采煤機調高系統的機液協同仿真分析

賀京華

（山西鄉寧焦煤集團毛則渠煤炭有限公司， 山西 臨汾 042100）

1 采煤機調高系統的工序

采煤機調高系統的工序如圖1所示，采煤機滾筒可以被牢固在某一高度并進行割煤，這樣既可以提升采煤機工作效率，還能在一定程度上調整采煤機的整體性能，當較高的手柄向左側進行拉動時，手液動換向閥的P、A兩個環節所表現出來的是一種接通的模式[2]。與此同時，B、T兩口也處于接通的模式。在這四個點都處于互通的狀態時，壓力油經手液換向閥打開液力鎖進入了高油缸中的活塞腔。與此同時，其他油液經過液力鎖回油箱。在經過上述工序后，工作人員將采煤機的搖臂進行下搖，從而保證采煤機下降。相反，專業的采煤機技術人員若向右側推動手柄，便會直接導致采煤機的搖臂呈逐漸上升的趨勢。

圖1 采煤機調高系統的工作模型圖

2 采煤機調高系統以及閥控缸的數學建模

2.1 調高系統

采煤機中的滾筒位置主要是通過調高油缸活塞的位置來決定的，因此，為了更好地選擇采煤機中的滾筒位置，需要對油缸活塞位置進行合理的調整。研究采煤機調高系統中的主要運動特征并探討研究活塞的具體移動方向與滾筒之間的實際距離。為了更加直觀的進行展示，筆者將其簡化為采煤機調高擺動導桿機構，如圖2所示。并通過圖2所示的具體機構進行了對應的數學建模。

上述可以得出機構封閉矢量方程：

式中：L1為采煤機中搖臂銷軸與油缸銷軸的實際距離，L2為采煤機中搖臂銷軸與油缸活塞銷軸的實際距離，L3為調高油缸活塞桿的實際桿長，L4為油缸

式中：ω1為實際的調高油缸轉動角速度，ω2為采煤機搖臂轉動腳速度，v為調高油缸活塞運動速度。對式（2）兩邊進行時間求導可得出：活塞與缸筒轉動銷軸的實際距離，θ1為油缸缸筒銷軸與采煤機搖臂銷軸之間連線水平方向的夾角，θ2為采煤機搖臂與水平方向的夾角，θ3為調高油缸與水平方向的夾角[4]。對式（1）進行實踐求導得：

式中：ε1為調高油缺轉動角加速度，ε2為搖臂轉動角加速度，a為調高油缺活塞移動加速度。

從式（2）中可知當MC450/933-WG型的采煤機搖臂MATLAB軟件的仿真原理如圖3所示。

圖3 采煤機搖臂MATLAB軟件仿真方框圖

由圖3可知，L2=765 mm，因此，采煤機調高系統中額機液協同仿真的原始條件為采煤機中搖臂以及調高油缸水平的位置，此時的L3=L4=997 mm，θ2=-95.76，θ3=0，采煤機的工作人員假設將油缸活塞運動的速度調制為100 mm/s，其中的仿真時間調制為4.5～4.9 s，采煤機的搖臂與油缸擺動的角速度仿真結果如圖4所示。

圖4 采煤機搖臂以及油缸擺動角速度曲線

由圖4可知，當采煤機中的油缸擺動角處于一個斜線的位置上時，其對整個采煤機運作系統的作用力是處于一個固定值的，當搖臂在2 s的速度處于趨緩狀態后，在2 s后的采煤機便處于逐漸增加的狀態，因此，相關的專業采煤機人員發現采煤機滾筒在進行調高時，整個采煤機的搖臂對于調高的系統具有一定的沖擊力。

2.2 閥控缸

閥控缸原理如圖5所示。

圖5 采煤機閥控非對稱缸原理圖

由圖5可知，專業的采煤機技術工作人員對此建立了相關方程：

式中：Q1、Q2為油缸進油腔以及回油腔的流量，Cic、Cee屬于油缸內外實際的泄漏系數，p1、p2屬于油缸內部的有桿腔以及無桿腔的壓力，A1、A2屬于其實際的有效面積，y為油缸的活塞位移，t為所用的具體時間，V1、V2為油缸無桿腔以及有桿腔的實際容積，βe為實際的有效容積的彈性模量，并得出下述公式：

通過式（4）與式（6）可知，閥控非對稱的缸的方框如圖6所示，并由圖6可知，上述的閥控非對稱缸方框圖更具有一般性，與此同時，該閥控非對稱方框圖不再像以往活塞小位移假設。與此同時，從式（4）公式（6）得出，模型中多處的dPL/dt，更是使得模型處于非線性狀態，從而為專業的采煤機實驗人員的工作帶來一定的復雜性。但是，若是對上述一項忽略不計，便可以保證模型處于線性的狀態，所適用的具體情況也僅僅局限于采煤機調高系統中的活塞小位移的情況。

圖6 閥控非對稱缸方框圖

3 結論

1）采用MATLAB軟件對整體采煤機調高系統的機液協同仿真進行了實驗，實驗結果表明采煤機的搖臂對連接銷軸具有較大的沖擊力。

2）對閥控的非對稱缸進行了數字建模，結果表明閥控非對稱缸的模型是非線性的。

3）采用AMES2M軟件建立了采煤機調高系統的數字模型，并對采煤機的搖臂擺角進行了實際值與定值的比較實驗，實驗表明采用搖臂角位移反饋，可以更好地實現對采煤機滾筒的位置控制。

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