礦用液壓支架液壓系統建模與仿真分析

涂永平

摘 要：本文針對礦用液壓支架液壓系統，建立了基于AMESim的礦用液壓支架液壓系統模型，對影響工作過程中執行元件的動態響應特性和沖擊時溢流閥動作特性的參數進行了仿真分析并總結歸納，得出對礦用液壓支架液壓系統工作時魯棒性較好的參數。

關鍵詞：礦用液壓支架液壓系統 AMESim 建模 魯棒性

中圖分類號：TD355 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（a）-0024-02

隨著國民經濟和現代工業的發展，煤炭作為國民經濟建設的主要能源，越來越具有其戰略地位。為提高煤炭高產高效、安全生產，作為煤礦井下綜采工作面支護關鍵設備的礦用液壓支架面臨著一場巨大的改革。為了從根本上改善勞動和安全條件，提高采礦的產量和效率。為礦用液壓支架液壓傳動與控制系統的性能和控制精度等提出了更高的要求，而運用計算機仿真技術對液壓系統進行分析具有重要的意義[1-2]。國內對礦用液壓支架液壓系統的動態響應性特別是執行元件的魯棒性一直不能提高，這是液壓系統存在的嚴重問題[3]；同時液壓系統在礦井工作過程中，支架頂部突然受到塌方的沖擊，溢流閥由于開啟時間過長而造成爆缸也是煤炭工業中礦用液壓支架一直存在的問題[4]。正是由于一系列問題的存在給礦用液壓支架的使用帶來諸多負面影響，本文利用AMESim軟件建立液壓支架液壓系統仿真分析模型和溢流閥內部模型，對影響執行元件動態響應和沖擊時溢流閥動作響應的參數進行了仿真分析及規律的探尋，達到提高液壓系統魯棒性、縮短溢流閥開啟時間和提高使用壽命的目的。

1 液壓系統仿真模型的建立

打開AMESim軟件，進入其草圖界面模式，調用系統提供的機械庫、信號控制庫和液壓庫中的元件搭建如圖1所示的建立礦用液壓支架液壓系統AMESim模型并進行仿真分析，各元件的名稱圖上均已標出。點擊首選子模型按鈕，讓AMESim自動為每個元件選擇所需要的最簡單合適的子模型，如需要選擇別的子模型可以雙擊該模型后選擇自己所需的子模型，本液壓系統所有元件均用軟件自動分配的子模型即可。

2 參數設置

3 液壓系統仿真曲線對比分析

仿真完成后，雙擊模型，分別將執行元件液壓缸的速度和溢流閥溢流時間仿真結果用鼠標拖到空白處，仿真曲線就會自動出現，其結果曲線如圖2、3所示。

由圖2執行元件液壓缸速度的對比曲線可以看出，通過第一組和第三組曲線比較我們可以得到彈簧剛度的變化對于執行元件液壓缸的速度有較大影響，彈簧剛度大時執行元件液壓缸在運行初期的振動的比較大且延續時間較長。從圖中可以看出彈簧剛度為200 N/mm時，執行元件液壓缸的振動時間延續了2 s；而彈簧剛度為100 N/mm時，執行元件液壓缸的振動時間僅延續了1 s。為了保證執行元件液壓缸工作時的穩定性，選擇彈簧剛度為100 N/mm的溢流閥較好。

通過圖2中第一組和第二組曲線比較我們可以得到活塞直徑的變化對于執行元件液壓缸的速度也有較大影響，活塞直徑大時執行元件液壓缸在運行初期的振動比較小且延續時間較短。從圖中可以看出活塞直徑為30 mm時，執行元件液壓缸的振動時間僅僅延續了0.5；而活塞直徑為24 mm時，執行元件液壓缸的振動時間延續了1秒。為了保證執行元件液壓缸工作時的穩定性，選擇活塞直徑為30 mm的溢流閥較好。

由圖3溢流閥開啟時間曲線可以看出，雖然第一組和第三組的閥芯開啟時間比第二章短，但是其閥芯的沖擊振動更大，而第二組的開啟時間以滿足設計要求，為了減小閥芯的沖擊，延長使用壽面，選擇第二組的比較好。

綜合上述分析，為了提高執行元件液壓缸工作時的穩定性和減小溢流閥沖擊時候，選擇第二組數據比較好。

4 結語

AMESim強大的元件庫、多層次的建模方式、多種仿真運行模式、豐富的軟件接口使它必將成為建模仿真領域的領導者。本文建立了液壓支架液壓系統仿真模型，通過分析不同參數對執行元件速度和溢流閥開啟時間的影響，得出對提高液壓系統魯棒性和壽命的參數，具有重要實際意義（表2）。

參考文獻

[1] 秦潔.淺論煤炭運輸設備在煤炭生產中的作用[J].中國科技博覽，2010.

[2] 王國法.“十二五”煤礦丌采裝備技術的發展展望[J].煤礦開采，2011（3）：19-24，50.

[3] 羅恩波.國內外液壓支架現狀及我國的發展趨勢[J].煤礦機電，2003（3）：27-28.

[4] 王金華.我國大采高綜采技術與裝備的現狀及發展趨勢[J].煤炭科學技術，2006（1）：4-7.