基于AMESim液压支架液压系统仿真_高蕾.pdf

第42卷第03期2023年03月煤炭技术Coal TechnologyVol.42 No.03Mar.2023doi:10.13301/ki.ct.2023.03.0540前言煤炭作为国家经济发展的重要能源，在我国消费能源中占比最大。我国煤炭开采量逐年增长，且开采技术和装备也不断发展，但是现代化、智能化的煤炭开采装备还比较欠缺。煤炭井下开采环境极其复杂，矿井装备具有功率大、噪音大、光线暗及工况多变等特点，因此对煤炭井下机械化、自动化及智能化开采尤为重要。液压支架作为煤炭开采重要支撑及安全防护装备，与煤矿刮板运输机协调配合工作，共同向前推进采煤需要的工作面。液压支架根据实际采煤机的前进和后退速度，合理调整自身跟机速度与采煤机速度想匹配，从而最佳完成液压支架的支护和推进采煤工作面的任务。液压支架的跟机速度直接影响综采工作面的工作效率，从而影响煤炭开采的产量；液压支架液压系统控制技术主要成熟技术以液压系统的压力控制为主，但是液压系统的系统压力会受到液压支架动作的影响，具有滞后性、瞬时性导致整体控制系统存在滞后性和不稳定；但液压支架的液压*河南省科技攻关项目（202102210244）基于 AMESim 液压支架液压系统仿真*高蕾1，李江2(1.平顶山职业技术学院，河南 平顶山467000；2.河南理工大学，河南 焦作454003）摘要：对液压支架和液压系统组成进行分析，基于理论分析、AMESim仿真及联合仿真分析的方式对液压支架的液压系统进行研究和分析。研究结果表明：随着液压支架流量增加，液压支架进出口损失压力呈现逐渐增加的趋势；随着仿真时间的增加，液压支架进出口液压系统压力呈现先增加后不变的趋势；在不同流量时，随着仿真时间的增加，液压支架液压缸的液压系统压力呈现循环变化的趋势；随着仿真时间的增加，液压支架的液压缸活塞速度也呈现循环变化的趋势；随着仿真时间的增加，液压支架跟机动作的液压系统压力呈现周期性变化的趋势，与采煤机的降柱、移架、升柱、推溜等跟机动作契合，完成采煤机的安全支护的防护的任务；研究成果可指导液压支架防护和结构优化。关键词：AMESim；液压支架；液压系统；仿真中图分类号：TD353文献标志码：A文章编号：1008 8725（2023）03 264 04Simulation of Hydraulic System for Hydraulic Support Based onAMESimGAO Lei1，LI Jiang2(1.Pingdingshan Vocational and Technical College,Pingdingshan 467000,China；2.Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454003,China)Abstract:The composition of hydraulic support and hydraulic system has been analyzed,the hydraulicsystem of hydraulic support has been studied and analyzed based on theoretical analysis,AMESimsimulation and joint simulation analysis.The research results show that the pressure loss at the inletand outlet of the hydraulic support increases gradually with the increase of the flow of the hydraulicsupport;with the increase of simulation time,the pressure of the hydraulic system at the inlet andoutlet of the hydraulic support increases first and then remains unchanged;at different flow rates,withthe increase of simulation time,the hydraulic system pressure of the hydraulic cylinder of the hydraulicsupport shows a cyclic change trend;with the increase of simulation time,the piston speed of hydrauliccylinder of hydraulic support also shows the trend of cyclic change;with the increase of simulationtime,the hydraulic system pressure of the following action of the hydraulic support shows a periodicchange trend,which is consistent with the following actions of the shearer,such as column lowering,frame moving,column lifting and sliding,so as to complete the protection task of the safety support ofthe shearer;the research results can guide the protection and structural optimization of hydraulic support.Key words:AMESim；hydraulic support;hydraulic system;simulation264系统的流量匹配和控制可以提高液压系统的稳定性。以某型液压支架为研究对象，基于AMESim对液压支架液压系统进行仿真分析，为液压支架自动化、智能化控制提供理论基础及技术支撑。1液压支架及液压系统组成1.1液压支架组成国内通过几十年对液压支架的研究和分析，我国已经研发和制造出安全性和可靠性均有保障的液压支架。液压支架在实际工作过程中需要与刮板运输机和采煤机协调配合工作，共同组成了煤矿综采工作面的自动化综采设备。液压支架主要解决了采煤工作面顶板裸露的各种问题，有效避免了安全事故。液压支架具有结构简单、方便安装和操作、支撑力大、作业空间大、切顶能力强等众多优点，因此在煤矿开采中得到了广泛的应用。为了获得安全、可靠的液压支架，以某型煤矿用液压支架为研究对象，液压支架组成如图1所示。图1液压支架组成1.前立柱2.后立柱3.顶梁4.掩护梁5.前连杆6.后连杆7.底座8.操作阀9.推移装置由图1可知，本研究液压支架主要由前立柱、后立柱、顶梁、掩护梁、前连杆、后连杆、底座、操作阀、推移装置等组成。液压支架在液压系统作业下通过前后立柱的顶升实现顶梁的上下运动，从而配合刮板运输机和采煤机协调配合工作。1.2液压系统组成根据上文分析的液压支架的组成，设计液压支架的液压系统如图2所示。图2液压支架的液压系统1.液压马达2.回流液压管路3.右电磁控制阀4.左电磁控制阀5.单向阀6.溢流阀7.前后运动液压缸8.上下液压缸支撑座9.前后运动液压缸执行机构10.上下液压缸11.上下液压缸执行机构12.进口液压管路由图2可知，液压支架的液压系统主要由液压马达、回流液压管路、电磁控制阀、单向阀、溢流阀、前后运动液压缸、上下液压缸支撑座、前后运动液压缸执行机构、上下液压缸、上下液压缸执行机构、进口液压管路等组成。在液压马达的作用下，通过进口和回流液压管路，在单向阀、电磁控制阀、溢流阀等作用下，控制前后运动液压缸及执行机构、上下液压缸及执行机构按目标要求进行运动，从而实现对液压支架的液压系统进行自动智能化控制。2液压支架液压系统研究分析2.1液压支架液压系统研究技术路线根据上文分析的液压支架和液压系统的组成，设计液压支架液压系统研究技术路线如图3所示。图3液压支架液压系统研究技术路线图由图3可知，为了对液压支架液压系统进行研究，主要通过理论对液压支架液压系统流量系统、液建模仿真对液压系统AMEsim建模与压力损失分析、AMEsim与Simulink联合仿真分析等方式对减小液压支架液压系统压力波动、提高液压支架跟机速度等方面进行研究和分析，从而获得不同液压支架跟机动作流量匹配效果，实现了对液压支架液压系统进行研究和分析。2.2液压支架液压供液系统研究为了对液压支架进行更加深入的研究和分析，对液压支架液压供液系统进行研究和分析，得到液压支架液压供液系统组成如图4所示。图4液压支架液压供液系统组成图由图4可知，液压支架液压供液系统主要由变频器、乳化液泵、清水、乳化液配液箱、乳化液供液箱、吸液口、出液口、支架供液、支架回液等组成。乳第42卷第03期Vol.42 No.03基于AMESim液压支架液压系统仿真高蕾，等123456789123456789101112液压支架液压系统研究液压支架液压系统流量系统理论分析建模仿真联合仿真减小液压支架液压系统压力波动提高液压支架跟机速度不同液压支架跟机动作流量匹配效果液压系统AMESim建模与压力损失分析AMESim与Simulink联合仿真结果分析乳化液配液箱乳化液泵变频器清水出液口支架回液支架供液乳化液供液箱吸液口乳化液泵乳化液泵乳化液泵PO265化液泵在变频器的控制下将清水注入到乳化液配液箱，同时在吸液口、出液口的作用下与乳化液供液箱进行交互，乳化液配液箱和乳化液供液箱也可以相互交互，交互好的乳化液供液箱通过支架供液和回液系统从而实现对液压支架的液压系统进行供液。3仿真及分析根据上文对液压支架的液压系统的研究和分析，对液压支架的液压系统的相关特性进行仿真分析，仿真计算得到不同流量下液压支架的液压系统进出口损失压力如图5所示。图5不同流量下液压支架的液压系统进出口损失压力图由图5可知，随着液压支架流量增加，液压支架进出口损失压力呈现逐渐增加的趋势，但增加趋势的大小不一致，进口最大损失压力为2.0 MPa，出口最大损失压力为1.1 MPa；说明由于进出口负载和管路不一致，导致最大损失压力也存在差异。仿真计算得到不同仿真时间下液压支架的液压系统压力变化曲线如图6所示。图6不同仿真时间下液压支架的液压系统压力变化曲线图由图6可知，随着仿真时间的增加，液压支架进口液压系统压力呈现先增加后不变的趋势；随着仿真时间的增加，液压支架出口液压系统压力也呈现先增加后不变的趋势，且进口液压系统压力大于出口液压系统压力；进口液压系统最大压力为30.0MPa，出口液压系统最大压力为26.0 MPa；说明由于进出口负载和管路不一致，导致液压系统最大压力与最大损失压力一样同样存在差异。仿真计算得到不同仿真时间，不同流量下液压支架液压缸的液压系统压力变化曲线如图7所示。图7不同流量下液压支架液压缸的液压系统压力变化曲线图由图7可知，随着仿真时间的增加，不同流量时，液压支架液压缸的液压系统压力呈现先增加后不变在减少后不变最后增加趋势。在流量为600 L/min时，液压支架液压缸的液压系统最大压力为28.0 MPa；在流量为400 L/min时，液压支架液压缸的液压系统最大压力为25.0 MPa。仿真计算得到不同仿真时间，不同流量下液压支架的液压缸活塞速度变化曲线如图8所示。图8不同流量下液压支架的液压缸活塞速度变化曲线图由图8可知，随着仿真时间的增加，不同流量时，液压支架的液压缸活塞速度呈现先保持不变再增加后减少最后不变的趋势。在流量为600 L/min时，液压支架液压缸的液压系统液压支架的液压缸最大活塞速度为0.16 MPa；在流量为400 L/min时，压支架液压缸的液压系统液压支架的液压缸最大活塞速度为0.15 MPa。仿真计算得到不同仿真时间下液压支架跟机动作的液压系统压力变化曲线如图9所示。由图9可知，随着仿真时间的增加，液压支架跟机动作的液压系统压力呈现先减小后增加再减小后增加再减小后增加再减小后增加最后减小的趋势。减小增加循环变化的趋势对应与采煤机的降柱、移架、升柱、推溜等跟机动作，完成采煤机的安全支护的防护的任务。从上文仿真分析可知，液压支架的运第42卷第03期基于AMESim液压支架液压系统仿真高蕾，等Vol.42 No.0320040006008001 000流量/Lmin-1损失压力/MPa2.01.51.00.5进口出口5100152025时间/s液压系统压力/MPa30252015105进口出口302406810时间/s流量600 L/min1214流量400 L/min液压系统压力/MPa302520151052406810时间/s流量600 L/min1214流量400 L/min活塞速度/ms-10.160.140.120.100.080.060.040.02266动速度与液压系统的供液流量制约，从而极大地影响液压支架的跟机效率。为了获得最佳液压支架跟机效率，需要合理预测和选择液压支架的供液流量。图9不同仿真时间下液压支架跟机动作的液压系统压力变化曲线图4结语（1）分析了液压支架和液压系统的组成，基于理论、仿真建模、联合仿真的方式对液压支架的液压系统进行研究和分析。（2）随着液压支架流量增加，液压支架进出口损失压力呈现逐渐增加的趋势；随着仿真时间的增加，液压支架进出口液压系统压力呈现先增加后不变的趋势。（3）随着仿真时间的增加，不同流量时，液压支架液压缸的液压系统压力呈现先增加后不变再减少后不变最后增加趋势；随着仿真时间的增加，不同流量时，液压支架的液压缸活塞速度呈现先保持不变再增加后减少最后不变的趋势。（4）随着仿真时间的增加，液压支架跟机动作的液压系统压力呈现先减小后增加再减小后增加再减小后增加再减小后增加最后减小的趋势，对应与采煤机的降柱、移架、升柱、推溜等跟机动作，完成采煤机的安全支护的防护的任务。参考文献：1赵怀志,王晓东.液压支架大流量安全阀冲击特性影响因素仿真分析J.液压与气动,2022,46(2):131-137.2高宇龙,姚丽英,张占东,等.基于AMESim的双级保护大流量安全阀开启压力及流量特性影响因素研究J.机床与液压,2022,50(2):156-161.3苏东海,于玲.液压支架反冲洗过滤站反冲洗性能仿真分析J.沈阳工业大学学报,2022,44(1):56-61.4陈小梅.基于AMESim的液压支架连杆结构特性分析J.机电技术,2021(6):2-4，14.5雷亚军,杨建辉,韩春福,等.基于AMESim的综采工作面远距离供液系统仿真分析J.煤矿机械,2021,42(12):172-175.6张颖,赵京鹤.基于自适应滑模控制的液压支架试验台同步控制特性分析J.机床与液压,2021,49(22):176-179.7周如林,乔子石,孟令宇.综采工作面液压支架立柱快速供回液方案研究J.工矿自动化,2021,47(11):74-80.8雷亚军,杨建辉,韩春福,等.基于AMESim的综采工作面远距离供液系统仿真分析J.矿山机械,2021,49(9):12-16.9黄伟福,李伟.液控单向阀对液压支架立柱动态特性影响研究J.煤矿机械,2021,42(9):41-45.10陈黎.基于AEMSim的矿用液压支架控制回路动态特性分析J.煤炭技术,2021,40(8):211-214.作者简介：高蕾（1983-），女，河南平顶山人，讲师，研究方向：计算机技术，电子信箱：.责任编辑：李景奇收稿日期：20220324第42卷第03期Vol.42 No.03基于AMESim液压支架液压系统仿真高蕾，等0510时间/s1520液压系统压力/MPa28242016128425303540267