HIH（J??J）==8??J>8?J !引言水下机器人分为缆控水下机器人（A-.1,-'"B0-$8％,-#5-6()'-，简称AB5）和自治无人水下机器人（/&8,121.1&+32#-$4％,-$5-6()'-，简称/35）。

本文主要讨论AB5的液压系统。

AB5的液压系统一般包括油源系统、推进系统、作业系统和补偿系统等几部分。

"国内外发展状况目前国外在AB5方面已发展成一个行业，其液压系统也有比较高的发展水平。

在国外可以根据不同的使命和任务组合成不同功率和类型的液压系统，因而具有很大的灵活性，而且减少了开发时间，提高了效率。

另一个特点是功率大、结构紧凑、体积小、操纵灵活，有的可达几百马力。

而国内推进系统也由最初的电机直接驱动发展为液压驱动，由小功率向大功率发展，朝模块化的方向发展。

#$％&液压推进系统的特点因为AB5的作业环境是在水下，不可避免的承受很高的潜水压力，而且随着其作业深度的不同而变化，同时AB5也要受到不同程度的波涌和暗流的冲击，所以其液压系统要保证正常的工作不仅要承受水下高压，而且要有较强的抗干扰能力和良好的稳定性。

AB5的特定使用环境要求具有良好的密封性和耐腐蚀性，如果液压系统密封不好，必然给AB5作业带来障碍，而且在水下维护修理困难，因此需要增加一个补偿系统以解决密封的问题。

另外AB5液压系统还有一般液压系统的特点：重量功率比和重量转矩比小，单位能量密度大；使用不同变量泵组合，容易在较大范围内实现与推进器特性匹配；传递运动平稳、均匀、无冲击、运动惯量小；操纵性好等。

'液压系统原理下面结合典型的缆控水下机器人及液压系统示意图（图=）来简单介绍一下缆控水下机器人液压系统的一般原理。

首先介绍一下油源系统的工作原理。

图!液压系统示意图收稿日期：J??J8?>8JH作者简介：于延凯（=GE>—），男，山东省茌平县人，硕士研究!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!生，主要从事水下机器人载体结构的设计工作。