乳化液泵站电磁卸荷系统参数匹配特性研究

发布时间：2020-06-06 03:13

【摘要】：乳化液泵站是工作面液压支架等综合机械化开采设备的动力源,其性能的好坏直接影响煤矿工人的生命安全、设备的使用寿命及开采的工作效率。随着科学技术的不断进步,大采高及超大采高液压支架现已成功研制并应用于井下生产,开采方式和方法也由早期的机械化开采逐步向智能化、无人化开采迈进,这都对泵站供液系统的供液能力即供液的稳定性、可靠性、及时性提出了更高的要求。SAP型集成智能供液系统已经能够实现液量快速供给,压力多区间调控及远程智能控制,电磁卸荷系统作为综采工作面集成供液系统压力控制的核心部件,在压力自动调控,流量快速匹配及系统节能、高效等方面起着重要的作用。本论文对常见电磁卸荷系统进行研究分析,对比分析K型电磁卸荷系统和S型电磁卸荷系统的结构和工作原理,并通过在综采工作面跟踪测试发现这两种系列的电磁卸荷系统在实际生产应用中存在着动态响应差,压力脉动大,气蚀损坏严重等可靠性差的问题。为更好地满足综采工作面供液系统压力的智能控制、液压支架快速动作、综采设备整体可靠性高的要求,提升电磁卸荷系统的稳定性,本论文主要选取S型电磁卸荷系统通过理论推导研究,软件仿真模拟等方法进行联合对比分析,研究不同参数匹配对电磁卸荷系统性能的影响。首先,本课题采用理论推导和计算的方法进行理论分析,对电磁卸荷系统中电磁先导阀、机械调压阀和卸荷主阀的主要控制部分进行静态特性分析和动态特性分析,推导出静力学方程和动态特性方程,建立了数学模型。通过分析认为电磁控制信号(电磁力)响应时间、先导阀阀芯行程、机械调压阀密封直径、阻尼孔参数、卸荷阀芯弹簧刚度等都是影响电磁卸荷系统动态响应特性和压力脉动的关键参数。其次,应用模拟软件AMESim建立电磁卸荷系统的模型进行仿真分析,主要分析了电磁卸荷系统在电磁控制模式和机械控制模式下不同关键参数匹配关系对系统压力波动和响应特性的影响。仿真结果表明:阻尼孔直径、机械调压阀阀座密封直径、电磁先导阀响应速度越快等参数对电磁卸荷系统的稳定性影响较大,可以通过合理匹配参数关系来提升卸荷系统的稳定性。最后,通过计算流体力学软件Fluent模拟仿真卸荷阀芯处阀腔内乳化液介质的的流场特性。对比分析卸荷阀芯在不同开口度下,阀腔内介质的空化流运动情况,即速度矢量分布、压力梯度分布及气相分布情况。由仿真结果分析可知:卸荷阀芯开口度越小,介质流过阀口时产生的节流作用越大,速度梯度变化越大,前后压差越大,空化现象越严重,气蚀破坏越明显。通过匹配阀套和阀芯的设计参数关系,优化设计阀芯结构参数,然后对比优化前后的仿真结果发现:阀芯参数优化后,卸荷区域气相体积分数及气相分布区域明显减小,空化现象诱发能力降低,可有效的减小或防止气蚀破坏现象的发生。本论文通过理论计算和模拟仿真分析可知,通过合理的匹配各关键参数之间的设置可以有效地改善电磁卸荷系统的动态响应差,压力脉动较大及气蚀破坏严重等不良现象,对提升电磁卸荷系统整体的稳定性及可靠性有一定的推进作用。
【学位授予单位】：煤炭科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD421.8

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本文编号：2699069