基于AMESIM的掘进机液压控制系统的优化研究

发布时间：2022-01-02 17:48

　　由于煤矿井下地质条件较为复杂,掘进机在截割作业过程中会受到频繁且不稳定的交变载荷的影响,给液压控制系统造成了极大的压力冲击,同时由于掘进机工作时的驱动功率极大,造成系统在启动过程中会产生巨大的压力波动,严重影响了液压系统相关元器件的使用寿命。利用AMESIM仿真分析软件对掘进机液压控制系统进行优化研究,提升其工作时的稳定性和可靠性,分析表明,优化后掘进机的最大载荷波动比优化前减小了约25%,掘进机从开始执行截割作业到截割载荷趋于稳定的时间与优化前差异性不大,截割稳定后的载荷比优化前减小了约25%,有效延长了掘进机截割机构和液压系统的使用寿命,极大地提升了液压系统的工作稳定性。 

【文章来源】：自动化应用. 2020,(11)

【文章页数】：3 页

【部分图文】：

掘进机机液联合仿真分析原理图

利用联合仿真分析软件，对掘进机液压系统工作时摇臂的载荷变化情况进行仿真分析[4]，结果如图2所示。由仿真分析结果可知，优化前的最大载荷波动约为200 000N，波动时间约为3.7s，初始时刻的载荷波动是由于在截割机构启动的情况下截割岩壁造成了载荷的突然增加，同时截齿在初始状态下未完全进入截割作业状态，因此在开始时截割载荷随截齿切入岩壁的深度不同而产生了剧烈的波动。随着时间的推移，掘进机掘进速度、岩壁截割硬度分布等都逐渐趋于稳定，稳定时的载荷约为80 000N，在第2s和第3.7s处产生波动的原因在于电控阀换向产生了压力冲击，当在掘进机工作3.7s后截割载荷达到稳定状态，实现了稳定截割作业。

针对掘进机工作时在启动阶段和换向阶段产生严重载荷冲击的问题，经过对掘进机液压控制系统的分析，提出了在系统中使用比例溢流阀替代普通的单向阀，同时在系统中加入蓄能器来增加系统工作阻尼的方案[5]，实现满足工作平稳性的要求。根据系统需求，设置蓄能器的容积为0.03m3，工作时的公称压力为20 MPa，蓄能器的阻尼比为0.35，新增的阻尼段管路长度不超过1m，避免过大的沿程阻力损失影响工作稳定性，在相同的情况下同样对优化后的控制系统的工作稳定性进行分析，其工作时的载荷冲击变化曲线如图3所示。由仿真分析结果可知，优化后掘进机的最大载荷波动约为150 000N，比优化前减小了约25%，极大地提升了在启动阶段的稳定性。在掘进机换向的过程中同样会出现载荷冲击，但载荷冲击的波动量要远小于优化前的冲击波动量，优化后掘进机从开始执行截割作业到截割载荷趋于稳定，其经历的实际时间约为4s，与优化前差异性不大，说明在经历载荷冲击后能够尽快进入平稳状态，满足截割稳定性的需求。截割稳定后的载荷约为60 000N，比优化前减小了约25%，提升了截割机构工作时的平稳性，减小了对截割机构的冲击，能够有效延长掘进机截割机构和液压系统的使用寿命。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Motion/AMESim的某变载机构的建模与仿真分析[J]. 崔娜娜,吴娟,崔海云.  液压气动与密封. 2013(09)
[2]掘进机行走机构液压系统液压冲击的分析与处理[J]. 王志武.  机床与液压. 2013(04)
[3]压力-流量控制系统中恒压阀动态特性的仿真研究[J]. 刘军,刘军营,王建香,刘新钊,李国栋.  机床与液压. 2012(20)
[4]基于Motion/AMESim的某风洞迎角机构建模与仿真研究[J]. 刘念,李树成,王帆.  机床与液压. 2012(11)
[5]基于刚柔耦合的掘进机截割臂动力学仿真研究[J]. 韩冰,侯宝革,顾鹏.  煤矿机械. 2012(04)



本文编号：3564611