基于虚拟样机技术的采煤机调高液压系统的仿真.pdf

第 2 期 总第 1 6 5期 2 0 1 1年 4月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NG ＆ AUT0M AT1 0N 文章编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 1 0 2 0 0 7 6 - 0 3 No． 2 Apr ． 基于虚拟样机技术的采煤机调高液压 系统 的仿真 代 彩 彩 ，刘 英林 太原理工大学 机械工程学院， 山西 太原0 3 0 0 2 4 摘 要 对采 煤机液压调高系统进 行 了理论建模分 析，在 A DAMS中建立液压 系统模型 ，应用液压调高 系统 与 机械部分耦合技术进行 了采煤机液压调高仿真- 9分析 ，验证 了该采煤机液压 系统模 型的精确性 。 关键 词 AD AMS；采煤机；液压调 高系统 中图分类号 TD 4 2 1 ． 6 文献标 识码 A 0 引言 采煤机是综采的主要设备之一 ，其工作环境比较 恶劣 ， 当采煤机出现故障时， 会造成 巨大的经济损失 。 随着 电牵 引调 速技 术 的不 断 成熟 ，液 压牵 引采 煤机 l_ 1 ] 正逐渐被电牵引采煤机取代 。但是 ，摇臂升降控制 目 前仍是通过调高液压系统来实现的。传统 的设计方法 拉长了产品的设 周期 ，增加了开发成本。本文应用 动力学分析软件 A DAMS对采煤机液压 系统进行建 模 ，并在此基础上模拟实际工况对液压调高系统进行 仿真研究。 1 调 高机构 虚拟 样机 建模 虚拟样 机技 术_ 2 是 对机 械 系统 的运 动学 和动力 学 进行仿真计算。本文利用 UG建立了采煤机滚筒调高 系 统 的简化模 型，并 以 P a r a s o l i d文 件格 式导 人到 AD AMS环境中。 所建立 的虚拟样机模型如图 1 所示。 该模型由摇臂、滚筒、牵引箱、 调高油缸_ 3 ] 、 调高活塞 杆 组成 。 图 1 采煤机调高机构的虚拟样机模 型 给模型添加约束和力以满足各种运动关系。 包括调高油缸和调高活塞杆间的移动副、摇臂与牵引 部问的旋转副、摇臂与活塞杆的旋转副、调高油缸与 大 地 的旋 转副 以及牵 引部 与大 地的 固定副 。考 虑到滚 筒 自重的影响，滚筒升起 比降落时的载荷要大 ，因此 选定活塞杆伸出时为升， 缩进时为降。 定义 Ma k e r 点 ， 调试模 型使滚筒摆角范围为4 O 。 ～一1 9 。 。滚筒调高过 程 角度 随时 间变化 曲线 如图 2所示 ，滚筒 调低 过程 角 度 随 时间变化 曲线 如 图 3所示 。 图 2 滚 筒调 高过 程角度随时 间变化 曲线 图 3 滚筒调低 过程角度随时间变化 曲线 给 调 高活 塞杆 施 加 驱动 ，活 塞杆 的速 度 函数 为 s t e p t i me ，0 ，0 ，5 0，3 0 0 s t e p t i me ，5 0， 0，1 0 0 ， 约束 一3 0 0 s t e p t i me ， 1 0 0 ， 0 ， 1 2 3 ， 一1 3 8 s t e p t i me ， 收稿 日期2 0 1 0 0 8 2 5 ；修回 日期 2 0 1 0 1 0 2 8 作者简介 代彩彩 1 9 8 4 一 ， 女 ， 山西太原人 ， 在读硕士研究 生， 主要研究方向 机电液一体化 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1年第 2期 代 彩彩 ，等 基 于虚拟样机技术 的采 煤机调 高液压 系统 的仿 真 7 7 l 23， 0， 1 46， l 38 。 2 调 高液 压 系统虚 拟样 机建 模 2 ． 1 液 压 系统 的设 计 图 4为左、右滚筒调高液压系统图。油缸要实现 伸、缩和锁紧 3 个动作_ 4 ] ， 系统由油泵、 油缸、液控换 向阀、手动换 向阀、安全阀、液控单 向阀和过滤器组 成。高压溢流阀的调定压力为1 6 MP a 。油液 由泵经过 滤器吸出后 ，一路进入三位 四通手动换向阀，一路进 入电磁换 向阀，液压油通过 电磁换向阀推动手动换 向 阀工作，调高压力油通过液控单 向阀供油，实现摇臂 调高。 调高油泵采用单柱塞泵[ 5 ] ， 虽然其流量脉动 比较 大，但 由于采煤机调高油缸的运动对平稳性要求 比较 低，也可满足使用要求 。 2 ． 2 油 缸 的 设 计 影响滚筒调高 的力主要是沿采煤机牵引方 向的推 进阻力和截割阻力 以及滚筒和摇臂的自重 。通过仿真 得 出滚筒升降时油缸的推力 P 为3 0 4 7 8 0 N， 拉力 尸 为2 0 8 7 4 0 N。 油缸活塞直径 D 的计算公式为 厂 ■ D 2 √ 。⋯⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯． ． 1 其中户 为工作压力，参考 目前 调高系统 ，取P 一 9 ． 8 MP a ； 为油缸的机械效率 ，取7 ／ 机 一0 ． 9 0 。已知 P 1 3 0 4 7 8 0 N，户 1 9 。 8 MP a ， 一0 ． 9 0 ，代 入 式 1 求得D一2 0 9 ． 8 mm，按标准选取D2 1 0 mm。 活塞杆直径 d的计算公式为 ／ D 2 P ． 2 。 已知 P 2 2 0 8 7 4 0 N，P 1 9 ． 8 MP a ， 机 一0 ． 9 0 ， 代 人 式 2 求 得 一 1 0 4 ． 9 mm，按 标 准 选 取 一 1 0 5 mm 。 调 高油缸 全 阀 控单 向阀 动换 向阀 位 四通 磁 阀 压压 力表 压溢流 阀 油泵 滤器 油箱 图 4 左、右滚筒调高液压系统图 求出上述参数后 ，即可根据油缸的工作条件和安 油缸所需最大流量为Q 盛 大 一2 ． 2 5 1 0 m。 ／ s 。已知泵 装位置 ，确定油缸的其他结构尺寸。 的 流 量 Q泵 一 2 ． 8 3 1 0 m。 ／ s ， KQ最 大 一 2 ． 7 油缸的最大流量 Q 最 大 I ／ rai n 为 1 0 m。 ／ s 。其中，取系数K1 ． 2 。 Q泵 ≥K Q 最 大 ，所 Q ★一 1 O 0 0一Fv 。 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 3 最 大一 一。⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ J ， 其 中F为油缸的活塞面积，m。 ； 为活塞杆伸出速 度 ，m／ s ；叩 容为油 缸 的容 积效 率 ，取 0 ． 9 2 。 根据滚筒升降高度和油缸的结构确定油缸 的行程 一 3 0 0 mm， 滚筒上升的时间t 升 一5 0 s ， 则活塞杆伸出 速 度 为 一 6 mm／ s 一6 1 0 ～ m／ s 。油 缸 的活 塞 升 面积F 一3 ． 4 6 1 0 一 z m2 。所以由式 3 可计算出 以满足要求。 3 仿真 结果 分析 在 ADAMS环境中仿真 ， 得到采煤机液压调高系 统关键点 的受力情况。图 5为摇臂与活塞杆铰接点受 力随时间变化曲线 ，图 6为主机架铰接点受力随时问 变化曲线 。 由图 5 、 图 6可以得 出以下结论 摇臂和滚筒受到 的由截割阻力、牵引阻力及其 自身重力作用下产生的 绕着主机架铰接点旋转的转矩与摇臂与调高活塞杆铰 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 8 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 1 年 第 2期 接点处产生的转矩平衡 。 4结论 本文运用三维软件 UG建立了采煤机液压调高系 统的简化模型 ， 在ADAMS ／ Vi e w环境下， 建立 了工作 32 0 31 0 3 0 0 厂 ＼ ＼ ／ 、 ／ 、 ＼ ／ ＼ ／ ＼ ／ ＼ ／ O 5 0 1 0 0 1 5 0 t ／ s 图 5 摇臂与活塞杆铰 接点受力 P 。 随时间变化曲线 参考文献 [ 1 ] 杨洪． 采煤机调高油缸的液压锁技改应用[ J ] ． 煤矿机械， 2 0 0 2 6 1 0 1 4 ． [ 2 ] 廉 自生， 刘楷安． 采煤机摇臂虚拟样机及其动力学分析 E J ] ． 煤炭学报， 2 0 0 5 1 2 5 0 5 4 ． 机构的虚拟样机并进行了动力学仿真 ，得出液压力 曲 线 ，仿真结果和实际相吻合，表明建立的虚拟样机是 合理的。 [ 3 ] E 4 3 [ 5 ] 一 2 9 0 3 0 0 互 ＼ 一 31 0 3 2 0 ／ ＼ ／ ＼ 、 ／ _ 、 ’’ 、 ／ 、 ， r O 5 0 1 00 1 5 0 t l s 图 6 主机架铰接点受 力 P 随时间变化曲线 李昌熙． 采煤机[ M] ． 北京 煤炭工业出版社， 1 9 8 8 ． 王德春． 采煤机液压系统的改进设计[ J ] ． 煤炭技术， 2 0 0 6 4 1 5 1 9 ． 宋宏 英 ， 潘 荣存． I MG D 采 煤机 调 高液 压 系统 的 改造 口] ． 煤炭工程， 2 0 0 3 5 2 0 2 5 ． S i mu l a t i o n o f Hy d r a u l i c He i g h t a d j u s t i n g S y s t e m o f S he a r e r Ba s e d o n Vi r t u a l Pr o t o t y p i ng Te c hno l o g y DAI Ca i c ai ， LI U Yi ng l i n Co l l e g e o f Me c h a n i c a l En g i n e e r i n g，Ta iyu a n Un i v e r s i t y o f Te c hn ol o g y，Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4，Ch i n a Ab s t r a c t Th e h y d r a u l i c h e i g h t a d j u s t i n g s y s t e m o n a s h e a r e r i s t h e o r e t i c a l l y a n a l y s e d， t h e n t h e mo d e l o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m i s s e t u p i n ADAMS，a n d t h e s i mu l a t i o n s t u d y o n t h e h e i g h t a d j u s t i n g s y s t e m i s c a r r i e d O u t b y c o u p l i n g t h e me c h a n i c a l s y s t e m a n d t h e h y d r a u l i c s y s t e m．Th e c o mp a r i s o n b e t we e n t h e s i mu l a t i o n r e s u l t a n d t h e e x p e r i me n t a l o n e s h o ws t h e mo d e l o f t h e s h e a r e r h y d r u l i c s y s t e m i s a c c u r a t e ． Ke y wo r d s ADAMS；s h e a r e r ；h y d r a u l i c h e i g h t a d j u s t i n g s y s t e m I- 接 第 7 5页 参考 文献 [ 1 ] 燕 芸， 张满栋． 硬 齿面齿轮 加工技术现状 分析[ J ] ． 机 械管 理开发 ， 2 0 0 9 4 9 5 9 6 ． E 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Lv M ． Zha ng M D ， Ya G．I nv e s t i ga t i on of ma nu f a c t ur i ng t e c h n o l o g y i n e l e c t r o t i n g C B N o n g e a r h o n i n g t o o l [ J ] ． Ke y En g i n e e r i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 6 7 5 9 3 5 9 6 ． 上海善能机械有限公司． 珩磨技术的特点与改进 [ J ] ． 制造 技术与机床 ， 2 0 0 4 9 9 2 9 4 ． 秦傲然 ， 蔡安江． 径向剃齿 刀设 计研究 口] ． 金属加 工 ， 2 0 0 9 1 5 3 4 - 3 5． [ 5 ] 李文斌 ， 丁艳红 ， 徐增 伦 ， 等． 直纹 回转 双曲面一电镀珩磨 轮的一 种新设 计[ J ] ． 金 刚石 与磨料 磨具 工程 ， 2 0 0 3 6 45 4 7 ． [ 6 ] 袁哲 俊， 刘华 明． 金属切 削刀具设 计手册 [ M] ． 北京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 7 ] 周 建兴 ， 岂兴 明， 矫 津 毅 ， 等． MAT L AB从 入 门 到精 通 I M] ． 北京 人民邮电出版社， 2 0 0 8 ． [ 8 ] 刘 民涛． P r o ／ E NG I N E E R野火 3 ． 0曲面设 计从 入门到精 通[ M] ． 北京 人 民邮 电出版社 ， 2 0 0 8 ． De s i g n Th e o r y o f Ra d i a l H o ni n g W h e e l ZHENG Xi ao y an，LI W e n- bi n Co l l e g e of Me c h a n i c a l En g i n e e r i n g，Ta i y u a n Uni v e r s it y o f Te c hn o l o g y，Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4，Ch i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r u s e d t h e s p a t i a l me s h i n g p r i n c i p l e t o s t u d y t h e d e s i g n i n g t h e o r y o f r a d i a l h o n i n g wh e e l 。a n d d e r i v e d i t s t o o t h s u r { a c e e q u a t i o n ． Th e n t h e p a p e r c a l c u l a t e d t h e t o o t h f a c e c o o r d i n a t e a n d s h a p i n g q u a n t i t y b y p r o g r a mi n g wi t h M ATLAB． Th i s s t u d y c a n p r o v i d e b a s i s f o r t h e mo d e l i n g，s h a p i n g a n d p r o c e s s i n g o f r a d i a l h o n i n g wh e e l s ． Ke y wo r d s r a d i a l h o n i n g wh e e l ；t o o t h f a c e a n a l y s i s ； M ATLAB 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m