郭晨

(中北大學(xué) 計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院，山西 太原 030051)

巷道支架試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

郭晨

(中北大學(xué) 計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院，山西 太原 030051)

文章首先對(duì)整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，其次運(yùn)用理論分析、數(shù)值模擬的方法對(duì)試驗(yàn)臺(tái)主體結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究，最后運(yùn)用所設(shè)計(jì)的支架試驗(yàn)臺(tái)對(duì)直腿半圓拱形U型鋼可縮性支架進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)加載試驗(yàn)。

巷道支架試驗(yàn)臺(tái)；金屬支架；結(jié)構(gòu)框架；測(cè)控系統(tǒng)；COSMOS/Works

1 引言

隨著煤炭開采不斷向深部延伸，高應(yīng)力巷道的支護(hù)難題將成為我國煤礦今后必須長(zhǎng)期面對(duì)的開采技術(shù)難題。巷道金屬支架雖然作為一種被動(dòng)的支護(hù)方式，但其具有高阻、可縮和護(hù)表性能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。為了研制出結(jié)構(gòu)合理、性能優(yōu)良的支架，從而能降低支護(hù)成本、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。文章對(duì)巷道支架試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究。在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前巷道支架性能檢測(cè)面臨的問題，針對(duì)國內(nèi)現(xiàn)有巷道支架試驗(yàn)臺(tái)存在的不足，通過圓環(huán)形平面支架試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)、試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和支架性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等相關(guān)內(nèi)容的研究，建立了一套新的巷道支架性能試驗(yàn)系統(tǒng)。

2 巷道支架試驗(yàn)臺(tái)整體設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

2.1 巷道支架試驗(yàn)臺(tái)總體方案及其參數(shù)設(shè)計(jì)

對(duì)巷道支架試驗(yàn)臺(tái)總體方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。巷道支架試驗(yàn)臺(tái)總體方案的設(shè)計(jì)主要包括試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)型的選擇、總體方案構(gòu)思及系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì)三大部分內(nèi)容

2.2 巷道支架試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）測(cè)控系統(tǒng)總設(shè)計(jì)。本巷道支架試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)、液壓控制臺(tái)、信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、高精度液壓千斤頂?shù)冉M成，是一套完整的機(jī)——電——液一體化的高技術(shù)系統(tǒng)設(shè)備。

如圖1所示為支架試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)框圖。

圖1 支架試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)框圖

（2）液壓加載系統(tǒng)。液壓加載系統(tǒng)由油源、液壓泵、溢流閥、儲(chǔ)能器、電液比例流量控制閥、二位三通電磁球閥、液壓千斤頂、壓力表、單向閥等部件組成，是一套具有內(nèi)反饋回路的閉環(huán)控制系統(tǒng)。液壓加載系統(tǒng)是巷道支架試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的核心部分，其性能和控制精度關(guān)系到整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)的可靠性和穩(wěn)定性，綜合考慮試驗(yàn)臺(tái)的技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和可行性方面的因素，確定液壓加載系統(tǒng)的主要性能參數(shù)如下：①系統(tǒng)流量：20～30 L/min；②系統(tǒng)壓力：≥31.5 MPa，使用壓力：≤30 MPa；③控制精度：靜態(tài)精度：±0.5% F·S，動(dòng)態(tài)精度：±2%F·S；④加載能力：≤12000 kN。

2.3 巷道支架加載試驗(yàn)

U29直腿拱形可縮性支架加載試驗(yàn)步驟：

（1）組裝支架，在支架試件上選擇一系列加載點(diǎn)，用特殊顏色標(biāo)明；

（2）將支架試件安裝固定在試驗(yàn)臺(tái)上，安裝固定支架時(shí)要求加載油缸與試件處在同一平面內(nèi)，且在各加載點(diǎn)處油缸與試件表面要保持垂直；

（3）安裝載荷傳感器和位移傳感器；

（4）通過液壓控制臺(tái)手動(dòng)調(diào)節(jié)按鈕調(diào)節(jié)液壓缸使傳力桿端頭與安裝在支架試件上的傳力塊快速接觸，待兩者互相接觸后，停止手動(dòng)調(diào)節(jié)，使用計(jì)算機(jī)全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)對(duì)支架試件進(jìn)行預(yù)壓，本次試驗(yàn)每個(gè)加載點(diǎn)預(yù)壓值為5 kN；

（5）當(dāng)各加載油缸預(yù)壓值穩(wěn)定在5 kN左右時(shí)，左右兩側(cè)卡纜各加的力矩，通過用戶參數(shù)設(shè)置界面對(duì)加載油缸的載荷、位移、加載速率、加載方式等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

（6）開始加載，觀測(cè)人機(jī)界面上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線，達(dá)到加載試驗(yàn)結(jié)束要求時(shí)，停止加載，保存記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)2.4支架試驗(yàn)臺(tái)性能分析

本巷道支架試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)在整個(gè)加載試驗(yàn)過程中運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。計(jì)算機(jī)全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)試驗(yàn)加載的設(shè)定、傳感器聯(lián)機(jī)標(biāo)定及校正、試驗(yàn)進(jìn)程控制、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的顯示及存儲(chǔ)等設(shè)計(jì)要求的功能，并能滿足要求的控制精度；液壓控制系統(tǒng)在加載過程中油壓穩(wěn)定，控制精度達(dá)標(biāo)，液壓管路密封連接嚴(yán)實(shí)可靠，無漏油滲油現(xiàn)象，液壓加載能力能夠達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定值；信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在試驗(yàn)過程中，壓力傳感器測(cè)得的壓力數(shù)據(jù)和位移傳感器測(cè)得的位移變形數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)的傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的閉環(huán)控制，從而方便操作人員掌握試驗(yàn)的實(shí)際進(jìn)程和加載情況并做出及時(shí)的調(diào)整和控制，壓力傳感器和位移傳感器的量程和測(cè)量精度都能滿足試驗(yàn)要求。

綜合分析，巷道支架試驗(yàn)臺(tái)在試驗(yàn)加載過程中運(yùn)行安全可靠，整體性能良好，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)和建設(shè)目標(biāo)。

3 結(jié)語

巷道支架試驗(yàn)臺(tái)作為測(cè)試巷道金屬支架力學(xué)性能指標(biāo)的重要工具，其本身性能的優(yōu)良直接影響著測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。文章綜合運(yùn)用理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的研究方法，對(duì)巷道支架試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究，并運(yùn)用所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)對(duì)直墻半圓拱型可縮性支架試件進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)力學(xué)測(cè)試。

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[2]中國工程院項(xiàng)目組.中國能源中長(zhǎng)期(2030—2050)發(fā)展戰(zhàn)略研究[M].北京：科學(xué)出版社，2011：228-256.

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A Research on Design and Application of Test bed for Roadway Support

GUO Chen
(Department of Computer and Control Engineering,North University of China,Taiyuan,Shanxi 030051,China)

Firstly,the technological parameters of the test bed were designed and calculated.Secondly,based on theoretical analysis and numerical simulation,this paper designed and studied the main framework of the test bed. Finally,a field loading test was conducted on the straight leg semicircle arch U-shape compressible support with the designed support test bed.

roadway support test bed;metal support;framework;measurement and control system;COSMOS/Works

TD353

A

2095-980X（2015）01-0131-01

2014-12-22

郭晨（1991-），男，碩士研究生,從事精密儀器儀表加工與數(shù)字圖像處理研究工作。