煤矿无轨胶轮车机液系统的研究

王 渊

（霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司木瓜煤矿，山西 吕梁 033102）

0 引言

煤矿运输除了常规的带式输送机、提升机等运输设备外，还包含有无轨运输设备和有轨运输设备。其中，有轨运输设备还需在工作面铺设轨道或者吊装单轨，存在着众多的问题。无轨运输设备相对于有轨运输设备而言，具有运输能力大、运输效率高的特点。无轨胶轮车作为无轨运输设备的一种，其集成铲装、运输以及卸装功能为一体，大大的降低了作业人员的劳动强度，从而提升了综采工作面的生产效率和安全性。但是，我国国产化的无轨胶轮车的性能还尚不稳定，尤其是液压转向系统常出现振摆的现象[1]。造成无轨胶轮车出现振摆现象的主要原因在于设备在转向时油路会受到瞬间压力冲击，不仅会造成系统振动，还会导致管路破裂，液压元器件损坏等。因此，开展对无轨胶轮车机电液系统的研究工作，为优化设备的转向系统奠定基础。

1 无轨胶轮车转向系统概述

无轨胶轮车转向系统由液压部分和机械部分组成。其中，液压部分的功能是对液压油缸推进方向的控制，机械部分的功能是对设备转向方式的控制。本文所研究无轨胶轮车转向系统为负载全液压转向系统，转向方式为铰接转向系统。负载全液压转向系统液压原理图如图1所示：

图1 负载全液压转向系统液压原理图

负载全液压转向系统其中的一个重要组成元器件为优先阀，该阀属于恒压差阀。其工作原理为：通过调补偿阀芯控制阀口的恒压状态，继而通过控制阀口的乳化液的流量从而实现对阀口开度大小的控制。基于优先阀能够实现其乳化液流量不受外部载荷变化的情况影响[2]。

转向器作为负载全液压转向系统中的另一个核心元件，其本质为位置随动系统，其能够实现液压转向缸输出位移对转阀阀芯输入角位移的随动。即基于转向器实现方向盘输入角位移向液压油缸行程的精准传递。

2 优先阀和转向器的仿真分析

本节对负载全液压转向系统优先阀和转向器的仿真分析的目的是验证模型的可行性，为后续无轨绞车转向系统的机液联合仿真奠定基础。

2.1 仿真模型的搭建

本文针对优先阀、转向器以及后续的无轨绞车转向系统机液联合仿真所采用的软件为AMESim。基于AMESim软件对搭建的优先阀和转向器的仿真模型如图2所示。

图2 仿真模型的搭建

优先阀和转向的液压仿真模型搭建完成后根据负载全液压转向系统中两个元件的参数对仿真模型的相关参数进行设定，根据控制需求为仿真模型提供相应的控制信号，即为转向系统中方向盘的控制信号，继而对优先阀和转向器的流量、压力特性进行仿真分析[3]。

2.2 仿真结果分析

经仿真可知，得出如下结论：

1）在各种工况下，系统中通过等效转向器进口的流量随着方向盘转动角度的增大而且增大，且其变化趋势呈现线性关系[4]。即，说明系统中通过等效转向器内的流量与方向盘的转速成正比，且其进口压降恒定。

2）当方向盘输入信号恒定的情况下，給予系统发动机一定的信号，通过等效转向器的流量和压降不随发动机输入信号的变化而变化。即说明发动机转速不会影响通过等效转向器的流量和压降。

3）当方向盘和发动机的输入信号均恒定的情况下，改变系统的外部转向负载可得：随着外部转向负载的增加或者减少，通过等效转向器的流量和压降保持不变。即说明系统外部转向负载的变化不会影响到通过等效转向器的流量和压降。

4）当方向盘和发动机的输入信号以及外部转向负载均恒定的情况下，改变辅助系统负载可得：随着辅助系统负载的增加或者减少，通过等效转向器的流量和压降一开始有突变的现象，但很快就维持稳定保持恒定值。即说明辅助系统负载的变化不会影响到通过等效转向器的流量和压降。

综上所述，验证了无轨胶轮车转向系统优先阀和转向器仿真模型的正确性，并得知通过等效转速器的流量和压降仅与方向盘的输入信号相关，与发动机转速、外部转向负载和辅助系统负载无关。

3 无轨胶轮车机液联合仿真

3.1 仿真模型的搭建

为得到更为准确的仿真结果，基于SolidWorks搭建三维仿真模型，将仿真模型导入ADAMS软件中，得到虚拟模型，并根据某无轨胶轮车的相关参数对虚拟样机模型中的参数进行设置，得出如图3所示的虚拟样机模型。

图3 无轨胶轮车虚拟样机仿真模型

结合2中基于AMESim所搭建的转向器和优先阀的液压仿真模型和3中所搭建的ADAMS虚拟样机机械模型对无轨胶轮车的机液系统进行仿真分析[5]。

3.2 仿真结果分析

1）转向油缸压力响应仿真。基于上述模型对重载慢转（1#工况）、重载快转（2#工况）、轻载慢转（3#工况）、轻载快转（4#工况）下无轨胶轮车转向系统油缸压力响应进行仿真，仿真结果见表1。

表1 转向系统压力响应结果

如表1所示，随着转向系统转速的加快和负载的增加，转向系统油缸压力的振摆情况越来越严重。

2）转向油缸流量响应仿真。基于上述模型对重载慢转（1#工况）、重载快转（2#工况）、轻载慢转（3#工况）、轻载快转（4#工况）下无轨胶轮车转向系统左右两个油缸的流量响应情况进行仿真，仿真结果见表2。

表2 转向系统流量响应结果

分析表2可知，当无轨胶轮车转向系统从右极限位置向左转动的情况下，右侧油缸的压力和流量峰值均大于左侧油缸。此外，当转速增大时对系统流量峰值的影响增大，当负载增大时，系统的流量波动也随之增大。

4 总结

无轨胶轮车作为综采工作面的运输设备之一，具有运输量大、运输效率高的优势。然而，在实际工作中其转向系统常都会管路造成较大的冲击甚至导致管路破裂。基于AMESim液压仿真建模软件和ADAMS机械仿真建模软件联合对无轨胶轮车进行仿真分析得出：随着系统转向速度的增大，负载的增大对系统造成的冲击越大，越容易造成管路破裂等事故的发生，为后续转向机构的优化奠定基础。