程 媛 1 ， 周连佺 1 ， 韩继光 1 ， 鲁其彬 2
（1. 徐州师范大学 机电工程学院， 江苏 徐州 221116； 2. 山科维科特机电有限公司， 山东 泰安 271000）
摘 要： 介绍了一种新型单体液压支柱密封质量检测系统，该系统由压力传感器、检测仪、信 号转换箱、信号传输线、上位机、打印机和检测软件等组成。 采用压力传感器检测被试支柱的压力， 基于 PIC 单片机的检测仪实现了多根支柱动态巡检，运用 VB 编写的上位机软件用于参数设置、数 据通讯及系统管理。
关键词： 液压支柱； 密封质量； 检测系统
0 前言
单体液压支柱是高档普 采工作面的 主要支护 设备，其密封性能的优劣直接影响工人和设备的安 全。 所以单体液压支柱在出厂或检修后都必须进行 密封保压试验检测，达到规定密封标准后才能下井 使 用。 目 前 大 多 煤 矿 普 遍 使 用 DK-2A 、DK-2B、 DK-2C 型检测仪和 KJDT-1、KJDT-2 型检测仪。 DK 系列检测仪是以 15 只传感器为一套仪器， 所有被 试支柱均注完乳化液后开始同时检测，第 1 根与最 后 1 根柱子间隔很长时间，不能单独测出每根柱子 的压力。KJDT 系列检测仪采用钢弦式压力传感器， 输出压力 p 与 频率 f 关系是 非 线 性， 计 算 方 法 复 杂，精度低,不能实时观测被试支柱的高低压密封、 合格情况和收发信号的状态。 鉴于此，选择压力传 感器作为前端检测元件，以 PIC 单片机作为检测仪 的 CPU，运用 VB 编写 上位 机 软 件，设 计 了 新 型 单 体液压支柱密封质量检测系统，克服原有检测仪的 不足。
1 系统结构及工作原理
单体液压支柱密封质量检测系统由打压支架、 压力盒、高精度耐腐蚀压力传感器、检测仪、信号传 输线缆、信号转换箱、上位机、打印机和检测软件等 组成，最多可同时对 128 个支柱的密封质量进行检 测，系统组成如图 1 所示。
图 1 单体液压密封质量检测系统组成
单片机将采集的压力数据经过数字滤波、量纲 转换后，进行当地数码显示。 上位机将每台检测仪 的设定参数通过 RS-232 串口传入信号转换箱，然 后通过 RS-485 传送给每台检测仪， 其试验数据通 过同一路径反向传送给上位机进行数据管理。
2 硬件设计
检测仪主要由 Microchip 公司生产的 PIC16F873A 单片机、信号采集电路、时钟电路、复位电路、在线调试电 路、本机地址编码电路、LED 显示电路、串口通讯电路等 构成。 检测仪原理框图如图 2 所示。
图 2 检测仪原理框图
压力盒将支柱的支撑力 转化为盒内 油的液压 力，压力传感器将液压力转变为标准的 4～20 mA 电 信号，通过信号采集电路滤波，转化为 1～5 V/DC 的 电压信号送给单片机 A/D 模数转换，通过 7 段译码 器译码后送给LED 数码管进行压力显示，同时通过 指示灯的闪烁判断被试支柱是高密封还是低压密 封，检测的结果是合格还是不合格。 每套检测系统 含有几十个功能相同的检测仪，上位机给每个检测 仪分配不同的地址编码，需要检测仪内部设有不同 的地址编码器，以选择不同的地址。 采用 Maxim 公 司生产的 RS-485 芯片，即 Max485 可以实现TTL 电 平到 RS-485 信号的转换。由于 RS-485 网络上的设 备多于 2 台时，必须采用半双工通讯方式，上位机 将参数传送给检测仪，Max485 接收端指示灯闪烁， 检测仪将接收的参数存储到 EEPROM 中，断电后不 丢失，不用每次开机都传送参数，将接收到的参数 返回给上位机，发送端的指示灯闪烁。
3 软件设计
单体液压支柱密封质量 检测系统包 括上位机 编程软件和检测仪软件。上位机软件用于数据管理和 维护，检测仪软件用于支柱密封性能的检测和判断。
（1）检测仪软件
检测仪软件包括初始化程序、串口中断服务子 程序、定时器中断服务子程序。
初始化程序是对 I/O 端口、A/D、定时器、串口通 讯、读取本机地址、显示当前地址等进行设置，等待 中断响应。 初始化程序流程图如图 3 所示。
图 3 初始化程序流程图
上位机发送一个 9 位的地 址码， 根据第 9 位 来判断发送的是地址还是数据。 发送的是地址，每 一个检测仪将地址码与本机地址比较， 若串口相 同改为接收数据，否则不处理。 其他检测仪不接收 数据，继续监听地址呼唤。 串口中断服务流程图如 图 4 所示。
开机后显示编码， 到达设定时间显示被试支柱 的压力，动态刷新压力显示，根据文本框内字体的颜 色判断试验状态。 定时器中断流程图如图 5 所示。
图 5 定时器中断服务流程图
（2）上位机软件
上位机软件由检测参数设置、支柱密封质量检 测、历史检测数据管理等组成，上位机软件组成如 图 6 所示。 图 6 上位机软件组成 检测参数设置是按照相 应行业标准 或测试要 求设置高低压保压时间及降压百分比、支柱检测位 数量、被检支柱缸径等参数。 选取支柱编号传送设 定参数， 检测仪将接收的参数存储到 EEPROM 中， 断电不丢失，不需要每次开机设定一次参数，只有 当改变参数时才需要传送参数。 检测仪将接收到参 数返回给上位机， 将设定值与返回值进行比较，参 数传送是否成功。 上位机向选取的检测仪发送索取 已存参数命令， 检测仪将以前存储在单片机 EEPROM 中的参数发送给上位机。
支柱密封质量检测根据 被测支柱数 量选择不 同测试界面，输入支柱编号，开始检测后，上位机轮 流向各检测仪发送命令，索取检测结果；在没有开 始定时检测时，检测仪返回当前压力值显示在文本 框内，字体为黑色。 开始检测后，进行高（低）压密封试验，文本框内显示兰（黄）色字体压力值。 试验结 束后，文本框内用绿（红）色字体显示最后检测压力 值， 判断被试支柱通过保压试验测试合格 （不合 格）。 若在运行过程中，需要对某一检测仪复位，可 以按检测仪上的复位按钮，也可以在此界面双击对 应支柱压力显示框，使该检测仪复位，这样检测仪 复位操作更方便了。 单机全部复位，所有检测仪都 复位。
历 史 检 测 数 据 管 理 是 通 过 输 入 支 柱 编 号、位 号、检测时期、合格情况等查询条件。 选择排序字段 后查询，符合条件的检测数据按选定的排序方式显 示在查询结果表中。 单击报表按钮输出报表。 可以 删除当前检测数据和清空历史数据库。
参考文献：
［1］解统颜. 单体液压支柱密封质量检测仪的研制［J］. 煤炭科学技 术， 2004，32（6）：21-23.
［2］中华人民共和国煤炭行业标准. MT112.1-2006 矿用单体液压支柱 第 1 部分：通用要求［S］. 北京： 煤炭工业出版社， 2006.
［3］郑丰隆，郑效田，孔德冒，等. 高性能单体液压支柱保压性能监测 仪的设计［J］. 工矿自动化，2003（4）：24-26.
作者简介： 程媛（1983- ）， 女 ，江苏徐州人，徐州师范大学机电 工 程 学 院，硕 士 研 究 生，研究方向是机电一体化测控技术，电 子 信 箱：cyyzw2008@163.com.
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乾坤矿山的便携式螺旋支柱介绍
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乾坤矿山的便携式螺旋支柱是一款矿井临时支护设备，是矿井适用的金属单体支柱。
便携式螺旋支柱由五部分组成：上承压板、上支柱、螺杆、下支柱、下承压板。
具有轻便、结构简单、价格实惠、可回收反复使用、可远距离拆除等特点。
上承压板：
尺寸：63型号的为175mm x 175mm;
48型号的为150mm x 150mm
上承压板主要用于增大支柱与顶板的接触面积，从而加大支柱承压重量。四个触角有利于加大支柱在支护时的抓取力度，防止滑动，确保支柱持久支护和稳固。
下承压板：
下承压板尺寸与上承压板尺寸相同：
63型号的为175mm x 175mm;
48型号的为150mm x 150mm
下承压板主要用于增大支柱与底板的接触面积，从而加大支柱承压重量。中心的回环有利于加大支柱下承压板与下支柱的契合，加大在支护时的抓取力度，防止滑动，确保支柱持久支护和稳固。
上支柱：
由无缝钢管制造而成，钢管壁厚4mm。支柱有63和48两种型号，63和48指的是钢管的直径，直径越大，支柱的承重能力越大；直径越小，支柱承压能力越小。
相对于下支柱，上支柱稍长。
下支柱：
由无缝钢管制造而成，钢管壁厚4mm。支柱有63和48两种型号，63和48指的是钢管的直径，直径越大，支柱的承重能力越大；直径越小，支柱承压能力越小。
相对于上支柱，下支柱稍短。
支柱常用的规格型号有：1.5米，1.8米，2.米，2.5米，3米，3.5米。
便携式螺旋支柱的含义：以1.5米为例，金属钢管直径有48和63两款，最高支撑高度为1.5米。该款支柱可支撑1-1.5米范围内的任意高度，其他以此类推。
钢管直径越大，支柱承重越大，可支撑高度越高；支柱高度越高，支柱承重越小。
螺杆：
支柱的螺杆由螺纹钢特制而成。
特制螺杆，尺寸为80厘米，安装在支柱上以后主要用来保证支护的升缩，一般升缩在50厘米之间。我们确认的型号为拉升后可支撑的高度，比喻63-3.5.就是这根支柱最高可支撑3.5米的高度，最低可支撑3米的高度，之间可以拧动螺杆拉升，可以支撑3-3.5米之间的任意高度。
在螺杆的中间有4个齿状设计，主要是方便员工使用时升缩方便。
乾坤矿山的这款便携式螺旋支柱，参数经过多次试验和客户使用数据验证的，正是因为这个原因，乾坤矿山的这款支柱不能超高度超承载能力使用，超高和超载使用将影响支柱的稳定性，甚至发生安全事故；也正因为这个原因，本着客户至以上，一切从客户的利益出发的原则，乾坤矿山不提供定制和特殊规格的制作。为此，很多客户不理解，指责我们不满足客户需求。
其实，这款支柱自从研发十年来，我们的客户遍布全国各地，得到了客户的一致好评，虽然我们拒绝过不少的客户，但十年来，我们从没有因为质量和使用问题接到客户投诉，是一款轻便、简单、实用、实惠的好产品。
便携式螺旋支柱适用范围：
1、所有采场风爆工、出渣工、支护工作业时；
2、顶板破碎、倒三角节理发育、岩石不稳固的掘进工程作业时；
3、巷道破碎进行永久支护前。
便携式螺旋支柱使用方法和要求：
1、作业人员经过通风 、洒水、处理完松石后方可进行螺旋支柱支护；对上盘不稳固的采场要用锚杆和螺旋支柱结合支护。
2、支护时首先要根据矿体倾角或岩石破碎情况选择好支柱使用地点，在支柱的上下端均垫加长度适宜的木板，沿进入作业面的方向向前逐根支护，调整支柱顶住顶底板，用套管将丝杠拧紧确认无误后，方可进行作业。对当场用两根撬棍也无法撬下、需动炮处理的松石，对顶板破碎及上下盘围岩滑帮比较明显的采场，对上部有采空区的地点，必须进行加密支护。
3、便携式螺旋支柱支护时必须根据作业面的采幅宽度和顶板压力来确定使用支柱的数量，每个矿房不少于15根螺旋支柱。2米以上采幅采用双排支柱支护，1.5米以下的采幅采用单排支护，但不论是单排还是双排支柱支护，顶部都必须加承压板、木板等护住顶板，以加大接触面积。
4、便携式螺旋支柱不能超高度超承载能力使用（具体要求见附表），超高和超载使用将影响支柱的稳定性，甚至发生安全事故。
5、作业过程中，作业人员要经常检查丝杠松紧和顶板变化情况，及时将支柱拧紧，确保作业安全。
6、风爆工装药结束后，要按顺序由前向后依次拆卸支柱并清点数量；拆卸支柱时要及时观察顶板变化情况，发现异常立即停止拆卸，迅速撤离。
7、出渣工和支护工作业完毕后，须对丝杠重新紧固确认无误方可离开作业现场。撤下来的支柱须将螺母调至最低点，将丝杠置于套管内进行防护。
便携式螺旋支柱使用规定
1、无论作业现场的岩石结构是否存在危险，出渣工、风爆工在进行采矿或掘进作业时必须使用、支护工在顺路支护时必须使用、使用时必须按照上述方法规范支护。
2、把螺旋支柱的使用作为作业现场安全确认的重要内容，带班长或跟班领导必须在确认卡上填写支柱使用情况。
3、螺旋支柱要作为工具进行管理，要及时涂油防锈。使用时必须轻拿轻放，不得随意乱扔。
4、支柱外表出现损伤（如开裂、压扁、明显弯曲等）不能继续使用。
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