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浅析电磁阀在液压支架电液控制系统中的应用

煤炭在我国一次性能源消费中占70%，是我国经济高速发展的重要支撑。随着科技发展煤矿开采逐步实现全面机械化。在机械化开采过程中，液压支架是煤炭开采过程中的核心部件，是保证工作面安全高效开采的重要设备。为提高综采工作面效率，在传统液压支架控制系统基础上研发了电控液压支架系统。液压支架电液控制系统的核心是利用信息技术实现对液压支架的智能化控制和自动化控制。
我国国产的电控液压支架控制系统和国外的一些厂家还存在很大差距，例如国产的控制系统可以在地面正常使用，然而在井下却不能正常工作，主要原因是国产控制器的抗干扰能力差、可靠性不高、不能适应煤矿井下的恶劣环境。国产的电液控制阀在性能上与国外相比也存在较大差距，主要表现在使用寿命、可靠性和制造精度较差。支架电液控制器未来的发展方向是：能实现程序实现智能化操作；井下和井上能实时交换数据信息，可以实现远程操作或无人操作；控制器和先导阀功耗向更低方向发展，井下电源大量减少，使系统整体结构简单化。

一、液压支架电液控制的优越性
液压支架电液系统利用信息技术，实现支架控制的可视化和远程控制。采用电控液压支架控制系统有利于实现综采液压支架快速移动，从而提高工作面的生产效率。可以进行远程操作，提升工作面的安全系数。系统带有监视功能，可以随时了解液压支架的工作状况，如果出现了异常可以警报。
a)节省人力成本。传统液压支架在“降柱一移架-升柱”每个过程都需要人工介入，无法做到连续动作。电控液压支架系统可以将整个过程连续起来，每个过程可以实现自动操作。在对液压支架整体移动时，传统液压支架需要进行反复操作，利用电控系统可以实现液压支架整体移架，大大降低了液压支架移动所需要的时间；
b)提高了控制精度。手动操作时无法对液压支架的工作阻力和高度实现准确控制，无形中增大了某些支架的工作阻力，存在安全隐患。电控系统采用计算机控制，通过对支架的阻力和高度进行准确测定，保证液压支架工作的稳定性；
c)提高安全性。电控系统在操作时不需要人进入工作面进行操作，可以实现远程控制，大大降低了工作面发生事故的风险，特别是在薄煤层开采时可以大幅提高工作面的安全性；
d)操作灵活多样。电液控制提供的控制方式和过程的可调节性〔如主动作与辅动作的协调配合、支架各部件的联动配合、不同位置支架的动作关系等使支架动作更合理，更好地满足实际需求，对工作面条件的适应性更强。
二、电控液压支架系统工作原理
电控液压支架控制系统主要由油缸、电液阀组(电磁先导阀和主阀)、支架控制器、传感器(压力传感器、行程传感器、倾角传感器和采煤机位置检测传感器等)、防爆型电磁阀的驱动器、电源电缆、连接器、网络变换器、端头控制器孔在进行移架时在液压支架上的操作界面发出控制指令，电磁先导阀接收到控制主机发出的电信号，在收到信号之后先导阀开始动作，从而用小流量的高压液体驱动主阀运作。系统通过安装的压力传感器、行程传感器、倾角传感器及时反馈液压支架的状态信息给支架控制器，支架控制器通过反馈的信息对支架的状态进行调整。
液压支架电液控制系统主要由三部分组成：计算机构、控制机构、执行机构。其中地面计算机负责传输信号的处理及发出动作指令。井下交换机、巷道主机、网络终端负责采集信号，信号传输采用工业以太网。耦合器的作用是进行电隔离防止传输信号对控制系统的干扰。控制机构由传感器、隔离控制器、支架控制器组成，其中的传感器负责采集液压支架的压力和位置信息并反馈到控制器，隔离控制器的主要作用是防止液压支架之间的动作相互干扰。执行机构是电磁阀控制组，通过隔爆电磁阀的动作控制液压支架的动作，控制液压支架的升降。支架控制器之间采用CAN总线通信，实现综采设备数据上传与下载。通过以上各部件的协调动作达到对液压支架的自动控制。
液压支架要根据采煤机的位置进行移动，所以必须实时检测采煤机的位置信息。在采集采煤机的位置信息时，通过发射红外测定液压支架与采煤机的距离。在测距时微处理器通过编写程序产生固定频率的脉冲波信号，并以此作为红外信号的载波信号进行调制，经过信号调制之后信号抗干扰能力更强，测距信号通过红外发射模块发出。红外接收模块负责接收反射回来的红外信号，并将接收的信号传递给微处理器，微处理器经过解调判断出采煤机的位置，将位置信号传递给通信模块，控制器接收到相应的位置信息发出相应的指令进行动作。
三、电液控制系统的关键技术
电液控制系统的关键部件是电磁先导阀，其功能是将微型计算机发出的控制信号转换为液体压力信号，使液压支架油缸可以通过液控换向阀来控制，达到控制液压支架动作的目的。由于电液压支架控制系统本身的特性给控制器研制带来了极大困难。电磁先导阀的难题是在小功率作用下要保证高水基介质高压阀的密封性，与此同时还要保证高压阀的灵敏性及耐久性，需要解决在正压力小和水基质条件下高压阀的密封问题，还要保证电磁阀动作范围在电磁铁吸力范围内。
在系统运行过程中，电液阀的动态响应性能及油液压力的损失对整体性能产生很大影响。由于液压阀的密闭不严导致的油泄露、在支架快速移动过程中油压不足、油回流速度慢等造成压力损失都会影响到液压系统快速响应。
经过多年发展，我国液压支架电液控制系统和国外技术差距越来越小。提高液压支架电液控制系统的稳定性有利于提高综采工作面的生产效率，是科研工作者要解决的一个重要问题。支架电液控制器的研发和制造是一个复杂的工程，不仅对控制器的性能、操作、使用有更高要求，最主要的是安全性和耐用性，在井下恶劣的环境中能长时间无故障运行是首要要求。液压控制器的研发不单是某个科研单位能单独完成的，需要大量交叉学科人才配合才能完成这项艰巨的任务。
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