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1、本科生毕业设计（论文）中文题目： 液压支架电液控制系统电磁先导阀的设计 英文题目：Hydraulic support electric-control system electromagnetic pilot valve design 题目：液压支架电液控制系统电磁先导阀的设计专题题目：电磁先导阀的设计主要内容和要求：第一章介绍国内外液压支架电液控制系统的研究现状及发展前景，介绍了液压支架电磁阀的发展现状，总结课题研究背景，目的意义以及研究的主要内容。 第二章对电液控制系统的特点及组成进行简要介绍，分析我国液压支架电液控制系统发展缓慢的原因及攻关难点，并在此基础上提出对国内发展液压支架电液控制
2、技术的建议。第三章对液压支架电液控制阀整体结构进行设计，并分析其工作原理。第四章先对电磁先导阀进行设计，在现有MARCO阀的基础上改控制口斜油道为直油道，分析工作原理，然后根据具体工作需求对电磁先导阀内部的电磁铁及复位弹簧进行设计计算。第五章总结了本论文的研究工作和成果，并对下一步的工作进行展望。专题题目：电磁先导阀的设计指导教师评语：本设计为液压支架电液控制系统的电磁先导阀的设计，进行了装配图和零件图的设计，并进行了关键零件的强度设计计算，具有重要意义和应用价值。完成以下工作：1. 电磁阀（电磁先导阀和主阀）的总装图的设计2. 电磁先导阀装配图的设计3. 电磁先导阀阀芯组件图的设计4. 电磁
3、先导阀电磁铁和复位弹簧的设计计算5. 阀芯零件图的设计本设计综合应用所学专业的基础理论和专业知识，受力分析及强度计算合理，工程图规范，符合标准，结论正确。设计中既吸收了国外的技术又有自己的改进，具有一定的独立工作能力。论文达到了工学学士毕业论文要求。同意进行答辩和申请工学学士学位。成绩： 87 指导教师签名： 年 月 日学院 机电与信息工程学院 专业 机械工程及自动化 班级2006级1班学生姓名吴敏 题目：液压支架电液控制系统的研究设计专题题目：电液阀主阀的研究设计评阅教师评语：电液阀是液压支架电液控制系统的重要部件，因此对电液阀的研究与设计具有很重要的实际意义和应用价值；该生在学习、研究和分
4、析了电液阀工作原理和特点之后，进行了电磁阀（电磁先导阀和主阀）的总装图的设计、电磁先导阀装配图的设计、电磁先导阀阀芯组件图的设计、电磁先导阀电磁铁和复位弹簧设计以及相关零件的设计，并用计算机绘制了装配图和零件图。该设计理论分析和计算完整，结构设计合理，电磁铁设计正确，弹簧设计符合规范，主要设计的相关图纸齐备；设计具有理论与实际结合的突出特点；设计本身应用所学专业基础课知识广泛，符合煤炭机械类本科毕业设计要求。该生具有较强的独立工作能力，很好地完成了设计任务书中提出的主要内容和要求，同意进行答辩和申请工学学士学位。成绩： 87 评阅教师签名： 年 月 日毕业设计（论文）答辩及综合成绩学题目：液压
5、支架电液控制系统专题题目：电磁先导阀的设计设计说明书（论文）： 41 页， 图纸: 7 张, 其它材料:答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正确基本正确有一般性错误有原则性错误回答不清1.电磁先导阀设计中为什么将控制口油路改为直路？2.在设计过程中，电磁先导阀中电磁铁及复位弹簧的设计结构如何满足整个阀体的要求？3.现有的德国MARCO阀中，控制口斜油道如何加工的？4.对于论文中分析的电液控制系统在国内发展缓慢的原因及建议部分，这次设计解决了什么问题？5.如何理解电液控制系统在煤矿开采过程中提高安全、降低成本的问题？答辩成绩： 88 答辩小组长： 年 月 日指导教师评价成绩： 87 指导教
6、师： 年 月 日评阅教师评价成绩： 87 评阅教师： 年 月 日答辩委员会评语及建议成绩：按期圆满完成任务书规定的任务，能较好地运用所学理论和专业知识，有一定的独立工作能力，设计（论文）立论正确，论述清楚，符合技术用语要求。答辩思路清晰，论点基本正确，能正确回答主要问题。建议成绩：88答辩委员会主任：年 月 日学院领导小组综合评价成绩：学院领导小组负责人：年 月 日摘 要随着现代科学技术的发展，液压支架电液控制技术也得到了很大的发展。然而 , 这项技术在我国的发展却相对缓慢，国内液压支架电液控制系统目前主要从国外引进，进口电液控制系统价格昂贵，维护维修成本高，导致液压支架成本的急剧增加。作为电
7、液控制系统的核心组件之一，电液控制阀国产化，成为当前的工作重心。本课题主要内容是对控制阀中的电磁先导阀进行设计创新，根据课题的内容和特点，本论文分五个章节来阐述。第一章介绍国内外液压支架电液控制系统的研究现状及发展前景，介绍了液压支架电磁阀的发展现状，总结课题研究背景，目的意义以及研究的主要内容。 第二章对电液控制系统的特点及组成进行简要介绍，分析我国液压支架电液控制系统发展缓慢的原因及攻关难点，并在此基础上提出对国内发展液压支架电液控制技术的建议。第三章对液压支架电液控制阀整体结构进行设计，并分析其工作原理。第四章先对电磁先导阀进行设计，在现有MARCO阀的基础上改控制口斜油道为直油道，分析
8、工作原理，然后根据具体工作需求对电磁先导阀内部的电磁铁及复位弹簧进行设计计算。第五章总结了本论文的研究工作和成果，并对下一步的工作进行展望。关键词：液压支架；电液控制；电磁先导阀AbstractCoal mining has entered the era of fully mechanizing mining nowadays. Hydraulic Support(HS) is greatly used in fully mechanized coal mining equipmentAnd the core technologies of electro hydraulic control
9、 system in HS had got a great developmentBut this technology has fall behind in our countryThe electro hydraulic system of the HS is imported abroadThe imported system is expensive，which increase the whole cost of the HS deeplyAs an key component in electro hydraulic control system，realize the Pilot
10、 Solenoid Valve(PSV)home made is the main task to reduce the cost and gain more market for domestic companiesThe main content of this topic is about electromagnetic pilot valve design innovation. According to the thesis research points，the thesis is divided to five parts to introduce the relative co
11、ntentsIn the first chapter, the electro-hydraulic control system of the hydraulic support research situation and development prospect are introduced. Also the development of hydraulic support electromagnetic valve is introduced. And summarizes the current research background、significance and purpose
12、 of the research contents. In the chapter two，the electro-hydraulic control system and the characteristics of the composition are introduced. Analyze the reasons why hydraulic support electric-control system got a low development.In the chapter three, design the whole structure of PSV. And get analy
13、sis of the working principle.In the chapter four, first to design electromagnetic precursor valve, on the basis of the existing MARCO valve to change control mouth from inclined to straight, then design calculation the electromagnet and the reposition spring of electromagnetic precursor valve.In the
14、 chapter five，some conclusions about this research work are introduced；also the future work is pointed outKey words: Hydraulic Support; Electro-hydraulic Control; Electromagnetic Precursor Valve 目 录1 绪论- 1 -1.1 液压支架电液控制系统发展概况- 1 -1.1.1 国外液压支架电液控制系统发展概况- 1 -1.1.2 国内液压支架电液控制系统发展概况- 3 -1.1.3 液压支架电液控制系统
15、发展趋势- 4 -1.1.4 液压支架电磁阀的发展概况- 4 -1.2 本课题的研究背景及意义- 6 -1.3 本论文研究主要工作- 7 -1.4 本章小结- 8 -2 液压支架电液控制系统- 9 -2.1 液压支架电液控制系统的特点- 9 -2.2 液压支架电液控制系统的组成- 10 -2.3 我国液压支架电液控制系统发展缓慢的原因及攻关难点- 12 -2.4 对我国发展支架电液控制技术的建议- 13 -2.5 本章小结- 15 -3 液压支架电液控制阀- 16 -3.1 电液控制阀的设计原理- 16 -3.2 电液控制阀的结构设计- 16 -3.3 电液控制阀的工作原理- 19 -3.4
16、本章小结- 20 -4 电液控制阀先导阀的工作原理及设计- 21 -4.1 电磁先导阀的相关设计- 21 -4.1.1 电磁先导阀的设计原理- 21 -4.1.2 电磁先导阀的结构设计- 21 -4.1.3 电液控制阀先导阀的工作原理- 24 -4.2 电磁先导阀的设计及相关计算- 25 -4.2.1 电磁先导阀电磁铁的选择- 25 -4.2.2 电磁先导阀电磁铁的相关参数设计计算- 25 -4.2.3 电磁先导阀复位弹簧的相关参数设计计算- 32 -4.3 本章小结- 36 -5 总结和展望- 37 -5.1 总结- 37 -5.2 展望- 37 -参考文献- 39 -致 谢- 40 -附录
17、- 41 -1 绪论1.1 液压支架电液控制系统发展概况1.1.1 国外液压支架电液控制系统发展概况国外支架电液控制系统发展于70年代中期, 英国煤炭局首先提出研制电子控制液压支架 , 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。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架 , 于 1984年投产。英国原伽立克公司 1983 年 3 月研制出“ELECTROF LEX”电液控制系统在“Hem heath”投入试验。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
18、 , 可实现全工作面集中控制。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Panermatic2E 系统。1986 年又研制出 Paner2matic2S5 支架电控系统。1987 年威斯特伐利亚公司与MARCO 公司合作研制出 PM2 电液控制系统 ,1990年又研制出更为先进的 PM3 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。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PM31系统。除此之外 , 日本三井三
19、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 DBT公司) 、波兰 EMAG、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。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年 , 比例数又上升到92.17 %。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。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
20、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型控制器、德国MARCO公司的PM31和PM32型控制器和美国JOY公司的RS2型3种控制器，这3种控制器占总数的70以上，此外还有德国EEP公司的PRll6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
21、设备和解决方案。德国玛珂公司(MARCO)是一家经过ATEX和IS09001质量体系认证的本安型井下工作面控制系统的生产商。玛珂公司长期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。 1.1.2 国内液压支架电液控制系统发展概况我国自80年代中期即开始研制液压支架电液控制系统。1991年北京煤机厂研制出第一套 BMJ2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
22、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 BMJ2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。 郑州煤机厂1991年5月研制出 DYZK 2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 2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。国家为上述两厂支架电液控制系统科研项目投入的经费近300万元。煤科总院太原分院研制的 Y LT型支架电液控制系统 ,
23、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。国家和协作单位先后为该项目投入科研经费达500多万元。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
24、产品化。2007年针对电液控制系统，我国出现了多个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
25、制上还处于单架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。1.1.3 液压支架电液控制系统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，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
26、个新的台阶。1.1.4 液压支架电磁阀的发展概况在液压支架电液控制系统中，电磁阀组是关键的元件之一。它的功能是将电控系统发出的电信号有效地转换为液压信号，以控制支架液压缸的动作，其性能及可靠性直接影响整个系统的性能和可靠性。长期以来，德国DBT、MARCO公司和美国JOY公司等归属的研发部门以及许多专家学者都致力于电磁阀组的研究和开发上。他们从电磁阀组的结构工艺着手，对先导阀压力损失和泄漏及其驱动元件等方面的问题都进行了大量而细致的实验研究，同时，还应用计算机对先导阀内部的流场进行模拟研究。特别是德国一些公司相继研制出一批高性能、高可靠度的电磁阀组。在长期的研究中，这些国家积累了大量的理论知识
27、和丰富的实践经验。在国内，对液压支架的研究起步相对国外要晚，而对其中的电磁阀组的研究则要更晚一些。这些研究主要是在煤炭科学研究总院各个专业研究所、骨干的支架制造厂及其一些液压件厂中有见到。二十世纪80年代中期煤炭科学总院上海分院董信根、芮丰等对国外矿用电磁先导阀的主要参数的确定和结构特点进行了综合分析；1997年煤炭科学研究总院太原分院田永顺对XFl型矿用电磁先导阀可靠性进行了研究分析；吴国强等人对液压支架电液自动控制系统的工作原理及控制进行了国产化研究。随着计算机技术的飞速发展以及数值计算技术研究的不断深入，使得对于几乎一切流体力学问题，包括液压技术中的流体力学问题的研究成为可能。1993年
28、底欧共体撤消了CFD软件对中国出口的禁令，商业CFD软件逐渐进入我国，这在一定程度上促进了我国工业界CFD技术的应用推广。国内高校及相关企业开始利用计算流体力学软件对液压支架电磁阀的各种复杂的流动现象进行数值计算研究，分析了阀道流场分布、气蚀产生现象及压力损失等基础性问题。如天地科技玛珂电液控制有限公司利用计算流体力学软件Fluent对电磁先导阀进行了流场计算、流量特性预测的数值计算研究；太原理工大学王芳、廉自生等人利用Fluent标准紊流模型模拟了液压支架系统中电磁先导阀流道内流体的流动状态及阀芯所受稳态液动力的情况。通过这些研究加深了国内对液压支架用电磁阀的设计理论的理解。1.2 本课题的
29、研究背景及意义煤炭是我国的主要能源，是国民经济和社会发展不可缺少的物质基础。我国煤炭资源丰富，煤炭资源分布面积约60多万平方公里，占国土面积的6。根据第三次全国煤炭资源预测与评价，全国煤炭资源总量557万亿吨，煤炭资源潜力巨大，煤炭资源总量居世界第一。国务院制订的能源中长期发展规划纲要(20042020)(草案)指出“要大力调整优化能源结构，坚持以煤炭为主体，电力为中心，油气和新能源全面发展的战略”。鉴于我国“多煤、贫油、少气(天然气)”的特点，在今后相当长的一段时间内，能源结构仍然以煤炭为主，煤炭在一次能源消耗中占70左右，在我国能源结构上占主要地位，有举足轻重的作用。根据“十一五”计划，国
30、家将建成140个高效安全的现代化矿井，国家将加大对煤矿建设项目的支持力度，已先后有17个煤炭建设项目，由国家开发银行出具贷款承诺，还将100多个高档普采工作面升为综采工作面，100多个普采工作面升为高档普采工作面。这样，中国大型煤矿采掘机械化程度将达到95，中型煤矿的机械化程度将达到80以上；大型煤矿国内先进水平装备率将达到20，国际先进水平装备率将达到6；中型煤矿国内先进水平装备率将达到10；小型煤矿机械化、半机械化程度将达30以上。据此分析，随着煤炭需求的急剧增长，上述煤矿采掘机械化指标还会有所突破，这为液压支架的发展提供了广阔的市场前景。作为综采液压支架的核心电液控制系统一直掌握在国外少
31、数几个大公司手中，如德国DBT公司PM4、MARCO公司PM31、美国JOY公司RS20。进口电液控制系统价格昂贵，维护维修成本高，配件供应周期长，导致液压支架成本的急剧增加。目前，中国国有重点煤矿的综采工作面数已逾数百个，全部靠进口国外的整套系统是不现实的，这严重限制了液压支架电液控制技术在煤矿开采中的推广。因而，为了实现国家提出在“十一五”期间的目标，必须加大液压支架电液控制系统的国产化力度，降低液压支架成本，为煤矿开采机械化打下基础。应用计算机技术与电磁液压阀组，组成煤矿井下液压支架电液控制系统，替代传统的液压支架手动操纵液压阀控制，使液压支架的操作灵活、快捷。这种全新的电液控制系统将支
32、架的全部动作按计算机相对应的指令运行，这一新技术的应用，配合液压支架与采煤机、刮板输送机之间的约束关系，实现了综合机械化采煤工作面的高产、高效、安全、全自动化生产。电液控制系统的发展是与控制策略的最新发展密切相关的。由于电液控制系统往往是复杂的非线性系统，严格意义上讲还是时变的。为了获得高精度、高响应、高可靠性以及好的鲁棒性，必须有与之相适应的控制策略。多年来，从传统的PID控制、自适应控制，到变结构控制、鲁捧控制、智能控制，诸多新颖的控制手段得到了不断发展和完善，为电液控制系统在各领域的不断推广使用奠定了基础。1.3 本论文研究主要工作本文主要研究设计了液压支架电液控制系统电液先导阀（两位三
33、通），考虑到以前的先导阀控制口油路加工不方便，本设计将先导阀的控制口油路由原来的斜路改为直路，这也是本设计的主要改进之处；同时，由于控制口的变化带动了控制口，进油口，回油口的位置分布变化，从而大大优化了控制阀整体的结构；对电磁先导阀内部的电磁铁及复位弹簧，根据工作需要进行设计计算。通过对液压支架电液控制系统电液先导阀的设计，了解其相关原理和制作工艺及优缺点，为我国的电液控制技术的发展做出微薄的贡献。1.4 本章小结（1） 介绍了国内外支架电液控制系统的发展情况及对电液控制技术发展趋势进行展望。（2） 介绍了课题研究的背景及意义。（3） 介绍了本论文的主要工作。2 液压支架电液控制系统2.1 液
34、压支架电液控制系统的特点液压支架电液控制系统是微电子计算机和液压控制技术相结合的产物，是机电一体化的高科技产品 它是综采工作面实现自动化的基础，它和手动控制系统相比有如下优点。（1）系统能实现远程程序控制， 操作人员可以根据采煤机的割煤方向选择最佳的位置，避免了操作人员的伤亡事故，同时也降低了粉尘对身体的危害。（2）大幅度提高了支架的推移速度，目前国内液压支架普遍采用手动控制，其推移速度除受系统流量和液压元件过流能力的限制外，工人在架间的移动速度也对其有直接的影响，这种影响在薄煤层中显得尤为突出。（3）保证液压支架额定初撑力，电液控制系统可以通过压力传感器反馈信号或通过延长控制电磁先导阀的供电
35、时间来实现支架初撑力自保，保证额定初撑力，减少了立柱的增阻所需时间，提高了支护效率，而且全工作面支架初撑力均匀一致，改善了顶板的管理。（4）采用电液控制系统，在移架过程中，易于实现带压移架，减少了工作面顶板对液压支架产生频繁的冲击载荷，保护顶板围岩的稳定，延长液压支架的使用寿命。（5）移架步距准确，切顶线整齐，改善了支护效果，并且使刮板输送机和整个工作面直线性好，采煤机截深准确，改善了刮板输送机和采煤机的工况，另外多架同时推溜，使刮板输送机缓慢弯曲，避免溜槽连接处产生过大的应力。（6）灵活选择多种控制方式，对各种困难的地质条件和局部特殊地质构造都能适用，特别是适用于薄煤层和急倾斜煤层工作面。（
36、7）减少支护滞后时间，避免了顶板局部破碎。（8）电液控制系统可与采煤机和刮板输送机的自动控制系统配合联动， 实现全自动化综采工作面支架与采煤机的运行状态和数据可以传输到巷道中主控制台和地面中央控制中心，便于实现整个矿井自动化管理。2.2 液压支架电液控制系统的组成图3.1 支架电液控制系统组成支架电液控制系统组成如图3.1所示。它主要由电源、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。下面介绍三种常见的控制系统：A双向邻架控制系统。综采工作面每一支架都配有架控箱， 操作者通过支架架控箱选择邻架控制方式， 然后根据指令发出相应控制命令，即给出电
37、信号，使邻架上对应的电磁铁或微电机动作， 让电信号转化为液压信号，控制主控阀开启， 向支架液压缸供液， 实现邻架支架相应的动作。 支架工作状态由位移传感器和压力传感器反馈回架控箱， 架控箱再根据传感器反馈信号来决定支架的下一个动作。B双向成组控制系统。将工作面的支架编为若干组， 在本组内首架上由操作人员按动架控箱的启动键， 发出一个指令， 邻架就按预定程序动作， 移架完成后自动发出控制信号给下一架控箱， 下一架开始动作。依此类推， 实现组内支架的自动控制。C全工作面自动控制系统。功能完善的电液控制系统设有主控制台、 红外线装置， 能实现支架与采煤机联动的全工作面自动化控制，其原理为B 每一支架
38、上的架控箱均与主控制台联网， 当支架红外线接受装置收到采煤机红外线发射器发出的位置信号后，反馈给主控制台， 主控制台根据反馈信号发出指令， 使相应的支架动作。2.3 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2移架2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
39、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 , 已移架立柱初撑力需达到25MPa 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、
40、移、升总时间 8s。(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。2.3 我国液压支架电液控制系统发展缓慢的原因及攻关难点近些年来国内虽然对液压支架的电液控制系统做了一些研究，但与国外比较除了在加工及材料方面的原因外，还存在以下几个方面的差距：1、国内液压支架阀类产品的设计思路还处于国外二十世纪80年代水平，往往忽视了产品的维护维修性能，而国外同类产品则带有更多的人性化特点，考虑安装、操作使的便利。2、国内设计手段还主要靠经验设计，对现代设计手段利用很少，而电磁先导阀、大流量主阀等，对性能要求相对较高，且实验存在一定难度，这就使得利用现代设计手
41、段对电磁阀进行特性预测显得尤为重要，而国外在这方面的应用已经相当成熟。3、国内管理水平较低，成批生产产品保证不了加工质量，达不到样机的指标，因此工作面使用故障多，发挥不了应有的作用。4、攻关组织不得力 , 力量和资金投入分散 ,低水平重复。5、煤矿经济困难 , 机械化发展资金短缺 , 缺少市场刺激。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
42、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。2.4 对我国发展支架电液控制技术的建议电磁阀组是实现液压支架电液控制的关键元件，电磁阀的性能好坏决定了电液控制系统的能否正常动作。然而，国内对于电磁阀组的研究仅限于其流场研究，缺少对整个液压支架电磁阀组系统全面的特性研究。液压支架电液控制系统基础原理，核心技术，研发工艺等问题仍未解决。由于液压支架采用乳化液作为工作介
43、质，它是由95的水与5的乳化油配成，其物理特性接近于水，电磁阀更容易产生气穴、锈蚀等问题，因而，液压支架用电磁阀不能简单的引用油压阀的设计准则，需要进行更多的基础性研究工作。在过去，由于缺少相应的研究手段，对国外引进的产品只能照搬照抄，无法理解国外的产品的设计原理，参数选取的机理。所谓只能知其然，不知其所以然。若对国外产品进行试验研究，虽然可以得到相关的参数，但试验方法费用昂贵，而且只能表征初始状态和最终状态，中间过程无法得知，因而也无法帮助研究人员了解问题的实质。然而随着计算机技术的推广普及和计算方法的新发展，利用计算机数值仿真技术便可以更加有效和便捷的分析一些基础性问题，缩小国内外差距，从
44、而加快液压支架电液控制系统国产化的进程。开发支架电液控制系统需要较大的资金投入靠个别企业自己投入是十分困难的 , 应当纳入国家煤炭工业发展规划 , 作为一项国民经济重大高新技术发展项目 , 由国家提供资金支持 , 由煤炭科学研究总院统筹组织 , 集中各方面的优势 , 以北京为中心 , 成立研究中心 , 并且要与有实力的煤炭企业合作开发 , 成果共享。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议：(1)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
45、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。2.5 本章小结（1） 介绍了电液控制系统的特点，原理和关键技术。（2） 介绍了支架电液控制系统的功能及要求（3） 介绍了我国电液控制系统发展的难点和
46、对我国电液控制系统控制技术的建议。3 液压支架电液控制阀3.1 电液控制阀的设计原理电液控制阀动作频繁 , 对工作可靠性和操作寿命要求很高。目前 , 国外先进电液控制阀的寿命试验次数已超过200万次。本课题的控制阀是先导式二位三通的电磁换向阀它吸收了国外先进结构的特点并结合我国国情而研制的一种新型矿用液压支架电磁阀，它由电磁先导阀及主阀组成，按一定的程序通过控制各个液压干斤顶，实现液压支架的备顺动作。为满足装置的工作需要，电磁先导阀需要能够在通电时保持开启，在中央控制器按照内储的支架动作程序发出指令后，电磁先导阀动作，通过控制液压油来控制主阀。根据课题的改进，将先导阀的控制口油路由原来的斜路改为直路，并对控制口，进油口，回油口位置进行相应的优化，达到加工简单，结构优化的目的。3.2 电液控制阀的结构设计本课题的电液控制阀总体是由电磁先导阀和与其相通的主阀所组成，结
