液压支架电液控制系统ppt课件.ppt

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1、液压支架电液控制系统,液压支架电液控制技术是近十几年来世界煤炭开采机械化领域的一项引人注目的重大技术突破，是现代高新技术发展的重要成果。,支架电液控制系统发展概况国外主要供应商的基本情况国内外应用情况 液压支架电液控制系统的原理及关键技术 Tiefenbach公司电液控制系统沈阳刨煤机自动化工作面,1. 支架电液控制系统发展概况,1.1、国外支架电液控制系统发展概况,(1）70年代中期,英国煤炭局首先提出研制电子控制液压支架, （2）1981年澳大利亚的科里曼尔煤矿最先将电子控制的液压支架用于长壁综采工作面。 （3）1983年底英国原道梯公司又为美国坎赛尔煤矿制造了两按钮式微处理机控制的液压支

2、架,于1984年投产。 （4）1983年3月英国原伽立克公司研制出“Electroflex”电液控制系统在“HemHeath”投入试验。,（5）1985年底英国原道梯公司又研制出第二代全工作面集中电液控制系统。该系统的主控制台及电源均布置在工作面运输巷内,可实现全工作面集中控制。（6）德国80年代初开始大力发展液压支架电液控制系统。威斯特伐利亚公司与西门子公司于19781984年间合作研制出德国第一套支架电子控制装置Panermatic E系统。（7）1986年又研制出Panermatic S5支架电控系统。,（8）1987年威斯特伐利亚公司与Marco公司合作研制出2电液控制系统,1990年

3、又研制出更为先进的3支架电液控制系统,技术上已相当可靠,在全世界广泛推广应用。 （9）90年代后期威斯特伐利亚公司甩掉Marco,自行改进推出PM4系统,而Marco公司改进推出31系统。 除此之外,日本三井三池株式会社、英国原米柯公司、德国原赫姆夏特公司(现合并为公司)、波兰、法国、俄罗斯等国家也都先后研制成功支架电液控制系统,并推广使用。,（10）美国1984年在西弗吉尼亚州拉弗里吉煤矿装备了第一个使用原英国道梯公司制造的装有电液控制系统的液压支架的高产高效工作面,并取得成功。到1994年,全美国81个综采工作面中已有73个装备了电液控制的液压支架,占全部综采工作面的90%以上,到1996

4、年,比例数又上升到92 .7%。 目前,国外液压支架电液控制技术已发展到相当成熟的阶段,发展十分迅速。美国、澳大利亚、南非等国家的煤矿新装备的综采工作面几乎全部采用电液控制的液压支架。,1.2国内发展支架电液控制系统概况,1.2.1 北京煤机厂 1991年北京煤机厂研制出第一套BMF-I型支架电液控制系统,在晋城古书院煤矿进行了井下工业性试验,并于1992年4月通过初步鉴定. 在此基础上改进的第二代BMJ-型支架电液控制系统(20架),于1992年12月至1995年5月在井下进行工业性试验,但从此即被撂置一边。,1.2.2 郑州煤机厂 第二研究所 郑州黄河电动车制造厂 郑州四维机电设备制造有限

5、公司 1991年5月研制出DYZK-I型支架电液控制系统,于1992年5月在大同四台矿完成20架井下工业性试验, 在型的基础上又经过多次改进,于1993年9月开发出DYZK-型支架电液控制系统,在邢台煤矿进行井下工业性试验并通过鉴定,从此即完全停止。,1.2.3 煤科总院太原分院 煤科总院太原分院研制的型支架电液控制系统,于1996年在大同矿务局马脊梁矿进行了国内第一个全套工作面井下工业性试验,并于1997年7月通过鉴定,又于1998年在东胜补连塔煤矿进行了16架试验,现已撤出。,1.2.4我国支架电液控制系统发展受阻的主要原因受基础工业水平的制约,基本元件的可靠性、材料、加工水平存在较大差距

6、。管理水平低,成批生产产品保证不了加工质量,达不到样机的指标,因此在工作面使用故障多,发挥不了应有的作用。攻关组织不得力,力量和资金投入分散,低水平重复。煤矿经济困难,机械化发展资金短缺,缺少市场刺激。,2、国外主要供应商的基本情况,目前,在国际市场上以德国DBT公司、JOY公司和德国MACRO公司德国Tiefenbach公司的产品占主导地位。美国、澳大利亚以DBT公司、JOY公司为主(基本上各占50%),德国以MACRO公司为主(以往占70%以上)。 在中国DBT公司9套(神东集团5套、铁煤集团2套、西山集团1套、晋煤集团1套)、JOY公司3套(神东集团3套),德国MACRO公司(北京天地玛

7、珂公司)3套(兖矿集团1套、开滦集团2套)。,2.1 DBT （全套方案） 德国采矿技术装备有限公司()是鲁尔煤炭股份公司下属的一个企业。(鲁尔-世界十大煤炭公司之一) 由 哈尔巴赫布朗机械厂、 赫尔曼赫姆夏特机械厂、 威斯特伐利亚贝克瑞特工业技术股份有限公司 3家专业生产厂家合并联合于1995年成立。 2001年英国 Long-Airdox 加入(成立于1890年,具有井工开采的优势),在美国、澳大利亚、南非、波兰和法国设有子公司,主要业务范围集中在回采工作面的装备上。在液压支架、运输机、采煤设备、电液控制和驱动技术领域内处于领导地位。该公司的最新产品型号为4, 是在威斯特伐利亚与MACRO

8、公司合作开发的2的基础上发展起来的,在技术上是成熟的,并且在美国、澳大利亚应用良好。 特别是在薄煤层刨煤机工作面具有明显的优势.,2.2 德国MACRO控制系统公司成立于1982年,专业制造工业控制系统和元件,主要产品为3系列液压支架电液控制系统、压电陶瓷元件、驱动器和传感器,其电液控制系统在德国的市场主导地位。 该公司德国设有3个分部、在中国有合资公司、在美国有分公司,负责产品液压支架电液控制系统销售和技术服务。该公司是最早开始进行液压支架电液控制系统的公司之一,其最新产品型号为31,在技术上处于领先地位。,2.3 JOY公司总部设在美国,是一个跨国的煤炭机械综合公司,向世界各国提供采煤机、

9、输送机、液压支架等全套采矿设备,在美国、澳大利亚等国占有一半以上的市场份额。其支架电液控制系统,由其收购英国公司(较早开发支架电液控制系统的公司之一)在英国生产制造。产品在技术和工艺上也较成熟,但其设计思路与德国不同,结构比较复杂,重量、体积都比德国产品大得多,使用效果不如公司和MACRO公司的产品。型号：RS20,24 天玛 北京天地玛珂电液控制系统有限公司是由天地科技股份公司、德国玛珂系统分析与开发有限公司及公司员工共同持股的中外合资、股份制有限公司。主要从事液压支架电液控制系统的研发和经营,在德国玛珂公司投入公司的31型液压支架电液控制系统的基础上,结合中国煤矿的技术条件进行改进、提高、

10、逐步国产化。,兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿开滦集团有限责任公司钱家营矿业分公司(2002.4.2010.15,20架)2004.4.12在山西焦煤集团公司西山煤矿总公司 ,在采高5米左右的条件下，年产300万吨，114架支架采用电液控制。2004.9.6 甘肃华亭煤电股份公司 支架电液控制系统两个工作面276架套。截至到月中旬，天玛公司在本年度已经获得了个工作面合计680架套的电液控制系统能订货，在新增电液控制系统市场占主导地位。,2.5 Tiefenbach公司,蒂芬巴赫公司成立于1953年，目前是德国奈菲德液压集团的五个成员公司之一，主要研制开发和生产煤矿长壁工作面液压支架所用的液压先导

11、或电液先导主控阀、辅助阀类、电液控制系统、各类传感器等自动控制元件，蒂芬巴赫公司是目前德国能同时生产液压支架的主控阀和电液控制系统的少数几个公司之一。 自二十世纪九十年代开始，蒂芬巴赫公司先后研制开发了三代液压支架电液控制系统，分别在德国、波兰、白俄罗斯、南非、美国等国井下使用24套。,Tiefenbach公司研制开发和生产的液压支架所用的液压先导、电液先导主控阀、辅助阀类已装备了154个工作面。其中在波兰、白俄罗斯、俄罗斯、共装备了68个，在德国90%以上的工作面采用Tiefenbach公司的带电液先导的主控阀液压系统或多星管控制的液压系统。目前，在中国开滦集团钱家营煤矿已经采用了两套共30

12、0台液压支架电液先导主控阀，使用可靠，至今未发生任何问题。 自1988-2004年以来Tiefenbach公司主控阀销售量总计：21530台套/架，其中：带电磁先导控制的主控阀为：12529台套，电液控制系统销售量总计：4341台套/架。,FACES WITH EH-CONTROLS IN GERMAN COAL MINES IN 2004,以上统计说明： （1）目前德国井下25个长壁工作面装备有电液控制系统。其中： DBT/PM45套，TBA（蒂芬巴赫）-5套，EEP2套，其余为Marco/PM3. (2) 与这25套液压支架电液控制系统配套的电液先导主控阀和辅助阀类,其中TBA装备了21.

13、5套,DBT装备了2套,Dams装备了1.5套,未统计在列的德国仅有的两个煤矿的全液压工作面支架也都是装备的TBA的液压手动多芯管先导控制主控阀和辅助阀. (3) 既能提供电液控制系统又能提供先导主控阀和辅助阀类,只有DBT和TBA两家公司,其中TBA5套,DBT2套,26 其它 还有一些公司也从事支架电液控制系统的开发研制、销售工作,已经有产品的有: EEP公司(德国,-型系统)、 BOSHA公司(德国,100型系统)、 E-MAG (波兰,ESTER-N型系统)等。,Control unit PR210,Control units PR116/S,2.7 主要特点比较,架间的连接控制器的输

14、入输出连接方式红外接收器工作面计算机与控制器之间关系电源支架控制器外壳支架控制器显示软件操作系统通信系统,2.8 发展趋势及应用展望支架控制器是液压支架电液控制系统的核心,其主要发展趋势:操作软件逐渐向智能化发展;通信系统向国际标准现场总线靠拢;并将与工作面其它设备之间实现接口,实现互相联动、协调工作,使工作面向少人自动化、无人化自动化方向发展;控制器的操作向遥控化方向发展;电源系统向智能开关型方向发展。先导阀是实现控制的关键部件。主控阀将向大流量的方向发展。,3、国内外应用情况,据不完全统计,到2002年已有200多个综采工作面使用电液控制液压支架 （1） 2002年11月25日中国神东煤炭

15、集团公司的大柳塔矿井(平硐)创造了“一井一面”年原煤产量1001.04万的纪录,工作面采用的4支架电液控制系统、1 7两柱液压支架、的6-5型采煤机、公司的38工作面刮板输送机。 (2) 2002年1月兖州矿业集团公司兴隆庄煤矿(立井)创造了综放工作面月产63.2万的纪录,工作面采用新增自动放顶煤功能的31型电液控制系统、国产6800液压支架、德国艾柯夫公司300采煤机、国产工作面输送机(进口减速箱、电机);,(3) 2002年3月,铁法煤业集团小青煤矿(立井)创造了薄煤层工作面月产14.2万的纪录,工作面采用德国公司4型电液控制系统、国产液压支架(推移千斤顶德国进口)、德国公司的刨煤机。,4

16、、液压支架电液控制系统的 原理及关键技术,4.1 支架电液控制系统的功能和要求,支架电液控制系统必须满足工作面安全操作和自动控制的要求,其系统主要功能要求如下:(1)单架单动作双向按键控制,操作者可以在工作面内任一台支架SCU上控制左、右邻架每一个单独动作。(2)实现支架的降柱 移架 升柱双向邻架擦顶程序控制。(3)实现全工作面双向顺序控制。(4)实现全工作面双向顺序成组控制。(5)故障时在任一架上使整个系统停止工作。,(6)实现程序控制时各动作由相应传感器反馈信号控制,传感器不工作时,各动作由时间控制。 (7)成组控制时每组架数可以按需要调整,一般最多15架,最少1架。(8)顺序或成组控制时

17、,已移架立柱初撑力需达到25时方可降下架立柱。(9)实现调齐支架和输送机位置的全工作面调控功能。(10)擦顶移架时,立柱下腔压力可以调整。,(11)实现移架和推输送机的一次到位或多次到位定量推移,可通过推移千斤顶的行程编程而实现采煤机斜切进刀。(12)实现支架与采煤机联动的全工作面自动控制。(13)电控程序可根据工作面实际需要而随时进行调整。(14)有查询、显示支架主要参数和信息传输的功能。(15)完成一架的降、移、升总时间8。(16)各架上有故障报警信号、紧急停止按钮、动作显示信号和充分、必要的安全功能及故障诊断功能。,4.2 电液控制系统的组成和工作原理,支架电液控制系统组成 主要由：电源

18、、主控制台、支架控制箱()、液电信号转换元件(压力、位移传感器等)、电液控制阀组、液压系统等组成。 其主控制台一般设在工作面运输巷内,目前大多数电液控制系统趋向于不设主控制台,只设服务器()。,4.2.1电液控制阀组,电液控制阀组是支架电液控制系统的核心。目前使用的电液控制阀组有两种,一种是电磁先导阀控制的电液阀组,另一种是微电机控制的电液阀组。 前者一般由电磁开关阀、电磁先导阀和主控换向阀构成。它的优点是可用较小的电磁力(12,50100)来控制较大液流,其价格也比较便宜。国内目前引进和自行研制的支架电液控制系统中的电液控制阀组均属此种;,微电机控制电液阀组是在每片阀块上用1台微型电机(12

19、,20),经过齿轮减速器带动凸轮,推动先导阀控制主控换向阀,实现支架各种动作。 以4系统为例介绍电液控制阀组的工作原理。该电液控制阀组由形状相同的控制阀块和开关阀阀块组成,所用控制阀块的数量取决于所需控制的执行元件的数量。 每个控制阀块由2个先导阀和2个主控阀构成,先导阀为电磁二位三通阀,主控阀为液控二位三通阀。,4.2.2支架控制箱(SCU)及其它电器元件,SCU是支架电液控制系统的大脑,一般每架支架安装一个SCU,它接受和处理有关测量数据,如压力、位移及开关状态等。做出判断和决策,向电液控制阀组发出执行命令。SCU的电子硬件部分主要是一个高效率的单板机和用以断电期间存储程序的锂电池和声信号

20、装置、模拟传感器板等。 与SCU相连接的主要电器元件还有电磁阀驱动器(SDM)、电源、电源匹配器()、隔离匹配器()、压力传感器、位移传感器和电缆等。,压力传感器主要用来监测立柱下腔压力,并转换为电信号输入中。位移传感器用来监测推移千斤顶在全行程范围内的位置,并转换为电信号输入中。 位移传感器一般采用舌簧接触杆式,传感器装在推移千斤顶的空心活塞杆中,它由一环形磁铁,舌簧杆和电阻器组成。位移传感器测量精度一般为4以内。,5. Tiefenbach公司电液控制系统,5.1 电液控制系统,CONTROL UNIT SCU WITH INTEGRATED CONTROL PANEL,CONTROL U

21、NIT SCU WITH INTEGRATED CONTROL PANEL (Radio controlled),顺槽主控箱,安装在每台支架上的控制器具有如下功能： 监控在ASG及螺线管阀之间的电缆连接情况及电磁阀的先导控制 处理支架上传感器数据 通过架前总线检查左右邻架支架 通过工作面总线连接到MCU（然后到监控系统） 根据可编程的参数进行自动循环控制 根据用户从MCU远程传来的程序进行无线遥控 在ASG前你会看到包含所有单个功能的键盘,5.1.1. 蒂芬巴赫电液控制系统的特点,蒂芬巴赫公司开发的第三代液压支架电液控制系统采用了双总线通讯体系和智能型支架控制箱,双总线即:工作面通道和架间通道

22、,双通道的应用保证了信息传输可靠和快速.同时,智能型的支架控制箱设计保证了控制系统和可靠性和灵活性 智能型的支架控制箱本身可以通过架间通道对左右方向的支架实行:支架动作控制,循环动作控制,手动成组控制,其液晶显示屏可以显示运行中支架的压力参数、位移参数、故障点等。同时，设有紧急停止按钮、支架隔离开关和警报器。,支架控制箱外壳用不锈钢制成，密封性能良好，防水、防潮、防腐蚀。 顺槽主控装置可以对工作面支架进行各种形式的自动控制、采煤机控制、红外线自动控制、无线电遥控；显示和修改工作面运行参数、支架电磁阀动作时间参数和传感器参数等，通过对软件的编程设计可以进行各种自动控制动作。 可以同时装备上下顺槽

23、主控箱，也可只设一个顺槽主控箱。同时装备上下顺槽主控箱可以保证工作面支架更可靠运行。即便某个支架有故障，其两侧的支架依然可以自动控制,5.1.2. 无线电遥控装置,无线电遥控装置是蒂芬巴赫公司的液压支架电液控制系统中独有的,由于其设置了特殊的无线电频道,可以在不受干扰的条件下控制6米以内的支架,5.1.3. 其它,本安型电源装置 每四架设置一台本安型电源架间通讯电缆 工作面主通道, 架间通道位移传感器 提供推移千斤顶传感器和伸缩梁千斤顶传感器,位移信号精度为4mm压力传感器,电源箱,EM,EH,位移传感器,EM,EH,推移杆电路板,EM,EH,压力传感器,SYSTEM LAYOUT,支架控制系

24、统的组成部分,5.2 主控阀部分,成功地将锻造机床的高压、高寿命金属密封阀的机构原理运用在液压支架的主控阀和液控单向阀上，逐步形成了独特的硬密封控制阀系列，主要特点：整体不锈钢阀块结构，耐腐蚀，方便维护。采用不锈钢对钢密封副，硬度高、精度高、高压密封性能好、耐腐蚀、抗污染、耐冲刷。阀芯的其它元件也都采用不锈钢材料，并巧妙地设计成串状结构，方便安装、拆卸和维修。作为主控阀的核心二位三通阀具有较高的设计水平，其能避免在开启时，进液腔与回液腔短路。,Pos. 1 4/3-way valve with solenoid iE27 (pilot valve)Pos. 2 V1 to V4 : 3/2-w

25、ay valve (main control valve) DN20Pos. 3 V5 to V16: 3/2-way valve (main control valve) DN12Pos. 4 V7 and V9: 3/2-way valve (main control valve / Check-valve) DN12Pos. 5 plug-type filter 25micron (for pilot valve only)Pos. 6 check valve (RV1-Return)Pos. 7 check valve (RV2-high pressure),5.3 电磁先导阀,二位三

26、通电磁先导阀是由高强度合成材料制成的1/8”直径的球组成的球阀，由于比以往同类产品的球的直径大，密封带的直径达2.4mm,这保证了该阀的密封可靠性,加上配装25u过滤精度的插装过滤器,大大提高了抗污染性能.,5.4 液压支架的其它辅助阀类,液控单向阀也是采用不锈钢对钢密封副,具有硬度高、精度高、高压密封性能好、耐腐蚀、抗污染、耐冲刷等特点。,5.5 大流量安全阀,采用可靠的弹簧式安全阀，实用于立柱的流量有100升/分钟、240 升/分钟、400升/分钟，另外，适合冲击地压的安全阀流量为1300升/分钟,5.6 Tiefenbach控制系统在世界各地的应用,目前Tiefenbach公司全自动液压

27、支架电液控制系统在德国井下使用5套(其中有两套用于刨煤机工作面),在波兰井下使用了6套。此外,在德国井下90%以上的工作面液压支架采用Tiefenbach公司液压控制装置。,MINE AUGUSTE-VICTORIA,MINE EWALD,MINE HEINRICH-ROBERT,MINE IBBENBREN,MINE LIPPE,MINE LIPPE,MINE NIEDERBERG,MINE PROSPER,MINE PROSPER,MINE PROSPER,MINE NEW DENMARKSOUTH AFRICA,MINE NEW DENMARKSOUTH AFRICA,UNITED CO

28、LLIERY (PROTOTYP)AUSTRALIA,UNITED COLLIERY (PROTOTYP)AUSTRALIA,MINE EWALD,6. 沈阳刨煤机自动化工作面 -郑州四维机电设备制造有限公司,薄煤层一控三工作面自动调直定量推进,将德国刨煤机自动化控制系统中的支架控制器PM4、立柱压力传感器、推移千斤顶测控杆、电液控制阀组及绝缘适配器（IA）等与ZY4800/10/22D液压掩护式支架组装配套，使支架液压系统与控制器PM4实现接口，在刨煤机自动化控制过程中液压支架的升架、降架、推溜、拉架等实现自动控制。,立柱,压力传感器,平衡千斤顶,侧推千斤顶,推移千斤顶 位移传感器,在德国1

29、个PM4单独控制一组支架，通过6套监控回路实施控制，其控制功能有6种：监视立柱压力和控制立柱升降；监视推移缸的行程和控制推溜或移架；监视平衡缸压力和控制平衡缸伸缩；监视前梁缸压力和控制前梁缸伸缩；监视抬底座缸压力和控制抬底座缸的动作；监视侧护板侧推缸的位置和控制其动作。,PM4“一控三”技术方案产生的背景 在刨煤机系统液压支架配套技术研究中，鉴于薄煤层工作面空间狭窄，支架顶梁为整体式，抬底座缸适用性不强，确定取消前梁的监控装备，并节省了2套监控回路； 平衡缸和侧推缸的动作利用支架立柱动作时系统压力的改变来实现对平衡、侧推缸的顺序控制，从而省去2套监控回路，因此每组支架只需2套监控回路即可实现监控立柱压力及其升降。 经与德国DBT公司进行技术磋商，通过改进PM4软件程序结构，从而实现1套PM4自动控制3组支架。这种控制方式在我国铁法和晋城矿务局已有成功的使用先例。,PM4“一控三”技术接口方式,Thanks!,