本发明涉及采矿及地下岩土工程试验设备的智能制造领域，具体涉及一种用于平面相似模拟试验的单片机控制液压支架。
背景技术：
在矿山资源开采过程中，由于复杂多变的地质赋存条件，采场覆岩运移规律、地表沉降特征、矿山压力及其显现以及支架-围岩耦合作用关系等关键参数的缺失严重影响着矿井的安全生产和高产高效。平面相似模拟试验通过相似理论将工程原型转化为物理模型，可以较好地模拟矿床开采过程中的地表沉降特征和矿山压力显现规律等技术参数，清楚直观的演示了矿山开采，具有重要的实际研究指导价值。煤层回采过程中，液压支架支护采场顶底板，维护安全作业空间，推移工作面采运设备。因而，液压支架在矿山资源开采过程中，起着至关重要的作用。然而，在平面模型相似模拟试验过程中，由于模型尺寸较小、数据采集困难等因素的影响，基本忽略了支架的作用。目前，已有的相似模型支架大多结构简单、支架模型数据监测困难，跟实际支架的内部结构和工作原理差距太大，严重制约对工作面矿压规律、支架-围岩耦合作用的研究。
技术实现要素：
本发明提出的一种基于单片机控制的相似模型液压支架，可以在平面相似模拟试验中实现对工作面矿压规律、支架-围岩耦合作用数据的自动采集，可解决现有技术平面相似模拟试验中支架的缺失和存在的问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于单片机控制的相似模型液压支架，包括支架结构和控制模块，所述支架结构包括护帮板、前探梁、顶梁、前立柱、后立柱、尾梁、伸缩式放煤门、尾梁千斤顶和底座，所述控制模块包括手动液压泵、电磁安全阀、流体压力传感器、单片机模块、纽扣式压力传感器和多通道静态应变采集系统；
其中，底座前端设置前立柱，中端设置后立柱，后端铰接尾梁千斤顶；
前立柱和后立柱的顶部设有顶梁，顶梁通过铰接与前探梁和尾梁相连；
尾梁端部设有伸缩式放煤门，伸缩式放煤门通过铰接与顶梁和尾梁千斤顶相连；
前探梁前端设有护帮板；
前立柱、后立柱、尾梁千斤顶和护帮板分别由手动液压泵提供液压；
手动液压泵与前立柱、后立柱的油路之间设有电磁安全阀、流体压力传感器；
还包括单片机控制模块，流体压力传感器及电磁安全阀分别与单片机控制模块通讯连接；
顶梁和底座设有纽扣式压力传感器，纽扣式压力传感器和多通道静态应变采集系统相连。
进一步的，还包括上位机，单片机控制模块内设远程通信单元，远程通信单元通过rs485与上位机相连。
进一步的，还包括蜂鸣器，单片机控制模块与蜂鸣器相连。
进一步的，所述多通道静态应变采集系统包括多通道静态应变测试仪和计算机，多通道静态应变测试仪和计算机通讯连接，纽扣式压力传感器和多通道静态应变测试仪连接。
由上述技术方案可知，本发明提出了一种基于单片机控制的相似模型液压支架，适用于平面相似模拟试验。手动液压泵给相似模型液压支架提供液压，通过流体压力传感器和单片机自动采集支柱的液压数据，并通过安全阀和蜂鸣器实现相似模型液压支架的恒阻支撑，真实还原了实际支架的内部结构和工作原理。液压支架顶梁和底座安装纽扣式的压力传感器，多通道静态应变仪将支架顶梁和底座的压力数据通过无线实时传递至电脑保存。
本发明可以实现对工作面矿压规律、支架-围岩耦合作用数据的自动采集，具有重要的实际研究指导价值。
附图说明
图1是本发明的支架结构示意图；
图2是本发明的多通道静态应变采集系统的结构示意图；
图3是本发明的控制模块框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示，本实施例一所述的基于单片机控制的相似模型液压支架，包括支架结构和控制模块，所述支架结构包括护帮板1、前探梁2、顶梁3、前立柱4、后立柱5、尾梁6、伸缩式放煤门7、尾梁千斤顶8和底座9，所述控制模块包括手动液压泵、电磁安全阀、流体压力传感器、单片机模块、纽扣式压力传感器10和多通道静态应变采集系统；
其中，底座9前端设置前立柱4，中端设置后立柱5，后端铰接尾梁千斤顶8；
前立柱4和后立柱5的顶部设有顶梁3，顶梁3通过铰接与前探梁2和尾梁6相连；
尾梁6端部设有伸缩式放煤门7，伸缩式放煤门7通过铰接与顶梁3和尾梁千斤顶8相连；
前探梁2前端设有护帮板1；前立柱4、后立柱5、尾梁千斤顶8和护帮板1分别由手动液压泵提供液压；
手动液压泵与前立柱4、后立柱5的油路之间设有电磁安全阀、流体压力传感器；
还包括单片机控制模块，流体压力传感器及电磁安全阀分别与单片机控制模块通讯连接；
顶梁3和底座9设有纽扣式压力传感器10，纽扣式压力传感器10和多通道静态应变采集系统相连。
还包括上位机，单片机控制模块内设远程通信单元，远程通信单元通过rs485与上位机相连。
还包括蜂鸣器，单片机控制模块与蜂鸣器相连。
所述多通道静态应变采集系统包括多通道静态应变测试仪11和计算机12，多通道静态应变测试仪11和计算机12通讯连接，纽扣式压力传感器10和多通道静态应变测试仪11连接。
本实施例采用平面相似模拟试验通过相似理论将工程原型转化为物理模型。在平面相似模拟试验过程中，当煤层开切眼布置完成时，在模型中放入基于单片机控制的相似模型液压支架。通过手动液压泵给前立柱4和后立柱5注入液压油，相似模型液压支架就升起初撑相似模型顶板，通过单片机中的液体压力检测单元采集流体压力传感器送来的数据，实现流体压力的在线监测。随着顶梁下沉，支架对顶梁的支撑阻力逐渐增高，支撑阻力增大到设定的警戒值时，单片机核心处理器同时输出两个控制信号，分别给蜂鸣器控制单元和电磁安全阀控制单元，两个单元通过rs485与上位机实现通信，上位机发送指令控制蜂鸣器工作报警、开启电磁安全阀来限定前后立柱内液压油的压力，实现恒阻支撑。
通过手动液压泵升起护帮板1和尾梁6，真实还原实际支架的内部结构和工作原理。在相似模型液压支架工作的过程当中，顶梁3和底座9设有的纽扣式压力传感器10与多通道静态应变测试仪11相连，实时采集顶板和底板作用在顶梁3和底座9上的压力数据并通过无线传递至电脑12保存。
移架时，放出前后立柱中的液压油，降缩立柱，使相似模型液压支架卸载与顶板、底板脱离，然后推移相似模型液压支架至相应位置，重复以上的操作直至实验结束。
本实施例可以实现对工作面矿压规律、支架-围岩耦合作用数据的自动采集，具有重要的实际研究指导价值。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。