采煤机电液比例控制调高系统研究

2022-09-25李宏彬

机械管理开发 2022年8期

李宏彬

（山西焦煤西山煤电官地矿，山西太原 030022）

引言

采煤机的截割过程中，滚筒高度自动调整是实现综采工作面自动化截割的重要组成部分。目前大部分能够实现滚筒位置自动调整的采煤机均是国外进口的高端设备，国内厂家生产的中低端采煤机均采用人工调整的方式进行调高。在能见度低、噪声大等环境因素的影响下，采煤机操作人员无法准确判断煤岩界面，而且即使判断准确，电磁阀控制的滚筒调高油缸也存在控制精度低、超调量大的缺点，导致采煤机采煤效率低，还有可能造成瓦斯突出等恶性事故，因此急需研发一种控制精度高、自动化程度高的滚筒调高技术。电液比例控制技术是一种集机电液为一体的控制技术，其流量和流速与控制信号成比例，用于液压伺服系统中具有独特的优势[1-3]。本文基于电液比例控制技术，研究了油缸位置测量技术和电液比例控制技术，对采煤机滚筒调高系统具有重要意义。

1 电液比例调高系统

传统的采煤机调高机构采用电磁换向阀与定量泵控制，电磁换向阀只有开启和关闭两种状态，在滚筒调高控制中能够实现的精度和稳定性不足，在综采工作面上经常出现滚筒调节过高或过低的情况，滚筒调节过高则会导致截齿截割顶板岩石，对截割电机和截齿造成很大的冲击，滚筒调节过低则会导致采煤厚度不足，影响采煤效率。

如图1 所示为电液比例调高系统的原理图，采煤机控制器向调高系统发出一个控制信号，位于执行油缸伸缩活塞上的位置传感器将滚筒的位置信息采集并发送回控制器，在控制器内将滚筒高度实际位置与控制信号的给定位置做差，得到误差信号，误差信号经过PID 控制器数据处理，生成直接控制电液比例方向阀的控制信号，发送给比例换向阀，电液比例方向阀根据控制信号的正负和数值大小，能够改变流经比例方向阀的液压油方向和流量，电机上电后带动泵，液压油从油箱内被吸出，经过滤器过滤后依次进入泵、比例换向阀、液压闭锁机构后，进入执行油缸内，推动油缸活塞做功，带动摇臂进行动作。

图1 电液比例调高系统的原理图

2 磁致位移传感器

2.1 工作原理

油缸内安装的位移传感器类型为磁致型，如下页图2 所示为磁致位移传感器的原理图。传感器的末端为电子仓，内装有传感器头和电路板，通过六角螺钉与法兰连接。传感器前部是一根活塞杆，管内液压油缸的内腔里有测量杆管，起到保护内部波导线的作用。永磁磁环套在活塞杆端部，随活塞杆一起移动，传感器头将活塞杆位置数据读取出来，经过AD 转换后发送给变送器。

图2 磁致位移传感器的原理图

传感器主要由波导管和永磁铁组成。波导管是由铁磁材料制成的元件，与永磁铁会产生一个轴向的磁场。传感器头发出电流脉冲，经过波导管时可以产生径向磁场。当轴向磁场和径向磁场在波导管内相交时会产生“磁致伸缩”现象，发出一个应变脉冲。应变脉冲以超声的速度从位置测量点向外传播，并被传感器电子头接收。传感器的控制芯片瞬间计算出发信号和接收信号的时间，从而计算出位置信息。

2.2 使用注意事项

1）防干扰措施。磁致位移传感器会受到调频干扰和静电干扰，这些因素可能让传感器内的电子尺测量出现误差。可采取的措施有：在布置电子尺的信号线时，避免和设备的强电线路共同使用一个线槽；电子尺的接地线必须可靠接地；使用质量合格的屏蔽线作为电子尺的信号线，且电箱的一端与屏蔽线接地。

2）供电电源。位移传感器的供电应注意容量和隔离两方面的内容。首先，电源容量不足会造成熔胶的运动，进而使合模电子尺的测量结果误差较大。电磁阀的驱动电源和直线位移传感器供电电源应分别使用不同电源供电，否则容易出现测量误差。

3 电液比例方向阀

3.1 工作原理

随着输入电信号的正负和幅值变化，通过电液比例方向控制阀的液流方向和流量也对应变化，实现对伸缩油缸运动方向和速度的控制。当压差不变时，流量与输入电信号的幅值成比例，左右电磁铁是否得电确定液压油的流动方向。电液比例阀的控制边有一定的遮盖量，安装端弹簧时要留有足够的压缩量。电液比例阀具有中位死区。由于摩擦力和阀口液动力的干扰，特别是在压力和流量大的情况，直动式方向阀的定位精度更低[4-5]。为了改善这一缺点，系统采用位移电反馈型直动式电液比例方向阀。图3 为本文采用的直动式电液比例方向节流阀的结构原理图。它主要由对中弹簧、比例磁铁，阀体，阀心组成。当比例电磁铁左边通电时，阀心右移，油口P 与B 相通，T 与A 相通，阀口的开度与比例电磁铁的输入电流成正比，当电磁铁右边通电时，阀心向左移，油口P 与A 通、B与T 通，阀口开度与电磁铁的输入电流成比例。