基于AMESim的支架液压系统仿真分析.pdf

第 6期 总第 1 8 1 期 2 0 1 3年 1 2月 机 械 工 程 与 自 动 化 ME CHANI CAL ENGI NEE RI NG AUT M ATI ON N0． 6 De c． 文章 编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 3 0 6 0 0 6 8 0 2 基于 AME S i m 的支架液压系统仿真分析 高建红 山西煤销集 团 临汾矿 业投资公司． 山西 临汾0 4 1 0 0 0 摘 要 利用 A ME S i m 软件建立支架液压系统模 型，模拟液压 支架 的实 际工况，对立柱 液压 系统进 行 了动态 仿真。仿真结果 表明，支 架液压 系统整体性 能稳定 ，运行 良好 ，与实际工况相符。为液压支 架液压 系统 整体 动态性能 的准确分析提供 了新的研 究思路。 关键词 支架 ；立柱液压系统 ；AME S i m；动态仿真 中图分类号 TD 3 5 5 ． 4 TP 3 9 1 ． 9 文献 标识 码 A 0 引言 随着采煤技术的发展 ， 矿 山充填技术得 以在综采 工作面广泛应用， 而充填支架是整个充填采煤技术的 核 心支护 设备 。充 填支架 与一 般支架 的主要 区别在 于 充填支架后端悬挂充填输送机或者充填物料管道， 在 采煤 工作 过 程 中 ， 充 填 支 架 配合 采 煤 机 和刮 板 输 送 机 完成采煤工作， 同时， 支架利用后端悬挂的充填输送机 或者充填管道进行充填操作。采煤机完成一个截割步 距后， 充填支架即开始充填工作， 物料充填工序结束利 用 夯 实机构 对充 填物 料 进行 夯 实 ， 然 后 进行 推溜 移 架 操 作 ， 继 续 进行采 煤 工 作 。充 填 开采 工 艺过 程对 充 填 支 架 液压 系统稳 定性 提 出 了较高 要 求 ， 本 文 通过 对 充 填 支 架立柱 液 压系统 的仿 真 ， 研 究 分析 其 液 压 系统 响 应 的准确性和稳定性 ， 以达到发挥支架支护效果 、 提高 可靠 性 的 目的 。 1支架 液压 系统建 模 本文 以 Z c 5 6 O 0 ／ 1 7 ／ 2 8液压支架 为研 究对象 ， 对 其立柱液压系统进行动态仿真分析， 根据仿真结果研 究其响应 的准确性和稳定 性。z C 5 6 O 0 ／ 1 7 ／ 2 8支架的 液 压 系统 如 图 l所示 。 图 1 支架液压 系统 首先 通过 AME S i m 软件 对 支 架 液 压 系统 进 行 建 模 。考虑到液压支架液压系统中的换向阀和单向阀开 启关闭对液压系统稳定性 有重要影响， 因此在仿真建 模中采用液压元件设计库设计换向阀和单 向阀的子模 型 ， 以此更加 精 确地研 究 立 柱 工作 过 程 中乳化 液 压 力 和立 柱 运动 ， 并在 AME S i m 中直接选 择立 柱 和安全 阀 的模型组建液压系统整体仿真模型。 三 位 四通换 向阀模 型 如 图 2所示 。设 置 阀芯 直径 为 1 0 mm， 阀芯杆径为 西 5 mi l l 。 图 2 三 位 四通 换 向 阀 仿 真 模 型 液控单向阀仿真模型如图 3所示， 黏性摩擦系数设 为0 ． 0 1 5 5 ， 阀芯直径为 6眦 1 ， 阀芯杆径为 2 mm。 K A P 图 3液控单向阀仿真模型 利用 AME S i m对液压支架液压系统进行整体仿 真。仿真时， 液控换向阀先导阀一端输入信号， 由乳化 液泵站来的高压油液经换向阀和液控单向阀进入立柱 下腔 ， 立柱 上 腔 回液 ， 支架 升 起 接顶 ， 操 纵 换 向阀移 到 中位 ， 液控单向阀关闭， 立柱下腔液体被封闭。在这个 过程中， 立柱液压系统必须保持 良好的性能和稳定性 ， 以此保证切顶支护和充填的效果。立柱液压系统仿真 模型 如 图 4所 示 。 收稿 日期 2 0 1 3 0 7 一 l 4 ；修 回日期 2 0 1 3 0 7 2 1 作者简介 I岛建红 1 9 6 4 一 ，男 ，山鸡临汾人 ，工程师 ，本科 ，主要从事煤矿管理和技术工作 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 6期 高建红 基 于 AME S i m 的支架液压 系统仿真分析 6 9 2 支 架液 压 系统仿 真 根据支架液压系统 图建立仿真模型后， 根据工程 实际情况设置仿真分析所需 的相关参数。设置立柱油 缸 内径为 2 3 O mm， 活柱直径为 ,2 1 6 0 mm， 活柱长度 为 l 5 0 0 mm， 质 量 为 1 0 0 k g ， 安 全 阀 的 调 定 压 力 为 3 3 ． 7 MP a ； 液 压 泵 的 输 出流 量 Q一 1 5 0 L ／ mi n 。液 控 单 向阀压降为 3 MP a ， 再设置仿真运行时间为 0 s ～1 0 S ， 仿真步长为 1 0 _ “ S ， 仿真允许误差为 1 O _ 。 ， 采用标准 解算器混合误差进行仿真分析， 得到的立柱活塞杆速 度 曲线如图 5 所示 ， 加速度曲线如图 6所示， 立柱下腔 的压 力变 化 曲线 如 图 7和图 8所示 。 ④ ’ ∞ ● ＼ ∞ ● ＼ 口 目 图 4 立柱 液压 系统仿真模型 t ／ s 图 5 活塞杆速度曲线 t ／ s 图 6 活 塞杆 加速度 曲线 根据输出结果分析可知， 立柱升柱过程开启时， 由 于液压冲击影响 ， 速度和加速度出现短时波动 ， 速度瞬 时增 大 到 0 ． 1 2 m／ s ， 立 柱 下 腔压 力 升 至 0 ． 7 MP a ， 在 安全阀作用下速度震荡后保持在 0 ． 0 6 r n ／ s 稳定运行 ， 加速度趋于零位， 立柱下腔压力恢复平衡。之后系统 恢复稳定运行 ， 完成升柱过程 ， 系统整体运行稳定 。 3结论 通过建模仿真结果分析可知， 立柱 升柱过程开启 时 系统 出现波 动 ， 但 活 塞杆 加 速 度 和无 杆 腔 乳 化液 压 力波动幅度较小， 在可控制范围内， 对系统整体影响较 小 ， 之后立柱稳定运行直至完成升柱过程。仿真结果 表明， 支架液压系统整体性能稳定 ， 运行 良好， 与实际 工况相符， 说明 AME S i m软件具有良好的动态仿真性 能和仿真精度， 从而验证了仿真建模方法的正确性。 嘲 ＼ 出 3 O 25 2 O 1 5 l 0 5 0 0． 8 0 ． 6 ∞ 0． 4 -R 出 0 ．2 0 ． O O． 5 1 ． 0 1 ．5 2 ． 0 2 ． 5 3 ．O t l s 图 7 立柱 下腔压力 曲线 J 八 V 0 0 ． 0l 0 0． 0 2 0 0 ． 03 O t ／ s 图 8 开启 阶段立柱下腔压力曲线 根据仿真结果对支架液压系统进行优化改进 ， 系 统设计 时可以在输入端添加蓄能器， 以充分吸收开启 阶段 液压 冲击 的能量 ， 减 小 乳 化液 对 支 架 液压 系 统 整 体的冲击作用； 同时适当增大立柱封闭容腔体积， 可以 减小液压冲击对立柱 的影响。另外 ， 在满足使用条件 下安全 阀可以采用刚度较高弹簧以加快复位速度 ， 增 大换向阀阀芯质量 以确保换 向阀响应 的稳定性 ， 这样 就能充分降低系统震荡 ， 保证支架发挥支护的效果， 提 高设备可靠性 。 S i mu l a t i o n Ana l y s i s Ba s e d o n AM ES i m S o f t wa r e f o r Fi l l i n g Hy d r a u l i c S u pp o r t S y s t e m GAO J i a n - h o n g Li n f e n Mi n i n g I n v e s t me n t Co ．，Lt d ．，S h a n xi Co a l Tr a n s p or t a t i o n S a l e s Gr ou p 。Hn f e n 0 4 1 00 0 。Ch i n a Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r ，t h e mo d e l o f fl f i l l i n g h y d r a u l i c s u p p o r t s y s t e m wa s b u i l t b y u s i n g AM E S i m s o f t wa r e ．Th e a c t u a l wo r k i n g c o n d i t i o n s o f t h e f i l l i n g h y d r a u l i c s u p p o r t wa s s i mu l a t e d ． Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e p e r f o r ma n c e o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m i s we l l ， c o n s i s t a n t wi t h t h e p r a c t i c e ， wh i c h v e r i f i e s t h e c o r r e c t n e s s o f d y n a mi c s i mu l a t i o n r e s u l t s ．Th i s wo r k ma y p r o v i d e a n e w wa y t O s t u d y t h e o v e r a l l d y n a mi c p e r f o r ma n c e o f t h e f i l l i n g h y d r a u l i c s u p p o r t s y s t e m． Ke y wo r d s s u p p o r t ；h y d r a u l i c s y s t e m o f p r o p；AM ES i m ；d y n a mi c s i m u l a t i o n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m