基于AMESim刮板輸送機液壓張緊系統設計研究

蘇紀朋

（霍州煤電集團辛置煤礦，山西 霍州 031412）

0 引言

由于我國人民生活質量的提高，以至于我國對煤炭的需求越來越大。作為采煤過程的主要運輸設備刮板輸送機具有很有優點，例如運輸能力好、對貨載性質的要求較低、強度高等，煤礦產量高效率高的關鍵是刮板輸送機運行的可靠程度和工作效率的高低[1,2]。在刮板輸送機中起牽引作用的是刮板鏈，它是最脆弱的部分，極易發生故障，刮板輸送機的載重量的變化情況及不同的啟動方式都會損壞鏈條[3,4]。刮板鏈的張力隨著受刮板輸送機運行所受阻力的不同而變化，而運行阻力又受刮板輸送機的貨載量影響，特別是空載及重載時影響程度最大，同時鏈條會隨著運行阻力的變化出現相應的彈性伸長，必須及時調整該部分鏈條的彈性伸長量，否則將會使鏈條最小點的張力逐漸降低到零，損壞鏈條，出現掉鏈、卡鏈的情況等，嚴重影響工作面的正常工作[3,4]。所以要把刮板鏈中伸長的鏈條拆掉，從而保證刮板輸送機工作正常[5]。

1 刮板輸送機的構造

連續運輸機械當中最常見的就是刮板輸送機，牽引構件及溜槽在刮板輸送機當中起支撐作用，刮板輸送機的組成部分是：由動力部、傳動部、機頭架以及鏈輪組件等構成的機頭部；分為有驅動和無驅動兩種的機尾部；起推送和導向作用的刮板鏈；分為中部溜槽、調節溜槽還有過渡溜槽三種的溜槽；起推移作用的推移裝置還有其他附屬裝置等[6]。

2 液壓張緊系統的分析

2.1 液壓系統工作原理

液壓張緊系統的組成部分是高壓管路、液壓缸、壓力傳感器、伸出閥及收縮閥等各類控制閥，該系統的工作原理可如圖1所示：

圖1 液壓張緊系統的原理圖

分元件的作用：

1）乳化液泵站，可將機械能轉化為液壓能且轉化是可逆過程，由于系統所需的高壓乳化液都是由它不斷提供的，所以可稱它為系統的動力源。

2）單活塞的液壓缸，可以調節鏈條的張力，它是通過改變活塞的伸縮情況來改變機尾的移動方向從而進行調節的。

3）該系統最重要的控制閥是伸出閥及收縮閥，改變它的工作情況就可使工作液體的流向發生改變，進而使得液壓缸進行伸出及收縮。

2.2 液壓張緊系統的性能要求

2.2.1 液壓系統性能指標[6]

1）液壓系統的效率。液壓系統的效率描述了系統能量的損失情況，它是一種能量損失率的表現，它主要的損失形式就是熱量。所以必須選擇高性能及高效率的液壓系統。

2）功率利用。功率利用是對主機生產率的高低的一種描述，一般情況下要使變量系統的功率利用率高于定量系統。

3）調速范圍及微調指標。由于機械的負載量及速度變化很大，所以必須選擇具有很大調速范圍的液壓系統。

4）液壓系統剛度。一般來說，剛度是對液壓系統的外負載重不同導致速度所受影響的程度不同的一種反映，剛度變化情況與該系統貨載不同從而產生波動的影響程度成反比。

2.2.2 伺服系統的基本要求

1）穩定性。穩定性是指除去加在系統的干擾后，該系統能夠回到初始情況的能力。實際使用時受多方面的影響，隨著系統參數逐漸發生變化很可能會產生較大的不穩定輸出，使該系統的某些部件產生損壞。因此穩定性非常重要。

2）快速性。系統的快速性描述了響應過程的信號輸出伴隨信號輸入發生變化的快慢程度，還反映了在此過程中完結的快慢。

3）精度。精度是用來評定輸出信號緊跟輸入信號的準確度的指標之一[6]。

2.2.3 液壓張緊系統的性能指標

為更好地描述液壓張進系統的不同運行狀態如伸出狀態、收縮狀態還有停機狀態等，定義了一種衡量標準：性能。在伸出狀態即伸出閥工作時，必須使液壓張緊系統里液壓缸無桿側的壓力在規定的時間內達到設定值；在收縮狀態即收縮閥工作時，和伸出狀態一樣；在停機狀態即系統停止工作時，系統通過發布停機指令，設置一個時間，使機尾按照提前設好的距離伸出鏈條使張力增加，從而為下一次的啟動做準備[6]。每個狀態的要求如表1所示：

表1 液壓張緊系統的性能指標

3 液壓張緊系統的建模過程及仿真模擬

3.1 建立系統仿真模型

3.1.1 模型的簡化

為了更好的研究液壓張緊系統的變化情況，須對其的部分液壓元件進行不同程度的簡化：

1）供液源。建立模型時應當不考慮它卸載時所導致的乳化液溫度變化情況及產生的瞬間沖擊和振動，還應不考慮管路中壓力的不穩定情況。在理想情況乳化液泵站具有較為穩定的出口壓力，因此在建立模型時可用AMESim軟件的FIP01來代替。如圖2所示。

2）伸出閥和收縮閥。建立模型時將伸出閥及收縮閥用電磁換向閥來替代，因為在AMESim軟件無專用的模塊供其使用，所以建立模型時為了完成伸出閥和收縮閥的建模應使用AMESim軟件的HSV23_02、LT00還有比例增益模塊。如圖2所示。

圖2 FIP01、HSV2302及比例增益模塊圖、LT00

3）液壓缸。對液壓缸建模時，使用的是AMESim軟件的HJ020，不對液壓缸的內外泄漏造成的流量損失及產生的壓力進行考慮。

3.1.2 系統仿真模型的建立

在AMESim軟件里建立模型的第一步是草圖模式，第二步是選取子模型，第三步是設置參數。

1）草圖模式。第一步先打開AMESim軟件，然后點擊Sketch mode，根據刮板輸送機液壓張緊系統的工作原理及需要還有各個部件的功能在適合的模型庫里挑選需要的元件。仿真模型如下圖所示：

圖3 液壓張緊系統的仿真模型

2）選取子模型.。第二步是打開子模型模式，按照系統的要求分別選取各個液壓元件所需的子模型。元件如液壓缸、工作介質、質量塊等所采用的子模型如下表所示：

表2 部分液壓元件的子模型

3）設置參數。第三步是參數設置，首先編譯建立的模型，其次根據系統要求，為進行參數設置的元件設置對應的參數，該模型需要設置的參數是piston diameter、rod diameter、length of stroke等。具體參數設置如下表所示，剩余元件設為默認值。

表3 液壓元件的參數

3.2 仿真結果分析

最后一步是進入AMESim軟件的simulation，設置系統的final time及仿真步長print interval，結果得出，伸出狀況下，因為流量隨壓力差的增大而增大，所以當液壓缸的無桿側壓力升高時，壓力差不斷降低，從而導致流量逐漸降低，無桿側的壓力在4.2s就可升高到預先設定的壓力值，保持穩定，符合系統要求；在收縮狀況下，由于高壓乳化液位于無桿側逐漸被擠壓，使得少數機械發生了彈性變形及管路逐漸變寬，同時隨著液控單向閥向相反方向運動，此刻導致無桿側的壓力泄漏過快并且油量泄漏逐步增大，但隨著無桿側的壓力逐步下降直到達到壓力的設定值甚至低于壓力設定值時，系統會在瞬間完成補油。所以在收縮狀況時，需使有桿側的流量降低，活塞運行速度適當減小，對無桿側產生壓力的時間進行增加，從而才不會使液壓缸的壓力過高。

4 結論

刮板輸送機需要滿足較高的系統快速性與穩定性。刮板輸送機的環境適應能力強而且能和其他設備互相協作。影響其工作狀態的最重要因素是它的牽引機構上刮板鏈的運行狀態。本文對刮板輸送機液壓張緊系統進行了分析，并以此為基礎利用AMESim軟件對刮板輸送機液壓張緊系統開展了仿真模擬，還分析了該系統性能并且進行了優化。

（收稿日期：2019-11-1）