基于AMESim刮板输送机液压张紧系统设计研究

苏纪朋

（霍州煤电集团辛置煤矿，山西 霍州 031412）

0 引言

由于我国人民生活质量的提高，以至于我国对煤炭的需求越来越大。作为采煤过程的主要运输设备刮板输送机具有很有优点，例如运输能力好、对货载性质的要求较低、强度高等，煤矿产量高效率高的关键是刮板输送机运行的可靠程度和工作效率的高低[1,2]。在刮板输送机中起牵引作用的是刮板链，它是最脆弱的部分，极易发生故障，刮板输送机的载重量的变化情况及不同的启动方式都会损坏链条[3,4]。刮板链的张力随着受刮板输送机运行所受阻力的不同而变化，而运行阻力又受刮板输送机的货载量影响，特别是空载及重载时影响程度最大，同时链条会随着运行阻力的变化出现相应的弹性伸长，必须及时调整该部分链条的弹性伸长量，否则将会使链条最小点的张力逐渐降低到零，损坏链条，出现掉链、卡链的情况等，严重影响工作面的正常工作[3,4]。所以要把刮板链中伸长的链条拆掉，从而保证刮板输送机工作正常[5]。

1 刮板输送机的构造

连续运输机械当中最常见的就是刮板输送机，牵引构件及溜槽在刮板输送机当中起支撑作用，刮板输送机的组成部分是：由动力部、传动部、机头架以及链轮组件等构成的机头部；分为有驱动和无驱动两种的机尾部；起推送和导向作用的刮板链；分为中部溜槽、调节溜槽还有过渡溜槽三种的溜槽；起推移作用的推移装置还有其他附属装置等[6]。

2 液压张紧系统的分析

2.1 液压系统工作原理

液压张紧系统的组成部分是高压管路、液压缸、压力传感器、伸出阀及收缩阀等各类控制阀，该系统的工作原理可如图1所示：

图1 液压张紧系统的原理图

分元件的作用：

1）乳化液泵站，可将机械能转化为液压能且转化是可逆过程，由于系统所需的高压乳化液都是由它不断提供的，所以可称它为系统的动力源。

2）单活塞的液压缸，可以调节链条的张力，它是通过改变活塞的伸缩情况来改变机尾的移动方向从而进行调节的。

3）该系统最重要的控制阀是伸出阀及收缩阀，改变它的工作情况就可使工作液体的流向发生改变，进而使得液压缸进行伸出及收缩。

2.2 液压张紧系统的性能要求

2.2.1 液压系统性能指标[6]

1）液压系统的效率。液压系统的效率描述了系统能量的损失情况，它是一种能量损失率的表现，它主要的损失形式就是热量。所以必须选择高性能及高效率的液压系统。

2）功率利用。功率利用是对主机生产率的高低的一种描述，一般情况下要使变量系统的功率利用率高于定量系统。

3）调速范围及微调指标。由于机械的负载量及速度变化很大，所以必须选择具有很大调速范围的液压系统。

4）液压系统刚度。一般来说，刚度是对液压系统的外负载重不同导致速度所受影响的程度不同的一种反映，刚度变化情况与该系统货载不同从而产生波动的影响程度成反比。

2.2.2 伺服系统的基本要求

1）稳定性。稳定性是指除去加在系统的干扰后，该系统能够回到初始情况的能力。实际使用时受多方面的影响，随着系统参数逐渐发生变化很可能会产生较大的不稳定输出，使该系统的某些部件产生损坏。因此稳定性非常重要。

2）快速性。系统的快速性描述了响应过程的信号输出伴随信号输入发生变化的快慢程度，还反映了在此过程中完结的快慢。

3）精度。精度是用来评定输出信号紧跟输入信号的准确度的指标之一[6]。

2.2.3 液压张紧系统的性能指标

为更好地描述液压张进系统的不同运行状态如伸出状态、收缩状态还有停机状态等，定义了一种衡量标准：性能。在伸出状态即伸出阀工作时，必须使液压张紧系统里液压缸无杆侧的压力在规定的时间内达到设定值；在收缩状态即收缩阀工作时，和伸出状态一样；在停机状态即系统停止工作时，系统通过发布停机指令，设置一个时间，使机尾按照提前设好的距离伸出链条使张力增加，从而为下一次的启动做准备[6]。每个状态的要求如表1所示：

表1 液压张紧系统的性能指标

3 液压张紧系统的建模过程及仿真模拟

3.1 建立系统仿真模型

3.1.1 模型的简化

为了更好的研究液压张紧系统的变化情况，须对其的部分液压元件进行不同程度的简化：

1）供液源。建立模型时应当不考虑它卸载时所导致的乳化液温度变化情况及产生的瞬间冲击和振动，还应不考虑管路中压力的不稳定情况。在理想情况乳化液泵站具有较为稳定的出口压力，因此在建立模型时可用AMESim软件的FIP01来代替。如图2所示。

2）伸出阀和收缩阀。建立模型时将伸出阀及收缩阀用电磁换向阀来替代，因为在AMESim软件无专用的模块供其使用，所以建立模型时为了完成伸出阀和收缩阀的建模应使用AMESim软件的HSV23_02、LT00还有比例增益模块。如图2所示。

图2 FIP01、HSV2302及比例增益模块图、LT00

3）液压缸。对液压缸建模时，使用的是AMESim软件的HJ020，不对液压缸的内外泄漏造成的流量损失及产生的压力进行考虑。

3.1.2 系统仿真模型的建立

在AMESim软件里建立模型的第一步是草图模式，第二步是选取子模型，第三步是设置参数。

1）草图模式。第一步先打开AMESim软件，然后点击Sketch mode，根据刮板输送机液压张紧系统的工作原理及需要还有各个部件的功能在适合的模型库里挑选需要的元件。仿真模型如下图所示：

图3 液压张紧系统的仿真模型

2）选取子模型.。第二步是打开子模型模式，按照系统的要求分别选取各个液压元件所需的子模型。元件如液压缸、工作介质、质量块等所采用的子模型如下表所示：

表2 部分液压元件的子模型

3）设置参数。第三步是参数设置，首先编译建立的模型，其次根据系统要求，为进行参数设置的元件设置对应的参数，该模型需要设置的参数是piston diameter、rod diameter、length of stroke等。具体参数设置如下表所示，剩余元件设为默认值。

表3 液压元件的参数

3.2 仿真结果分析

最后一步是进入AMESim软件的simulation，设置系统的final time及仿真步长print interval，结果得出，伸出状况下，因为流量随压力差的增大而增大，所以当液压缸的无杆侧压力升高时，压力差不断降低，从而导致流量逐渐降低，无杆侧的压力在4.2s就可升高到预先设定的压力值，保持稳定，符合系统要求；在收缩状况下，由于高压乳化液位于无杆侧逐渐被挤压，使得少数机械发生了弹性变形及管路逐渐变宽，同时随着液控单向阀向相反方向运动，此刻导致无杆侧的压力泄漏过快并且油量泄漏逐步增大，但随着无杆侧的压力逐步下降直到达到压力的设定值甚至低于压力设定值时，系统会在瞬间完成补油。所以在收缩状况时，需使有杆侧的流量降低，活塞运行速度适当减小，对无杆侧产生压力的时间进行增加，从而才不会使液压缸的压力过高。

4 结论

刮板输送机需要满足较高的系统快速性与稳定性。刮板输送机的环境适应能力强而且能和其他设备互相协作。影响其工作状态的最重要因素是它的牵引机构上刮板链的运行状态。本文对刮板输送机液压张紧系统进行了分析，并以此为基础利用AMESim软件对刮板输送机液压张紧系统开展了仿真模拟，还分析了该系统性能并且进行了优化。

（收稿日期：2019-11-1）