采煤机电液比例控制调高系统浅析

摘要：针对传统的电磁阀只能进行开关控制，控制精度和稳定性较低的问题，研究了电液比例控制的采煤机滚筒调高系统，介绍了磁致位移传感器工作原理，提出使用电液比例方向阀代替传统的电磁阀。采用电液比例方向阀后，方向阀内液压油的流向和流量受输入电流信号的控制，能够提高滚筒调高系统的精确性，从而提高采煤机工作效率，取得显著的应用效果。

关键词：采煤机电液比例阀磁致位移传感器油缸

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。

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。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。

3.2使用注意事项

1）功率范围。在选择电液比例方向阀时，注意不能超过驱动电路提供的驱动功率。2）油液污染。电液比例方向阀对油质要求较高，油液污染会导致阀的堵塞，造成控制误差积累。通常比例方向阀先导级对液压油的要求为NASl638规定的7～9级。虽然有的伺服阀具有一定的抗污染能力，但也应该经常检查液压油的纯净度，如果液压油发生污染要及时更换，或者清洗过滤器。3）放大器配套。一般情况下电液比例阀会有专门的放大器与之配套，且具有深度电流负反馈的放大器的信号电流中叠加颤振电流。当放大器断电或差动变压断线时，电液比例阀的阀芯处于原始位置或液压系统压力最低的位置。4）提高精度。提高控制精度的办法有控制调压时间和加速度、死区补偿等办法。通过切换时间延迟、液压缸内端位缓冲、电子控制流量阀和变量泵等方法可以控制调压时间和加速度。如果放大器中含有函数发生器，可以产生斜坡信号，从而实现死区补偿，提高循环速度并防止惯性冲击。使控制的结果更加精确。

4结语

相比于传统的电磁阀控制的采煤机滚筒调高系统，电液比例控制技术具有控制精度更高、稳定性更强的优点。采煤机电液比例调高控制系统的核心控制元件为位置传感器和电液比例方向阀，磁致位置传感器响应速度快，位置精度高，能够提高滚筒位置的精确性。电液比例方向阀的流量与电流大小成正比，可以提高滚筒调节的动态性能。

参考文献

[1]张锋.采煤机滚筒调高电液比例控制系统的研究[J].机械管理开发，2021，36（10）：233-234；287.

[2]卜桂玲.采煤机调高机构液压控制系统建模与仿真[J].机床与液压，2021，49（13）：175-177.

[3]刘峰.浅谈电液比例泵的工作原理及其应用[J].内燃机与配件，2019（4）：84-85.

[4]郭琦.采煤机液压系统设计及仿真[J].煤矿机械，2020，41（1）：13-15.

[5]张建军.采煤机自动调高关键技术的研究[J].机械管理开发，2019，34（4）：245-246；259.

作者:李宏彬 单位:山西焦煤西山煤电官地矿