史晉華

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司望云煤礦分公司， 山西 晉城 048411）

引言

液壓支架是煤礦井下“三機(jī)”設(shè)備之一，主要用于對(duì)巷道頂板進(jìn)行支護(hù)，確保井下綜采作業(yè)的安全性。液壓支架在工作時(shí)依靠電液控制系統(tǒng)控制液壓支架的升柱、降柱、收放護(hù)幫板等，是液壓支架能否正常工作的核心。由于煤礦井下工作環(huán)境惡劣、各類(lèi)電器件的工作穩(wěn)定性差，導(dǎo)致液壓支架電液控制系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障，目前對(duì)于支架故障的排查是依靠人工逐個(gè)進(jìn)行核實(shí)，故障排查速度慢、效率低，使液壓支架無(wú)法快速恢復(fù)正常，給井下的支護(hù)安全帶來(lái)了極大的隱患[1]。因此應(yīng)用一種液壓支架控制系統(tǒng)故障自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障快速定位和識(shí)別。

1 液壓支架控制系統(tǒng)工作原理

對(duì)液壓支架電液控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)故障識(shí)別和診斷的前提是對(duì)液壓支架控制系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行分析。液壓支架的電液控制系統(tǒng)主要包括供電單元、液壓基站、控制模塊，當(dāng)液壓支架動(dòng)作時(shí)通過(guò)控制模塊發(fā)出控制指令，液壓基站上的液壓先導(dǎo)閥控制發(fā)下動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支柱動(dòng)作的控制，在液壓支柱內(nèi)設(shè)置有位移傳感器，用于對(duì)液壓支架立柱動(dòng)作狀態(tài)的監(jiān)控，然后將監(jiān)控結(jié)果返回到控制中心，在控制中心內(nèi)對(duì)液壓支架的實(shí)際動(dòng)作狀態(tài)和理論動(dòng)作狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，確定偏差量，然后系統(tǒng)再進(jìn)行修正，液壓支架電液控制系統(tǒng)的控制原理如圖1 所示[2]。

通過(guò)對(duì)液壓支架電液控制系統(tǒng)的分析，在控制的過(guò)程中控制信號(hào)從控制系統(tǒng)發(fā)出，最終傳遞到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，因此通過(guò)對(duì)信息傳遞過(guò)程中，對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)即可確認(rèn)在該環(huán)節(jié)是否出現(xiàn)異常。當(dāng)系統(tǒng)部件功能或者邏輯信息無(wú)法銜接時(shí)系統(tǒng)就報(bào)出故障信息，從而準(zhǔn)確判定故障發(fā)生區(qū)域和類(lèi)別，實(shí)現(xiàn)快速定位和排除。

圖1 液壓支架電液控制系統(tǒng)原理示意圖

2 支架電液控制通信故障分析

液壓支架的電液控制通信系統(tǒng)是液壓支架正常工作的基礎(chǔ)，通信系統(tǒng)的故障將導(dǎo)致整個(gè)液壓支架的控制癱瘓。采用在系統(tǒng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換器上設(shè)置通信數(shù)據(jù)檢測(cè)口令，數(shù)據(jù)口令通過(guò)數(shù)據(jù)電纜從控制系統(tǒng)傳遞到液壓支架的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，傳遞到各個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)后各個(gè)節(jié)點(diǎn)處返回通信回復(fù)令牌，當(dāng)在某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)通信故障后系統(tǒng)將故障信息一方面反饋到信號(hào)轉(zhuǎn)換器，一方面系統(tǒng)再次發(fā)出通信令牌，對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行二次判斷，直到二次故障確認(rèn)后，系統(tǒng)才會(huì)發(fā)出故障信號(hào)。

對(duì)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳遞準(zhǔn)確性和速度的分析，則可以通過(guò)過(guò)載特點(diǎn)的時(shí)間內(nèi)發(fā)送不同頻率的數(shù)據(jù)信號(hào)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)傳遞速度曲線的分析及單位時(shí)間內(nèi)控制中心接收到的數(shù)據(jù)信息總量的分析，結(jié)合數(shù)據(jù)觸發(fā)系統(tǒng)的定量包校核即可確定數(shù)據(jù)傳遞的準(zhǔn)確性[3]，若控制中心接收到的數(shù)據(jù)量小于系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)量則說(shuō)明通信系統(tǒng)在傳遞過(guò)程中發(fā)生了數(shù)據(jù)的丟失，該通信系統(tǒng)故障排查數(shù)據(jù)傳遞特性如下頁(yè)圖2 所示。

3 傳感器故障報(bào)警

傳感器是液壓支架電液控制系統(tǒng)的“眼睛”，用于對(duì)液壓支架工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，支架上的傳感器主要包括壓力傳感器、位移傳感器、傾角傳感器、紅外傳感器等。

圖2 通信系統(tǒng)故障判別信號(hào)特性示意圖

壓力傳感器主要設(shè)置在液壓支架的立柱油缸內(nèi)，在工作過(guò)程中需要反復(fù)承受液壓油的高壓和脈動(dòng)沖擊作用，最常見(jiàn)的故障為在高壓油的脈動(dòng)沖擊下傳感器上的薄膜電流的脫落或者在連接處斷裂，導(dǎo)致壓力信號(hào)的中斷，因此可通過(guò)檢測(cè)在支架升柱、降柱過(guò)程中是否有壓力變化及壓力變化趨勢(shì)來(lái)對(duì)壓力傳感器的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷[4]。

位移傳感器主要是用于對(duì)立柱的伸縮量進(jìn)行檢測(cè)，同樣設(shè)置在立柱油缸內(nèi)，在工作過(guò)程中承受反復(fù)的高壓沖擊，同時(shí)由于位移傳感器主要是依靠探測(cè)桿和探測(cè)開(kāi)孔之間存在間隙，因此反復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致傳感器探測(cè)桿的磨損及精度下降，因此對(duì)位移傳感器工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，可以通過(guò)對(duì)支架升降過(guò)程中行程的變化量和立柱實(shí)際狀態(tài)的對(duì)比（在立柱上選擇完全縮回、伸出一半、完全伸出三個(gè)狀態(tài)，通過(guò)對(duì)此時(shí)位移傳感器的位移信號(hào)和立柱實(shí)際伸出量的對(duì)比即可確定位移傳感器的工作狀態(tài)是否OK）進(jìn)行判斷。

傾角傳感器主要設(shè)置在液壓支架的底座、頂梁及連桿機(jī)構(gòu)上，用于對(duì)液壓支架工作時(shí)的傾角狀態(tài)進(jìn)行判斷，根據(jù)對(duì)傾角傳感器失效機(jī)理及實(shí)際失效情況分析，傾角傳感器最大的失效點(diǎn)來(lái)源于長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中傳感器松動(dòng)導(dǎo)致的測(cè)量精度下降，常用的提升精度方案主要是利用液壓支架相應(yīng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行到最大點(diǎn)時(shí)對(duì)傾角測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比，若出現(xiàn)偏差則進(jìn)行標(biāo)定和修正。

紅外傳感器主要用于對(duì)采煤機(jī)和液壓支架相互位置狀態(tài)進(jìn)行判斷，目前統(tǒng)計(jì)紅外傳感器主要的故障在于受井下粉塵等影響，導(dǎo)致紅外線信號(hào)接收不暢，因此對(duì)紅外傳感器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)對(duì)紅外信號(hào)傳輸連續(xù)性的監(jiān)測(cè)來(lái)確定。

4 結(jié)論

1）液壓支架控制系統(tǒng)故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是對(duì)控制過(guò)程中的信號(hào)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)系統(tǒng)部件功能或者邏輯信息無(wú)法銜接時(shí)系統(tǒng)就報(bào)出故障信息，從而準(zhǔn)確判定故障發(fā)生區(qū)域和類(lèi)別，實(shí)現(xiàn)快速定位和排除。

2）對(duì)電液控制系統(tǒng)通信狀態(tài)的監(jiān)測(cè)主要通過(guò)設(shè)置通信數(shù)據(jù)檢測(cè)口令、數(shù)據(jù)信息總量分析等實(shí)現(xiàn)對(duì)其快速檢測(cè)。

3）對(duì)各類(lèi)傳感器故障的監(jiān)測(cè)，主要通過(guò)設(shè)置固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，來(lái)對(duì)傳感器狀態(tài)和液壓支架實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，確定傳感器是否能夠正常工作。