基于逻辑阀的液压支架推移控制方案改进研究
随着煤矿装备技术的发展,已经有煤矿企业试验综采工作面无人化作业。综采工作面无人化作业,是以智能机械为基础,其中液压支架是极其重要的基础设备之一。在液压支架系统中,推移千斤顶给运输机推溜提供推力,给支架移动提供拉力,从而实现支架的推移。但是,现场实践中电液控制系统存在控制的滞后性和对支架定位的偏差性,尚需要人工进行干预调整。因此,探究液压支架产生自动控制误差的原因,找到确保精确推移的控制方案,是实现综采工作面无人化作业的关键因素。
首先,缺乏正确的认识。质量管理系统建设是一项基础性工作,各军工企业都纷纷进行了质量管理系统建设,但在具体实践过程中由于认识不到位,还存在一定的不足:认为质量管理系统建设归属质量部门,缺乏良好的全员参与意识及机制;存在重质量管理系统认证轻质量管理系统运转与优化的问题;认为质量管理系统建设是基层厂的任务,对研究院本级质量管理系统建设缺乏深层次的探究。
1 现有液压支架系统存在的问题
1.1 支架液压系统控制的精度低
阀控和泵控是支架液压系统控制的主流技术,阀控液压系统的开口度决定执行部件的运转速度,无论是串并联方式,还是负荷传感方式,都存在着节流损失、能量效率低以及控制不及时等问题。泵控液压系统对能源的利用率相对比较高,达到了节能规定的要求,但目前的液压系统在动态上的响应有滞后性,执行元件的鲁棒性也难以再提升层次,这对支架液压顶板支护和管理的控制精度是不能忽略的。两种控制技术相比,泵控液压系统的改进更有优势,付出的成本更小[1]。
1.2 受力不均使推移步距不一
支架在水平和垂直方向上的位移,是通过千斤顶和输送机之间的连接绞合点实现的。在综采工作面推进时,刮板输送机需要均匀受力,则否会引起部件的断裂[2-4]。因此,在连接绞合点留出了销轴间隙,使刮板输送机能够在弯曲和伸缩等过程中连接件承载负荷均匀,达到平滑过渡的目的。但销轴间隙的存在,使得移架和推溜的步距不一,影响着工作效率。
如图1所示,在移架的过程中,液压支架和刮板输送机的销轴间隙存在着三种情况。在没有进入移架过程前,推移千斤顶与刮板输送机没有出现销轴间隙,二者之间紧紧地挨在一起,相互之间的支撑力达到最大。在移架过程中,千斤顶与刮板输送机的连接绞合点出现销轴间隙,并随着移架的进行而逐渐变大,同时二者之间的支撑力在逐渐减小。在移架过程完成后,千斤顶与刮板输送机之间的销轴间隙达到最大,此时,二者之间不存在支撑力。
控制逻辑阀的工作原理是通过长接口推进喷雾,另外两个结构相同的接口分别与支架移架回路、推溜液压回路相连。在未执行喷雾动作前,移架回路和推溜回路保持着相同的大孔连通状态;在执行喷雾动作后,液体推入逻辑阀内,逻辑阀向连个接口输出同样的推力,使得两回路开始受力工作。在两接口处调节其连接孔径的大小,可改变两回路的受力比例,从而达到更加精确和更加智能的控制效果。
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图1 支架与刮板输送机间销轴的间隙变化
逻辑阀的作用使两回路的供能更加精确,在此基础上还需要对推移控制程序进行优化,以解决受力不均导致的推移步距不一致问题。
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图2 刮板输送机的受力模拟
2 基于逻辑阀的推移控制改进方案
2.1 逻辑阀的结构和工作原理
泵控液压支架系统更加节能,结构易于改造,为了进一步提高执行件的动态响应能力,提升其鲁棒性,须在推移控制系统上添加了推移控制逻辑阀,其结构如图3所示。这种逻辑阀一共有三个接口,其中一个用于推进液体,另外两个结构相同,能够实现对两接口的同步受力控制,从而优化了执行元件的动态响应性[8-10]。
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图3 逻辑阀的三维结构
其中,y0是基线,A为峰面积,w为峰的半高宽,xc为峰的位置。利用Origin软件拟合二极管1N4007和2AP10伏安曲线的拟合优度(R2)如表1所示,总体上拟合曲线与测量值拟合程度比较好,相比之下,内接法拟合程度比较好。
2.2 基于逻辑阀的推移控制改进流程
根据支架与刮板输送机之间支撑力的变化,对此过程的受力作进一步分析,如图2所示。1号到3号的支撑力在逐渐变小,理论上是从最大降到最小零值。三个中部槽相比,受力最小的3号中部槽状态最不稳定,最容易在受力不均使受到影响而发生偏移。当2号中部槽的移架作用力大于反方向的三者支撑力合力时,3号中部槽就会受到作用力向下的作用而偏离初始位置。在综采工作面的工作过程中,3号中部槽会在多次受力的作用下不断偏移初始位置,形成累计位移偏差,进而在工作面表现出推移步距的不一致[3-7]。
2.2.1 不同处理下基于DM的草地载畜量 不同处理下基于DM的草地载畜量变化与DM产量的变化相似(图1)。除6月施肥对杂类草DM载畜量(4.38羊单位/hm2)有显著促进作用外,其余各月施肥和补播处理对杂类草DM载畜量无促进效果。6月补播对禾本科(13.55羊单位/hm2)、豆科(7.68羊单位/hm2)和莎草科(5.68羊单位/hm2)DM载畜量的促进作用最明显。7月施肥处理下禾本科的DM载畜量(21.34羊单位/hm2)与CK差异显著(P<0.05);补播处理下禾本科(22.88羊单位/hm2)和豆科(11.48羊单位/hm2)DM载畜量显著高于施肥和CK(P<0.05)。
整个流程将支架移架和推溜控制分两部分进行。在支架移架中,先对移架目标行程阀值进行判断,达到目标行程阀值后,自动执行喷雾动作实现精确移架。在推溜过程中,执行喷雾动作,进行精确推溜,借助精确的推溜控制功能和千斤顶行程传感器,进行销轴间隙的消除。 “两步走”的控制系统不仅做到了精准移架,还实现了对销轴间隙的消除,修正了受力不均的位置偏移情况(如图4所示)。
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图4 自动精准推移控制流程
3 基于逻辑阀的仿真实验测试
逻辑阀是极好地提升机械控制精确度的研究方向,文章提出的基于逻辑阀的液压支架推移控制方案,在煤矿工作面进行应用后,取得了很好的技术经济效益。
表1 不同节流孔径逻辑阀的控制效果
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控制参数未安装逻辑阀逻辑阀的节流孔径/mm5.004.003.503.00伸千斤顶位移均值/mm244.00113.0089.0065.0057.00伸千斤顶位移方差/mm245.635.173.343.112.21收千斤顶位移均值/mm198.0096.0075.0054.0050.00收千斤顶位移方差/mm236.174.383.022.761.67
与未安装逻辑阀相比,千斤顶的伸(收)控制速度虽然快,但精度差,造成的步距误差也会比较大;不同孔径的逻辑阀对节流控制作用明显加强,其位移可控精度也得到明显提高。由于控制速度和控制精度的效果是反向的,且具有一定的规律性,考虑到综采工作面对支架控制精度的要求,选择4.00 mm节流孔径比较合适。这一孔径既能够满足速度方面的需求,又表现出极好的精确控制性。
4 结 语
逻辑阀对不同孔径的节流和控制效果是不同的,为了找到支架控制效果最佳的节流孔径,对不同孔径的逻辑阀进行了仿真实验测试。测试通过伸(收)千斤顶动作位移的情况,对其位移均值和方差来判断控制精度。位移均值是检测控制速度的指标,其速度越快,位移的均值越大,其位移的精准可控性越差。位移方差是检测多次测量值离散程度的指标,方差越小,其控制精度越高。仿真实验的测试结果见表1。
1) 通过改造,将逻辑阀安装到液压控制系统,并对相应的程序进行了升级。在这一过程中,煤矿原有系统的改造的范围小,投入成本也比较低。
2) 进入生产运用环节后,工作面的人员数从14人,缩减到5人。这表明:此控制方案控制的喷雾动作,满足了支架精准推移的要求,对销轴间隙自动化的消除,减少了对工人数量的需求,保证了工作面直线度控制水平。
对语体修辞因素的考虑同样是翻译实践不可忽视的环节。修辞即修饰言论,常见的英语修辞手法有:借代、夸张、明喻、暗喻、夸张、拟人、双关、通感等。译者如果不能领会原文的蕴意所在,就无法正确阐述作者的思想。例如:
3) 引入逻辑阀改变了以往粗放的控制方式,实现了节流控制,大大降低了能源的消耗。控制系统的优化,增强了喷雾动作的作用,系统自动消除了销轴间隙,实现了自动位移纠偏功能,大大提高了推移的步距的一致性。这样越来越多的工作人员将参与到此技术的研究中,为开采提供更多的技术支撑。
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