自移式机尾液压调高系统动态分析.pdf

2 0 1 4年 5月 第 4 2卷 第 9期 机床与液压 MACHI NE T 00L HYDRAULI CS Ma v 2 01 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 9 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 0 9 ． 0 4 0 自移式机尾液压调高系统动态分析 张洪督，孙涛 上海大学，上海 2 0 0 0 7 2 摘要介绍 自移式机尾液压调高系统的工作原理 ，对影响 自移式机尾液压调高系统动态性能的因素进行了理论分析。 运用 A ME S i m软件对液压调高系统进行建模与仿真，得出液压调高系统活塞速度、位移和液压缸下腔工作压力的动态变化 过程，并分析了不同泵流量和液控单向阀阀心直径对调高动态过程的影响，为自移式机尾液压调高系统的优化设计提供一 定的参考。 关键词自移式机尾；液压调高系统；动态分析；影响因素 中图分类号T P 2 7 2 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 91 4 5 3 Mo d e l i n g a n d S i mu l a t i o n o f t h e Hy d r a u l i c He i g h t A d j u s t me n t S y s t e m o f Mo b i l e T a i l ZHANG Ho n g d u． S UN Ta o S h a n g h a i U n i v e r s i t y ，S h a n g h a i 1 0 0 0 7 2 ，C h i n a A b s t r a c t T h e o p e r a t i o n a l p r i n c i p l e o f h y d r a u l i c h e i g h t a d j u s t me n t s y s t e m o f m o b i l e t a i l w a s a n a l y z e d ．A ME S i m w a s u s e d t o mo d e l a n d s i mu l a t e t h e d y n a mi c p r o c e s s ． Th e v e l o c i t y a n d d i s p l a c e me n t o f p i s t o n a n d t h e p r e s s u r e o f t h e h y d r a u l i c c y l i n d e r we r e c alc u l a t e d b y t h e s o f t w a r e ． T h e i n fl u e n c e s o f d i f f e r e n t p u mp fl o w a n d d i f f e r e n t v a l v e c o r e d i a me t e r o f o n e w a y v a l v e o n d y n a mi c p r o c e s s w e r e a n aly z e ，w h i c h p r o v i d e d a r e f e r e n c e t o t h e o p t i ma l d e s i g n o f h y d r a u l i c s y s t e m o f mo b i l e t a i l ． Ke y w o r d s Mo b i l e t a i l ；H y d r a u l i c h e i g h t a d j u s t me n t s y s t e m；D y n a m i c a n a l y s i s ；I nfl u e n c e f a c t o r 自移式机尾是可伸缩式带式输送机的重要组成部 分，其应用对提高顺槽工作面的运输效率具有极为重 要 的意义 。 自移式机尾 主要依靠液压 系统来实现各项 功 能 ，而液压调 高系统是其各项 功能 实现的基础 ，因 此 十分有必要对液压调高系统进行分析 。传 统的液压 系统设计分析主要 以静态设计分析为主 ，缺少对液压 动态过程的分析，而液压调高系统的动态稳定性对带 式输送机 的稳定运转又具有较 大的影 响 ，因此文 中在 传统静态设计的基础上对自移式机尾液压调高系统进 行动态过程的仿真和分析。 1 自移式机尾液压调高系统工作原理 自移式机尾液压调高系统主要 以顺槽工作面泵站为 动力 ，额定工作压力 3 1 ． 5 M P a ，以高压乳化液为工作介 质 ，以液压缸为执行元件 ，从而实现其调高 的功能。 自移式机尾液压调高系统主要由调高液压缸、液 控单 向阀 、三位 四通换 向阀等元件组成 。当运输巷工 作地 面不平 时 ，可根据实 际工况调节 4个 角上 的调高 液压缸 ，使 自移机尾机架保持 同一高度 ，保证机尾滚 筒处于水平状态 ，带式输送机正常工作。调高时，首 先开启三位四通换向阀，高压乳化液经换向阀、液控 单向阀进入液压缸无杆腔，推动活塞杆升起将机架整 体抬起脱离地面以实现系统调高，调高缸最大工作行 程0 ． 2 5 i n ，可根 据 实 际工 况 所 需 调节 液 压 缸 行 程。 自移机尾进行调偏和推移操作时，均需先对其进行系 统调高。 2 液压调高系统动态过程影响因素的理论分析 液压调高 系统平衡 方程 为 P 进Q 进一 P 目Q 目F 1 式中F为调高系统总负载； 为活塞运 动速度 。 设活塞缸和 活塞杆 腔的面积 比为 ，则 Q 进 K Q回 2 将式 2 代入式 1 得 1 P 进 Q 进 一 p 目 { Q 进 3 该液压调高 系统 中泵站 提供的压力经过各种液压 元件 ，将能量损耗之后 回到油箱。因此该系统左右两 腔的压力 分别为 P 进 p 一 △ p △ p 卸 △ p 5 4 P 目△ p 6 △ p 7 △ p 8 △ p 9 5 式 中 P ． 为泵站 出口压力 ； △ p 为管路 进液压力损失 ； △ p 为换 向阀进液压力损失 ； △ p 为液控单向阀进液压力损失； △ p 为管路附件进液压力损失； 收稿 日期 2 0 1 3 0 3 2 8 作者简介 张洪督 1 9 8 6 一 ，男 ，硕士研究 生 ，研究方 向为机械系统动力学。E m a i l z h a n g h d 2 0 0 5 1 2 6 ． c o m。 1 4 6 机床与液压 第 4 2卷 卸 为管路 回液压力损失 ； △ p 为液控单 向阀 回液压力损失 ； △ p 为换 向阀 回液压力损失 ； △ p 。 为管路附件 回液压力损失 。 将式 4 、 5 代入式 3 得 5 9 1 [ p - 一 互 △ p 】 Q 进 一 磊 △ p 玄 Q 讲 ⋯ 一 【 o 管路中的压力损失 一流量特性方程为 A P Q 7 乙 d n 式 中 c 为流量系数 ； A为通道面积 ； P为液 流密度 。 从 式 6 、 7 可以看 出 影 响液压缸 动态 性 能的因素有泵站 的输 出流量 和压力 、液压 缸 的负 载 、 液压 系统中阀和管路附件的参数 。 因此 ，对于 自移式机尾液压调高系统 ，当负载确 定后，对该系统动态过程有影响的因素是 液压泵站 的流量和液压系统 中阀和管路 附件 的参数。 3 液压调 高系统的建模与动态过程仿真 1 液压 调高系统 A ME S i m模 型的建立 根 据液压 调高系统原理 ，采用多学科复杂系统建 模分析 软件 A ME S i m建立 了 自移式机尾液 压调高系统 的模 型 ，并对 其相关 参数进行设定 。分别设定泵站 出 口压力为 3 1 ． 5 M P a ，液压 泵 流量 为 7 0 L ／ m i n ，溢 流 阀的调定压力 为 2 8 MP a ，液压缸 直径 为 1 5 0 m m，活 塞直径为9 5 m m，活塞行程0 ． 2 5 m，调高过程所受总 载荷 为 1 21 0 N，液 压 阀阀芯 直径 为 2 0 m m，仿 真 时间为 1 2 S ，仿真步长为0 ． 0 1 。建立液压调高系统的 A M E S i m模 型 ，如图 1 所示 。 岫 j 工 A I 1 j l 盎J 厂 下’ 一 生 噌j 图 1 液压调高系统的 A ME S i m模型 2 仿真结果 与分析 由仿 真结果 图 2 - _ 4可知 系统在 t 1 1 ． 5 S 时液 压调 高系统趋于稳定 ，调高过程结束 ，液压 缸工作 行 程为 0 ． 2 5 m，活塞平 均速度为 0 ． 0 2 1 m ／ s 。调高结 束 后 ，液压 缸下 腔压 力为 2 7 M P a ，达到 系统 正 常工 作 压 力 ，机 尾可进 行调偏 或 推 移工 作 。在 0～0 ． 4 S内 液压缸活塞速度和下腔工作压力出现波动是由于液流 依次通过刚开启的换向阀和液控单向阀进入液压缸下 腔并平衡负载而产生 的瞬时波动 。t 0 ． 4 S 后 ，液 压 系统进 入 稳 定 工 作 状 态 ，调 高 过 程 速 度 平 稳 。t 1 1 ． 1 ～1 1 ． 7 s 内液压缸 活塞 速度 和下腔工作 压力再 一 次 出现小 幅波动是 由于液压缸调高到位 ，换 向阀换 向 而使液压缸液流再 次产生 瞬 时波动 。综 上分 析可 知 该液压调高系统调高过程速度稳定 ，性能良好，对带 式输送机 的稳定运转不会 产生影响 。 昌 稔 趟 艄 烘 0 2 4 6 8 1 0 1 2 时 间， s L- 0 2 4 6 8 10 12 时间， s 图 2 液压缸活塞 图 3 液 压缸活塞 位移 曲线 速度曲线 30 日 25 塞 2 0 R 1 5 是 1 0 卜5 0 O 2 4 6 8 l 0 1 2 时 间／ s 图 4 液压 缸下 腔压力 曲线 4 不同参数对调高动态过程的影响 1 泵 流量对 调高动态过程 的影响 分别将泵流量设定 为 8 0 、9 0 L ／ m i n ，观 察不同泵 流量对调高动态过程的影响，所得数据如图 5 、图6 所 示 。 3 0 2 5 2 0 1 5 蓦 1 0 5 0 0 2 4 6 8 1 0 1 2 0 2 4 6 8 1 0 1 2 时 间， s 时 间／ s 图 5 泵流量 8 0 、9 0 I Zm i n 图 6 泵流量 8 0 、9 0 L ／ m i n 时活塞速度 曲线 时液压缸下腔压力 曲线 一 一 一 一 芒 m ∞ 0 O O O O 0 0 一 _ s 一 、 蜉 第 9期 张洪督 等自移式机尾液压调高系统动态分析 1 4 7 由图 3 ． _ 6可 得表 1 所示 数据 。分 析上 述 图表可 知 增大泵流量能明显提高液压 调高系统的速度 ；且 液压缸下腔工作压力有小幅增大。增大泵流量后，液 压缸开始启动时活塞的速度波动以及液压缸下腔压力 的波动较小且持续时间较短 ，因此该调高系统工作稳 定 ，对带式输送机 的正常运转不会产生影 响。 表 1 不同泵流量对调高过程的影响 由方程 【 p l -- 5 却 I Q 进 一 点9 卸 去 Q 进 可知当增大泵流量时，液压缸速度增大，与仿真分 析结果一致 。 由以上分析可知在设计液压调高系统时，可适 当增 大泵流量 ，以提高液压调高系统速度 ，进而提高 系统工作效 率。 2 液控 单 向阀 阀心直径 对 调高动 态过 程 的影 响 分别 将 液 控 单 向 阀 阀心 直 径 设 定 为 2 1 ． 5 、2 3 m m，观察不同阀心直径对调高动态过程 的影响，所 得数据如 图7 、图 8 所示 。 3 0 日 2 5 童2 0 1 5 1 0 翅5 0 5 U 2 4 6 l U lZ U 2 4 6 I U l 2 时 间／ s 时间／ s 图7 阀心直径2 1 ． 5 、 图8 阀心直径2 1 ． 5 、 2 3 m m时活 2 3 mm时液压 缸 塞速度曲线 下腔压力 曲线 由图 3 _ _ 4 、图 7 8可得 表 2所示数 据 。分析 上 述图表可知增大液控单向阀阀心直径 ，液压缸活塞 速度小幅增大，液压缸下腔压力无明显变化 ；但随着 阀心直径的增大 ，液压缸开始启 动时活塞速度 波动及 液压缸下腔压力波动 明显增大 ，且波动的持续 时间延 长 ，对系统产生的震动增大，不利于带式输送机的稳 定运行 。 表2 不同阀芯直径对调高过程的影响 由方程 △P 二 d 5 9 1 【 p - 一 互 △ p 】 Q 进 一 磊 △ p 玄 Q 进 _一 可知增大液控单向阀阀芯直径 ，单向阀压力损失增 大 、流量增 大 ，因此液压 缸活塞 速度 无 明显 的增 加 ， 但液压冲击却有所增大，与仿真分析结果一致。 因此在设计 自移式机尾液压调高系统 时，为保 证带式输送机的平稳运行，同时考虑减少液压系统 的能 量 损 失 ，不 宜 选 用 较 大 阀心 直 径 的液 控 单 向 阀。 5结束语 简要分析了自移式机尾液压调高系统的原理，采 用 A ME S i m软件建立了自移式机尾液压调高系统的模 型，通过仿真得到了调高过程的动态曲线，初步验证 了该系统的动态稳定性较好 ，可 以保证 带式输送机的 稳定运转。同时通过仿真分析得出了增大泵站流量 可提高液压缸活塞的运动速度 ，且液压缸下腔工作压 力 和活塞速度无较 大波动 ，因此增大泵站 流量 可提高 系统的工作效率；而增大液控单向阀阀芯直径后 ，液 压缸活塞速度无明显增加，且液压缸启动时下腔工作 压力和活塞速度波动 明显增大 ，会导致 自移式机尾 的 振动增大，不利于带式输送机的稳定运行。希望文中 的讨论分析 ，为液压调高系统参数的优化设计提供一 定的理论参考 。 参考文献 [ 1 ]陆振新 ， 权太居， 高志平， 等． 综采工作面运输巷带式输 送机自移机尾的实践[ J ] ． 煤炭科学技术 ， 2 0 0 6 6 2 9 3 0． [ 2 ]梅黔云， 陈黔， 白磊． 可伸缩式带式输送机机尾 自移装置 及液压调偏装 置的制作 与应用 [ J ] ． 煤矿机械， 2 0 0 5 8 8 5 8 6 ． [ 3 ]丁树勇， 廉自生． 可伸缩带式输送机机尾 自移动态特性 分析[ J ] ． 煤， 2 0 0 9 5 78 ． [ 4 ]江玲玲， 张俊俊． 基于 A M E S i m的液压位置伺服系统动 态特性仿真动态特性分析 [ J ] ． 机械工程 与 自动化 ， 2 0 0 7 1 3 5 3 7 ． [ 5 ]高扬 ， 马胜刚． 新型液压支架用液控单向阀系统动态特 性的分析与研究[ D] ． 郑州 郑州大学， 2 0 0 7 59 ． [ 6 ]蔡廷文． 液压系统现代建模方法[ M] ． 北京 中国标准出 版社， 2 0 0 2 1 8 91 9 2 ． [ 7 ]孙有权． A M E S i m系统建模和仿真[ M] ． 北京 化学工业 出版社， 2 0 0 7 5 9 ． [ 8 ]李锋， 马长林． 液压系统动态特性 的A ME S i m仿真与优 化研究[ J ] ． 计算机仿真， 2 0 0 3 5 1 1 01 1 2 ． 加 ∞ 宝 0 O O O O O 0 0 一 ． 目一 、 磺确 烬