液压驱动式提升机过放液压缓冲系统研究.pdf

第44卷第4期 2018年4月工矿自动化 Industry and Mine Automation Vol. 44 No. 4 Apr 2018 文章编号文章编号 6 7 1 -2 51X 201804-0057-05 D O I10. 13272/j. issn. 1671-251x. 2017120069 液压驱动式提升机过放液压缓沖系统研究唐友亮，张锦宿迁学院机电工程学院，江苏宿迁宿迁学院机电工程学院，江苏宿迁223800 摘要摘要分析了液压驱动式提升机液压缓冲系统的工作原理及系统动态性能的主要影响因素，基于 A M E sim建立了系统仿真模型，仿真分析了过载阀通径、过载阀开启压力、发动机排量、箕斗自身质量和箕斗运行速度对箕斗位移和发动机进油口压力的影响规律。分析结果可为进一步优化设计提升机过放缓冲系统提供理论指导。关键词关键词液压驱动式提升机；过放缓冲％液压缓冲％箕斗位移％发动机进油口压力中图分类号中图分类号TD 633 文献标志码文献标志码A 网络出版时间网络出版时间 0 1 8 -0 3 -1 9 1 3 7 网络出版地址网络出版地址G ttp //k n s. cnki. n et/kcm s/detail/3 2 . 1627. T P. 20180319. 1215. 001. htm l Research on over-discharge hydraulic buffer system for hydraulic driven hoist TANG Youliang, ZHANG Jin School of Mechanical and Electrical Engineering, Suqian College, Suqian 223800, China Abstract Working principle of hydraulic buffer system of hydraulic driven hoist and its main influencing factors were analyzed. System simulation model was established based on AMEsim, and influence law of overload valve diameter, overload valve opening pressure, engine swept volume, bucket weight and operating speed to bucket displacement and engine inlet pressure were simulated and analyzed. The analysis results can provide theoretical guidance for further optimization of design of the over discharging buffer system. Key words hydraulic driven hoist; over-discharge buffer; hydraulic buffer; bucket displacement; engine inlet pressure 〇引言〇引言液压驱动式提升机系统在煤矿运输中发挥着重液压驱动式提升机系统在煤矿运输中发挥着重要作用，但由于煤矿矿井井深较深，必须提高提升或要作用，但由于煤矿矿井井深较深，必须提高提升或下放容器下放容器箕斗）的运输速度才能提高运输效率，而箕斗）的运输速度才能提高运输效率，而运输速度较大特别易导致提升过放或过卷等事运输速度较大特别易导致提升过放或过卷等事故故[12] 旦发生过卷或过放事故，将对煤矿设备造旦发生过卷或过放事故，将对煤矿设备造成巨大损失成巨大损失[34]因此，提升系统中的过卷或过放缓因此，提升系统中的过卷或过放缓冲系统至关重要。冲系统至关重要。过放缓冲装置主要包括防撞梁机械缓冲装置和过放缓冲装置主要包括防撞梁机械缓冲装置和摩擦式缓冲装置。防撞梁机械缓冲装置通过在防撞摩擦式缓冲装置。防撞梁机械缓冲装置通过在防撞梁上叠加浸泡过沥青的枕木作为防撞梁的弹性缓梁上叠加浸泡过沥青的枕木作为防撞梁的弹性缓冲）冲）7 ]但这种装置不能为过放制动箕斗提供足够但这种装置不能为过放制动箕斗提供足够的缓冲力且缓冲力不可调，缓冲装置难以恢复。此的缓冲力且缓冲力不可调，缓冲装置难以恢复。此外，对于高速重载的下放箕斗，利用机械缓冲装置制外，对于高速重载的下放箕斗，利用机械缓冲装置制动难度较大。摩擦式缓冲装置摩擦面多，制动力调动难度较大。摩擦式缓冲装置摩擦面多，制动力调节范围大，但摩擦产生的热量对摩擦片有较大的破节范围大，但摩擦产生的热量对摩擦片有较大的破坏性坏性[8 9] 收稿日期收稿日期2017-12-25 ;修回日期修回日期2018-02-15 ;责任编辑责任编辑胡娴。基金项目基金项目江苏高校品牌专业建设工程资助项目（PPZY2015C252江苏省高等学校自然科学研究项目（17KIB470013;宿迁市科技支撑计划资助项目（M201612。作者简介作者简介唐友亮（1977 ，男，山东临祈人，副教授，硕士，主要研究方向为数字化设计与制造技术、机电液一体化控制技术，E-mail yltangsqc 126. com。引用格式引用格式唐友亮，张锦.液压驱动式提升机过放液压缓冲系统研究工矿自动化，2018,444 7-61. TANG YouliangZHANG Jin. Research on over-discharge hydraulic buffer system for hydraulic driven hoist[J]. Industry and Mine Automation，，2018,444 7-61. 58 工矿自动化2 0 1 8 年第 4 4 卷针对机械缓冲装置和摩擦式缓冲装置存在的问针对机械缓冲装置和摩擦式缓冲装置存在的问题，毋虎城等题，毋虎城等[10]设计了矿井防过放液压缓冲装置，设计了矿井防过放液压缓冲装置，理论计算了液压缓冲器的缓冲制动力，但未对液压理论计算了液压缓冲器的缓冲制动力，但未对液压缓冲器进行深入的分析研究。本文介绍了液压驱动缓冲器进行深入的分析研究。本文介绍了液压驱动式提升机过放液压缓冲系统的工作原理，理论分析式提升机过放液压缓冲系统的工作原理，理论分析了影响过放液压缓冲系统动态性能的主要因素，建了影响过放液压缓冲系统动态性能的主要因素，建立了系统仿真模型，仿真分析了过载阀通径、过载阀立了系统仿真模型，仿真分析了过载阀通径、过载阀开启压力、发动机排量、箕斗自身质量和箕斗运行速开启压力、发动机排量、箕斗自身质量和箕斗运行速度对箕斗位移和发动机进油口压力的影响规律，为度对箕斗位移和发动机进油口压力的影响规律，为进一步优化设计提升机过放缓冲系统提供理论进一步优化设计提升机过放缓冲系统提供理论。。 1系统工作原理1系统工作原理驱驱动动式式放放缓缓冲冲动动机、双向液压泵、安全阀、单向阀、蓄能器、三位四通机、双向液压泵、安全阀、单向阀、蓄能器、三位四通换向阀、过载阀、二位二通换向阀、液压发动机、卷换向阀、过载阀、二位二通换向阀、液压发动机、卷筒、钢丝绳和箕斗组成，如图筒、钢丝绳和箕斗组成，如图1所示。所示。 1 一油源；一油源；2电动机电动机4为液压发动为液压发动机进油口压力，机进油口压力，P a〇为液压发动机和负载折算到发〇为液压发动机和负载折算到发动机轴上的转动惯量动机轴上的转动惯量，kg m2 为液压发动机转角，为液压发动机转角， r a d 为时间，为时间，s为黏性阻尼系数为黏性阻尼系数， N m s/rad; ；为负载扭矩弹簧刚度；为负载扭矩弹簧刚度， N m /ra d ;H为外负载力为外负载力矩矩，N m。。液压发动机流量连续性方程为液压发动机流量连续性方程为 61 Dm d t 2 Cmp 2 A 4 4e d t 3 式中式中 1为发动机进油口流量，为发动机进油口流量，L /m iC m为液压发为液压发动机总泄漏系数，动机总泄漏系数，m 5/ N s A为总压缩容积，为总压缩容积， m 3 为有效体积弹性模量，为有效体积弹性模量，P a。。过载阀流量连续性方程 [1112]为过载阀流量连续性方程 [1112]为 6“, Cd .Bsin4 式中式中 C d为节流系数为节流系数B为过载阀通径，为过载阀通径，m;为阀芯;为阀芯半锥角，取半锥角，取4 5 ;为油液密度，为油液密度，k g /m 3。。过载阀阀芯动态力平衡方程过载阀阀芯动态力平衡方程[13]为]为 d 2 _ pA , m 2 。一。一p1 2 K x 0 2 1 5 t2 t 式中式中A为阀芯面积，为阀芯面积，A k .Bxs n ， 2 m为阀芯质为阀芯质量，量，kg1为阀芯位移，为阀芯位移，m;为阀芯阻尼系数，;为阀芯阻尼系数， N/m/s;K为弹簧刚度，为弹簧刚度，N/m。为弹簧预压缩。为弹簧预压缩量，量，m。。过卷过程中过载阀开启，消耗箕斗动能，制动过过卷过程中过载阀开启，消耗箕斗动能，制动过程中满足能量守恒，可得程中满足能量守恒，可得 2 0 1 8 年第期唐友亮等液压驱动式提升机过放液压缓冲系统研究 59 3v2 2 Mg pAx 6 式中式中 3为箕斗质量，为箕斗质量，kg s为为重力加速度，重力加速度，m /s2 x为箕斗位移，为箕斗位移，m 从式 “）一式（从式 “）一式（6 可看出，影响系统动态性能的可看出，影响系统动态性能的主要因素为过载阀通径、过载阀开启压力、发动机排主要因素为过载阀通径、过载阀开启压力、发动机排量、箕斗自身质量和运行速度，下面通过建立系统仿量、箕斗自身质量和运行速度，下面通过建立系统仿真模型进行动态性能分析。真模型进行动态性能分析。 3系统仿真3系统仿真 3.1 仿真模型提升机过放液压缓冲系统仿真模型如图提升机过放液压缓冲系统仿真模型如图2 所示。所示。图 2系统仿真模型图 2系统仿真模型 Fig. 2 System simulation model 调节过载阀弹簧预压缩量，使其压力保持在调节过载阀弹簧预压缩量，使其压力保持在 47 M P a，系统仿真参数见表，系统仿真参数见表1，仿真时间为，仿真时间为20 s，步，步长为长为 0. 001 s。。表 1系统仿真参数表 1系统仿真参数 Table 1 System simulation parameters 参数名称参数名称数值数值箕斗质量/kg1 200 箕斗下放速度/m sX9. 8 卷筒转动惯量八kg m22. 0 卷筒半径/mm500 液压发动机排机排量/m3 rad- ”2. 0X10 4 过载阀通径/m0. 010 弹簧刚刚度/N m-14. 0X105 阀芯阻尼系数/N m- 1 s109 3.2 仿真结果仿真结果 3 . 2 . 1过载阀开启压力对系统性能的影响过载阀开启压力对系统性能的影响在在A M E S IM参数模式下分别设置过载阀开启参数模式下分别设置过载阀开启压力为压力为4 7 ,4 8 ,4 9 ,5 0 M P a进行仿真，得到过载阀开进行仿真，得到过载阀开启压力对箕斗位移和发动机进油口压力的影响曲启压力对箕斗位移和发动机进油口压力的影响曲线，如图线，如图3所示。所示。图图3过载阀开启压力对系统性能的影响过载阀开启压力对系统性能的影响 Fig. 3 Effect of overload valve opening pressure on system perance 由图由图3可得，随过载阀开启压力的增大，箕斗位可得，随过载阀开启压力的增大，箕斗位移减小，发动机进油口压力增大。过载阀开启压力移减小，发动机进油口压力增大。过载阀开启压力对箕斗位移和发动机进油口压力影响明显，发动机对箕斗位移和发动机进油口压力影响明显，发动机进油口压力由溢流阀开启压力决定，溢流阀开启压进油口压力由溢流阀开启压力决定，溢流阀开启压力增大，发动机压力增大，随之产生的扭矩力增大，力增大，发动机压力增大，随之产生的扭矩力增大，对箕斗减速缓冲明显，因此，箕斗位移减小。对箕斗减速缓冲明显，因此，箕斗位移减小。 3 . 2 . 2过载阀通径对系统性能的影响过载阀通径对系统性能的影响在在A M E S IM参数模式下分别设置过载阀通径参数模式下分别设置过载阀通径为为0. 007 0 0 0 8 ,0. 0 0 9 ,0. 010 m进行仿真，得到过进行仿真，得到过对对移移发动发动的的曲曲线如线如P图图4所示。所示。由图由图4可得，随过载阀通径的增大，箕斗位移增可得，随过载阀通径的增大，箕斗位移增大，发动机进油口压力波动程度减小，说明在相同过大，发动机进油口压力波动程度减小，说明在相同过载阀开启压力下，选择通径较大的过载阀有助于降载阀开启压力下，选择通径较大的过载阀有助于降低发动机进油口压力波动程度，但会增大箕斗位移。低发动机进油口压力波动程度，但会增大箕斗位移。 3 . 2 . 3发动机排量对系统性能的影响发动机排量对系统性能的影响在在A M E S IM参数模式下分别设置发动机排量参数模式下分别设置发动机排量为为 2. 0 X 104，，2. 5 X 104，，3. 0 X 104，，3. 5 X 104 m 3/m d进行仿真，得到发动机排量对箕斗位移进行仿真，得到发动机排量对箕斗位移和发动机进油口压力的影响曲线如和发动机进油口压力的影响曲线如P图图5所示。所示。由图由图5可得，发动机排量对箕斗位移、发动机进可得，发动机排量对箕斗位移、发动机进油口稳定压力、压力波动程度影响较大，随发动机排油口稳定压力、压力波动程度影响较大，随发动机排 60 工矿自动化2 0 1 8 年第 4 4 卷 system perance 由图6 可得，随下放速度的増大，箕斗位移増大，发动机进油口压力稳定值不变，但初期压力波动程度増大。箕斗位移増大的原因下放速度増大，系统需要消耗更多的箕斗能量，在其他元件不变的情况下，需要延长箕斗位移进行耗散。 3 . 2 . 5 箕斗质量对系统性能的影响在AM ESIM参数模式下分别设置箕斗质量为 600,800， 1 000， 1 200 Hg进行仿真，得到箕斗质量对箕斗位移和发动机进油口压力的影响曲线，如图；所示。由图；可得，随箕斗质量増大，箕斗位移増大，发动机进油口压力稳定值増大，而初期压力波动程度减小。箕斗质量増大导致箕斗位移増大的原因与下放速度増大相同。 4结论4结论分析了影响过放液压缓冲系统动态性能的主要因素，仿真分析了过载阀通径、过载阀开启压力、发动机排量、箕斗自身质量和箕斗运行速度对箕斗位移和发动机进油口压力的影响规律，得到以下结论 1 过载阀开启压力増大，箕斗位移减小，但发动大。 2 过载阀通径増大，箕斗位移増大，初期发动度为3,5,7,9m/s进行仿真，得到下放速度对箕斗位移和发动机进油口压力的影响曲线如P图 6 所示。 “ 对箕斗位移的影响对箕斗位移的影响 b 对发动机进油口压力的影响对发动机进油口压力的影响图图4过载阀通径对系统性能的影响过载阀通径对系统性能的影响 Fig. 4 Effect of overload valve diameter on system perance “ 对箕斗位移的影响对箕斗位移的影响 b 对发动机进油口压力的影响对发动机进油口压力的影响图图5发动机排量对系统性能的影响发动机排量对系统性能的影响 Fig. 5 Effect of engine swept volume on system perance 量増大，箕斗位移减小，原因是发动机排量増大导致发动机进油口压力増大，使得扭矩力増大，从而阻碍箕斗快速停止。 3.2.4 下放速度对能的在AM ESIM参数模式下分别设置箕斗下放速 3 3 m /s b 对发动机进油口压力的影响对发动机进油口压力的影响图图6下放速度对系统性能的影响下放速度对系统性能的影响 .6 Effect of decentralization speed on o o o o 6 5 4 3 4 1 2 1 0 s/ 瀹赵 2 0 1 8 年第期唐友亮等液压驱动式提升机过放液压缓冲系统研究 61 对箕斗位移的影响对箕斗位移的影响机进油口压力波动程度减小。机进油口压力波动程度减小。 16「 b 对发动机进油口压力的影响对发动机进油口压力的影响图图7箕斗质量对系统性能的影响箕斗质量对系统性能的影响 Fig. 7 Effect of bucket weight on system perance “ 发动机排量增大，箕斗位移减小，发动机进油口压力波动程度减小，但发动机进油口稳定压力增大。 “ 下放速度增大，箕斗位移增大，发动机进油口压力稳定值不变，但初期压力波动程度增大。 “ 箕斗质量增大，箕斗位移增大，发动机进油口压力稳定值增大，但初期压力波动程度减小。参考文献（参考文献（References 1 *陈虹微陈虹微.缠绕式提升机的过卷和过放安全保护缠绕式提升机的过卷和过放安全保护[J].煤.煤矿机械，矿机械，2002,2329-60. 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