矿用液压支架液压系统建模与仿真分析

涂永平

摘 要：本文针对矿用液压支架液压系统，建立了基于AMESim的矿用液压支架液压系统模型，对影响工作过程中执行元件的动态响应特性和冲击时溢流阀动作特性的参数进行了仿真分析并总结归纳，得出对矿用液压支架液压系统工作时鲁棒性较好的参数。

关键词：矿用液压支架液压系统 AMESim 建模 鲁棒性

中图分类号：TD355 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（a）-0024-02

随着国民经济和现代工业的发展，煤炭作为国民经济建设的主要能源，越来越具有其战略地位。为提高煤炭高产高效、安全生产，作为煤矿井下综采工作面支护关键设备的矿用液压支架面临着一场巨大的改革。为了从根本上改善劳动和安全条件，提高采矿的产量和效率。为矿用液压支架液压传动与控制系统的性能和控制精度等提出了更高的要求，而运用计算机仿真技术对液压系统进行分析具有重要的意义[1-2]。国内对矿用液压支架液压系统的动态响应性特别是执行元件的鲁棒性一直不能提高，这是液压系统存在的严重问题[3]；同时液压系统在矿井工作过程中，支架顶部突然受到塌方的冲击，溢流阀由于开启时间过长而造成爆缸也是煤炭工业中矿用液压支架一直存在的问题[4]。正是由于一系列问题的存在给矿用液压支架的使用带来诸多负面影响，本文利用AMESim软件建立液压支架液压系统仿真分析模型和溢流阀内部模型，对影响执行元件动态响应和冲击时溢流阀动作响应的参数进行了仿真分析及规律的探寻，达到提高液压系统鲁棒性、缩短溢流阀开启时间和提高使用寿命的目的。

1 液压系统仿真模型的建立

打开AMESim软件，进入其草图界面模式，调用系统提供的机械库、信号控制库和液压库中的元件搭建如圖1所示的建立矿用液压支架液压系统AMESim模型并进行仿真分析，各元件的名称图上均已标出。点击首选子模型按钮，让AMESim自动为每个元件选择所需要的最简单合适的子模型，如需要选择别的子模型可以双击该模型后选择自己所需的子模型，本液压系统所有元件均用软件自动分配的子模型即可。

2 参数设置

3 液压系统仿真曲线对比分析

仿真完成后，双击模型，分别将执行元件液压缸的速度和溢流阀溢流时间仿真结果用鼠标拖到空白处，仿真曲线就会自动出现，其结果曲线如图2、3所示。

由图2执行元件液压缸速度的对比曲线可以看出，通过第一组和第三组曲线比较我们可以得到弹簧刚度的变化对于执行元件液压缸的速度有较大影响，弹簧刚度大时执行元件液压缸在运行初期的振动的比较大且延续时间较长。从图中可以看出弹簧刚度为200 N/mm时，执行元件液压缸的振动时间延续了2 s；而弹簧刚度为100 N/mm时，执行元件液压缸的振动时间仅延续了1 s。为了保证执行元件液压缸工作时的稳定性，选择弹簧刚度为100 N/mm的溢流阀较好。

通过图2中第一组和第二组曲线比较我们可以得到活塞直径的变化对于执行元件液压缸的速度也有较大影响，活塞直径大时执行元件液压缸在运行初期的振动比较小且延续时间较短。从图中可以看出活塞直径为30 mm时，执行元件液压缸的振动时间仅仅延续了0.5；而活塞直径为24 mm时，执行元件液压缸的振动时间延续了1秒。为了保证执行元件液压缸工作时的稳定性，选择活塞直径为30 mm的溢流阀较好。

由图3溢流阀开启时间曲线可以看出，虽然第一组和第三组的阀芯开启时间比第二章短，但是其阀芯的冲击振动更大，而第二组的开启时间以满足设计要求，为了减小阀芯的冲击，延长使用寿面，选择第二组的比较好。

综合上述分析，为了提高执行元件液压缸工作时的稳定性和减小溢流阀冲击时候，选择第二组数据比较好。

4 结语

AMESim强大的元件库、多层次的建模方式、多种仿真运行模式、丰富的软件接口使它必将成为建模仿真领域的领导者。本文建立了液压支架液压系统仿真模型，通过分析不同参数对执行元件速度和溢流阀开启时间的影响，得出对提高液压系统鲁棒性和寿命的参数，具有重要实际意义（表2）。

参考文献

[1] 秦洁.浅论煤炭运输设备在煤炭生产中的作用[J].中国科技博览，2010.

[2] 王国法.“十二五”煤矿丌采装备技术的发展展望[J].煤矿开采，2011（3）：19-24，50.

[3] 罗恩波.国内外液压支架现状及我国的发展趋势[J].煤矿机电，2003（3）：27-28.

[4] 王金华.我国大采高综采技术与装备的现状及发展趋势[J].煤炭科学技术，2006（1）：4-7.