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煤矿无轨胶轮车机液系统的研究 王渊 （霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司木瓜煤矿 ，山西 吕梁 033102 ） 摘要 为解决无轨胶轮车转向系统在转向时噪声、 振动较大甚至导致管路破裂的问题， 在对无轨胶 轮车转向系统分析的基础上， 基于 AMESim搭建优先阀和转向器的仿真模型并验证模型的正确性， 最 后联合 ADAMS软件联合对其机液系统进行仿真， 为后续转向系统的优化提供基础。 关键词 无轨胶轮车 ； 优先阀 ； 转向器 ； AMESim； ADAMS 中图分类号 TD525文献标志码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 03- 0169- 03 Research on the mechanical and hydraulic system of trackless rubber tyred car in coal mine WANG Yuan （Huozhou coal electricitygroup， LvLiangShan coal electricityCo.,Ltd.， mu gua coal mine ， Lvliang 033102 , China ） Abstract In order to solve the problem of noise, vibration and even pipeline rupture in the steering system of trackless rubber tyred vehicle, based on the analysis of the steering system of trackless rubber tyred vehicle, the simulation model of priority valve and steering gear is built based on AMESim and the correctness of the model is verified. Finally, the hydraulic system of the vehicle is simulated jointly with ADAMS software toprovide the followingoptimization ofthe steeringsystemBasics. Key words trackless rubber tyred vehicle, priorityvalve, steeringgear, AMESim, Adams 0引言 煤矿运输除了常规的带式输送机、 提升机等运 输设备外，还包含有无轨运输设备和有轨运输设 备。其中， 有轨运输设备还需在工作面铺设轨道或 者吊装单轨， 存在着众多的问题。无轨运输设备相 对于有轨运输设备而言， 具有运输能力大、 运输效 率高的特点。无轨胶轮车作为无轨运输设备的一种， 其集成铲装、 运输以及卸装功能为一体， 大大的降低 了作业人员的劳动强度， 从而提升了综采工作面的生 产效率和安全性。 但是， 我国国产化的无轨胶轮车的 性能还尚不稳定， 尤其是液压转向系统常出现振摆 的现象[1]。造成无轨胶轮车出现振摆现象的主要原 因在于设备在转向时油路会受到瞬间压力冲击， 不 仅会造成系统振动， 还会导致管路破裂， 液压元器 件损坏等。因此， 开展对无轨胶轮车机电液系统的 研究工作， 为优化设备的转向系统奠定基础。 1无轨胶轮车转向系统概述 无轨胶轮车转向系统由液压部分和机械部分 组成。其中， 液压部分的功能是对液压油缸推进方 向的控制， 机械部分的功能是对设备转向方式的控 制。本文所研究无轨胶轮车转向系统为负载全液压 转向系统， 转向方式为铰接转向系统。负载全液压 转向系统液压原理图如图 1 所示 图 1负载全液压转向系统液压原理图 负载全液压转向系统其中的一个重要组成元 器件为优先阀， 该阀属于恒压差阀。其工作原理为 通过调补偿阀芯控制阀口的恒压状态， 继而通过控 制阀口的乳化液的流量从而实现对阀口开度大小 的控制。基于优先阀能够实现其乳化液流量不受外 部载荷变化的情况影响[2]。 转向器作为负载全液压转向系统中的另一个 核心元件， 其本质为位置随动系统， 其能够实现液 压转向缸输出位移对转阀阀芯输入角位移的随动。 即基于转向器实现方向盘输入角位移向液压油缸 行程的精准传递。 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 169 ChaoXing 2优先阀和转向器的仿真分析 本节对负载全液压转向系统优先阀和转向器 的仿真分析的目的是验证模型的可行性， 为后续无 轨绞车转向系统的机液联合仿真奠定基础。 2.1仿真模型的搭建 本文针对优先阀、 转向器以及后续的无轨绞车 转向系统机液联合仿真所采用的软件为 AMESim。 基于 AMESim 软件对搭建的优先阀和转向器的仿 真模型如图 2 所示。 （a） 优先阀仿真模型 （b） 转向器仿真模型 图 2仿真模型的搭建 优先阀和转向的液压仿真模型搭建完成后根 据负载全液压转向系统中两个元件的参数对仿真 模型的相关参数进行设定， 根据控制需求为仿真模 型提供相应的控制信号， 即为转向系统中方向盘的 控制信号， 继而对优先阀和转向器的流量、 压力特 性进行仿真分析[3]。 2.2仿真结果分析 经仿真可知， 得出如下结论 1） 在各种工况下， 系统中通过等效转向器进口 的流量随着方向盘转动角度的增大而且增大， 且其 变化趋势呈现线性关系[4]。即， 说明系统中通过等 效转向器内的流量与方向盘的转速成正比， 且其进 口压降恒定。 2） 当方向盘输入信号恒定的情况下， 給予系统 发动机一定的信号， 通过等效转向器的流量和压降 不随发动机输入信号的变化而变化。即说明发动机 转速不会影响通过等效转向器的流量和压降。 3） 当方向盘和发动机的输入信号均恒定的情况 下， 改变系统的外部转向负载可得 随着外部转向负 载的增加或者减少， 通过等效转向器的流量和压降 保持不变。即说明系统外部转向负载的变化不会影 响到通过等效转向器的流量和压降。 4） 当方向盘和发动机的输入信号以及外部转向 负载均恒定的情况下， 改变辅助系统负载可得 随着 辅助系统负载的增加或者减少， 通过等效转向器的 流量和压降一开始有突变的现象， 但很快就维持稳 定保持恒定值。即说明辅助系统负载的变化不会影 响到通过等效转向器的流量和压降。 综上所述， 验证了无轨胶轮车转向系统优先阀 和转向器仿真模型的正确性， 并得知通过等效转速 器的流量和压降仅与方向盘的输入信号相关， 与发 动机转速、 外部转向负载和辅助系统负载无关。 3无轨胶轮车机液联合仿真 3.1仿真模型的搭建 为得到更为准确的仿真结果，基于 SolidWorks 搭建三维仿真模型，将仿真模型导入 ADAMS 软件 中， 得到虚拟模型， 并根据某无轨胶轮车的相关参 数对虚拟样机模型中的参数进行设置，得出如图 3 所示的虚拟样机模型。 图 3无轨胶轮车虚拟样机仿真模型 结合 2 中基于 AMESim 所搭建的转向器和优先 阀的液压仿真模型和 3 中所搭建的 ADAMS虚拟样机 机械模型对无轨胶轮车的机液系统进行仿真分析[5]。 3.2仿真结果分析 1） 转向油缸压力响应仿真。基于上述模型对重 载慢转 （1 工况） 、 重载快转 （2 工况） 、 轻载慢转 （3 工况 ） 、 轻载快转 （4 工况 ） 下无轨胶轮车转向系统油 缸压力响应进行仿真， 仿真结果见表 1。 表 1转向系统压力响应结果 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 工况油缸压力最大值 （MPa）峰值压力振摆幅度 （MPa） 1 工况1311.65 2 工况1312.19 3 工况10.128.46 4 工况1311.07 170 ChaoXing （上接第 168 页） 中围岩具有塑性区、 破碎区范围大， 掘进时对上覆 岩层造成二次扰动， 且巷道断面拐角处有较大应力 集中， 更容易出现拉应力， 引起巷道两帮围岩向内 侧滑落。 2） 通过巷道布置测站进行钻孔窥视方式， 确定 509 胶带顺槽顶板 2m 左右存在纵向裂隙， 顶板岩性 差异性不大， 岩石内部无较大破碎带及塌孔现象出 现， 岩石顶板完整性较好， 提出了锚杆锚索同排协 同支护方案参数设计方案。 3） 为了验证优化方案后的效果， 对 509 胶带顺 槽顶板锚杆液压枕数据以及顶板离层进行监测， 综 上所述， 509 采煤工作面胶带顺槽锚杆的轴向载荷 在开掘后 10 天后已基本保持稳定，锚固范围内帮 部岩体稳定性好，顶板离层整体下沉量范围在 10mm， 围岩变形得到有效控制， 支护效果好。 参考文献 [1] 侯朝炯.深部巷道围岩控制的有效途径[J].中国矿业大学 学报,2017,4603467- 473. [2] 张镇,康红普,王金华.煤巷锚杆 - 锚索支护的预应力协调 作用分析[J].煤炭学报,2010,35 （06） 881- 886. [3] 聂百胜,张辉,崔树江,胡守涛,孟筠青.前视钻孔窥视视频 提取钻孔信息的方法与应用 [J]. 煤炭学报报,2016,41 （05） 1316- 1322. [4] 侯朝炯,勾攀峰.巷道锚杆支护围岩强度强化机理研究[J]. 岩石力学与工程学报,2000 （03） 342- 345. [5] 康红普,王金华,林健.煤矿巷道锚杆支护应用实例分析 [J].岩石力学与工程学报,2010,29 （04） 649- 664. [6] 单仁亮,原鸿鹄,黄鹏程,李兆龙,白瑶,李晗.锚杆锚索同排 协同支护在南关矿的应用研究[J].煤炭工程,2019,5110） 86- 91. 作者简介 吴劲松 （1963.11-） ， 男， 汉族， 1984 年毕业于淮南矿业学 院采矿工程专业 （现安徽理工大学） ， 高级工程师， 现任内蒙 古智能煤炭有限责任公司董事长。 （收稿日期 2020- 2- 14） 工况 左油缸最大流 量 （L/min） 左油缸最大流 量波动 （MPa） 右油缸最大流 量 （L/min） 右油缸最大流量 波动 （L/min） 1 工况- 18.976.6521.3016.15 2 工况- 21.199.9542.9737.12 3 工况- 16.033.0118.1812.29 4 工况- 28.450.7442.8234.91 如表 1 所示，随着转向系统转速的加快和负载 的增加， 转向系统油缸压力的振摆情况越来越严重。 2） 转向油缸流量响应仿真。基于上述模型对重 载慢转 （1 工况） 、 重载快转 （2 工况） 、 轻载慢转 （3 工况） 、 轻载快转 （4 工况） 下无轨胶轮车转向 系统左右两个油缸的流量响应情况进行仿真， 仿真 结果见表 2。 表 2转向系统流量响应结果 （注 表 2 中 “- ” 代表输入流量） 分析表 2 可知， 当无轨胶轮车转向系统从右极 限位置向左转动的情况下， 右侧油缸的压力和流量 峰值均大于左侧油缸。此外， 当转速增大时对系统 流量峰值的影响增大， 当负载增大时， 系统的流量 波动也随之增大。 4总结 无轨胶轮车作为综采工作面的运输设备之一， 具有运输量大、 运输效率高的优势。然而， 在实际工 作中其转向系统常都会管路造成较大的冲击甚至 导致管路破裂。基于 AMESim 液压仿真建模软件和 ADAMS 机械仿真建模软件联合对无轨胶轮车进行 仿真分析得出 随着系统转向速度的增大， 负载的 增大对系统造成的冲击越大， 越容易造成管路破裂 等事故的发生， 为后续转向机构的优化奠定基础。 参考文献 [1] 周茂普. 矿用防爆无轨胶轮车安全保护系统的研究[J]. 液压与气动 （12） 59- 60. [2] 刘志海, 杨凯迪, 张荣华. 无轨胶轮车全液压制动系统故 障诊断研究[J]. 工矿自动化, 2016 （10） . 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