孫洋

（天地科技股份有限公司開采設(shè)計(jì)事業(yè)部，北京 100013）

我國(guó)煤炭產(chǎn)量巨大，其中薄煤層儲(chǔ)量超過60億噸，通常采高為0.7～1.3m，占國(guó)內(nèi)所有煤炭?jī)?chǔ)量的18%左右。對(duì)薄煤層進(jìn)行開采作業(yè)時(shí)，需要使用采煤機(jī)，由于其自身設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)等方面的原因，開采下限一般在0.8m左右，而且由于開采設(shè)備作業(yè)位置與區(qū)域的特性，在操作和維修上存在著較大的不便，跟機(jī)作業(yè)時(shí)工人的作業(yè)面低，鑒于此，多采用電液壓支架作為這種煤層的主流開采設(shè)備。

在煤礦開采中，液壓支架是常用的設(shè)備，而在液壓支架中使用較多的是電液控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)涵蓋了計(jì)算機(jī)通信、液壓管理以及傳感器的基本監(jiān)測(cè)等功能，綜合性高、使用較為廣泛。液壓支架在煤礦機(jī)械化生產(chǎn)中，起到支護(hù)工作面的作用，是開采過程中需要用到的重要設(shè)備。近年來，自動(dòng)控制技術(shù)的快速發(fā)展和電子設(shè)備的不斷進(jìn)步，使自動(dòng)化開采技術(shù)逐步成熟，使用電液控制技術(shù)的開采設(shè)備越來越多。針對(duì)我國(guó)液壓支架控制設(shè)備的基本情況，在電液控制系統(tǒng)的實(shí)際使用中，其功能和作用還沒有充分得到挖掘，部分原因在于設(shè)備的使用者和維護(hù)者對(duì)于相關(guān)操作和維護(hù)工作不夠熟練，存在較多需要改進(jìn)的地方。當(dāng)前對(duì)于液壓支架電液控制的研究，還需要從導(dǎo)致設(shè)備故障原因和科學(xué)的維修方法入手進(jìn)行分析。

1 液壓支架電液控制系統(tǒng)構(gòu)成

液壓支架電液控制系統(tǒng)逐步取代了人工操作。采用電液程序控制的方式，能夠?qū)沃Ъ艿膯蝿?dòng)作控制、多支架的順序流程控制結(jié)合起來，形成自動(dòng)控制為主、人工管理為輔的自動(dòng)化生產(chǎn)體系，能夠提高煤礦的生產(chǎn)效率，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

這一控制系統(tǒng)通常由地面主控計(jì)算機(jī)、電液控制器以及數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)等部分組成。負(fù)責(zé)主控功能的地面計(jì)算機(jī)通常使用可靠性較高、抗外部干擾能力強(qiáng)的計(jì)算機(jī)，液壓支架上面則安裝有壓力傳感器、角度傳感器、行程傳感器、電磁換向組等部件。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)則使用傳輸線纜、耦合器、轉(zhuǎn)換器、電源箱以及井下交換機(jī)等部件。在作業(yè)面上，使用行程和壓力傳感器等部件，能夠?qū)崿F(xiàn)液壓支架信號(hào)的傳輸，借助于數(shù)據(jù)分析和計(jì)算，主控計(jì)算機(jī)能夠?qū)﹄娨嚎刂破鬟M(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放線、移位、噴淋等操作。

1.1 電液控制系統(tǒng)通信系統(tǒng)故障診斷

（1）對(duì)雙總線通信鏈路進(jìn)行檢測(cè)和故障診斷信息報(bào)送。在信號(hào)轉(zhuǎn)換器上定期發(fā)送通信檢測(cè)令牌，通過通信電纜，進(jìn)行鄰架通信回路檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)令牌信號(hào)返回到信號(hào)轉(zhuǎn)換器時(shí)，就完成了工作面通信雙回路的鏈路檢測(cè)。

（2）電纜連接器斷裂快速故障報(bào)送。在生產(chǎn)過程中，由于支架移架過程中相互運(yùn)動(dòng)，才會(huì)造成電纜連接器擠斷損壞，因此需要快速定位并報(bào)送架間的通信故障。

1.2 人機(jī)交互系統(tǒng)故障診斷

（1）鍵盤按鍵檢測(cè)與故障報(bào)警。在出現(xiàn)鍵盤實(shí)體損壞的情況，鍵盤的電路應(yīng)當(dāng)具備故障信息監(jiān)測(cè)功能，系統(tǒng)需要對(duì)故障狀態(tài)及時(shí)做出反應(yīng)，并對(duì)鍵盤發(fā)出的指令進(jìn)行處理，并且將相應(yīng)的鍵盤編號(hào)信息報(bào)送至操作控制中心，并標(biāo)記出故障狀態(tài)。

（2）急停、閉鎖按鈕故障識(shí)別與故障報(bào)警。在急停、閉鎖按鈕進(jìn)行按下操作時(shí)，系統(tǒng)的操作狀態(tài)會(huì)改變，由于這些按鈕自身具有自鎖功能，在按鈕出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)信號(hào)，如果在1秒時(shí)間內(nèi)，急停和閉鎖按鈕信號(hào)出現(xiàn)變化，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別故障，并進(jìn)行報(bào)警。

1.3 支架動(dòng)作控制檢測(cè)與故障報(bào)警

支架動(dòng)作控制系統(tǒng)主要對(duì)支架的相關(guān)動(dòng)作進(jìn)行控制，相應(yīng)的執(zhí)行單元有功率型驅(qū)動(dòng)電路和電液轉(zhuǎn)換先導(dǎo)控制等。

（1）電磁驅(qū)動(dòng)回路檢測(cè)與故障報(bào)警。電磁驅(qū)動(dòng)電路一般使用MOS功率管進(jìn)行電磁鐵的開關(guān)控制。通過構(gòu)建電磁驅(qū)動(dòng)旁路降壓回路，實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)回路的檢測(cè)。電磁回路檢測(cè)可以包括短路、開路、漏電等3種工作狀態(tài)。

（2）電液換向閥組狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷。電液換向閥組的主要故障為電磁鐵漏電，電磁鐵頂桿和銜鐵間隙變化引發(fā)的電磁鐵吸力下降，造成無法打開先導(dǎo)閥，電液換向閥堵塞等故障，可以通過鍵盤操作、支架動(dòng)作來判斷電磁先導(dǎo)閥是否能夠正常工作，并對(duì)電液閥故障報(bào)警。

2 影響電液控制設(shè)備的主要故障原因和維修方法

一般來說，影響電液控制的主要因素包括換向閥組的清潔程度、過濾器的清洗、配液用水的純凈程度、人員技術(shù)能力和培訓(xùn)等。

2.1 換向閥組的清潔度

對(duì)于電液系統(tǒng)進(jìn)行控制，是通過程序電路發(fā)出相應(yīng)操作指令，對(duì)先導(dǎo)電磁閥進(jìn)行操作，考慮到電磁力大小通常是有限制的，在對(duì)先導(dǎo)電磁閥設(shè)計(jì)和使用時(shí)，閥芯尺寸不能太大，以免影響電磁力實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)操作，在先導(dǎo)閥內(nèi)部出現(xiàn)堵塞時(shí)，閥芯很容易出現(xiàn)失靈的情況，并導(dǎo)致電液控制操作的整體失敗。為了更好地解決這一問題，需要在操作中避免對(duì)電液換向閥組造成污染，避免因?yàn)槲廴径斐砷y組故障。

2.2 過濾器和過濾器站的定時(shí)清洗

在電液控制系統(tǒng)的具體操作中，需要每天對(duì)過濾器和過濾器站進(jìn)行清潔，使用在線沖洗的辦法，進(jìn)行反向沖洗，在保證控制系統(tǒng)清潔程度的基礎(chǔ)上，可以避免過濾裝置中含有的污染物對(duì)于井下環(huán)境的多次污染。在每臺(tái)井下操作設(shè)備中，需要安裝雙濾芯，保證電液系統(tǒng)處于清潔可用的狀態(tài)，雙濾芯反向沖洗的模式，能夠?qū)崿F(xiàn)濾芯不去除的基礎(chǔ)上，完成沖洗操作，也能夠減少濾芯反復(fù)取出而形成的多次污染。

2.3 配液用水的純凈度和乳化液的濃度

配液用水的純度和乳化液的濃度，會(huì)對(duì)電液控制工作造成重要影響。針對(duì)可能出現(xiàn)的純凈度和乳化液濃度問題，需要從2個(gè)方面入手做好工作：（1）確保配液用水的純度。通常使用純凈水、專用PE管的方式進(jìn)行供水操作，能夠在很大程度上降低供水管路的銹蝕現(xiàn)象，繼而堵塞電液控制閥。（2）嚴(yán)格控制乳化液的濃度。乳化液和清水的配比通常為5:95。如果清水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的情況下，需要依據(jù)原有規(guī)范進(jìn)行一定的調(diào)整。在完成配比后，要對(duì)乳化液的濃度進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)與控制，通常乳化液的濃度在3%～5%較為合適。同時(shí)，通過對(duì)乳化液過濾設(shè)備的及時(shí)清洗、定時(shí)更換，能夠及時(shí)防止堵塞問題的出現(xiàn)。

2.4 電纜

信號(hào)的穩(wěn)定性對(duì)于系統(tǒng)的可靠性有著重要影響。相關(guān)的設(shè)備在使用中可能出現(xiàn)功率大、系統(tǒng)穩(wěn)定性喪失的情況，針對(duì)這一情況，需要使用雙屏蔽形式電纜，對(duì)信號(hào)傳輸進(jìn)行必要的防護(hù)。同時(shí)，也要做好防磁防水工作，控制絕緣體的電阻數(shù)值，避免故障出現(xiàn)的幾率，提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2.5 反饋元件

在電液控制系統(tǒng)中，反饋元器件的主要功能是將收集的信息傳遞到中央處理器中。由于其具有的重要作用，元器件是否具備足夠的準(zhǔn)確性和可靠性就變得很重要，也能夠避免中央處理器依據(jù)錯(cuò)誤的信息而發(fā)出錯(cuò)誤的指令。針對(duì)反饋元件的問題，通常要使用高質(zhì)量的元件安裝在正確的位置，避免安裝中出現(xiàn)損毀的情況。

2.6 供電

供電的穩(wěn)定性對(duì)于系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的重要性不言而喻，當(dāng)存在多臺(tái)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用分段供電、獨(dú)立設(shè)置供電開關(guān)等操作。

2.7 供液壓力和流量

在電液控制系統(tǒng)工作中，壓力和流量處于穩(wěn)定、可用的狀態(tài)，對(duì)于確保系統(tǒng)完成規(guī)定操作、避免出現(xiàn)無效操作和錯(cuò)誤操作具有重要意義。通?？梢允褂么罅髁康墓?yīng)系統(tǒng)或是采用多路并聯(lián)的方式，避免局部不穩(wěn)定造成功能受損。

2.8 技術(shù)培訓(xùn)

人員的素質(zhì)和技術(shù)水平對(duì)于電液控制系統(tǒng)的操作也會(huì)產(chǎn)生重要影響。操作人員需要掌握必要的故障判斷知識(shí)，維修保養(yǎng)人員具有相應(yīng)的維修知識(shí)和技術(shù)。企業(yè)也需要針對(duì)設(shè)備使用情況和人員的知識(shí)結(jié)構(gòu)等，開展適時(shí)的培訓(xùn)，為后續(xù)的操作和維修工作打下良好基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

當(dāng)前，我國(guó)在液壓支架元器件和電液控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、環(huán)境適應(yīng)性方面存在著較大不足。電液控制系統(tǒng)自身具備的自診斷和修復(fù)功能還比較差。這就需要對(duì)液壓支架的控制系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)的更新和升級(jí)，避免增加現(xiàn)場(chǎng)工作人員的作業(yè)量，降低操作人員和維護(hù)人員的知識(shí)技能門檻，在提升系統(tǒng)可靠性、可維護(hù)性的同時(shí)，降低使用成本，為自動(dòng)化、智能化操作提供必要的保障。