履帶行走式液壓支架機械仿真研究

黃愛文（杭州萬向職業技術學院，浙江 杭州 310023）

履帶行走式液壓支架機械仿真研究

黃愛文
（杭州萬向職業技術學院，浙江 杭州 310023）

摘 要：隨著科學技術的進步，我國社會市場經濟的不斷提高，人們的生產生活水準也不斷上升。為了方便人們的生產生活，人們研究出了很多的輔助工具。目前，傳統的機械已經不再適應當今社會的發展需求，為了跟上時代發展的腳步，人們開始應用新型的履帶行走式液壓支架作為煤礦開采技術，這樣不僅可以對煤礦進行充分的開采，提高煤炭資源的采出率，還可以保障工作人員的生命安全。

關鍵詞：履帶；仿真；行走式液壓支架

履帶行走式液壓支架是短壁機械化開采的支護設備，它的支護技術是由液壓支撐方式和掘進機行走方式相結合的。履帶行走式液壓支架具有較強的逃逸與行走功能，并且與運煤車、連續采煤機以及錨桿鉆機等設備共同組成了短壁機械化的連續采煤系統。液壓支架是履帶行走式液壓支架研究中的核心技術，是整個研究的靈魂。不過，前期的系統仿真基礎研究也對液壓系統的設計起著關鍵性的作用。

一、行走支架的構造和工作原理

履帶行走式液壓支架是由控制系統、液壓系統、支護系統以及鏟煤板系統組成的，如圖1所示。其行走的機構采用的是履帶驅動的方式，它沒有支持重量的車輪，所以結構相對簡單，也比較輕盈，同時還比較安全、可靠。液壓支架可以支撐起整個行走支架的重量，同時還可以為行走支架提供行走的動力，是行走支架的靈魂。

履帶行走式液壓支架的行走機構是由上圖1所示的部分組成的。其中，液壓系統是履帶行走式液壓支架的關鍵組成部分。它的工作原理是：液壓馬達為整個行走支架提供了行走的源動力，然后通過行走減速器與驅動鏈輪以及液壓馬達轉動力矩將力傳送到支架的履帶上，克服履帶板和地面之間的摩擦力，最后牽引著行走支架進行移動。

二、技術完善的措施

（一）行走機構的設計

支架設計的關鍵是如何使履帶能夠直接的接地承受住工作的阻力。

首先，由于機器的外形過大，使得它的使用限制比較多，在這種情況下，設計師應該運用履帶行走機構的設計原則對履帶的行走機構作出調整，使履帶能夠最大限度的增加接地面積。其次，為了加強履帶鏈的安全性能與可靠性能，設計者應該采取以下措施：（1）不給機器安裝支重輪，使履帶架和履帶鏈能夠始終保持平面接觸；（2）增加履帶板的節距，降低每塊履帶板所承受的壓力；（3）液壓系統的行走回路中有保護過載的裝置，當水平的推力超出限制的推力時，履帶就會向前移動，從而消除掉過大的水平推力。最后，行走機構的底座是一個受多重力的部件，為了增強底座受力強度，并且能夠降低重量，底座的設計應該采用等強度的設計方式，這樣行走機構才能夠順利地運行。

（二）支架的穩定性

支架在實際的工作中通常會受到比較大的側向水平力，而且支架的高度也相對較高，因此，支架的穩定性是一個比較棘手的問題。在設計支架的時候，設計者要重點關注以下幾個問題，并提出相關的保證措施。

（1）減小銷軸和各部件之間的配套間隙；

（2）加大底板和支架的接觸面積；

（3）增強各部件之間的連接強度；

（4）加大立柱導向段的長度，并使用高強度的聚氨酯對其進行密封；

圖1行走支架總體和行走機構構成

三、液壓系統的組成

隨著科技經濟的發展，制造部門也對履帶行走式液壓支架的液壓系統進行了改良、完善。新型的液壓系統采用了國外的此類產品的相關技術，在原來的液壓系統的基礎上加以完善，提高了履帶行走式液壓支架的可靠性與安全性。同時，新型的液壓系統采用了進口的元部件，并按照由比例閥和變量泵組成了恒功率的比例進行調速系統。

新型的履帶行走式液壓支架按照采煤行業的工藝要求可以分為行走功能回路、支護功能回路、犁煤功能回路、收卷纜功能回路、加油功能回路等五種主要回路。不同的回路具有不同的優缺點，但是都滿足了對煤礦開采的需求，使履帶行走式液壓支架的能夠充分的開采礦井。

四、液壓系統仿真研究

（一）仿真軟件

AME sim軟件是一個全面的仿真數據庫，設計人員通過使用AME sim軟件可以構造出復雜的、多學科領域的系統模型，同時設計師還可以在這個基礎上進行仿真研究、計算和深入的分析；設計師也可以在這個設計平臺上研究所有的元件或者研究系統的動態和穩態。AME sim軟件可以使工程師們快速高效的完成建模仿真的目標，可以幫助用戶降低開發成本與減短開發的周期，增加投資效益。

（二）建模與設置

在AME sim軟件中，液壓系統的建模一般需要經過四個階段，分別是草圖模式、子模型模式、參數模式以及運行模式。其中最重要的建模階段是草圖模式。草圖模式中，設計者需要通過使用軟件提供的模型庫來搭建系統模型。設計者在AME sim軟件中進行仿真研究時，采用的模型通常是集中參數模型，仿真過程中，設計師一般根據自身經驗或者時間物理模型來設定參數。針對一些很難獲得的參數，設計師通常使用軟件中推薦的數值作為參數。建立仿真模型時，由于軟件本身就具有二級液壓缸模型，所以設計者只需要使用元件庫中的子模型就能夠進行建模。

（三）仿真和分析

履帶行走式液壓支架在進行仿真建模時要考慮到它在實際運用中的行走功能、支護功能以及犁煤功能。

對履帶行走式液壓支架的行走功能進行分析時，要特別注意：整機工作的部分只有行走馬達部分。設計者可以把計算的理論載荷當作載荷信號，加入到行走馬達減速器的輸出端。設計者還可以把信號設定在行走馬達開始啟動到行走系統最大載荷時間為3s。然后進行觀察，設計者可以發現，當工作到5s時，系統的壓力基本上就達到平衡了。

履帶行走式液壓支架的支護功能運行時，在液壓系統里一般情況下只有四個液壓支架在工作，所以設計人員必須根據實際狀況計算出油缸能夠承受的壓力，然后將它作為載荷信號加入到液壓模型中。

履帶行走式液壓支架的犁煤功能和其他兩個功能相比較是特別的。履帶行走式液壓支架的犁煤功能與其他功能的不同之處是：在履帶行走的過程中，設計者必須同時開啟犁煤鏟板的液壓缸，使鏟板具有一定的推力，然后推動支護系統前面堆積的煤。此外，設計者還需要把行走系統和鏟板的液壓缸同時開啟。一般來說，鏟板的載荷量都比較小，因此可以忽略不計，在這里，設計者可以只考慮鏟板油缸的工作情況即可。

結語

綜上所述，履帶行走式液壓支架機械的仿真研究，可以直觀的反映出液壓系統在工作時候的動態特性。而且新型的研究方法在設計過程中可以大大地降低研究成本，并且還能提高研究實驗的工作效率，這對機械的液壓系統的設計具有一定的積極作用。通過使用履帶行走式液壓支架，可以充分的開采煤礦資源，能夠提高煤炭資源的采出率，還能夠保障工作人員的生命安全，使采煤工作可以安全快速有效的進行。這對礦井持續的發展有一定積極的意義。

參考文獻

[1]趙斌.履帶行走式液壓支架液壓系統仿真分析[J].煤炭科學技術，2011（04）：101-105.

[2]倪濤.PLC在履帶行走式液壓支架電液控制中的應用[J].液壓與氣動，2011 （07）：171-173.

[3]趙斌，成志鋒，周凱，桑盛遠.履帶行走式液壓支架虛擬樣機仿真分析[J].礦山機械，2010（23）：211-213.

中圖分類號：TD355

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