液压支架电液控制及工作面自动化技术综述

第３５卷第ｌｌ期煤炭科学技术２００７年１１月”.........’......””...¨ (Ⅵ)＿！ｊ¨爆科赠晴５０正．……“＿Ｉ“－＿Ｉ………Ｉ…Ｉ…液压支架电液控制及工作面自动化技术综述李首滨，韦文术，牛剑峰（天地科技股份有限公司北京天地玛珂电液控制系统有限公司，北京１０００１３）摘要：介绍了支架液压技术、液压支架电液控制系统及工作面自动化技术发展历程，分析了各阶段技术发展特点，展望了未来技术发展趋势。

关键词：液压支架；电液控制；工作面；自动化中图分类号：ＴＤ３５５．４文献标志码：Ｂ文章编号：０２５３—２３３６（２００７）１１一Ｏｏｏｌ一０５ＳｔａｔｅｍｅｎｔｏｎｅｌｅｃｔｒｉｃａｎｄｈｖｄｒａｕｌｉｃｃｏｎｔｒｏｌｏｆｈｖｄｒａｕＵｃｐｏｗｅｒｅｄｓｕｐｐｏｒｔａｎｄｍｉｌｌｉｎｇｆａｃｅａｕｔｏｍａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏＩｏｇｙＵＳｈｏｕ＿ｂｉｎ，ＷＥＩＷｅｎ—ｓｈｕ，ＮＩＵＪｉａｎ－ｆｅｎｇ（雎乒增‰脚肌瑚鼬ｍ口耐晰如妇ｃｏ咖ｆ跏觚ｃｏ叩叫删．ｍ枷＆妇腑甜以ｍ＾ｍ勘盯ｃＤ删，＆ｉｆ增１０００１３，傩Ｅｗ）Ａｂ砒ｆａｃｔ：Ｔｈ。

ＰａＰｅｆｉｎｎ刊ｕｏｅｄｆｈｅｄｅＩｒｄ叩ｆＨｅ口￡ｈｉｓｔｏｒｙ硝出ｅｈｙｄｒａｕ】ｊ。

畔刊ｆｅｃｈ胁ｌｏｇｙ。

ｆｍｅｈｙ￡Ｉｆａ山ｊ。

ｐｏｗｅｒ划ｓｌ】ｐｐ。

ｎ，ｌｌ】ｅｄｅｃ—ｔ—ｃ卸ｄｈｙｄｌｍｕｌｉｃｃｏｎ州ｓｙｓｔｅｍ“ｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉ。

Ｐ０”ｅｒｅｄｓ“Ｐｐｏｎ蛐ｄｃｏａｌｍｉｎｉＩｌｇｆａｃｅ叫ｔｏｍａｔｉｏｎｋｃｈｎｏｌｏｇ，ｒ．卟８ｐ８Ｐｅ。

胛ａｌｙ２ｅｄｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏ盯ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｆｅａｔｕｒｅｓ０ｆ衄ｃｈｓｔ且旷ａｎｄｈａｄｏｕｔｋｋｏｎｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅｖｅｌ叩ｍｅｎｔｔｅｎｄｅ”ｃｙｉｎ￡ｈｅｆｕｔ吼Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｍｕｌｉ。

ｐｄｗｅｒｅｄ８ｕｐｐ。

“；ｅｌｅｃｔ—ｃ卸ｄｈｙｄ他ｕｌｉｃｃｏｎＬｍｌ；ｃｏｄｍｉｎｉ“ｇｆａｅ６；肌ｔ０脚Ｌｉ帅１概述液压支架电液控制工作面自动化控制系统是工作面生产管理的必要手段，是提高工作面产量和工效的重要途径。

工作面自动化控制系统是以网络技术为基础，以液压支架电液控制系统为核心，使用遥测技术，实现采煤机位置检测和液压支架跟随采煤机截割行进的移架自动控制，同时，实现工作面设备的监测监控综合管理。

采用液压支架移架技术、采煤机截割高度自动控制技术和工作面信息网络系统，形成生产过程自动化。

２液压支架电液控制及工作面自动化技术发展历程２．１支架液压技术自２０世纪５０年代英国研制出第一套垛式支架以来，液压支架控制系统经历了手动本架控制、手动邻架液压控制、手动先导邻架液压控制和电液程序控制几个发展阶段。

液压支架控制技术从单纯的机械、液压领域发展为机械、液压、电气、微电子、信息网络等领域紧密结合的自动化控制体系。

液压控制技术作为该体系的基础，在各个发展阶段具有不同的特点。

初期的液压支架控制功能数少，对移架速度要求低，液压系统流量较小，操纵阀采用转阀为典型结构。

为了提高操作的安全性，液压支架的控制方式改进为邻架操作，相邻两架问操纵阀通过多根高压胶管连接。

随着采煤机牵引速度的提高，对液压支架移架速度提出了较高的要求。

液压系统的流量不断增大，要求操纵阀等主要控韦１Ｊ元件的过流能力进一步加强。

为了减小大流量操纵阀的操作力矩，操纵阀设计采用先导控制结构，液压系统由直接控制发展为先导控制方式。

相邻两架原有的操纵阀由多根高压胶管连接方式也逐渐被单根多芯胶管代替。

同时，液压支架支护功能逐渐增多，液压系统的控制功能变得日益复杂。

我国自２０世纪７０年代末引进１００套液压支架以来，对支架液压控制系统的研究经历了消化吸收，合作开发到自主研制的过程，形成了具有独特优势的手动直接控制、手动邻架控制的液压系统及其全套液压元件。

２．２液压支架电液控制技术早在２０世纪５０年代英国就已将液压支架的遥ｌ　万方数据第３５卷第１１期煤炭科学技术２００７年１１月控技术列入研究计划，到２０世纪８０年代末至９０年代初，随着微电子技术的发展，由英国道梯公司首先研制出全工作面电液控制系统，紧随其后威斯特伐利亚与Ｍａｒｃｏ公司合作研制出ＰｒＩｌ２电液控制系统，并发展为现有的Ｐｍ４和Ｐｆｎ３２两个独立的分支，各公司都在积极开展自己的电液控制系统，这个时期的电液控制系统特点是，系统功能简单，稳定性差，产品不断升级改造，逐步完善。

到２０世纪９０年代中期，随着电子技术的迅猛发展，特别是嵌入式系统的发展，涌现出多种新型材料，使电液控制技术水平进一步提高，电液控制系统技术已经成熟，并逐步形成３种结构形式支架控制单元的电液控制系统，第一种结构形式的支架控制单元是由支架控制器、电磁驱动器和传感器等组成，第二种结构形式的支架控制单元是由支架控制器、人机界面、驱动器和传感器等组成，第三种结构形式的支架控制单元是由支架控制器和传感器等组成，３种结构特点的电液控制系统并存发展，其中第一种结构特点的电液控制系统足我国支架电液控制的主流产品，市场占有率在８５％以上。

这个时期的电液控制系统基本采用嵌入式操作系统，具有速度高、容量大、集成度高，并内嵌操作系统，具有良好的性能。

我国自１９９７年引进第一套全工作面电液控制系统以来，电液控制系统的发展速度逐年增长，目前全国已有ｌｏｏ多套电液控制系统，２００５年以后，电液控制系统的研制也日趋成熟，尤其是天地玛珂公司与德国Ｍａｒｃｏ公司合作开发的产品在我国得到广泛的应用。

２．３工作面自动化技术２０世纪９０年代以来，世界煤矿工业向高效集约化生产迅猛发展，工作面自动化控制程度不断升级，高可靠性防爆工业控制计算机被应用到井下，工业以太网、现场总线技术（国际上现有的Ｍｏｄｂ－ｕｓ，Ｐｍ砧ｕｓ，Ｃｃ一Ⅱｎｋ）被成功运用到控制刚络中，成熟的全自动刨煤机、采煤机综采工作控制技术实现了工作面的跟机自动化。

我国煤矿工作面自动化控制技术刚刚起步，目前仅在进口装备的基础上实现部分自动化功能。

自２００１年，北京天地玛珂电液控制系统有限公司已先后在兖州、神华、潞安、淮南等煤炭生产企业实现工作面自动化系统集成、工作面自动化集成控制、液压支架跟机自动化等功能。

２３液压支架电液控制及工作面自动化技术３．１支架液压控制技术（１）大流量液压系统。

现有的高工作阻力液压支架的支护工作阻力为６０００一１００００ｋＮ，支护高度为２—５ｍ，支架立柱缸径为２５０～３８０ｍｍ，推移缸径为１６０～２００ｍｍ，推移行程为８００～ｌ０００ｍｍ。

由于液压支架主要液压缸缸径的增大，为了提高移架速度，增大液压系统流量是必要的手段。

另外，随着工作面长度不断增加，一些工作面长度超过３００ｍ，使得主管路的沿程阻力损失成为影响液压支架移架速度的主要因素。

所以，主供、回液管路通径不断增大，并采用多路并联供、回液系统成为发展趋势。

在大流量液压系统的发展方面，国内系统在泵站的额定流量和额定压力等技术参数与国外先进水平相当，但国内液压系统在液压元件的合理匹配、能量的利用效率、负载平衡能力等方面与国外先进水平存在差距。

主要表现在：对工作面液压系统、支架液压系统和液压元件的动态性能的理论分析和试验测试；主管路沿程阻力损失和元件的局部阻力损失分别对液压支架移架速度的影响程度的比较缺少定量分析；工作面液压系统对负载的动平衡能力缺少理论分析和先进的测试手段。

（２）电液控换向阀。

电液控换向阀是液压支架电液控制系统的关键部件，它由电液先导阀和主阀组成。

电液先导阀采用电磁铁为机一电转换装置，其特点是技术成熟，性能稳定可靠；主阀采用整体插装式结构，便于维护和更换。

所有金属零件．均采用不锈钢或铜合金等防锈耐腐蚀材料，使用寿命超过３００００次，额定流量为４００Ｉ／ｍｊｎ。

国外已有多种结构的电液控换向阀产品，以德国ＤＢＴ公司为代表的金属一塑料密封、浮动回液阀座结构主阀和直动平面塑料密封的电磁先导阀；以德国Ｍａｒｃｏ公司为代表的集金属一塑料密封、浮动回液阀座结构和差动功能阀芯于一体的插装式主阀和放大杠杆推动的陶瓷密封结构电磁先导阀；以美国ＪＯＹ公司为代表的金属一塑料软密封滑阀结构的插装式直动控制主阀和直动式陶瓷密封结构电磁先导阀及以德国Ｔｉｅｆｅｎｂａｃｈ公司为代表的金属一金属硬密封埘顶结构的插装式主阀和放大杠杆交叉推动的陶瓷结构电磁先导阀。

以上４种典型结构的电液控换向阀均已得到广泛应用，性能稳定。

国内天地玛　万方数据第３５卷籀１１期煤炭科学技术２册７年１１月珂公司２００５年研制究成的整体插装式电液控换向阀取得了蜜标证书，分别在伊泰集团宏景塔矿、兖矿集团游兰矿、国投毅集荆庄矿襄西由集翻砖凡坪矿使用。

该阀采用整体插装式结构，并且全部选用不锈钢等防锈、防腐材料，电磁先导阀、主阀、精密过滤器、进渡单向阉和回液荤向阀集成予一体。

与量多｝产箍昆较，程额定压为、额定流量，密封性能和产品可靠性方面均达到国外先进水平；结构漫计的可加工性能较围外产品好，结构更加紧凑。

在主阉瓣芯涎撰露方嚣不及国羚产晶方寝。

努外，国产不锈钢材质未达到进口水平。

（３）大流量辅助阀。

ＤＢＴ，Ｔｉｅｆｅｎｂａｃｈ和ＪｏＹ公司懿犬滚量滚控慧淘阂、夫流量安全阕鹅额定瀛量能达弼５００Ｌ，ｍｉｎ，额定压力镌达到５０ＭＰａ。

国内天地弼珂公司的犬流量液控紫向阀在技术参数指标上已经达到国外先进产品的水乎，但在鼹态冲击的理论分析帮测试方式上，与酗簿有差距，在船露控制瞬态冲击方面缺少定量分析的依据；刚内安全阔的最大额定流量为３２０Ｌ／ｍｉｎ，压力为４５ＭＰａ，与逶疆产品楣觅，怒有一定差挺。

（４）工作介质过滤系统。

国外液压支架电液控制系统的工作介质拥有一套分级多层次过滤的完整过滤髂系。

驮泵涎输出翦嶷压渡锋经过电动（或手动）控制反冲洗高压过滤站或者全液压控制射流反清洗高压过滤站过滤后，在进入每浆液压支架裁再避过手动或电动反１冲洗过滤器进行过滤，保证支架液压元停工作介质的涛漓，最后在嘏磁先导阀进液口酣有精密的安全过滤器，用于过滤架内液压元件黪损产生的微小颗粒，｛聚证电磁先导阉不被污染。

避滤器采餍全不锈镪滤憝，莲滤耩崖在２５“ｍ以上。

滤芯能承受２０ＭＰａ以上的压戆。

国内对工作介质过滤系统的研究起步较晚，２００６年，天恁玛簿公霹已羟磷翡出了奄韵翻手委控鼹夏砖洗高压过滤站以及手动反冲洗过滤器等产品，过滤器滤芯采用不锈钢材质，精度达到２５斗ｍ。

但国产滤弼与德翻送强滤鼹粕魄，扶耪臻强生产工艺还有差距，国产滤芯只髓墩受ｌｏＭＰ８戳下压曩。

另外，国内液腰支架电液控制系统工作介质过滤及检测体系还没蠢建立，渡聪支架制造巍秘煤矿用户没有一个可以撬行静标准，对工作奔疆清洁度的缣撩在获识上存在偏差，也没有形成一个有效的操作规程，往往由于液压支架出厂和井下蜜装调试初期，液压越蠢罄麓系统清洁发达不虱要求，造或过滤楚蠡过滤器滤芯严重堵塞、击穿失效，导致液压阀，尤其是电磁先导阏损坏的现象。