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液壓支架液壓系統(tǒng)建模及仿真分析

文檔作者：王相亭文檔來源：安徽省礦業(yè)機(jī)電裝備有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月10日
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液壓氣動(dòng)與密封／2014年第O2期
液壓支架液壓系統(tǒng)建模及仿真分析
王相亭
(安徽省礦業(yè)機(jī)電裝備有限責(zé)任公司，安徽淮北235037)
摘要：液壓支架作為綜采裝備的關(guān)鍵設(shè)備，其液壓系統(tǒng)的安全性、可靠性和生產(chǎn)效能對(duì)于煤礦開采有著重要的作用。該文提出一種用
AMESim液壓系統(tǒng)仿真建模軟件對(duì)液壓支架液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模的方法．利用AMESim液壓系統(tǒng)建模仿真軟件對(duì)支架的主要液壓
回路進(jìn)行建模仿真，分析其動(dòng)態(tài)特性，仿真結(jié)果有助于改善設(shè)計(jì)、可靠性和可操作性，從而顯著降低了成本和設(shè)計(jì)研發(fā)時(shí)間。
關(guān)鍵詞：液壓支架；液壓系統(tǒng)；AMESim
中圖分類號(hào)：TH137 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008—0813(2014)02—0058—03
M odeling and Simulation of Hydrauhc System for Hydrauhc Support
WANG Xiang-ting
(Anhui Mining Electric Equipment Co．，Ltd．， Huaibei 235037，China)
Abstract： Hydraulic support as an important part in the mining equipment， its security， reliability and production efficiency of the
hydraulic system of hydraulic support plays an important role during coal mimng． This paper presents a simulation modeling way which
used by software AMESim of hydraulic system for a hydraulic suppo~．The main hydraulic circuit simulation model of hydraulic suppo~ is
established in AMESim， and the dynamic characteristics are checked． Simulation resuhs help to improve the design， reliability and
operability，thereby reducing cost and time associated with the design significantly．
Key words：hydraulic suppo~； hydraulic system； AMESim
O 引言
在許多液壓技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)合．如果設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)
階段就考慮到液壓系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性．就可以縮短液
壓系統(tǒng)或元件的設(shè)計(jì)時(shí)間．避免重復(fù)試驗(yàn)和加工帶來
的損失．并且可以提前了解系統(tǒng)在動(dòng)靜態(tài)特性方面存
在的問題并加以改進(jìn)。而這些可通過對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)
特性進(jìn)行預(yù)測(cè)來實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)不僅可以在設(shè)
計(jì)中預(yù)測(cè)系統(tǒng)性能．減少設(shè)計(jì)時(shí)間．還可以通過仿真對(duì)
所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行整體分析和評(píng)估．從而達(dá)到優(yōu)化系
統(tǒng)、縮短設(shè)計(jì)周期和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。
為了對(duì)本文所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行總體評(píng)估．利
收稿日期：2013—07—02
作者簡(jiǎn)介：王相亭(1974一)，男，安徽淮北人，工程師，學(xué)士，從事液壓支架及
液壓支架用閥的設(shè)計(jì)研究。
用AMESim液壓系統(tǒng)建模和仿真軟件對(duì)該支架液壓系
統(tǒng)進(jìn)行建模仿真。驗(yàn)證該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理．是否需
要進(jìn)一步優(yōu)化。AMESim建模仿真軟件一般分為四個(gè)
步驟：① 草圖模式；②子模型模式；③ 參數(shù)模式；④ 仿
真模式
1 AMESim系統(tǒng)建模和仿真
AMESim是法國(guó)IMagine公司于1995年推出的基
于鍵合圖的液壓一機(jī)械系統(tǒng)建模、仿真及動(dòng)力學(xué)分析軟
件。該軟件具有以下特點(diǎn)：
1)多學(xué)科的建模仿真平臺(tái)
AMESim在統(tǒng)一的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科領(lǐng)域的系
統(tǒng)工程的建模和仿真：機(jī)械、液壓、氣動(dòng)、熱、電和磁等
物理學(xué)領(lǐng)域
2)圖形化物理建模方式
參考文 獻(xiàn)
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Hydraulics Pneumatics&amp;amp; Seals，NO．O2．2014
AMESim采用工程技術(shù)語(yǔ)言進(jìn)行建模，并且仿真模
型的建立、擴(kuò)充或改變都是通過圖形界面(GUI)來進(jìn)行
的．使用者不用編制任何程序代碼。
3)魯棒性極強(qiáng)的智能求解器
AMEsim的智能求解器能夠根據(jù)用戶所建立的模
型的數(shù)學(xué)特性自動(dòng)選擇最佳的積分算法．并根據(jù)在不
同的仿真時(shí)刻的系統(tǒng)特點(diǎn)動(dòng)態(tài)地切換積分算法和調(diào)整
積分步長(zhǎng)來縮短仿真時(shí)間和提高仿真精度。
4)齊全的分析工具
AMESim提供了一個(gè)齊全的分析工具以方便用戶
分析和優(yōu)化自己的系統(tǒng)：線性化分析工具、模態(tài)分析工
具、頻譜分析工具以及模型簡(jiǎn)化工具。
2 液壓支架液壓系統(tǒng)仿真分析
液壓支架與乳化液泵站、裝載機(jī)、刮板輸送機(jī)和滾
筒采煤機(jī)等配套使用．成為煤礦綜采工作面的主要機(jī)
械設(shè)備。液壓支架一般有架體、工作機(jī)構(gòu)、液控系統(tǒng)及
附件四大部分組成。根據(jù)液壓支架的工作原理．以及立
柱控制系統(tǒng)和千斤頂系統(tǒng)回路的選擇．?dāng)M定本文所設(shè)
計(jì)的液壓支架液壓系統(tǒng)原理圖如圖1所示。
2．1 主供液系統(tǒng)建模
主供液系統(tǒng)主要由乳化液泵站、主供液管路、主回
液管路、支路供液管路、支路回液管路組成。其中乳化
液泵站是液壓能裝置．是液壓支架液壓系統(tǒng)最重要的
部件 主供液系統(tǒng)是通過乳化液泵站向系統(tǒng)中輸送高
壓工作液來保證液壓支架所有液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能
的．而供液及回液管路主要是作為傳輸乳化液的橋梁。
主供液系統(tǒng)的AMESim模型如圖2所示
圖2 主供液系統(tǒng)AMESim 模型
主供液系統(tǒng)裝置了2臺(tái)乳化液泵．當(dāng)乳化液泵向
系統(tǒng)供液時(shí)。2臺(tái)同時(shí)工作 當(dāng)液壓支架停止用液或其
他原因使供液壓力超過自動(dòng)卸載閥的調(diào)定壓力時(shí)．卸
載閥自動(dòng)卸載．將泵排出的乳化液直接卸載回乳化液
箱．使乳化液泵在空載下運(yùn)行。這樣不但可以節(jié)能省
圖1 液壓支架液壓原理圖
59
液壓氣動(dòng)與密封／2014年第02期
電，而且還可以延長(zhǎng)乳化液泵的使用壽命；交替閥可通
過對(duì)高壓液體進(jìn)行隔離來對(duì)處于備用狀態(tài)的乳化液
泵、卸載閥等液壓元件進(jìn)行檢修；截止閥主要用在維修
單節(jié)支架或支架液控系統(tǒng)出現(xiàn)泄漏時(shí)：溢流閥是為了
防止當(dāng)乳化液泵站的卸載閥失靈時(shí)．系統(tǒng)的壓力升高
而造成泵的過載： 回液斷路閥是為了防止支架在降柱
時(shí)影響其他支架立柱的支撐狀態(tài)
2-2 主要回路系統(tǒng)建模
按照支架的工作過程和動(dòng)作元件．可將支架液壓
系統(tǒng)分為立柱控制系統(tǒng)、推移控制系統(tǒng)和千斤頂控制
系統(tǒng)。立柱、推移和千斤頂控制回路包括支柱、千斤頂
活塞腔的鎖緊、限壓回路和打開支柱與千斤頂活塞腔
液路的控制回路。液壓支架的千斤頂包括前梁、平衡、
護(hù)幫、提座、側(cè)推、仲縮、尾梁和底調(diào)千斤頂?shù)?。這類千
斤頂?shù)目刂葡到y(tǒng)一般由油缸加上一些必要的液壓閥組
成 這而主要介紹支架液壓系統(tǒng)的主要回路系統(tǒng)及其
建模。
對(duì)于大采高支架來說．快速移架是保證正常工作
的關(guān)鍵問題．因此。本文就支架的快速移架回路進(jìn)行
了仿真建模．液壓支架快速移架回路系統(tǒng)模型如圖3
所示
圖3 液壓支架快速移架回路系統(tǒng)模型
上圖所示主要包括立柱、推移油缸和抬底千斤頂
在內(nèi)的液壓系統(tǒng)模型回路．通過對(duì)其進(jìn)行仿真來評(píng)估
系統(tǒng)整體性能。這里只對(duì)快速移架回路中的立柱系統(tǒng)
回路進(jìn)行仿真。
2．3 仿真結(jié)果分析
為進(jìn)一步改善系統(tǒng)設(shè)計(jì)．在仿真過程中．改變系統(tǒng)
中各液壓元件的相關(guān)參數(shù)來觀察其工作狀態(tài)．仿真結(jié)
果如圖4～圖8所示
圖4～圖8是立柱回路系統(tǒng)正常工作狀態(tài)和不正常
工作狀態(tài)時(shí)的各種現(xiàn)象．通過分析其液壓系統(tǒng)工作原
60
理，根據(jù)液壓系統(tǒng)可靠性工程分析方法，利用FMEA(故
障模式影響分析)可靠性系統(tǒng)分析方法對(duì)立柱回路進(jìn)
行可靠性分析．以便提出改進(jìn)措施進(jìn)一步優(yōu)化該系統(tǒng)
回路。
322
薔
312
圖4 主供液路工作壓力
500
500
500
500
5o0
5oo
500
t}s
圖5 主供液路流量變化
500 5006
500 5004
500 5002
；500 5000
)
5004998
5004996
500 4994
圖6 立柱工作壓力 圖7 立柱工作流量變化
600
500
400
300
200
10O
圖8 立柱卡死時(shí)溢流閥溢流量變化
3 結(jié)論
本章主要利用AMESim液壓系統(tǒng)仿真建模軟件對(duì)
該支架的快速移架回路進(jìn)行了液壓系統(tǒng)建模．并對(duì)其
中的立柱回路系統(tǒng)進(jìn)行了仿真分析。得到了其正常情
況下正常工作的一些動(dòng)態(tài)特性圖：為了對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)
一步的可靠性分析．在已建好的仿真模型的基礎(chǔ)上進(jìn)
行。設(shè)置不正常工作的一些因素，觀察期工作狀態(tài)，得
到了相關(guān)的動(dòng)態(tài)特性圖。
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