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DOI 1 0 ． 3 9 6 9／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 2 ． 0 8 ． 0 0 8 2 0 MN内加载液压支架试验台控制技术研究 曹睿君 ，杨洁明，韩旭朋 太原理工大学机械电子研究所／ ／ 新型传感器与智能控制教育部重点实验室， 山西太原0 3 0 0 2 4 摘要液压支架试验台是矿用液压支架在出厂前和维修后进行检验的重要设备，它的性能直接影响着液压支架的质量和煤矿生 产的安全。因此，对2 0 M N内加载液压支架试验台控制技术进行了深入研究，提出了精确的外加载同步控制算法，研发了内加 载液压支架试验 自 动控韦 Ij 系统，进而为液压支架的检测提供了良 好的试验条件。 关键词液压支架试验 台；内加载 ；同步控 制；计算机控制 中图分类号 T D 3 5 5 T P 3 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 2 0 80 0 2 60 3 Re s e a r c h o f Co n t r o l Te c h n o l o g y o f 2 0 M N Hy d r a u l i c S u p p o r t I n t e r n a l Lo a d i ng Te s t -Be d C A O R u i - j u n ，Y A N G J i e rui n g ，H AN X u - p e n g Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Me c h a t r o n i c s E n g i n e e r i n g，T a i y u a n Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ／ ／ K e y L a b o r a t o r y o f Ad v a n c e d T r a n s d u c e r s a n dI n t e l l i g e n t C o n t r o l S y s t e ms ，Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n C h i n a ，T a i y u a n 0 3 0 0 2 4 ，C h i n a Ab s t r a c t Hy d r a u l i c s u p p o r t t e s t - b e d i s t h e i mp o r t a n t t e s t e q u i p me n t o f mi n e h y d r a u l i c s u p p o r t a t f a c t o r y o r a f t e r ma i n t e n a n c e ， a n d i t s p e r f o r ma n c e r e l a t e s t o t h e q ua l i t y o f h y d r a u l i c s u p p o rt a n d t he s a f e t y o f c o a l p r o d u c t i o n ． Th e r e f o r e，t h i s p a p e r ma d e a n i n t e ns i v e s t ud y o f c o n t r o l t e c h n o l o g y o f 2 0 MN h y d r a u l i c s u p p o r t i n t e r n a l l o a d i n g t e s t - b e d， p r o p o s e d a c c u r a t e s y n c h r o ni z a t i o n c o n t r o l a l g o r i t h m e x t e r n a l l o a d i n g． Au t o ma t i c c o ntr o l s y s t e m o f h y d r a u l i c s u p po r t i n t e r n a l l o a d i n g p r o v i d e s a g o o d t e s t c o n d i t i o n f o r h y d r a u l i c s u p p o r t d e t e c t i o n ． Ke y wo r d s h y d r a ul i c s u p po r t t e s t b e d；i n t e r n a l l o a d i n g；s y nc h r o n o u s c o n t r o l ；c o mp u t e r c o n t r o l 0引言 液压支架试验 台是矿用液压支架试验设备中 非常重要的设备之一 ， 应用于液压支架新架型的 研制 、支架出厂前的检验和支架大修后的整架密 封性能试验 、加载强度等功能性试 验。矿用液压 支架 的工作可靠性直接影响着采煤工作面 的推进 速度 ，影响着支架对顶板的支护性能和对顶板管 理的质量，对研制的新型支架 ，必须按照原煤炭 工业部的M T 3 1 2 2 0 0 0 标准对其密封性能 、支护 性 能 、强度要求 、耐久性能进行测试- ， 1 。本文对 2 0 MN内加载液压支架试验台控制技术进行深入研 究，提出了精确的外加载四缸同步控制算法 ， 研 发了试验 台自动控制系统 ，为液压支架检测提供 了良好的试验平台。上位机控制系统软件是基于 Wi n d o w s 平台下的V B 6 ．0 进行开发的。监控软件提 收稿日期 2 0 1 2 0 2 2 8 供 了友好 的人机交互界面 ，可方便地进行液压缸 同步运 动方式和插拔销动作按钮的选择 、泵站压 力设置 ，实现了泵站压力 、平 台升降 四缸同步运 动 和插拔销 动作 的 自动控 制 。同时具备 泵站压 力 、液压缸位移状态和插拔销到位状态 的动态显 示，方便了操作人员对现场设备的监测。 1 支架试验台控制系统的硬件构成 系统的硬件构成是实现支架试验台机 、电、 液 、自动控制和特性参数 自动检测的关键组件 ， 是实现各个装置功能动作转换、数据采集、信息 处理的控制中心。在液压支架试验台控制系统 中，所有装置的动作和液压回路的通断都在一个 集控柜上进行集中控制 ，即在控制柜上安装多组 按钮和开关 ，分别控制各个回路的电磁阀，对四 缸同步升降系统、插拔销系统进行控制。下位机 露 翠 露 曩 譬 习 器 露 露 嚣 ] ＼ ≈ i _ i ＼2 b ＼ 强 _ 0 l ＼ 工业 自 选用西门子 s 7 1 2 0 0 P L C进行控制 ，将采集到的位 移 、压力 等数据上传到远程工控机 ，对系统中的 位移 、压力进行实时监控 ，并绘制曲线 、保存试 验数据。 2 液压支架试验 台控制 系统的实现 依据 系统性能要求 ，液压支架试验 台控制系 统采用外循环控制系统和 内循环控制系统两大部 分。其 中，外循环控制部分主要完成试验加载平 台高度 的调整及插拔 销轴在立柱框架定位孔处的 插销和退位 ；内循环控制部分主要完成 液压支 架通用技术条件 M T 3 1 2 2 0 0 0 中整架强度 试验要求 中各项试验要求 。 2 ． 1四缸 同步提升算法的研究与实现 四缸同步提升是试验前 的准备工作 ， 工作 台 升降过程 中要求四个升降液压缸能够保持同步 ， 并能使插销机构准确地插入销孔中。试验台试测 的高度可 以在 1 5 0 0～ 4 1 0 0 mm之间调整 ，加 载平 台提升速度 V 1 5 0 m m／ m i n 。调高液压缸采用两级 缸 ， 一级缸简 内径 D 。 2 0 0 mm，二级缸筒外径取 D， 1 9 0 mm，内径 D 1 6 0 mm，活塞柱标准规范直 径 d 1 3 0 mm，两级缸的有效行程为 2 7 9 7 m m。缸 筒伸缩时的实际有效面积计算如下 一 级缸伸出时 4 T X2 00 2 31 41 5 ． 9 mm 2 ， 斗 4 二级缸伸出时 A． 2 0 1 0 6． 2 mm2 ， ／4 一 级缸缩回时 A 3 盯 D D r r 2 0 0 一 1 9 0 ■ ～ 广 一 二级缸缩回时 盯 D ； 一 d 1 6 0 一 1 3 0 广一 一 系统工作时最大流量需求 6 83 3 ． 0mm ， Q 4 A l V 4 X 3 1 4 1 5 ． 9 X 1 5 0 1 8 ． 8 5 L ／ ra i n。 根据以上数据 ，四缸 同步系统 利用压力控制 阀调速控制 ，并且每个液压缸能够单独动作 ， 以 确保 系统的同步精确性 。当控制 台快接近插拔销 的插孔位置时 ，系统调低压力 ，然后利用 P L C 所 设定的P WM脉宽调制算法进行精确控制。高度的 调整利用四个高速开关阀 ，高速开关阀得电时 ， 提升器以正常速度进行提升 。通过读取运动控制 编码器输 出端 I3 数据实现液压缸位置数据的采 集。然后，选取任意时刻高度最低的液压缸作为 基准 缸 ，当其 他液压 缸与基 准缸 的超差值 大于 2 ram时进行调节 ，这时超差缸的开关 阀失电，油 液流入主油缸大腔 ，进而对超差缸进行调速 。当 超差值小于 2 m m时 ，超差缸 的开关阀得 电，恢复 到正常提升。四缸同步控制算法结构如图 1 所示。 图1 四缸同步控制算法结构图 2 ． 2内加载液压支架性能测试 内循环用于控制试验 的初撑 、增压 、保压和 卸压 ，循环加载过程采用顺序控制设计方法 ，加 载过程共分为 6 步 1 按下控制 台启动按钮进 入初始 步 ； 2 从初始步直接到 达初撑步 ； 3 增加 系统 压力使 其达 到初撑压 力 P 。 ，进入增 压 步 ； 4 利用增压系统进行增压以达到试验压力 P ，进入保 压步 ； 5 保 压时间 7 T1 到达后 ，进入 卸压步 ； 6 卸载到卸载压力 ，一次加载过程完 成 ，加载次数 自动加 1 。若循环次数小于试验要 求加载次数则 重新 回到初撑步 ，如果等于试验要 求加载次数则加载 自动结 束。液压支架控N J t l , 序 流程如图2 所示。 3 上位机控制系统的软件设计 上位机控制系统 的软件设计主要考虑两方 面 的功能实现 ，首先是实现对外加载试验 台的 自动 提升控制 ，为进一步液压支架试验提供条件。该 功能主要是负责下位机从上位工控机获得试验参 数 ，通过操 作 台下 发指令 ，实现 控制主泵 的起 停、电磁阀启闭及传感器模拟量的采集和设备状 态监控等功能 ，控制 系统主界面如 图3 所示 。其 次是要 实现对液压 支架耐久性 的试验进行控制 ， l ‘＼2 7 ＼ ． 【 ． ． ． ， ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 【 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 。 ． ， ． ． J ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． _ J 自动化 罔 2 内加载控制顺序流程陶 陔功能主要是负责显示下位机 一 【 传 的设 备运行状 态和生成压力曲线 、设 置系统参数 、提示故障报 警及对上传的数据进行保存 、打印等数据管理功 能 ，液压支架试验界面如图4 所示 。 液 压 支 架 试 验 台 拉 落 哪系 统 ● 3 计算机控制系统主界面 幅 敛 据 面 ⋯⋯ ⋯⋯ 时 间 r 霸 椭～ 一 4 液 支架耐久性能试验 界面 整 套 控 制 系 统 位 机 和下 位 机 西 子 S 7 1 2 0 0 P L C 通过 以太网模块进 行通讯 该 系 统后 数据库采用 A c c e s s 数据库。数据库系统 的 主要功能 首先是存储和管理液压支架试验过程 的数据信息 ；其次是 以报 表的形式生 成并输m支 架试验报告 ；还有就是对用』 权限进行管理 ，保 证系统的安全性 。系统采用 O D B C数据源技术对 A c c e s s 数据库进行访问 ， 实现 了监控软件 与数 据库的连接 ，采用结构化查询语言 ，实现了对数 据库的访问和操作。 4结论 本 文对 2 0 MN内加载液压 支架试验 俞控制技 术进 行深 入研究 ，该 试验 利 用最新 的传 感技 术 、测试技术 、计算机数据处理技术 ，采用精确 的外加载 同步提升控制算法 ，研发 r试验俞 自动 控制系统 ，为液压支架检测提供了 良好 的试验条 件 。该系统可以对液压支架整机的密封性能 、支 护性能 、强度要求 、耐久性能等项 目进行测试 ． 实现 了良好 的加载功能 ，在测试精度 、效率和方 便性方面达到 比较先进的水平 ，为煤 矿生产安伞 做出了积极的贡献。 参考文献 [ 1 ]国家煤炭工 业局．中华人 民共和 国煤 炭行业标 ； 住 M T 3 1 2 2 0 0 0『 M]． 北京煤炭工业出版社，2 0 0 0 ． [ 2 ]刘晓倩 ，李新平，马法杰，等． 2 6 0 0 t 插销式液压支架 整机 内加 载试验 台的研 制 [ J ]． 煤矿机械 ，2 0 1 1 ， 4 1 6 9 1 7 1 ． f 3 ]李季，张晓君，王金利，等． 同步控制在液压支架试 验 台的应用 [ J ]． 煤矿机 电，2 0 1 0 4 5 8 6 2 ． [ 4 ]何谦． 单 阀直控 式 高速 开关 阀液 压 同步 系统数 学模 型 的建立 [ J ]． 机械 与电子 ，2 0 1 0 1 0 7 3 7 4 ． 【 5 ]廖常初． s 7 ～ 1 2 0 0 P L C编程及应用 [ M]． 北京机械 工 业 出版 社 ．2 0 1 0 ． [ 6 ]李志锋，赵志诚，张井岗． 基于V B和P I C的液压支架 试 验 台 监 控 系统l J ]． 工 矿 自动 化 ，2 0 1 0 3 1 6-1 8 ． f 7 ]张志清，赵忠辉． 液压支架试验 台技术现状及发展趋 势分析 [ J ]． 煤矿机械，2 0 1 1 1 2 1 1 1 3 ． 第一作者简介 曹睿君 ，男 ，1 9 8 4 年十 ，山 西长治人 ，硕 士研究生 。研究领域 机 电系统及 生产过程 智能控制 。 编 辑 阮毅 [二] Ⅱ二
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