液压支架的质量控制（精选八篇）
液压支架的质量控制 篇1
关键词：液压,支架,电液
煤矿液压支架电液控制系统是煤矿综采工作面自动化系统控制的核心, 其是以网络技术为基础, 实现采煤机位置检测和液压支架的跟机自动控制, 并且可实现液压支架及其配套设施的检测监控综合管理, 实现地面通讯和远程控制。当前国外液压支架几乎全部采用电液控制技术, 国内液压支架则主要以手动液压控制为主, 随其具有经济价廉和维护简单方便的优点但其在移动速度和操作性能上略逊一筹, ZY3200/13/32 (简称ZY32) 型液压支架是为开滦集团公司设计, 其支架由液压系统由乳化液泵站、主进液管、主回液管、各种液压元件、立柱及各种用途千斤顶组成, 操纵方式采用邻架操作。连接采用快速接头和U形卡及O形密封圈, 拆装方便, 性能可靠。在主进、回液三通到操纵阀之间, 装有截止阀, 过滤器等, 可根据需要接通或关闭某架液路, 可以维修某一架胶管及液压元件, 过滤器能过滤主进液管来的高压液, 防止脏物杂质进入架内管路系统。
1 电液控制系统发展概况
电液系统自上世纪80年代问世以来则受到各国煤矿关注, 近年来在各发达国家已得到广泛应用, 国内自上世纪90年代在神华集团采用第一套电液控制系统以来目前已有多套相继投入使用, 国内煤炭科学研究总院与德国某公司合作开发的第一套电液控制系统基本代表了目前国内该行业的最新水平。在支架电液控制系统多年来的使用过程中电液控制系统是其关键技术, 该技术也成为该系统价格偏高的主要因素, 目前国内与德商共同成立的天地科技股份有限公司通过多年的实践和研究形成了一个具有一批高水平的专家和技术队伍, 其生产产品在德国国内的市场占有率达70%以上, 同时该公司产品具有价格相对低廉、服务质量相对较高等优点因此在加速国内及世界部分国家煤矿自动化水平方面起到了重要作用。
2 液压支架电液控制系统及常见问题
1) 结构组成。该系统液压支架电液控制系统主要由支架控制、顺槽主机监控、本质安全网络等部分组成, 其支架控制单元包括控制器、传感器、电磁先导阀和主控阀等支架控制单元来利用干线电缆相互连接以形成网络。
2) 支架系统工作及常见问题。初撑力和工作阻力。支架初撑力的大小, 对控制顶板下沉和管理顶板有直接关系, 因此必须保证放顶煤有足够的初撑力。要保证足够初撑力的措施是:乳化液泵站的压力, 必须保持在额定工作压力范围内, 随时观察乳化液泵站的压力变化, 及时调整压力;液压系统不能漏液, 尽量减少管路压力损失。但过大的初撑力对某些顶板管理不利。支架的工作阻力超限。其对支架部件和液压元件不利, 甚至造成损坏。阻力超限的形成原因是安全阀调定压力超过要求的额定工作压力;安全阀失去作用, 达到额定的工作阻力时, 安全阀不开启泄液而继续承受增阻压力, 造成工作阻力超限。对该现象的预防措施是对安全阀要定期检查调试、安全阀调定压力严格在额定工作压力范围内;井下不得随意调整安全阀的工作压力。如果没安装测压阀, 只看安全阀又不能判定工作阻力是否超限, 并应在初压时对来压和周期进行观察, 检查所有安全阀是否开启以及其可靠性, 正常情况下工作面顶板来压或局部压力增大导致安全阀开启泄露, 但若安全阀不开启则泄液则说明支架工作阻力选择的过大或调的过高, 同时工作阻力偏低则不利于顶板的管理。推溜和移架。综采工作面要保持平直, 与采煤机割煤时的顶底板是否平直有直接关系, 也与推溜和移架是否平直有关, 两者是相互影响的。如果顶底板割得起伏不平, 甚至割出台阶, 就不能顺利推溜、移架, 推溜、移架的距离不够, 反过来又影响采煤机的截深;顶底板起伏不平, 运输机和支架歪斜可能出现采煤机滚筒割铲煤板或前梁。推溜、移架是否平直, 是工作面保持三直两平的关键。该系列其工作面中部支架采用及时支护方式, 既先拉架后推溜, 而排头支架采用不及时支护方式, 即先推溜后拉架。
3 控制系统研究
1) 支架控制器的研究。电液系统控制器通过可编程逻辑控制器来实现核心处理, 但该系统虽抗干扰性能较强, 但不适合井下特殊环境, 因此一般采用ARM或MCS-51兼容处理器, 其硬件则采取了反馈闭环机制、动作输出多重控制机制、急停联动机制等措施来保证其可靠性, 软件则采用模块化设计, 但不同的矿井对支架需求有所差别, 且其控制功能也有所差别, 因此应根据不同需求配置不同软件, 并通过不同模块间的耦合关系进行模块化设计。
2) 顺槽主机设计。顺槽主机是通过现场总线和所有支架控制器构成通讯网络来实时监控液压支架的工作状态, 因其工作环境恶劣, 因此对防潮、防尘、防爆等性能要求较高, 因此其采用工控机或防爆计算机, 该系统每隔电气接口都带有光电隔离电路并具有较强的扩展性, 同时其可与井下工作面及其他设备有很好的兼容性, 可直接和采煤机、破碎机、转载机以及刮板运输机等设备的通讯接口相连接, 可通过对井下工作面内采煤设备的监控来实现综采工作面的自动化操作, 而主机的监控功能则通过监控软件来实现, 该软件分由前台现实和后台数据处理两个部分组成, 其前台程序可实现对数据库的读取以及查找, 并将获得的数据在主界面上显示, 后台程序则通过现场总线来采集相关数据并将其处理后存储于数据库内。
3) 本质安全网络设计。采用的是CAN总线技术, 但由于系统需传输大量的数据, 因此支架间的通讯采用全双工的RS422总线技术来实现, 但总线在煤矿井下需要进行特殊处理, 且处于本质安全的要求使得液压支架控制器供电电源的功率受到限制, 其根据电源本身功率与所带控制器功率和驱动阀组电流的大小, 因此需要有大量的独立电源来为控制器供电, 但在使用中为了避免电源并联电流不均衡而导致本质安全失效现象, 在支架间采取通过信号耦合器来沟通数据信号并切断电气连接最终实现本质安全。
4) 液压控制系统。该系统采用两柱掩护式液压支架采用邻架手动液压控制方式, 操作维护安全、方便, 简单可靠。支架配置新型大流量快速移架系统, 移架速度快;同时立柱配置大流量安全阀, 提高了支架对顶板条件的适应能力。
4 结语
作为采煤工作面支护设备的液压支架式综采系统的关键设备, 随着电液系统的推广使用, 该技术为人们带来的经济效益和深刻变革将逐步被人们所认识, 同时随着该系统的应用为煤矿实现高效、安全提供了保证并改善了工人劳动环境, 因此可以说其是本世纪的高科技产品并将为煤矿带来更为明显的社会效益和经济效益。
参考文献
[1]张良.液压支架电液控制系统的应用现状及发展趋势[J].煤炭科学技术.2003.
液压支架的质量控制 篇2
【关键词】电液控制；液压支架；自动采集系统
综采工作面支护质量监测是要保障支架的完好性能及支架与围岩的作用关系，减少支架与围岩事故率，辅助工作面的生产管理，确保综采工作面的高产高效和生产安全。支架采用电液控制，利用计算机配合压力传感器和控制电液阀组，实现定压双向移架或成组程序自动移架，防止对顶板和支架出现冲击负荷，提高移架速度。这能够大幅提高效率，为实现煤矿井下生产自动化提供了技术保证。
1、电液控制系统
电液控制系统技术的核心是，通过电液阀把过去人工控制操作变为由计算机程序控制的电子信号操作。当下综采液压支架电液控制系统已实现了以下控制功能：在工作面实行自动控制；在工作面运输巷进行控制；在地面实现对工作面设备的控制。
2、支架及顶板状态信息的自动采集系统
2.1支架及顶板状态信息自动采集系统的组成
支架压力监测系统主要由支架压力监测单元、井下中心站、地面监测中心和相关的电源组成。支架压力监测单元与井下中心站采用特种铠装电缆连接，而井下中心站与地面主机采用两芯信号线连接。
2.2WS1.7/210/450型系统
（1）系统整体结构
德国WS1.7/210/450型电液控制掩护式液压支架的电液控制系统为PM液压支架对顶板作用力的变化基本上正比于立柱下腔内的液体压力的变化。能通过监测立柱下腔内的液体压力的变化来了解液压支架与顶板的相互作用状况，判断支架是否处在良好工作状态。
WS1.7/210/450型电液控制掩护式液压支架的立柱下腔装有压力传感器，能连续监测立柱下腔压力变化，传送到支架控制箱和巷道服务器内，并输送到地面调度中心计算机中储存，能够打印出任意一台支架的工作状态曲线。
支架电流控制系统是微处理技术与液压控制技术有机结合的产物，是机电一体化产品，支架控制箱SCU是电液控制系统的核心，此装置可以接收与支架相关的测量数据。
SCU的电子硬件部分使用了一个高功率的单片处理机，具有64k存储应用程序，其中EPROM（可擦可编程的只读存储器）存有用以在SCU通电时启动微型计算机的程序。但EPROM不包括操作系统及用户应用程序。以0连接控制、存储管理、显示盘及其他内部逻辑操作所必需的硬件则由ASIC模块组成（专用集成电路块）。
压力传感器用以监测立柱下腔压力，并转换为电信号输入SCU中，PM4系统的压力传感器功率消耗低，这种压力传感器的基本部件是一个焊在“单臂电桥”薄板上的应变测量装置。传感器内的放大器确保在0-45MPa的压力范围内产生相应的0.2-1mA的电流输出。压力传感器的液压插头DN10用来与被测体的液管连接，另一侧的SKK24插座与信号电缆连接，再接到SCU上。
位移传感器用以监测推移千斤顶在整个行程范围内的位置，并转换为电信号输入SCU中，PM4系统的位移传感器为舌簧接触杆式，传感器装在推移千斤顶的空心活塞杆中，它由环形磁铁、舌簧杆和电阻器组成。在推移千斤顶空心活塞杆伸缩时，环形磁铁控制舌簧杆接头与电阻器开关，改变电阻，改变输出电压。其测量精度在4mm以內。此传感器的优点是提供相对量，所以，采煤机的载深可以连续监测支架移动的变化。
如图1所示为SCU内部存储的WS1.7/210/450型程序液压支架主菜单。
（2）工作特点
WS1.7-210/450型电液控制掩护式液压支架具有以下工作特点：
（1）提高了支架推移速度，为提高采煤机制煤速度提供了保证。同时，确保了液压支架额定初撑力。
（2）采用电液控制系统，在移架过程中，实现了定压、带压移架，防止了对工作面顶板和液压支架间产生频繁的冲击载荷，既保护了顶板围岩的稳定，又能减少支架事故发生，延长液压支架的使用寿命。
（3）可以避免用多芯胶管或高压胶管过架时被砸伤、挤破等，使用时更加可靠方便。
（4）可以提高工作面输送机推移质量，实现工作面平直。
它可以与采煤机和输送机的自动控制系统配合联动，实现全自动化综采工作面，支架与采煤机的运行状态和数据能传输到井下主控制台和地面矿井中央控制室，以实现整个煤矿井下生产的自动化管理。
参考文献
[1]刘茂林，刘毅涛.上湾矿DBT液压支架PM4电液控制系统.煤矿机械，2006年
[2]王国法，朱军.液压支架电液控制系统的分析和展望.煤矿开采，2000年
[3]伍小杰，于月森，彭利明，徐亚军.液压支架电液控技术的现状及展望.煤炭科学技术，2009年
[4]赵志勇.综采液压支架电液控制系统.中小企业管理与科技，2008年
液压支架焊接质量影响要素分析 篇3
液压支架作为煤矿井下生产作业所必不可缺的基础设备, 其质量优劣对于生产安全有着至关重要的影响。而焊接工艺作为液压支架生产制造的主要工艺, 其质量管理也成为液压支架制造企业与煤矿企业长期关注的焦点所在。由于液压支架为典型的多腔室箱体梁结构, 不仅焊缝多、尺寸大且布设密集, 残余应力与集中应力极为复杂, 为液压支架的设计、制造均造成巨大不便, 因此有针对性地开展液压支架焊接质量影响因素的探究, 对于推动液压支架焊接质量的提升具有积极的提升意义。
1 焊接工艺参数的影响
1.1 焊接电流
在保持其它工艺参数稳定的情况下, 电流对焊接质量的影响最为显著, 呈现典型的正比变化关系, 随着焊接电流的增大, 焊缝的余高及宽度等均呈现增大趋势。同时, 焊接电流对于熔滴体积和熔滴过渡频率均有一定影响, 随其增大, 熔滴体积缩小的同时熔滴过渡频率呈现增大趋势。
1.2 电弧长度
液压支架焊接时的电弧电压选择取决于板材厚度、接头类别、焊接方法、焊接位置等诸多因素。其同焊缝形状间的关系为随着电弧电压的增大, 电弧长度增加、焊缝余高降低、熔缝宽度增大、熔深减小。但如电弧电压过高则可能造成气孔、咬边、飞溅等现象;与此相反, 电弧电压越低则电弧长度缩短、焊缝余高增大、熔缝宽度减小、深度增大, 但如电弧电压过低则会导致焊丝插入熔池的情况出现。
1.3 焊接速度
焊接速度作为焊接过程中的重要影响因素, 对于焊缝线能量有着主要影响, 如其它条件唯一, 则适当的焊接速度能最大化增加焊缝熔深。当焊接速度偏低时, 一定长度上填充的金属熔敷量不仅将大幅增加, 而且电弧则将集中作用于熔池, 进而使得熔缝宽度增大、深度降低, 并引起焊缝组织过粗及烧穿等缺陷;当焊接速度偏高时, 若焊接速度超过适宜区间并继续增大, 此时单位长度焊接金属能获得的电弧热量将逐渐降低, 进而导致焊缝的余高、熔深、熔宽等均减小, 严重的还会导致焊缝两侧咬边现象的出现[1]。
1.4 极性
所谓极性是指直接电流同焊枪的连接方法。一般而言当电流正极同焊枪相连时称之为负极性;当电流负极同焊枪相连时称之正负极性。在液压支架的焊接作业中多选用负极性, 这是由于该方法生成的电弧稳定性强, 熔滴飞溅少、过渡平缓, 且形成的焊缝外形美观、质量更佳, 同时其还可在较大的电流范围中获得合适的熔深。但在进行个别组件的补焊或堆焊作业时, 则适宜选择正极性, 这是由于电流两极相比阴极发热量更大, 进行补焊或堆焊不仅能增加焊丝的溶化系数, 提升熔敷效率, 缩短作业时间, 且其熔缝深度相对较浅, 更有利于熔敷金属性能的充分发挥。
1.5 保护气体组分与流量
焊接保护气体的组分对焊缝的成型有着直接影响, 一般而言保护气体可划分为氧化性与非氧化性两类, 性质的差别主要会影响焊缝中扩散氢的浓度, 进而影响焊缝裂纹的延伸。保护气体流量的确定受到焊接速度、电流、作业环境、焊丝干伸长等多个因素的干扰, 流量范围维持在5 L/min~15 L/min间, 中等规范维持在20 L/min左右, 粗丝大规范维持在25 L/min~50L/min间, 使用时应确保焊缝上部保护气维持层流并完全覆盖熔池及温度较大的热影响区与焊缝[2]。
1.6 焊丝直径
焊丝直径主要影响着焊缝的熔深, 在其它条件不变的情况下, 伴随焊丝直径的降低, 焊缝熔深呈现反比增大趋势, 其原因是焊丝直径的降低使其单位面积上的电流增大, 熔滴过渡速率提升导致。因此在具体焊丝直径的确定中, 必须充分参照板材厚度、坡口形状、焊接位置等相关因素, 以便获得合适的焊接电流。表1所示为不同焊丝直径的适用范围明细表。
2 焊枪操作方式的影响分析
一般而言, 焊缝形状及熔深均受到焊枪操作方式的显著影响, 一般而言常见的焊接方式有前进焊与后退焊两种。前者是指焊接方向同焊枪指示方向一致, 后者是指焊接方向同焊枪指示方向相反。前进焊的特征为金属熔融后向前流动, 形成的焊缝宽度较大但深度较浅;后退焊特征为焊缝宽度较小、深度和余高较大、电弧稳定性强、熔滴飞溅少, 对于深坡口熔渣偏多的情况使用效果良好[3]。
3 焊接位置的影响分析
焊接位置对液压支架焊接质量亦有显著影响, 以倾斜构件的焊接为例, 焊接方向的不同可对焊缝的成形产生显著的差异影响, 若采用上坡焊, 则熔池的液态金属会在电弧力及自身重力的影响下向熔池尾部移动, 这有助于电弧充分加热熔池底部金属, 从而增大熔深和余高, 与此同时, 熔池浅部的加热效果会降低, 电弧影响范围减小, 熔缝宽度缩减。通常上坡角度越大, 则这种影响越明显, 当上坡角度大于10℃时, 焊缝则会由于余高过高而出现两侧咬边现象;而下坡焊则会出现完全相反于上坡焊的情况, 这对于液压支架构件所需的焊接质量有着严重的负面影响, 因此在液压支架的焊接作业中下坡焊是坚决禁止的[4]。
4 焊缝形式的影响分析
在液压支架的焊接作业中, 使用最多的焊接形式为角焊缝与V型焊缝两种, 其中前者的优势在于设计简便, 焊接部位便于操作, 焊接质量容易控制;而后者虽在操作位置上不如角焊缝, 但在焊接所用材质相同的情况下, V型焊缝连接断面的强度高于角焊缝, 且在部分结构中V型焊缝是必不可缺的构成结构。
此外, 对于角焊缝而言, 其表面通常情况下均为凸形, 但对于液压支架中直接承载动载荷作用的构件, 为降低其应力集中强度, 角焊缝表面多制作成凹形。但根据生产实践的统计显示, 凹形表面在收缩时会产生较大的拉应力, 从而极易出现焊后裂纹现象, 而凸形焊缝在收缩时则不易受损, 加之手工焊接时焊成型的难度相对较大, 将角焊缝表面制作成凹形不是最佳的工艺优化选择, 因此角焊缝手工焊作业时应选择直线性表面或将其制作成微凸表面后再将其打磨成直线形表面。而采用自动焊作业时, 由于电流强度大, 使得焊接金属溶化速率较高、熔深偏大, 这使得焊缝处冷却后可自动形成凹形表面, 并且具备优良的动力性能[5]。
5 结语
液压支架焊接作业作为一项繁复的工作, 受诸多外界或自身因素的综合影响, 任何环节的纰漏均有可能导致其焊接质量的大幅下降。鉴于此, 作为一名合格的生产技术人员, 必须注重对日常经验的记录总结, 积极探究可能导致液压支架焊接质量降低的影响因素, 从而位探寻适宜的工艺应对改良措施提供参考基础, 从而为液压支架的高质生产和井下回采作业的安全开展提供必要保障。
参考文献
[1]王瑶, 化三兵, 姬庆涛.液压支架顶梁体焊接变形及其控制方法[J].热加工工艺, 2015 (5) :212-213.
[2]吴娟.液压支架顶梁焊接变形控制研究[J].煤矿现代化, 2015 (4) :52-53.
[3]史莉.煤矿液压支架焊接技术的研究[J].能源与节能, 2014 (11) :149-150.
[4]张秀军.液压支架焊接质量影响因素分析与控制研究[D].西安:西安科技大学, 2014.
液压支架底座焊接变形及控制 篇4
液压支架是用来控制采煤工作面矿山压力的结构物。采面矿压以外载的形式作用在液压支架上。在液压支架和采面围岩相互作用的力学系统中,若液压支架的各支承件合力与顶板作用在液压支架上的外载合力正好同一直线,则该液压支架对此采面围岩十分适应。液压支架底座作为一种常见的煤矿机械结构件,它因为具有适用性高,对环境适应性强等特点,越来越多的被煤矿机械所应用。支架底座作为整个液压支架的关键承载结构件,是整个支架的基础。
分类:液压支架的型式很多。具体如下:
按架型结构与围岩关系分:
①掩护式:1)支撑掩护式;2)支顶掩护式。
②支撑掩护式:1)支顶支掩支撑掩护式;2)支顶支撑掩护式。
③支撑式:1)节式支架;2)垛式支架。
按适用煤层倾角分:①一般工作面支架;②大倾角支架。
按适用采高分:①薄煤层支架;②中厚煤层支架;③大采高支架。
按适用采煤方法分:①一次采全高支架;②放顶煤支架:1)低位放顶煤液压支架;2)中位放顶煤液压支架;3)高位放顶煤液压支架;③铺网支架;④充填支架。
按在工作面的位置分:①工作面支架;②过渡支架(排头支架);③端头支架。
按稳定机构分:①四连杆机构支架;②单铰点机构支架;③反四连杆机构支架;④单摆杆式支架;⑤机械限位支架(橡胶限位、弹簧钢板限位、千斤顶限位)。
按组合方式分:①单架式支架;②组合式支架
按控制方式分:①本架控制支架;②邻架控制支架;③成组控制支架。
按控制原理分:①液压直接控制支架;②液压先导控制支架;③电液控制支架除以上各种分类外,还有最新的超静定液压支架。
液压支架底座为箱型多隔板焊接结构,采用混合气体保护焊(80%Ar+20%CO2)焊接,接头形式以T形接头为主。焊缝为角焊缝,多用船型焊方式焊接,焊接时,采用连续焊,较大的焊接电流(260A)左右、电压(26V)左右,焊丝为H08Mn2Si A,致使构件中箱型隔板中的隔板及耳板产生角变形。
2变形的危害
液压支架底座变形主要导致后果有以下几点:
①底座整体发生变形,导致后序的装配无法正常进行,需要重新返修,降低了产品的生产效率,延长了工期,生产计划被打乱并大大增加了生产成本;严重的变形甚至导致构件的报废,给企业造成经济损失。
②由于构件左右两侧的变形量不同,导致总装工序的装配困难,或因变形量过大致使构件无法进行下一步装配,如图1:(A、B)
③由于变形,必须焊后整形,整形的方法一般多用压力机,或者火焰整形,或者千斤顶和火焰纠正法配合使用,但不管使用哪种方法,都会给底座的原材料造成一定的伤害,降低工件的的整体结构的力学性能,从而使工件的安全系数降低。
④由于底座是整个液压支架(顶梁与尾梁)的基础,当底座发生变形时,将导致整个机体的使用性能、可靠性与使用寿命大大下降。同时给煤矿的安全留下了很大的隐患。整个液压支架如图2。
液压支架底座如图3所示。
3焊接变形的原因分析
通过分析与实际返修操作,总结了液压支架底座的变形原因主要有以下几点:
3.1组装构件不规范
在装配时,零件尺寸与装配尺寸不相符(多数都是内筋板尺寸小了),装配工人将部分构件强行装配,使构件存在应力,焊接时容易产生变形。构件点装时,没有运用固定装置对构件进行固定,导致在拼装时就产生了变形。
3.2焊接工艺参数选择不当
焊接时,由于局部高温加热而造成焊件上的温度分布不均匀,最终导致在结构内部产生变形,而局部受热温度越高则焊件温度差越大,变形量就越大。实际生产中,工人因任务紧、工期短为了追求焊接速度,使用的电流都大大超过了规范的要求,使得焊接热输入过大、受热面积过大而致使整个构件产生变形。焊接顺序不当,工人操作时不能按照工艺要求的焊接顺序对称焊接,而是为了生产量的增大,怎么方便怎么焊接。
3.3构件翻转不及时
整个支架底座质量很大,在焊接过程中只能使用行车进行翻转,当多工位焊接时,行车只有一个,无法及时的对每个构件进行翻转,工人则无法保证焊接的对称性及焊接顺序的正确性,而只能将一侧焊缝全部焊完,再对另一侧施焊,导致构件整体变形。
3.4焊工自身原因
①焊工为了提高焊接速度,没有按照操作规程,间断、分段、控制层间温度等工艺方法进行施焊。②焊工因长时间操作体力透支,对工作的责任心下降,应该添加固定杆的位置添加不准或直接不添加,直接导致构件的变形量加剧。③焊接速度过慢,导致温度过高,使得焊件局部温度过高,与构件其他部位温差过大。④焊工焊接的电流过大,工件的热量过大,焊缝内收量过大。
4控制底座变形的措施
根据焊接时不同因素导致的焊接变形,应采取以下几种措施加以控制:
4.1工艺措施
4.1.1工艺选择
在焊接时,应严格按照工艺规定选择焊接参数,焊接电流260A、电压26V,不能因赶工期而随意更改焊接工艺;要严格按照工艺规程中的操作方法,控制焊件中的局部温度不至于过大而引起变形。
4.1.2底座的拼装及固定
焊前构件的拼装和定位对焊后整体结构的变形有很大的影响。底座在组装时,应严格按照图纸要求进行拼装,因底座结构比较大,需将各分组件先进行拼装、焊接,然后再进行最后的组装和焊接。不应使用较大的外力强制组装,以防止构件整体产生较大的应力致使变形。焊工在进行焊接前,应对构件整体检查,点固以前,要加上合理的支撑,如图4。将定位点进行整体加固,加固长度为30-50mm,以保证加固点的强度。构件在拼装和焊接时,都应在工作平台上完成,以保证构件始终处于水平位置,减少各个工序中的误差。大型结构件在焊接时,因受到焊接应力影响,想要使其位置固定不变是比较困难的,所以,每个焊接构件和零部件都应使用焊接平台固定相对位置。吊耳之间需要加固定支撑,焊完冷却到常温以后,在用外力去掉支撑。对于不合格的零部件,坚决不予适用,质量部门严格把关。批量生产的底座,应该由专门的设计部门设计装配工装,装好轴套,以此固定孔的同心度。
4.1.3合理控制每层焊缝的厚度和焊接层数
构件中,焊缝的层数越少、焊接速度越慢,则焊接时的热输入量越大,造成焊接变形越大。在设计时,应尽量将焊缝设计在中性轴的对称处,同时,应避免焊缝过于集中。焊缝的尺寸,在保证构件的足够强度下尽可能小,当焊缝尺寸必须大时,应采用多层多道焊,不准直接堆焊,以尽可能减少热输入,保证构件变形尽可能小。但要保证层间温度,不能温度过高。一般控制在200-300度左右即可。
4.1.4焊接顺序
焊接顺序对控制变形非常重要,正确的焊接顺序能够大大减小焊后的变形量。控制焊接的顺序主要有:
①先焊短焊缝,后焊长焊缝;首先焊短焊缝,在其上的热输入较小,再焊长焊缝时能使之前容易变形的部位因为短焊缝的固定而不易发生变形;若先焊长焊缝,即使短焊缝的收缩方向与之相反也难以将之前的变形拉回原形。②对称焊即两边同时施焊,对称焊即相对于中性轴在其对应位置施焊,这样可以使两边变形量相同,而方向相反,让构件本身基本不变形。③分段焊,分断焊与减少焊缝数量的原理基本相同,主要是减少构件单位面积上的热量,使之与构件本身的温度差不至于过大,从而减小变形量,虽然分段焊的接头较多,影响美观,但能有效的控制变形量。④不要因为方便焊接而将一侧焊缝全部焊完再翻转,应用行车及时翻转构件,严格按照工艺流程对底座进行对称焊接,使变形量降到最低。
4.2刚性固定
焊工应严格按照操作规程及工艺要求进行操作。在施焊前应对图纸有一定的了解,确定应该添加束缚支撑的位置并准确、及时的添加刚性固定。如图5。
图5
在焊接时,必须检查各个位置的加固情况,并确定焊接顺序及方法。保证不因本身失误造成构件变形量超差甚至报废。
有条件的,批量生产的底座,有设计部门或者专门购买专用的焊接翻转装备,以便于焊工的反转方便,不仅保证了焊接质量,还提高了焊接速度,提高了效率。
5一般焊接规程
5.1焊接前准备程序
①检查焊件是否有合格标记和合格文件,防变形措施设置牢固、合理。②检查焊缝根部间隙,坡口尺寸、V形焊口尺寸是否合格,角焊预留尺寸是否符合图纸要求等,如发现不合格,不得施焊。③检查焊接电源、焊机设备,熟悉焊接材料、工艺参数,焊接方法及图纸上标出的焊接顺序、焊缝形式、尺寸大小及特殊要求。④CO2气体或CO2混合气体的流量10~20升/分为宜,气体的压力保持在0.2MPa。CO2气瓶使用前应排除水分倒置一段时间(>12小时)后,缓慢开启,放出瓶内水分;供车间CO2气体管道上的分气包也应定期排除积存的水气,以提高CO2气体纯度,并保持预热器、干燥器正常工作。⑤施焊前必须将焊道及焊道边缘清理干净,不允许有油、锈、水、渣等污物。焊缝两侧,每侧清理边缘不小于20mm;对柱窝、柱帽等铸件,必须用磨光机清理四周边缘施焊处,宽度不小于25mm。
5.2焊接设备及材料
①焊接设备采用NBC-500、NBC-630型气体保护半自动焊机,手工焊采用一般交流电焊机。②焊条、焊丝的使用要符合图纸所标示焊缝强度的要求。根据焊接结构材料的化学成分、力学性能、焊接工艺性、服役环境、焊接结构形状的复杂程度及刚性大小受力情况和现场焊接设备条件等情况综合考虑来选择焊丝:
支架结构件通常焊接材料采用交直流两用级低氢等强或超强匹配的CO2(二氧化碳)和Ar(氩)+CO2(二氧化碳)混合气体保护焊焊丝及药芯焊丝,它们具有含氢量低、自动化程度高、质量好、成本低、接头疲劳强度高、便于现场施工等特点。使用焊条、焊丝的强度应分别与焊缝强度的要求相匹配。
6总结
通过对几个液压支架构件焊接的反复研究及返修,采用上述措施,能使整个底座的变形得到了有效的控制,使得液压支架底座整体尺寸符合要求。同时,因不需要返修、调整等工序,不仅降低了生产成本,而且提高了生产效率,缩短了生产周期,提高了整个机体的可靠性和使用寿命。通过暑假一个多月的下场实习,不断与职工交流,自己有不断进行理论总结与研究,最后理论结合实践,为生产制造一线解决了这一技术难题,不仅使自己的理论水平提升了许多,而且更加坚定了自己走出去的决心,将来还要继续多出去开阔视野,多参与企业的技术改进工作,这样不仅锻炼提升了自己,也能在教学中更好的把当代企业理念和企业所需及时地恰当的传授给学生,使我们的学生真正做到毕业后与企业无缝接轨。
参考文献
[1]田锡唐.焊接结构[M].机械工业出版社,2003.
[2]王云鹏.焊接结构生产[M].机械工业出版社,2007.
[3]王国凡.钢结构制造[M].北京化学工业出版社,2004.
[4]邱葭菲.焊工工艺学[M].中国劳动谁会保障出版社,2005.
浅谈液压支架结构件生产的过程控制 篇5
1 板材的下料
1.1 板材除锈
ZY4000/14/32液压支架的板材以Q460高强板材为主, 为确保结构件的整体焊接质量, 下料之前需进行表面除锈处理, 采用整板喷砂, 下料尺寸误差每1000mm不超过2mm, 清除熔渣、调平。
1.2 坡口的加工
坡口可以采用热切割和机械加工方法。热切割应使用丙烷气切割, 切割后要去熔渣及氧化皮并打磨光顺;机械加工要去除油污。坡口角度允差一般为±5°, 高度误差为±2mm。
2 铆工的点对
点对质量直接影响焊接的质量、强度和变形, 因此要严格控制点对质量。点对要准确, 根部间隙要均匀, 严格控制错边和间隙的允差, 当局部出现间隙过大时, 可选用T506碱性焊条手工电弧焊修补或CO2气体保护焊进行修补。严格控制铰接部位尺寸, 可以预留2至3mm的反变形余量。
3 焊接
3.1 焊前分析
Q 4 6 0化学成分百分比为 (摘自G B/T1591-1994) C (碳) Si (硅) P (磷) S (硫) Cr (铬) Ni (镍) Al (铝) Mn (锰) V (钒) Nb (铌) T i (钛) ≤0.2 0≤0.5 5≤0.0 3 5≤0.0 3 5≤0.70≤0.70≥0.015;1.00~1.70;0.02~0.20;0.01 5~0.06 0;0.0 2~0.20。
碳当量的计算:
从以上数据可以看出Q460中硫、磷的含量较低, 所以其热敏感倾向性不大;其碳当量为0.62, 可焊接性差, 冷裂纹敏感性较大, 必须采用合理的预热焊接工艺。
预热温度的计算:
根据生产实际情况, 预热温度取150℃至200℃。
3.2 焊前清理
焊接采用CO2气体保护焊, 焊丝为φ1.6、HS60焊丝, 要求焊丝表面镀铜, 不允许生锈受潮。焊接前必须将坡口和焊接部位两端20mm内的锈蚀、油污、氧化皮、水分及其他对焊接有害的物质清除干净, 可用钢丝刷手工清除, 也也可以用手提电动砂轮机清除。
3.3 焊接预热
由于ZY4000/14/32液压支架以Q460高强板材为主, 为防止过快的冷却速度产生淬硬组织和冷裂纹, 所以必须进行焊前预热工艺, 预热温度控制在150至200度左右。生产中使用结构件整体加热, 氧气、丙烷气体火焰补热法;也可以直接使用氧气、丙烷气体加热法, 将母材施焊部位加热到150至200度左右。鉴于母材厚、散热快的特点, 采用边加热、边施焊, 即加热到2m长左右的焊缝, 使母材控制到150至200度左右, 再施焊的方法, 确保H460高强板在特殊温度下不至于产生裂纹。
3.4 焊接参数
为保证高强板焊接强度和质量, CO2气体保护焊需采用合适焊接参数, 焊缝应采用多层多道焊缝, 对称施焊, 减少焊接变形, 如高16mm的焊缝就为3层6道, 焊缝示意图如图1所示。
为控制焊接变形和焊接应力, 保证焊接质量, 每层的焊接参数都略有不同。首道焊缝电流不能采用过大电流, 焊接速度也不能过快, 否则容易造成脱渣难去除, 影响生产效率, 可以选择电流330A, 电压30V, 焊速20cm/min。焊接后检查焊缝质量, 如发现有气孔、夹渣等缺陷, 用电动手提式打磨机将缺陷部分处理干净, 再用手工电弧焊焊条修复, 层间焊渣需清理干净, 每层焊后发现的缺陷必须清除修复。中间层焊缝焊接时, 电流、电压、速度可适当调整, 一般焊接电流350A, 电压32V, 焊速22至25cm/min。焊接盖板层焊缝时, 电流、电压、焊速可再次调整, 但电流不宜超过380A, 电压不宜超过36V, 这样既可以提高焊接质量, 又可以提高焊接速度。焊接过程中, 每层间的温度要不超过200度, 也不低于150度。由于Q460高强板在液压支架上都处在关键位置, 具有特殊的要求, 因此焊接时需选择合适的焊接位置, 合理的焊接顺序, 需要经常变换位置, 焊缝均采用多层多道, 电流应适当减小, 减小焊接变形。
3.5 引收弧位置
为了保证焊缝的焊接质量, 始焊、终焊处最容易产生焊接缺陷, 如焊瘤、弧坑及豁口裂纹, 故采用指定的引、收弧位置, 不采用与母材同样材料的板做引、收弧板。
4 焊接后热处理
由于液压支架结构件都是箱体结构, 焊接后会产生很大的内应力, 需要进行内应力消除。通常采用整体退火热处理法, 消除焊接中产生的内应力, 保证高强板的组织形态和焊缝的强度。退火炉温度控制在550至600度, 且随炉冷却。
5 结语
探究煤矿液压支架电液控制系统 篇6
关键词：煤矿液压支架,电液控制系统
电液控制系统由井下交换机、耦合器、电源、电磁阀、通信网络、 地面主控计算机、网络终端器、巷道主机、传感器和液压支架控制器组成, 核心部分是液压支架控制器、采煤机位置检测系统、巷道主机、本质安全型网络, 这也是本文论述的切入点。
1液压支架电液控制系统
液压支架电液控制系统是由地面计算机、井下交换机、支架控制器、主控计算机、采煤机位置检测系统、巷道主机所组成, 工作面支架电液控制系统的网络管理是由网络变换器来实现的, 它既可以管理工作面数据, 又可以将工作面数据经由数据转换器传入主控计算机进行系统的集中监测监控, 主控计算机再通过井下交换机将电液控制系统数据传入地面计算机, 从而完成对对井下数据的监测、分析和网络发布。下面着重对支架控制器、采煤机位置检测系统、巷道主机三方面加以阐述:
1.1液压支架控制器
液压支架控制器是支架电液控制系统的核心, 其是网络通信技术与电液控制技术的集合, 为架间和全局控制器间实时可靠通信、液压支架动作与工况自动耦合提供技术支撑。液压支架控制器由数据采集单元、电磁驱动单元、基本配置单元、人机交互单元和通信单元组成[1]。 值得注意的是控制器的微处理器通常是DSP、ARM、增强型单片机等, 性能强劲。
1.2采煤机位置检测系统
红外线是定位方式。在实际的煤矿作业中, 每一台采煤机和液压支架上都会安装位置检测系统, 利用红外线来定位其各自的位置。此外, 在采煤机和液压支架上都安装位置检测系统, 还有为了合理分工, 提升系统通用性的目的。采煤机上的位置检测系统发射红外信号, 液压支架上的位置检测系统接收红外信号, 两者硬件相同, 软件不同。
工作机理:1) 位置信息经RS485通信总线传输给支架控制器, 液压支架据此进行相应的操作[2]。2) 微处理器利用调制模块对要发送的信号要进行调制, 增强信号的强度和抗干扰性;3) 红外发射模块接收到采煤机上发射的红外线后, 经简单处理后传经微处理器传递给DAC模块以指示采煤机所处位置。
1.3巷道主机
巷道主机控制着综采工作面的液压支架、输送机、采煤机等设备的工作状态, 是支架电液控制系统的重要组成部分。巷道主机采用宽幅交流90~250V电源, 安全栅电路、隔离电路采用直流5或12V的本安电源, 显示器和主板采用直流12V开关电源。
电气设备通过并行口、以太网口、串行口、USB口、CAN口等通信接口, 液晶显示器通过驱动板与核心板分别与主机相连[3]。储存嵌入式Linux操作系统及软件的储存单元由2个相互冗余宽温抗震硬盘存成。工业级键盘、鼠标等输入设备通过隔离器型本安接口。嵌入式Linux操作系统具有系统启动配置、文件系统定制、内核编译等功能, 由Red Hat9.0操作系裁剪而成。运行Linux操作系统的PC104能同时进行后台数据的处理和前台数据的显示, 用户界面由GTK+ 开发工具定制。
液压支架控制软件主界面, 可实时显示末支架架号、驱动器状态、 电源电压、支架喷雾情况、采煤机运行方向、首支架架号、每个支架的架号、采煤机位置, 并对每个支架的运行状况进行评分, 上限值是108, 下限可自行设定。同时, 每个支架的推移行程、支柱压力和红外电压也会通过图形显示出来。自动推溜、邻架通信、自动降移升、网络通信、自动补压等情况可通过双色LED灯显示出来, 而错误信息可在状态栏上详细地显示出来。在主界面上, 除了会显示所有支架的详细信息外, 工作人员还可据此对菜单进行设置来下发控制指令, 继而监视和控制井下液压支架工作情况。
1.4本质安全型网络
为了适应综采工作面恶劣的环境, 确保通信的及时可靠, 主机采用本安型10/100Mbit/s自适应光纤交换机与井下环网链接, 平衡发送和差分接收功能使总线具有共模干扰抑制能力, 井上井下的信息共享借由全双工TCP/IP信号传输实现, 架间控制器通信采用全双工串行总线方式, 工作面主机通过CAN总线或其他通信接口与电气设别或支架进行高可靠性、高性能的通信, 以上种种很好地满足了综采面在高电磁干扰、多节点数下的可靠通信。
左右邻架器之间的点对点通信通过窜行总线实现, 由于采用的是双串口通信方式, 通信较为可靠、及时。数据校验、错误诊断机制、软件握手和发送应答的完善可在软件设计时通过制订串口发送协议进行, 为了进一步确保通信可靠, 可在协议中定制相关控制字和帧格式。
为了确保构建的应用层通信协议适应煤矿井下作业需要, 使得控制器具有总线仲裁、错误检测等功能, 全局网络通信时采用CAN总线结构。应用层通信软件采用模块化编程思想, 节点数据的发送和接收通过调用相关子程序实现, 主要子程序有数据帧检测子程序、初始化子程序、报文发送子程序、报文接收子程序等。在定制数据帧的29位报文标识符时, 应充分考虑现场控制器通信的需要和CAN2.0B协议的要求, 以确定报文的功能码、目的地址、优先级、源地址。
2结束语
煤机位置检测系统、本质安全型网络、液压支架控制器、巷道主机等共同构成了液压支架电液控制系统, 是煤矿综采工作面的控制中枢。本文介绍的电液控制系统已处于推广应用阶段, 较为成熟, 具有性能可靠、成本低、结构简洁、功能完善的特点。相信随着煤矿工业的发展以及电液控制技术的进步, 我国煤矿液压支架的电液控制系统应逐步完善, 对提升综采的自动化水平发挥更大的作用。
参考文献
[1]王宝琴.谈煤矿开采液压支架电液控制系统[J].煤炭技术, 2011.
[2]于月森, 宋中仓, 原生芾等.城郊煤矿液压支架电液控制系统的实现[J].煤矿机械, 2011.
[3]张小燕.煤矿液压支架电液控制系统的应用现状研究[J].中国高新技术企业, 2011.
浅析煤矿液压支架电液控制系统 篇7
关键词：液压支架,电液控制,工作原理,关键技术
0 引言
煤炭在中国一次性能源消费中占70%, 是中国经济高速发展的重要支撑。随着科技发展煤矿开采逐步实现全面机械化。在机械化开采过程中, 液压支架是煤炭开采过程中的核心部件, 是保证工作面安全高效开采的重要设备。为提高综采工作面效率, 在传统液压支架控制系统基础上研发了电控液压支架系统。液压支架电液控制系统的核心是利用信息技术实现对液压支架的智能化控制和自动化控制。
1 国内外应用现状
液压支架电液控制系统已成为衡量综采工作面技术水平的标志。国际上主流的液压支架电液控制器主要有:德国MAR-CO公司的PM31、德国DBT公司的PM4型控制器和PM32型控制器和美国JOY公司的RS20型三种控制器[1], 此外还有德国EEP公司的PRll6型控制器和蒂芬巴赫的ASGS型控制器等。国产的电控液压支架系统起步比较晚, 20世纪90年代末煤炭科学研究总院天地科技股份有限公司与德国玛坷公司合资成立了天地玛坷电液控制系统公司, 成为国内从事煤矿液压支架电液控制系统研究和开发的专业性公司。2005年神华集团与航天科技集团合作开发电控液压支架控制系统, 用不到2 a的时间做出了控制器, 但是没有进行量化生产和工业性试验。2007年中国出现了多个液压支架电液控制系统研究单位。2008年l月平煤机械和中国矿业大学联合研制的电液控制系统工业性试验取得成功, 目前已投入使用。
中国国产的电控液压支架控制系统和国外的一些厂家还存在很大差距, 例如国产的控制系统可以在地面正常使用, 然而在井下却不能正常工作, 主要原因是国产控制器的抗干扰能力差、可靠性不高、不能适应煤矿井下的恶劣环境。国产的电液控制阀在性能上与国外相比也存在较大差距, 主要表现在使用寿命、可靠性和制造精度较差。支架电液控制器未来的发展方向是:能实现程序实现智能化操作;井下和井上能实时交换数据信息, 可以实现远程操作或无人操作;控制器和先导阀功耗向更低方向发展, 井下电源大量减少, 使系统整体结构简单化。
2 液压支架电液控制的优势
液压支架电液系统利用信息技术, 实现支架控制的可视化和远程控制。采用电控液压支架控制系统有利于实现综采液压支架快速移动, 从而提高工作面的生产效率。可以进行远程操作, 提升工作面的安全系数。系统带有监视功能, 可以随时了解液压支架的工作状况, 如果出现了异常可以报警。
a) 节省人力成本。传统液压支架在“降柱-移架-升柱”每个过程都需要人工介入, 无法做到连续动作。电控液压支架系统可以将整个过程连续起来, 每个过程可以实现自动操作。在对液压支架整体移动时, 传统液压支架需要进行反复操作, 利用电控系统可以实现液压支架整体移架, 大大降低了液压支架移动所需要的时间;
b) 提高了控制精度。手动操作时无法对液压支架的工作阻力和高度实现准确控制, 无形中增大了某些支架的工作阻力, 存在安全隐患。电控系统采用计算机控制, 通过对支架的阻力和高度进行准确测定, 保证液压支架工作的稳定性;
c) 提高安全性。电控系统在操作时不需要人进入工作面进行操作, 可以实现远程控制, 大大降低了工作面发生事故的风险, 特别是在薄煤层开采时可以大幅提高工作面的安全性;
d) 操作灵活多样。电液控制提供的控制方式和过程的可调节性 (如主动作与辅动作的协调配合、支架各部件的联动配合、不同位置支架的动作关系等) 使支架动作更合理, 更好地满足实际需求, 对工作面条件的适应性更强。
3 电控液压支架系统工作原理
电控液压支架系统如图1所示, 电控液压支架控制系统主要由油缸、电液阀组 (电磁先导阀和主阀) 、支架控制器、传感器 (压力传感器、行程传感器、倾角传感器和采煤机位置检测传感器等) 、电磁阀的驱动器、电源电缆、连接器、网络变换器、端头控制器[2]。在进行移架时在液压支架上的操作界面发出控制指令, 电磁先导阀接收到控制主机发出的电信号, 在收到信号之后先导阀开始动作, 从而用小流量的高压液体驱动主阀运作。系统通过安装的压力传感器、行程传感器、倾角传感器及时反馈液压支架的状态信息给支架控制器, 支架控制器通过反馈的信息对支架的状态进行调整。
液压支架电液控制系统主要由三部分组成:计算机构、控制机构、执行机构[3]。其中地面计算机负责传输信号的处理及发出动作指令。井下交换机、巷道主机、网络终端负责采集信号, 信号传输采用工业以太网。耦合器的作用是进行电隔离防止传输信号对控制系统的干扰。控制机构由传感器、隔离控制器、支架控制器组成, 其中的传感器负责采集液压支架的压力和位置信息并反馈到控制器, 隔离控制器的主要作用是防止液压支架之间的动作相互干扰。执行机构是电磁阀控制组, 通过电磁阀的动作控制液压支架的动作, 控制液压支架的升降。支架控制器之间采用CAN总线通信, 实现综采设备数据上传与下载[4]。通过以上各部件的协调动作达到对液压支架的自动控制。
液压支架要根据采煤机的位置进行移动, 所以必须实时检测采煤机的位置信息。在采集采煤机的位置信息时, 通过发射红外测定液压支架与采煤机的距离。在测距时微处理器通过编写程序产生固定频率的脉冲波信号, 并以此作为红外信号的载波信号进行调制, 经过信号调制之后信号抗干扰能力更强, 测距信号通过红外发射模块发出。红外接收模块负责接收反射回来的红外信号, 并将接收的信号传递给微处理器, 微处理器经过解调判断出采煤机的位置, 将位置信号传递给通信模块, 控制器接收到相应的位置信息发出相应的指令进行动作。
4 电液控制系统的关键技术
电液控制系统的关键部件是电磁先导阀, 其功能是将微型计算机发出的控制信号转换为液体压力信号, 使液压支架油缸可以通过液控换向阀来控制, 达到控制液压支架动作的目的。由于电液压支架控制系统本身的特性给控制器研制带来了极大困难。电磁先导阀的难题是在小功率作用下要保证高水基介质高压阀的密封性, 与此同时还要保证高压阀的灵敏性及耐久性, 需要解决在正压力小和水基质条件下高压阀的密封问题, 还要保证电磁阀动作范围在电磁铁吸力范围内。
在系统运行过程中, 电液阀的动态响应性能及油液压力的损失对整体性能产生很大影响。由于液压阀的密闭不严导致的油泄露、在支架快速移动过程中油压不足、油回流速度慢等造成压力损失都会影响到液压系统快速响应。
5 结语
经过多年发展, 中国液压支架电液控制系统和国外技术差距越来越小。提高液压支架电液控制系统的稳定性有利于提高综采工作面的生产效率, 是科研工作者要解决的一个重要问题。支架电液控制器的研发和制造是一个复杂的工程, 不仅对控制器的性能、操作、使用有更高要求, 最主要的是安全性和耐用性, 在井下恶劣的环境中能长时间无故障运行是首要要求。液压控制器的研发不单是某个科研单位能独立完成的, 需要大量交叉学科人才配合才能完成这项艰巨的任务。
参考文献
[1]王圣明, 陈文慧.论我国液压支架电控系统技术的发展与现状[J].科技创业家, 2013 (16) :77.
[2]邢礁, 曹桂丰.有关国内外液压支架电控技术的发展现状及趋势[J].河南科技, 2010 (8) :5.
[3]伍小杰, 程尧, 崔建民, 等.液压支架电液控制系统设计[J].煤炭科学技术, 2011, 39 (4) :106-109.
液压支架电液控制系统软件缺陷管理 篇8
当前中小型企业里的嵌入式软件产品开发过程中,在缺陷信息的管理和控制方面大多处于混乱状态[1],缺乏对版本缺陷的有效跟踪与控制。据统计,大约80%可避免的重复劳动源自于20%的缺陷,90%的软件停工期最多来自于10%的缺陷,有针对性的评审能比无导向性的评审多发现35%的缺陷。软件开发存在效率低、质量差、成本高等问题,产品应用存在可靠性与安全性问题。
软件缺陷[2,3,4,5]是指软件产品对预期属性的偏离,是软件产品中不满足指定要求的成分,是软件的固有属性。从产品内部看,缺陷是软件产品开发或维护过程中存在的错误、毛病等各种问题;从产品外部看,缺陷是系统所需要实现的某种功能的失效或违背。
液压支架电液控制系统软件是对可靠性、安全性要求很高的软件。随着液压支架电液控制系统的不断推广应用,系统应用范围不断扩展,涉及到各种不同的架型,功能不断扩展,系统软件的复杂程度不断提升。由于软件开发人员的编程技术和对项目需求的理解不到位,经常出现软件不能满足用户需求的情况,甚至发生设备与人身伤害事故,软件质量面临着严重的挑战。
1 软件缺陷管理基本原理
软件缺陷是软件生命周期[6,7]中重要的过程产物,软件缺陷包括软件编程过程中产生的错误、对项目需求理解错误及对需求满足度不足等。软件缺陷反映了软件开发过程的薄弱环节,是软件开发组织提高其开发水平和过程能力的重要依据。通过缺陷分析,能够提高对开发能力和过程管理能力的正确认识,有利于开展过程改进工作。
在软件开发过程中,将软件缺陷数据进行分类整理并保存到缺陷数据库中,通过分析软件开发过程中的薄弱环节,对软件设计、编程、测试过程的有效性、缺陷分布特征、缺陷修复效率等进行评价与改进,进而提出有效的缺陷预防改进措施,有助于提高软件产品整体质量和软件开发效率,降低软件开发成本。
在软件缺陷生命管理中,可提取软件生命周期中各个阶段(需求、编程、测试、修改、发布、使用问题反馈)的工作内容、时间节点和完成人等信息,并保存到软件生命周期管理数据库(如图1所示)。通过计算软件测试被打回和再次提交的时间可以了解软件修复时间,通过软件测试打回次数可以了解项目软件开发的小版本数和软件修复率,通过现场用户提交软件问题报告时间和软件再次发布的时间可以计算出软件修复时间。将软件生命周期中有关软件缺陷的数据信息加以整理、分析、统计,可以形成软件缺陷密度、软件修复率、软件修复时间、软件发布前的缺陷消除率,形成软件缺陷分布图指标,可以对整个软件开发质量进行综合评价。
2 液压支架电液控制系统软件缺陷管理设计
2.1 液压支架电液控制系统软件结构
液压支架电液控制系统软件采用模块化设计,由3层结构构成,如图2所示。底层是建立在物理层电路板驱动层级的库函数和数学模型库,其功能是实现电路的基本功能转换,提供基本数学模型处理功能;中间层为功能模块层,通过调用底层库函数实现单一的软件功能;顶层为应用层,通过调用不同组合的功能模块,实现应用软件的各项功能。
2.2 软件缺陷管理框架
液压支架电液控制系统软件缺陷管理框架建立在系统软件结构上。将每一个软件缺陷定位在一个确定的功能模块上,通过软件的3层结构对软件缺陷进行分析,确定每个功能的缺陷密度,再通过功能、功能模块和库函数的引用关系,深度挖掘潜在的软件错误,将软件的3层结构以数据库形式存储,建立功能、功能模块、库函数3个层次的关系数据库,如图3所示。
2.3 软件测试方案
为了提高软件测试及软件缺陷探测效率,最大限度地发现可能存在的软件缺陷,结合液压支架电液控制系统软件的结构特点,采用白盒法与黑盒法相结合的方式进行软件测试。黑盒法注重功能性检测,依据用户需求,按照系统功能逐项进行测试;白盒法依据软件内部结构进行测试。
在进行软件缺陷修复测试时,按照白盒法依据软件回归测试方法,对修复软件缺陷相关的功能模块进行测试。图3表明了某项软件功能的相关功能模块,在修改该项功能时,有可能引起其他相关联动功能失效,在进行软件修复测试时,只针对这些模块进行即可,这样大大减少了软件缺陷修复测试的时间,提高了软件测试的效率。
2.4 软件缺陷分类
基于软件缺陷的严重程度[8,9],将软件缺陷分为3类:A级,致命的缺陷:这类缺陷存在重大的安全隐患,可能会导致误动作,系统主要功能和性能达不到要求,使系统程序丢失、系统崩溃、死机;B级,严重错误的缺陷:这类缺陷是指次要的功能性错误和性能达不到要求,而这些功能是系统需求中所要求的,必须改正才能实现系统完整的功能;C级,较小的缺陷:这类缺陷不影响操作者执行液压支架动作控制,一般是操作显示上存在的功能瑕疵或缺陷。存在A级、B级错误的软件不得发布,存在不超过3项C级错误的软件可以发布。
2.5 软件缺陷控制流程设计
建立缺陷数据库,定义已发现的缺陷分布在6个阶段并予以不同的标志,分别为打开、缺陷确认、请求更正、更正计划、已更正、关闭。在测试过程中,发现存在不满足需求的功能项,并予以标志(打开);对发现的缺陷,通过组织讨论或专家审查进行确认(缺陷确认);确定是真正需要修改的缺陷,按流程将软件缺陷修改单提交给软件开发人员进行修改(请求更正);软件开发人员接收到软件缺陷修改任务后,制定软件修改计划(更正计划);软件开发人员完成修改后再次提交软件(已更正),对修改的软件再次进行回归测试;测试通过后予以标志(关闭)。这样就完成了一个完整的软件缺陷修改流程[10,11,12,13]。软件缺陷控制流程状态如图4所示。
2.6 软件缺陷数据库设计
软件缺陷数据库结构[14,15,16,17,18]如图5所示,其中PK为主键,FK为外键,主要包括缺陷管理人员配置,开发、测试、审核人员信息。缺陷检测活动是指在功能测试、性能测试、可靠性测试等活动中发现软件缺陷。缺陷活动触发是指发现软件缺陷时的环境条件和相关活动及其软件错误征兆。缺陷源、缺陷年龄分别指是否是新代码引入的缺陷及缺陷留存的时间。缺陷目标是指修复的是需求、设计、编码、集成等哪个阶段的实体。缺陷影响域是指软件缺陷对软件质量属性的影响情况,如功能性、可靠性、效率特性、易用性、可维护性、可移植性等。缺陷等级分为A级、B级、C级。缺陷数据库还包含进行软件缺陷发现、确认、修复等相关活动的人员与时间记录。为了方便系统维护,缺陷等级、缺陷影响域、缺陷目标、缺陷类型、缺陷年龄、缺陷源、缺陷检测活动等可使用数据字典的形式存储。
2.7 软件缺陷分析
在软件缺陷管理流程中,当发现被测试的软件存在不能正常完成的功能缺陷时,可通过软件3层结构的关系数据库,检索到功能模块、库函数,形成软件缺陷关系数据库。通过分析单个项目多项软件缺陷和多个项目软件缺陷,可以形成功能模块和库函数软件缺陷分布,并针对出现缺陷的频度进行缺陷密度计算,优先解决软件缺陷密度高的软件错误。通过分析不同阶段的缺陷分布情况,可以挖掘在测试方面的环境条件是否得当,改善测试条件,挖掘潜在的软件缺陷。通过分析软件缺陷严重等级的分布情况,可以了解软件全局性的安全等级。可通过缺陷趋势图进行软件缺陷趋势分析,判定软件质量的发展趋势。通过分析软件缺陷,绘制软件影响域分布图,确定软件在功能性、可靠性、易用性、可维性等方面的适用性能,判定用户对软件的满意度等级。通过计算测试打回和软件修改提交时间,可得出软件平均修复时间,从而计算出软件修复成本。
3 软件缺陷管理应用
通过软件缺陷管理,将软件开发、测试过程中软件缺陷信息完整收集到缺陷数据库,对缺陷数据库中的数据进行大数据分析,可对液压支架电液控制系统软件开发质量、效率、成本进行提升与评价。
通过分析软件缺陷等级对应的缺陷数量,可确定软件缺陷分布密度,也可以按照软件缺陷发生的频次确定软件功能、功能模块的缺陷密度。通过对软件缺陷类别进行加权平均,还可以对区域性项目按照GIS方式进行软件缺陷安全度评价,按照地图位置标记项目热点,点击项目热点可以查看项目的版本号、缺陷类型、数量、功能模块分布和具体内容;可以采用不同颜色来表示区域项目软件的安全等级。
通过描绘软件缺陷数量的变化过程,可得出软件缺陷的发展趋势[19],如图6所示。可看出随着液压支架电液控制系统的不断推广应用,软件功能由简单到复杂的发展过程中,软件缺陷由少到多;随着软件成熟度的不断提高与软件缺陷管理与控制,软件缺陷又呈现出逐步下降的趋势。
4 结语
