煤礦無(wú)軌膠輪車機(jī)液系統(tǒng)的研究

王 淵

（霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司木瓜煤礦，山西 呂梁 033102）

0 引言

煤礦運(yùn)輸除了常規(guī)的帶式輸送機(jī)、提升機(jī)等運(yùn)輸設(shè)備外，還包含有無(wú)軌運(yùn)輸設(shè)備和有軌運(yùn)輸設(shè)備。其中，有軌運(yùn)輸設(shè)備還需在工作面鋪設(shè)軌道或者吊裝單軌，存在著眾多的問(wèn)題。無(wú)軌運(yùn)輸設(shè)備相對(duì)于有軌運(yùn)輸設(shè)備而言，具有運(yùn)輸能力大、運(yùn)輸效率高的特點(diǎn)。無(wú)軌膠輪車作為無(wú)軌運(yùn)輸設(shè)備的一種，其集成鏟裝、運(yùn)輸以及卸裝功能為一體，大大的降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而提升了綜采工作面的生產(chǎn)效率和安全性。但是，我國(guó)國(guó)產(chǎn)化的無(wú)軌膠輪車的性能還尚不穩(wěn)定，尤其是液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常出現(xiàn)振擺的現(xiàn)象[1]。造成無(wú)軌膠輪車出現(xiàn)振擺現(xiàn)象的主要原因在于設(shè)備在轉(zhuǎn)向時(shí)油路會(huì)受到瞬間壓力沖擊，不僅會(huì)造成系統(tǒng)振動(dòng)，還會(huì)導(dǎo)致管路破裂，液壓元器件損壞等。因此，開(kāi)展對(duì)無(wú)軌膠輪車機(jī)電液系統(tǒng)的研究工作，為優(yōu)化設(shè)備的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

1 無(wú)軌膠輪車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述

無(wú)軌膠輪車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由液壓部分和機(jī)械部分組成。其中，液壓部分的功能是對(duì)液壓油缸推進(jìn)方向的控制，機(jī)械部分的功能是對(duì)設(shè)備轉(zhuǎn)向方式的控制。本文所研究無(wú)軌膠輪車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為負(fù)載全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向方式為鉸接轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。負(fù)載全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓原理圖如圖1所示：

圖1 負(fù)載全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)液壓原理圖

負(fù)載全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)其中的一個(gè)重要組成元器件為優(yōu)先閥，該閥屬于恒壓差閥。其工作原理為：通過(guò)調(diào)補(bǔ)償閥芯控制閥口的恒壓狀態(tài)，繼而通過(guò)控制閥口的乳化液的流量從而實(shí)現(xiàn)對(duì)閥口開(kāi)度大小的控制。基于優(yōu)先閥能夠?qū)崿F(xiàn)其乳化液流量不受外部載荷變化的情況影響[2]。

轉(zhuǎn)向器作為負(fù)載全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的另一個(gè)核心元件，其本質(zhì)為位置隨動(dòng)系統(tǒng)，其能夠?qū)崿F(xiàn)液壓轉(zhuǎn)向缸輸出位移對(duì)轉(zhuǎn)閥閥芯輸入角位移的隨動(dòng)。即基于轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)方向盤(pán)輸入角位移向液壓油缸行程的精準(zhǔn)傳遞。

2 優(yōu)先閥和轉(zhuǎn)向器的仿真分析

本節(jié)對(duì)負(fù)載全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)先閥和轉(zhuǎn)向器的仿真分析的目的是驗(yàn)證模型的可行性，為后續(xù)無(wú)軌絞車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的機(jī)液聯(lián)合仿真奠定基礎(chǔ)。

2.1 仿真模型的搭建

本文針對(duì)優(yōu)先閥、轉(zhuǎn)向器以及后續(xù)的無(wú)軌絞車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)液聯(lián)合仿真所采用的軟件為AMESim。基于AMESim軟件對(duì)搭建的優(yōu)先閥和轉(zhuǎn)向器的仿真模型如圖2所示。

圖2 仿真模型的搭建

優(yōu)先閥和轉(zhuǎn)向的液壓仿真模型搭建完成后根據(jù)負(fù)載全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中兩個(gè)元件的參數(shù)對(duì)仿真模型的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，根據(jù)控制需求為仿真模型提供相應(yīng)的控制信號(hào)，即為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中方向盤(pán)的控制信號(hào)，繼而對(duì)優(yōu)先閥和轉(zhuǎn)向器的流量、壓力特性進(jìn)行仿真分析[3]。

2.2 仿真結(jié)果分析

經(jīng)仿真可知，得出如下結(jié)論：

1）在各種工況下，系統(tǒng)中通過(guò)等效轉(zhuǎn)向器進(jìn)口的流量隨著方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的增大而且增大，且其變化趨勢(shì)呈現(xiàn)線性關(guān)系[4]。即，說(shuō)明系統(tǒng)中通過(guò)等效轉(zhuǎn)向器內(nèi)的流量與方向盤(pán)的轉(zhuǎn)速成正比，且其進(jìn)口壓降恒定。

2）當(dāng)方向盤(pán)輸入信號(hào)恒定的情況下，給予系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)一定的信號(hào)，通過(guò)等效轉(zhuǎn)向器的流量和壓降不隨發(fā)動(dòng)機(jī)輸入信號(hào)的變化而變化。即說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不會(huì)影響通過(guò)等效轉(zhuǎn)向器的流量和壓降。

3）當(dāng)方向盤(pán)和發(fā)動(dòng)機(jī)的輸入信號(hào)均恒定的情況下，改變系統(tǒng)的外部轉(zhuǎn)向負(fù)載可得：隨著外部轉(zhuǎn)向負(fù)載的增加或者減少，通過(guò)等效轉(zhuǎn)向器的流量和壓降保持不變。即說(shuō)明系統(tǒng)外部轉(zhuǎn)向負(fù)載的變化不會(huì)影響到通過(guò)等效轉(zhuǎn)向器的流量和壓降。

4）當(dāng)方向盤(pán)和發(fā)動(dòng)機(jī)的輸入信號(hào)以及外部轉(zhuǎn)向負(fù)載均恒定的情況下，改變輔助系統(tǒng)負(fù)載可得：隨著輔助系統(tǒng)負(fù)載的增加或者減少，通過(guò)等效轉(zhuǎn)向器的流量和壓降一開(kāi)始有突變的現(xiàn)象，但很快就維持穩(wěn)定保持恒定值。即說(shuō)明輔助系統(tǒng)負(fù)載的變化不會(huì)影響到通過(guò)等效轉(zhuǎn)向器的流量和壓降。

綜上所述，驗(yàn)證了無(wú)軌膠輪車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)優(yōu)先閥和轉(zhuǎn)向器仿真模型的正確性，并得知通過(guò)等效轉(zhuǎn)速器的流量和壓降僅與方向盤(pán)的輸入信號(hào)相關(guān)，與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、外部轉(zhuǎn)向負(fù)載和輔助系統(tǒng)負(fù)載無(wú)關(guān)。

3 無(wú)軌膠輪車機(jī)液聯(lián)合仿真

3.1 仿真模型的搭建

為得到更為準(zhǔn)確的仿真結(jié)果，基于SolidWorks搭建三維仿真模型，將仿真模型導(dǎo)入ADAMS軟件中，得到虛擬模型，并根據(jù)某無(wú)軌膠輪車的相關(guān)參數(shù)對(duì)虛擬樣機(jī)模型中的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，得出如圖3所示的虛擬樣機(jī)模型。

圖3 無(wú)軌膠輪車虛擬樣機(jī)仿真模型

結(jié)合2中基于AMESim所搭建的轉(zhuǎn)向器和優(yōu)先閥的液壓仿真模型和3中所搭建的ADAMS虛擬樣機(jī)機(jī)械模型對(duì)無(wú)軌膠輪車的機(jī)液系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析[5]。

3.2 仿真結(jié)果分析

1）轉(zhuǎn)向油缸壓力響應(yīng)仿真。基于上述模型對(duì)重載慢轉(zhuǎn)（1#工況）、重載快轉(zhuǎn)（2#工況）、輕載慢轉(zhuǎn)（3#工況）、輕載快轉(zhuǎn)（4#工況）下無(wú)軌膠輪車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油缸壓力響應(yīng)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)壓力響應(yīng)結(jié)果

如表1所示，隨著轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的加快和負(fù)載的增加，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油缸壓力的振擺情況越來(lái)越嚴(yán)重。

2）轉(zhuǎn)向油缸流量響應(yīng)仿真。基于上述模型對(duì)重載慢轉(zhuǎn)（1#工況）、重載快轉(zhuǎn)（2#工況）、輕載慢轉(zhuǎn)（3#工況）、輕載快轉(zhuǎn)（4#工況）下無(wú)軌膠輪車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)左右兩個(gè)油缸的流量響應(yīng)情況進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)流量響應(yīng)結(jié)果

分析表2可知，當(dāng)無(wú)軌膠輪車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從右極限位置向左轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，右側(cè)油缸的壓力和流量峰值均大于左側(cè)油缸。此外，當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時(shí)對(duì)系統(tǒng)流量峰值的影響增大，當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，系統(tǒng)的流量波動(dòng)也隨之增大。

4 總結(jié)

無(wú)軌膠輪車作為綜采工作面的運(yùn)輸設(shè)備之一，具有運(yùn)輸量大、運(yùn)輸效率高的優(yōu)勢(shì)。然而，在實(shí)際工作中其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)常都會(huì)管路造成較大的沖擊甚至導(dǎo)致管路破裂。基于AMESim液壓仿真建模軟件和ADAMS機(jī)械仿真建模軟件聯(lián)合對(duì)無(wú)軌膠輪車進(jìn)行仿真分析得出：隨著系統(tǒng)轉(zhuǎn)向速度的增大，負(fù)載的增大對(duì)系統(tǒng)造成的沖擊越大，越容易造成管路破裂等事故的發(fā)生，為后續(xù)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。