鄭麗偉+李亞男+賈春強(qiáng)

摘要： 通過(guò)對(duì)液壓支架立柱的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真，研究了立柱活柱腔的壓力變化特征，為液壓支架立柱防沖擊系統(tǒng)研究提供必要的理論基礎(chǔ)。

Abstract: The post live column cavity pressure variation characteristics are analyzed through the study of the simulation of dynamic performance of hydraulic support column to provide necessary theoretical basis for the study of the hydraulic support column brace system.

關(guān)鍵詞：立柱；動(dòng)態(tài)特性；仿真

Key words: column；dynamic performance；simulation

中圖分類(lèi)號(hào)：TD355文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2014）23-0055-02

0引言

液壓支架立柱是液壓支架重要的支撐部件，其性能和可靠性直接影響著綜采工作面的安全和生產(chǎn)效率。由于工作面頂板快速來(lái)壓造成支架立柱活塞腔的瞬間壓力成倍增高，進(jìn)而導(dǎo)致立柱壓彎、壓粗、爆裂，頂梁及底座箱焊接件開(kāi)焊與斷裂等破壞現(xiàn)象。

因此，研究立柱活塞腔的壓力動(dòng)態(tài)特性對(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型抗沖擊立柱具有重要的意義。本文以液壓支架雙伸縮立柱為研究對(duì)象，利用功率鍵合圖法對(duì)頂板快速來(lái)壓時(shí)立柱的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真，研究立柱活塞腔的壓力變化特性，為液壓支架立柱防沖擊系統(tǒng)研究提供必要的理論基礎(chǔ)。

1物理模型

[1][2][3][B][W][A][RP][F1][m1][m2][C1][C2][A2][A1][R溢][SQ][4][C]

圖1雙伸縮防沖擊立柱的簡(jiǎn)化模型

液壓支架雙伸縮立柱屬于雙伸縮式液壓缸，主要由活柱、中缸、大缸筒和底閥組成，根據(jù)雙伸縮立柱的工作原理形成其結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)化原理模型如圖1所示。在頂板快速來(lái)壓時(shí)，頂板沉降速度可達(dá)240~600mm/s，有時(shí)甚至更高，使得支架立柱中缸內(nèi)的瞬間壓力可能升高數(shù)倍，直接導(dǎo)致立柱壓彎、壓粗、爆裂、頂梁及底座箱焊接件開(kāi)焊與斷裂等破壞現(xiàn)象。因此，研究雙伸縮立柱中缸內(nèi)的壓力動(dòng)態(tài)特性對(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)支架立柱具有重要的意義。

2功率鍵合圖

功率鍵合圖以一組一階微分方程作為數(shù)學(xué)模型形式，能夠清晰、形象地反映液壓系統(tǒng)中幾乎所有部件對(duì)該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響狀況，真實(shí)地反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。根據(jù)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化物理模型和系統(tǒng)功率流的作用，功率建和圖模型如圖2所示。

[R溢][3][Sq][1][1][4][TF][A2][5][0][7][TF][8][10][1][TF][11][13][0][(2)q2p2][V6F6(6)][(9)q9 p9][A1][A1][V12F12(12)][SF]

圖2功率建合圖模型

3狀態(tài)方程

根據(jù)功率鍵合圖模型建立狀態(tài)方程：

2=Sq-

·

V2-

P6

6=

V2A2-

V9A1

9=A1（

P6-

P12）

12=

V9A1-SF

以某司的320缸徑的雙伸縮立柱為例計(jì)算，其中，B為液壓的體積彈性模量（乳化液的B≈2.1×109Pa），立柱完全升起后中缸和大缸的體積V1=0.09474m3，V2=0.17584m3，R溢為安全閥的簡(jiǎn)化阻性元，對(duì)于一般的系統(tǒng)分析，在鍵合圖中可以表示為從0節(jié)點(diǎn)引出的一個(gè)R元，根據(jù)立柱安全閥的特性取R溢=4.78×109Pa/(m3/s)；慣性元I1=m1=557kg，I2=m2=778.5kg；活塞作用面積A1=0.0660185m2，A2=0.1256m2， 頂板來(lái)壓約為Se=5000kN。

4仿真

通過(guò)Simulink模型進(jìn)行立柱大缸和中缸壓力仿真計(jì)算，得出如下仿真曲線（圖4）。

從曲線中看出，中缸沖擊壓力峰值達(dá)到約118MPa，壓力穩(wěn)定后壓力值約為82MPa，中缸壓力基本上是大缸壓力的2倍，大缸、中缸壓力震蕩波動(dòng)在0.15s和0.22s后趨于穩(wěn)定定值，大缸壓力波動(dòng)明顯好于中缸壓力波動(dòng)，主要是大缸設(shè)置有安全閥，能夠有效地進(jìn)行壓力釋放，中缸設(shè)置底閥，壓力無(wú)法釋放，故在設(shè)計(jì)立柱時(shí)要充分考慮立柱中缸的強(qiáng)度和底閥主密封件的強(qiáng)度。

5結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)雙伸縮立柱動(dòng)態(tài)性能的仿真研究，得出雙伸縮立柱大缸和中缸的壓力曲線，為雙伸縮立柱的設(shè)計(jì)提供理論計(jì)算依據(jù)，并在產(chǎn)品性能分析上提供新的方法和手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]王國(guó)法等.高端液壓支架及先進(jìn)制造技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010.

[2]李海寧，白志峰，趙書(shū)明等.雙伸縮立柱在沖擊力作用下的動(dòng)態(tài)分析[J].煤礦機(jī)械，2010，31(3)：90-92.

[3]劉欣科，趙忠輝，趙銳.沖擊載荷作用下液壓支架動(dòng)態(tài)特性研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，40(12)：66-70.

摘要： 通過(guò)對(duì)液壓支架立柱的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真，研究了立柱活柱腔的壓力變化特征，為液壓支架立柱防沖擊系統(tǒng)研究提供必要的理論基礎(chǔ)。

Abstract: The post live column cavity pressure variation characteristics are analyzed through the study of the simulation of dynamic performance of hydraulic support column to provide necessary theoretical basis for the study of the hydraulic support column brace system.

關(guān)鍵詞：立柱；動(dòng)態(tài)特性；仿真

Key words: column；dynamic performance；simulation

中圖分類(lèi)號(hào)：TD355文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2014）23-0055-02

0引言

液壓支架立柱是液壓支架重要的支撐部件，其性能和可靠性直接影響著綜采工作面的安全和生產(chǎn)效率。由于工作面頂板快速來(lái)壓造成支架立柱活塞腔的瞬間壓力成倍增高，進(jìn)而導(dǎo)致立柱壓彎、壓粗、爆裂，頂梁及底座箱焊接件開(kāi)焊與斷裂等破壞現(xiàn)象。

因此，研究立柱活塞腔的壓力動(dòng)態(tài)特性對(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型抗沖擊立柱具有重要的意義。本文以液壓支架雙伸縮立柱為研究對(duì)象，利用功率鍵合圖法對(duì)頂板快速來(lái)壓時(shí)立柱的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真，研究立柱活塞腔的壓力變化特性，為液壓支架立柱防沖擊系統(tǒng)研究提供必要的理論基礎(chǔ)。

1物理模型

[1][2][3][B][W][A][RP][F1][m1][m2][C1][C2][A2][A1][R溢][SQ][4][C]

圖1雙伸縮防沖擊立柱的簡(jiǎn)化模型

液壓支架雙伸縮立柱屬于雙伸縮式液壓缸，主要由活柱、中缸、大缸筒和底閥組成，根據(jù)雙伸縮立柱的工作原理形成其結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)化原理模型如圖1所示。在頂板快速來(lái)壓時(shí)，頂板沉降速度可達(dá)240~600mm/s，有時(shí)甚至更高，使得支架立柱中缸內(nèi)的瞬間壓力可能升高數(shù)倍，直接導(dǎo)致立柱壓彎、壓粗、爆裂、頂梁及底座箱焊接件開(kāi)焊與斷裂等破壞現(xiàn)象。因此，研究雙伸縮立柱中缸內(nèi)的壓力動(dòng)態(tài)特性對(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)支架立柱具有重要的意義。

2功率鍵合圖

功率鍵合圖以一組一階微分方程作為數(shù)學(xué)模型形式，能夠清晰、形象地反映液壓系統(tǒng)中幾乎所有部件對(duì)該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響狀況，真實(shí)地反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。根據(jù)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化物理模型和系統(tǒng)功率流的作用，功率建和圖模型如圖2所示。

[R溢][3][Sq][1][1][4][TF][A2][5][0][7][TF][8][10][1][TF][11][13][0][(2)q2p2][V6F6(6)][(9)q9 p9][A1][A1][V12F12(12)][SF]

圖2功率建合圖模型

3狀態(tài)方程

根據(jù)功率鍵合圖模型建立狀態(tài)方程：

2=Sq-

·

V2-

P6

6=

V2A2-

V9A1

9=A1（

P6-

P12）

12=

V9A1-SF

以某司的320缸徑的雙伸縮立柱為例計(jì)算，其中，B為液壓的體積彈性模量（乳化液的B≈2.1×109Pa），立柱完全升起后中缸和大缸的體積V1=0.09474m3，V2=0.17584m3，R溢為安全閥的簡(jiǎn)化阻性元，對(duì)于一般的系統(tǒng)分析，在鍵合圖中可以表示為從0節(jié)點(diǎn)引出的一個(gè)R元，根據(jù)立柱安全閥的特性取R溢=4.78×109Pa/(m3/s)；慣性元I1=m1=557kg，I2=m2=778.5kg；活塞作用面積A1=0.0660185m2，A2=0.1256m2， 頂板來(lái)壓約為Se=5000kN。

4仿真

通過(guò)Simulink模型進(jìn)行立柱大缸和中缸壓力仿真計(jì)算，得出如下仿真曲線（圖4）。

從曲線中看出，中缸沖擊壓力峰值達(dá)到約118MPa，壓力穩(wěn)定后壓力值約為82MPa，中缸壓力基本上是大缸壓力的2倍，大缸、中缸壓力震蕩波動(dòng)在0.15s和0.22s后趨于穩(wěn)定定值，大缸壓力波動(dòng)明顯好于中缸壓力波動(dòng)，主要是大缸設(shè)置有安全閥，能夠有效地進(jìn)行壓力釋放，中缸設(shè)置底閥，壓力無(wú)法釋放，故在設(shè)計(jì)立柱時(shí)要充分考慮立柱中缸的強(qiáng)度和底閥主密封件的強(qiáng)度。

5結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)雙伸縮立柱動(dòng)態(tài)性能的仿真研究，得出雙伸縮立柱大缸和中缸的壓力曲線，為雙伸縮立柱的設(shè)計(jì)提供理論計(jì)算依據(jù)，并在產(chǎn)品性能分析上提供新的方法和手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]王國(guó)法等.高端液壓支架及先進(jìn)制造技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010.

[2]李海寧，白志峰，趙書(shū)明等.雙伸縮立柱在沖擊力作用下的動(dòng)態(tài)分析[J].煤礦機(jī)械，2010，31(3)：90-92.

[3]劉欣科，趙忠輝，趙銳.沖擊載荷作用下液壓支架動(dòng)態(tài)特性研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，40(12)：66-70.

摘要： 通過(guò)對(duì)液壓支架立柱的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真，研究了立柱活柱腔的壓力變化特征，為液壓支架立柱防沖擊系統(tǒng)研究提供必要的理論基礎(chǔ)。

Abstract: The post live column cavity pressure variation characteristics are analyzed through the study of the simulation of dynamic performance of hydraulic support column to provide necessary theoretical basis for the study of the hydraulic support column brace system.

關(guān)鍵詞：立柱；動(dòng)態(tài)特性；仿真

Key words: column；dynamic performance；simulation

中圖分類(lèi)號(hào)：TD355文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2014）23-0055-02

0引言

液壓支架立柱是液壓支架重要的支撐部件，其性能和可靠性直接影響著綜采工作面的安全和生產(chǎn)效率。由于工作面頂板快速來(lái)壓造成支架立柱活塞腔的瞬間壓力成倍增高，進(jìn)而導(dǎo)致立柱壓彎、壓粗、爆裂，頂梁及底座箱焊接件開(kāi)焊與斷裂等破壞現(xiàn)象。

因此，研究立柱活塞腔的壓力動(dòng)態(tài)特性對(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型抗沖擊立柱具有重要的意義。本文以液壓支架雙伸縮立柱為研究對(duì)象，利用功率鍵合圖法對(duì)頂板快速來(lái)壓時(shí)立柱的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真，研究立柱活塞腔的壓力變化特性，為液壓支架立柱防沖擊系統(tǒng)研究提供必要的理論基礎(chǔ)。

1物理模型

[1][2][3][B][W][A][RP][F1][m1][m2][C1][C2][A2][A1][R溢][SQ][4][C]

圖1雙伸縮防沖擊立柱的簡(jiǎn)化模型

液壓支架雙伸縮立柱屬于雙伸縮式液壓缸，主要由活柱、中缸、大缸筒和底閥組成，根據(jù)雙伸縮立柱的工作原理形成其結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)化原理模型如圖1所示。在頂板快速來(lái)壓時(shí)，頂板沉降速度可達(dá)240~600mm/s，有時(shí)甚至更高，使得支架立柱中缸內(nèi)的瞬間壓力可能升高數(shù)倍，直接導(dǎo)致立柱壓彎、壓粗、爆裂、頂梁及底座箱焊接件開(kāi)焊與斷裂等破壞現(xiàn)象。因此，研究雙伸縮立柱中缸內(nèi)的壓力動(dòng)態(tài)特性對(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)支架立柱具有重要的意義。

2功率鍵合圖

功率鍵合圖以一組一階微分方程作為數(shù)學(xué)模型形式，能夠清晰、形象地反映液壓系統(tǒng)中幾乎所有部件對(duì)該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響狀況，真實(shí)地反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。根據(jù)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化物理模型和系統(tǒng)功率流的作用，功率建和圖模型如圖2所示。

[R溢][3][Sq][1][1][4][TF][A2][5][0][7][TF][8][10][1][TF][11][13][0][(2)q2p2][V6F6(6)][(9)q9 p9][A1][A1][V12F12(12)][SF]

圖2功率建合圖模型

3狀態(tài)方程

根據(jù)功率鍵合圖模型建立狀態(tài)方程：

2=Sq-

·

V2-

P6

6=

V2A2-

V9A1

9=A1（

P6-

P12）

12=

V9A1-SF

以某司的320缸徑的雙伸縮立柱為例計(jì)算，其中，B為液壓的體積彈性模量（乳化液的B≈2.1×109Pa），立柱完全升起后中缸和大缸的體積V1=0.09474m3，V2=0.17584m3，R溢為安全閥的簡(jiǎn)化阻性元，對(duì)于一般的系統(tǒng)分析，在鍵合圖中可以表示為從0節(jié)點(diǎn)引出的一個(gè)R元，根據(jù)立柱安全閥的特性取R溢=4.78×109Pa/(m3/s)；慣性元I1=m1=557kg，I2=m2=778.5kg；活塞作用面積A1=0.0660185m2，A2=0.1256m2， 頂板來(lái)壓約為Se=5000kN。

4仿真

通過(guò)Simulink模型進(jìn)行立柱大缸和中缸壓力仿真計(jì)算，得出如下仿真曲線（圖4）。

從曲線中看出，中缸沖擊壓力峰值達(dá)到約118MPa，壓力穩(wěn)定后壓力值約為82MPa，中缸壓力基本上是大缸壓力的2倍，大缸、中缸壓力震蕩波動(dòng)在0.15s和0.22s后趨于穩(wěn)定定值，大缸壓力波動(dòng)明顯好于中缸壓力波動(dòng)，主要是大缸設(shè)置有安全閥，能夠有效地進(jìn)行壓力釋放，中缸設(shè)置底閥，壓力無(wú)法釋放，故在設(shè)計(jì)立柱時(shí)要充分考慮立柱中缸的強(qiáng)度和底閥主密封件的強(qiáng)度。

5結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)雙伸縮立柱動(dòng)態(tài)性能的仿真研究，得出雙伸縮立柱大缸和中缸的壓力曲線，為雙伸縮立柱的設(shè)計(jì)提供理論計(jì)算依據(jù)，并在產(chǎn)品性能分析上提供新的方法和手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]王國(guó)法等.高端液壓支架及先進(jìn)制造技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010.

[2]李海寧，白志峰，趙書(shū)明等.雙伸縮立柱在沖擊力作用下的動(dòng)態(tài)分析[J].煤礦機(jī)械，2010，31(3)：90-92.

[3]劉欣科，趙忠輝，趙銳.沖擊載荷作用下液壓支架動(dòng)態(tài)特性研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2012，40(12)：66-70.