液压支架技术的发展现状及未来趋势.doc

1、 中国工矿设备行业 B2B 平台领导者液压支架技术的发展现状及未来趋势支护问题一直是困扰煤矿安全生产、产量和效 率的重要问题。液压支架电液控制系统的出现和发 展，从根本上改变了井下工作条件，并为煤炭的高 效高产迅速提高奠定了基础。液压支架电液控制系 统是目前液压支架最先进的控制方式，是综合运用 计算机、通信网络传感、机械、电子、控制等技术于一身的一项高技术产品。控制系统将原来的手 工操作改为自动控制、程序化操作，它按采煤工艺 实现对综采工作面液压支架的监测和控制，使液压 支架与其他机采设备协调运行，充分发挥机采的生 产效率。然而，这项技术在我国发展缓慢，设备一 直依靠进口。近期我国煤炭机械制造

2、企业和煤炭生 产企业对液压支架电液控制系统的国产化高度关 注，大力开展研发工作。笔者对国内外液压支架电 基金项目：中国煤炭工业协会科学技术研究针对性资助项目(MT l(J 08301) 液控制技术现状及发展趋势进行分析。 1 国外液压支架电控技术的发展及现状 11 研发过程和技术水平 国外在 2O 世纪 70 年代开始开发研制液压支架 用的电控系统，80 年代进入实质性应用阶段 90 年代液压支架电液控制技术已经成熟，工作性能和 可靠性已能满足使用要求。 目前综采液压支架电液控制系统已经达到如下 控制功能：在井下开采工作面实行自动控制，通过 在支架上安装的电液控制器、压力传感器、行程传 感器、

3、电液控制阀，实现液压支架的自动移架、自 动推移输送机、自动放煤、自动喷雾等成组或单架 控制_2 J，也可以实现对支架的单个功能进行控制。 美国、德国、波兰等国家的液压支架电控技术走在世界前列，其液压支架电液控制系统配置有故障诊 断预警装置，可实现液压支架与采煤机、刮板输送 机联动和远程控制 。 12 主流控制器和生产商 液压支架电液控制系统已成为先进产煤国家综 采工作面液压支架的标准控制装备，在美国、澳大 利亚、德国等国家已经普遍应用。此外，中国、斯 洛文尼亚、南非、俄罗斯、波兰、墨西哥、加拿大 等国家也已大量使用。 当前国际上主流的液压支架电液控制器主要 有：德国 DBT 公司的 PM4 型

4、控制器、德国 MAR CO 公司的 PM31 和 PM32型控制器和美国 JOY 公 司的 RS20 型 3 种控制器，这 3 种控制器占总数的 90以上 ，此外还有德国 EEP 公司的 PR116 型 控制器和蒂芬巴赫的 ASG5 型控制器等。 德国采矿技术有限公司 (DBT)是 1995 年末， 由当时的 3 个德国公司合并组成的。DBT 公司是全 球成套井下采矿设备供货商，主要提供从液压支 架、电液控制系统、输送机、刨煤机、采煤机到破 碎机、辅助运输系统的成套设备和解决方案 。 德国玛珂公司(MARCO)是一家经过 ATEX 和ISO9001 质量体系认证的本安型井下工作面控制 系统的生

5、产商。玛珂公司长期中国工矿设备行业 B2B 平台领导者致力于开发和生产贴 近矿业用户需求的电液控制系统。现以主打产品 PM32支架控制器为销售品牌。玛珂公司的销售范 围包括：系统集成、电子、电液、传感器、阀类产 品，以及立柱，推移千斤顶等。目前，大概有 80的中国自动化程度较高的矿井已经选择了或计 划通过合资公司购买 PM32 控制系统 J。 JOY 采矿设备公司已成为井下采矿设备设计和 制造业的领导者。其产品包括：连续采煤机、梭 车、采煤机、工作面刮板输送机和液压支架。在中 国 JOY 有负责销售的北京代表处和世界水平的包 头维修中心，最近还新建成了天津组装厂 。 13 典型控制系统的组成及

6、功能特点 图 1 和图 2 分别是 MARCO 公司和 EEP 公司采 煤工作面液压支架电液控制系统典型框图。2 个系 统不同点主要有以下 3 方面： 1)在结构上，MARCO 公司电液控制系统的 地面主控计算机直接和井下主控计算机相连，井下 主控计算机通过耦合器、NNC 控制器、总线提升 器、网络终端器、连接电缆等器件与支架控制器连 接。工作面每 67 个支架控制器分为一组，由独 立的双路电源供电，组与组之间采用隔离控制器连 接。与MARCO 公司的电液控制系统相比，EEP 公 司的电液控制系统是基于 Profibus总线网络连接起 来的。地面主控机通过连接模块和中继器连接到总 线上，井下主

7、控机直接连接在总线上，各个支架控 制器通过 2 个井下服务器连接在总线上。支架控制 器由独立电源直接供电，组与组之问不经过隔离控 制器直接连接，并且在工作面增加了红外遥控装 置，使操作更加方便。 2)在通信网络上，MARCO 公司的电液控制 系统架间通信采用 BIDI Bus，全工作面的互联则采 用 T Bus，这种方式的缺点是整个系统的可靠性 低，一旦工作面某个控制器发生故障，系统通信中 断，整个工作面停止工作。而 EEP 公司的电液控 制系统采用 Profibus 总线，工作面的各个控制器通 2 个服务器连接在线上，当有控制器发生故障 时，2 个服务器通过分段控制仍可以控制整个工作 面，并

8、且设有总线诊断装置可以对整个网路进行实时监控。 3)在地面主控机和井下主控机的连接方式上， 有关资料显示，MARCO 公司的电液控制系统的地 面主控计算机和井下主控计算机直接相连，当井下 主控计算机发生故障时，地面主控计算机也将失去 作用。EEP 公司的电液控制系统控制系统的地面主 控机和井下主控机分别连接在总线上，任何一个主 控计算机正常工作都可以控制整个工作面。 14 井下主控机与支架控制器的技术特点 井下主控计算机是电液控制系统的核心控制部分，通过网络与每个支架控制器建立联系。井下主 控计算机相对于工作面而言作为支架控制器的上一 级控制机，其主要功能是：可以方便地监控、查看 井下工作面的

9、支架、输送机和采煤机等一系列设备 的工作运行情况；汇集并存人工作面支架控制器传 来的数据，可在屏幕上显示数据信息，可设置输入 控制参数，可发出命令控制工作面支架，可紧急停 止支架的动作；配合支架控制器实现支架方便的操 作、可靠的安全保障、支架控制的自动化、众多支 架间的协调配合关联动作。 地面主控计算机是比井下主控计算机更高一级 的控制机，它与井下主控计算机互传数据信息，从 而在地面可监视工作面支架的状况，存储信息资 料，参与支架中国工矿设备行业 B2B 平台领导者的控制。主控制器可设置和输入控制 参数发出控制命令，可实现采煤机位置检测及以采 煤机运行位置为依据的支架自动控制，还可以承担 工作

10、面区域内的其他测控任务，并具备向更高一级 或其他计算机联接通信的接口和能力。通过电话网 或因特网实现对系统的远程维护。 1。5 电液控制阀的功能和结构 电液控制阀是支架电液控制系统的核心，取代 了传统液压系统中的操纵阀，由电控系统控制，也 可以手动直接控制，是电控系统执行元件。目前几 家大公司生产的控制系统均采用电磁先导阀控制的 电液控制阀组。以德国 MARCO生产的电液控制阀 组为例介绍其结构。主控阀组采用整体插装结构， 由电液先导阀、电磁线圈驱动器、回液单向阀、过 滤器、回液安全阀、 DN20 二位三通阀芯组件、 DN12 二位三通阀芯组件、主阀体组成。 电液控制是支架电液控制系统的关键技

11、术之 一， 电液控制阀动作频繁，对工作可靠性和寿命要 求很高，与其配合的其他部件也需要很高的可靠 性。目前国外电液控制阀及其配套器件的可靠性比较高，但售价很高。2 国内液压支架电控技术的发展及现状 北京煤机厂在 1991 年研制出了全国首批支架 电液控制系统，并在井下进行了工业性试验。试验 后通过改进再次进行井下试验，但由于种种原因， 没有进行工业化生产。郑州煤机厂也在 1991 年研 制出支架电液控制系统，并于1992 年在井下进行 工业性试验，在此基础上又进行了多次改进后，再 次进行井下工业性试验且通过鉴定，但也由于种种 原因也未进行工业化生产。1996年煤炭科学研究 总院太原分院研制的支

12、架电液控制系统进行了国内 第一个全套工作面井下工业性试验，在 1997 年 7 月通过鉴定，国家和协作单位先后为该项目投入科 研经费达 500 多万元 J。90 年代末，煤炭科学研 究总院天地科技股份有限公司与德国玛珂公司合资 成立了天地玛珂电液控制系统公司，成为国内从事 煤矿液压支架电液控制系统研究和开发的专业性公 司。其技术与产品在中国得到了应用。2005 年液 压支架电控系统的最大用户神华集团与航天科技集 团合作开发支架电液控制系统。航天科技经过不到 2 年的时间研制出了控制器，已经做出了控制系统 的样机，已达到设计标准，但目前还没有产品化。 2007 年针对电液控制系统，我国出现了多个

13、研发 团队研制液压支架电液控制系统。2008 年 1 月平 顶山煤矿机械有限责任公司和中国矿业大学联合研 制的液压支架计算机电液控制系统试验成功，据该 公司称 2008 年上半年即可转入批量生产。此外还 有郑州煤矿机械集团和某高校合作研发，目前已在 做地面试验。其他科研机构也在努力研发。由此可 以看出，我国液压支架电液控制系统研制已经历了 多年时间，但目前国产的液压支架电液控制系统还 没有在井下推广使用，许多综采工作面所用电液控 制系统液压支架依然需要进口。我国研制的支架电液控制系统结合了中国煤矿 开采的具体情况，控制器的菜单完全中文化，并且 采用了多行形式，更加便于操作。在控制上还处于 单架

14、和成组程控的初级阶段。系统中主控制台技术 还不是很成熟，支架与采煤机联动的全工作面自动 控制系统还在研制阶段。但随着我国科技水平的不 断提高，液压支架电液控制技术会逐渐趋于成熟并 推广使用。 我国液压支架电液控制系统发展缓慢的原因主 要是控制器原件的可靠性、中国工矿设备行业 B2B 平台领导者电路板的制作工艺较国 外存在较大差距；加工水平低，批量生产时产品达 不到样机水平，系统整体工作受到严重影响；研发 团队和资金分散，大量从事低水平重复性工作。 3 我国液压支架电液控制系统的攻关难点 德国、美国、波兰等国家的液压支架电液控制 技术已经相当成熟，我国无论从理论上还是从当前 技术水准上来说，开发

15、电液控制系统是完全可行 的。从我国研发电液控制系统的历程来看，几家科 研单位研发的控制系统在地面试验可以正常工作， 在井下试验却不正常，主要原因是煤矿井下环境恶 劣，粉尘大，干扰信号强，国产控制器的抗干扰能 力差，可靠性不够高。此外，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、可靠性和制造精度上。目前我国科研单位 攻关重点就是支架控制器的可靠性和电液阀的性 能，只要能得以改善，国产液压支架电液控制系统 的工业化实现将为期不远。 4 对研发液压支架电液控制系统的建议 通过分析我国目前的研发水平以及国内外电液 控制系统的发展状态，对研发液压支架电液控制系 统提出以下建

16、议： I)针对电磁兼容技术，作深入的分析研究， 提高系统的可靠性。 2)以国外现有的成熟产品为借鉴，分析其功 能特点，进行消化吸收，以加快研发进度。 3)支架电液控制系统的实现是一个复杂的系 统工程，不仅需要对控制系统的性能、操作、使用 要求有很好的把握，而且需要大量的人力物力加以 配合。为此，可采取如校企联合等方式，集中优势 力量，各发挥所长。 4)关注科学动态，采用先进的技术和器件， 避免走弯路，做重复性低水平工作。5)在研发工作取得阶段性进展时，如可完成 基本控制功能等，需优化与完善系统的性能。对于 出现的看似微小的问题，要引起足够的重视，分析 其原因，弄清机理并加以解决。从各个角度与方 面，提高系统可靠性。5 液压支架电液控制系统的发展趋势 液压支架电液控制器主要发展趋势是：操作软 件向智能化方向发展；井下计算机和地面计算机形 成网络，通过总线传输数据，进行远程控制，实现 工作面无人操作或少人操作；控制器和先导阀功耗 将向更低方向发展，井下的电源将大量减少，使系 统整体结构简单化。 预计在未来的 25 年，国产控制器将开始逐 步取代进口控制器，同时国产支架电液控制系统将 在国内煤矿企业获得应用，使生产效率大幅度提高，自动化生产的水平将会上一个新的台阶。