液压支架电液控制系统技术现状

液压支架电液控制系统现状综述

我国作为一个煤炭大国，薄煤层(采高为0.7～1.3m)的可采储量约为60 多亿吨，约占全国煤炭总储量的18 %。薄煤层采煤机作为薄煤层开采机械，由于受其本身结构的限制，0.8 m已是其开采下限，而且维修、操作不便，工人需在极低的工作面条件下跟机作业。因此，电液压支架成为薄煤层的主要采煤设备。

液压支架是煤矿综合机械化采煤工作面的支护设备，是综采的关键设备。随着近年来电子计算机和自动控制技术的发展，采煤技术设备的自动化也日趋成熟，液压支架的电液控制也随之发展起来。

液压支架电液控制系统使井下采煤实现由机械化向自动化转变，被称为采煤技术的第二次重大改革，是煤矿21世纪的高新技术。支架具有特殊的工况特点，介质粘度低、工作压力高、流量大、工作环境恶劣、介质污染较严重等特点决定了液压支架的发展方向，使其向高压、大流量和采用电液控制方向发展。

对单台支架来说，首先根据采煤工艺的要求，通过支架控制箱选择好控制方式，然后发出相应控制命令(即给出电信号)，使对应的电液控制阀组内的电磁先导阀动作，控制主阀开启，向所连接的液压缸供液，使支架作相应的动作。支架工作状态由压力传感器或位移传感器反馈回控制箱，控制箱再根据传感器提供的信号来决定支架的下一个动作。这就是电液控制系统的工作原理。

液压支架电液控制系统是实现综采工作面高产高效的关键技术设备。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。当前国际上主流的液压支架电液控制系统有：DBT公司的PM4、MARCO公司的PM31和JOY公司的RS20型3种。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。

而我国液压支架电液控制系统研制已经历了十几年时间，至今却仍未得到推广。全国只有神华集团神东矿区等为数不多的几家矿区从国外引进了电液控制的液压支架。

液压支架用阀是保证液压支架在煤矿井下正常工作的重要元部件，是支架中最精密、最关键的部位。液压支架的可靠性主要依赖于液压组件的可靠性，液压支架在煤矿生产中的应用是否成功，关键在于液压组件的技术性能是否达到要求。阀的损坏将直接导致液压支架失效或者误动作，造成人身事故和工作面冒顶事故，甚至使工作面停产，所以要求阀具有良好的可靠性和较长的寿命。

我国液压支架用阀技术相对滞后。大多数先进国家如德国、英国等液压支架研制开发比较早，科研投入也比较大，不断进行高端产品开发和技术升级，现在其生产的液压支架上多采用集成阀、电液阀技术，性能及自动化水平远远高于我国阀类产品，电液控制系统的使用已成为潮流。例如美国使用电液控制的比例已接近于100%，澳大利亚、南非占60%左右，德国占30%。使用电液控制系统对液压支架进行控制，甚至已列入了部分国家的采煤作业规程中。因此，我国的阀类产品只有更新换代才能促进国内液压支架技术的发展。

我国液压支架与国外的差距相对而言较小，主要差距在电液控制系统。电液控制系统是液压支架的核心，其性能的好坏直接影响支架的使用性能。电液控制阀组是电液控制系统的关键元件，其性能优劣对系统工作性能有较大影响。

国外已有多种结构的电液控制阀组产品，以德国DBT公司为代表的金属—塑料密封、浮动回液阀座结构主阀和直动平面塑料密封的电磁先导阀;以德国Marco公司为代表的集金属—塑料密封、浮动回液阀座结构和差动功能阀芯于一体的插装式主阀和放大杠杆推动的陶瓷密封结构电磁先导阀;以美国JOY公司为代表的金属—塑料软密封滑阀结构的插装式直动控制主阀和直动式陶瓷密封结构电磁先导阀及以德国Tiefenbach公司为代表的金属—金属硬密封对顶结构的插装式主阀和放大杠杆交叉推动的陶瓷结构电磁先导阀[8]。而我国液压支架的电液控制阀尚处于研发阶段，国产的电液控制系统仍处在试验阶段，而且目前采用引进电液阀控制的液压支架工作面也只有几个。目前国内使用的液压支架主要有三种形式：进口液压支架配备进口电液控制系统，国产液压支架配备进口电液控制系统，国产液压支架配备大流量手动控制系统。

支架电液控制系统中的核心元件即高水基乳化液介质电液换向阀，该元件国外技术已经非常成熟，而目前在国内还是一片空白。此项目研发的目的就是要在吸取国外先进技术的基础上，对高水基电液换向阀进行设计研发，并进行理论分析及实验验证，早日实现采煤支架电液控制系统的国产化，使综采煤矿达到安全生产、增产增效的目的。从技术上说，我国开发电液控制系统是完全可行的，理论上也己不存在困难。难度在于可靠性，尤其是电液控制阀组的可靠性和电器元件的可靠性。研制安全、可靠的电液控制阀组就成为实现液压支架自动控制的关键所在。