江 偉，包從望

(六盤水師范學(xué)院 礦業(yè)與土木工程學(xué)院，貴州 六盤水 553000)

提升機(jī)在立井煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)揮著重大作用，隨立井煤礦井深提高，為提高運(yùn)輸效率，提升設(shè)備載重和速度越來越高，發(fā)生提升機(jī)過卷事故頻率增加，嚴(yán)重破壞提升設(shè)備及沿途其他配套裝備，影響煤礦正常生產(chǎn)，給煤礦帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，因此提升機(jī)過卷保護(hù)一直受到很大重視和關(guān)注[1，2]。

提升機(jī)過卷保護(hù)設(shè)備發(fā)展較早，國(guó)內(nèi)初期研發(fā)出很多型號(hào)的過卷緩沖裝置，大多為機(jī)械式緩沖裝置：防撞梁、托罐裝置、BS型多盤摩擦式過卷緩沖裝置、變力吸能器、鋼帶式過卷防護(hù)裝置[3-5]。國(guó)內(nèi)對(duì)機(jī)械式過卷緩沖裝置的研究也不少，張國(guó)旺等[6]比較研究了BS+FHT和HZNZ型過卷緩沖裝置，分析了鋼帶逆止緩沖裝置的優(yōu)越性；尹中會(huì)等[7]針對(duì)過卷時(shí)拉長(zhǎng)鋼帶至斷裂問題，提出用鋼帶+硅橡膠+鋼帶的組合緩沖過卷沖擊；張麗珍[8]對(duì)HCJ(F)-D式防過卷緩沖裝置進(jìn)行了有限元分析，根據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化設(shè)計(jì)了緩沖裝置結(jié)構(gòu)。

但機(jī)械式過卷緩沖裝置易變形、易破損、難恢復(fù)、緩沖時(shí)間短、緩沖行程受限、緩沖力無(wú)法調(diào)節(jié)，因此液壓緩沖技術(shù)逐漸應(yīng)用于提升機(jī)過卷保護(hù)裝置中，目前有兩種形式的過卷液壓緩沖系統(tǒng)：溢流閥過卷液壓系統(tǒng)和油孔式液壓緩沖系統(tǒng)，前者油缸油液經(jīng)溢流閥流入油箱，壓力由溢流閥調(diào)定控制[9，10]；后者油缸油液經(jīng)阻尼孔進(jìn)入柱塞空腔，壓力由阻尼孔決定[11，12]。劉同義[13，14]針對(duì)一般液壓系統(tǒng)難以滿足過卷制動(dòng)初期緩沖器所需大流量要求，提出采用插裝液壓系統(tǒng)。程陽(yáng)銳等[15]通過設(shè)置儲(chǔ)能裝置吸收過卷沖擊，理論分析了液壓過卷緩沖裝置的制動(dòng)過程，并做了實(shí)例驗(yàn)證。尹文軍[16]完善了立井提升機(jī)過卷液壓緩沖系統(tǒng)，研究了插裝式溢流閥開啟壓力對(duì)系統(tǒng)性能的影響情況。然而現(xiàn)有的提升機(jī)液壓緩沖系統(tǒng)存在緩沖油缸上腔壓力波動(dòng)、過卷箕斗頻繁振動(dòng)的問題，本文結(jié)合相關(guān)液壓緩沖技術(shù)的研究[17]，通過增加節(jié)流閥，接通過卷液壓缸有桿腔和無(wú)桿腔，改進(jìn)了提升機(jī)過卷液壓緩沖系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)工作原理，利用AMESIM搭建了系統(tǒng)仿真模型，對(duì)比研究了優(yōu)化前后液壓缸有桿腔壓力、箕斗位移、箕斗速度的變化情況，最后仿真研究了節(jié)流閥通徑對(duì)系統(tǒng)性能的影響，為提升機(jī)過卷緩沖技術(shù)的提升提供一定的參考。

1 提升機(jī)過卷液壓緩沖系統(tǒng)優(yōu)化原理

提升機(jī)過卷液壓緩沖系統(tǒng)如圖1所示，其中圖1(a)為優(yōu)化前的提升機(jī)過卷液壓緩沖系統(tǒng)，圖1(b)為優(yōu)化后的提升機(jī)過卷液壓緩沖系統(tǒng)。

提升過卷液壓緩沖系統(tǒng)主要由：過卷液壓缸、溢流閥、過卷補(bǔ)油閥組成，液壓泵、電磁換向閥主要為調(diào)節(jié)過卷液壓缸活塞設(shè)置，可作為解鎖過卷事故的輔助液壓系統(tǒng)。

優(yōu)化前系統(tǒng)工作原理：發(fā)生過卷事故前，開啟液壓泵，控制電磁換向閥2DT得電，液壓泵高壓油進(jìn)入油液缸有桿腔，活塞縮回到指定位置，電磁換向閥2DT失電，處于中位狀態(tài)；發(fā)生過卷事故后，提升箕斗撞擊過卷?yè)醢澹^卷?yè)醢鍘?dòng)過卷液壓缸活塞迅速伸出，過卷液壓缸有桿腔油液瞬間被壓縮，其油液壓力急劇增大，待其壓力達(dá)到溢流閥設(shè)定的開啟壓力時(shí)，有桿腔油液發(fā)生溢流，另外有桿腔壓力作用于活塞有效面積上，產(chǎn)生阻尼制動(dòng)力，形成一定的制動(dòng)減速度，使活塞緩慢減速，從而緩沖吸收箕斗過卷產(chǎn)生的沖擊。優(yōu)化前的過卷緩沖系統(tǒng)存在一定不足：只有溢流閥開啟時(shí)，有桿腔油液才能流出，導(dǎo)致無(wú)桿腔壓力出現(xiàn)間斷性增大和減小(后續(xù)仿真結(jié)果也驗(yàn)證了其缺陷)。

1—油源；2—液壓泵；3—電磁換向閥；4—過卷液壓缸；5—提升箕斗；6—過卷?yè)醢澹?—提升機(jī)卷筒；8—提升鋼絲繩；9—溢流閥；10—過卷補(bǔ)油閥；11—節(jié)流閥

優(yōu)化后系統(tǒng)僅僅通過設(shè)置一個(gè)節(jié)流閥，使過卷液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔處于常通狀態(tài)，發(fā)生過卷時(shí)，在有桿腔壓力未達(dá)到溢流閥設(shè)定壓力前，有桿腔油液即可流回到無(wú)桿腔，不僅為無(wú)桿腔補(bǔ)充一定油液，還消除了壓力沖擊和壓力波動(dòng)。

2 提升機(jī)過卷液壓緩沖系統(tǒng)仿真模型搭建

優(yōu)化前后的提升機(jī)過卷液壓緩沖系統(tǒng)仿真模型如圖2所示，其中圖2(a)為優(yōu)化前的系統(tǒng)模型，圖2(b)為優(yōu)化的系統(tǒng)模型。

1—油源；2—液壓泵；3—電機(jī)；4—電磁換向閥；5—換向閥信號(hào)源；6—過卷液壓缸；7—提升箕斗；8—液壓油；9—重力加速度；10—溢流閥；11—過卷補(bǔ)油閥；12—節(jié)流閥

仿真參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 過卷緩沖系統(tǒng)仿真參數(shù)

3 提升機(jī)過卷液壓緩沖系統(tǒng)仿真分析

將仿真參數(shù)分別輸入到優(yōu)化前后的提升機(jī)過卷液壓緩沖系統(tǒng)仿真模型中，得到優(yōu)化前后液壓桿有桿腔壓力對(duì)比曲線如圖3所示、箕斗位移對(duì)比曲線如圖4所示、箕斗速度對(duì)比曲線如圖5所示、過卷裝置沖擊力對(duì)比曲線如圖6所示。

圖3 優(yōu)化前后液壓桿有桿腔壓力曲線

圖4 優(yōu)化前后箕斗位移曲線

圖5 優(yōu)化前后箕斗速度曲線

圖6 優(yōu)化前后過卷裝置沖擊力曲線

由圖3—6得：在過卷緩沖過程中，通過增加節(jié)流閥使過卷液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔連通后，消除了過卷液壓缸有桿腔油液壓力波動(dòng)和箕斗速度波動(dòng)，減小了過卷裝置最大沖擊力；優(yōu)化后的過卷液壓緩沖系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)過卷液壓缸活塞復(fù)位；顯然，在過卷緩沖階段，節(jié)流閥發(fā)揮了較好的消波減振作用。

為研究節(jié)流閥通徑對(duì)優(yōu)化后的提升機(jī)過卷液壓緩沖系統(tǒng)的影響，設(shè)置節(jié)流閥通徑分別為3mm、5mm、7mm、9mm、11mm進(jìn)行仿真分析，得到節(jié)流閥通徑對(duì)箕斗位移和箕斗速度的影響規(guī)律如圖7—9所示。

由圖7—9可得：節(jié)流閥通徑對(duì)過卷液壓缸活塞伸出沒有影響，對(duì)過卷液壓缸活塞復(fù)位具有一定的影響，隨節(jié)流閥通徑增大，箕斗復(fù)位時(shí)間縮短，速度波動(dòng)程度先減小后增大，過卷裝置前期最大沖擊力逐漸降低，后期波動(dòng)程度先減小后增大。當(dāng)節(jié)流閥通徑為9mm時(shí)，過卷液壓缸活塞復(fù)位過程中，速度較均勻減小，此時(shí)具有較好的緩沖特性，緩沖過程中過卷裝置最大沖擊力為1.3106N，緩沖時(shí)間為2s，活塞復(fù)位時(shí)間為1.8s。

圖7 節(jié)流閥通徑對(duì)箕斗位移的影響曲線

圖8 節(jié)流閥通徑對(duì)箕斗速度的影響曲線

圖9 節(jié)流閥通徑對(duì)過卷裝置沖擊力的影響曲線

4 結(jié) 論

通過增加節(jié)流閥，接通過卷液壓桿有桿腔和無(wú)桿腔，優(yōu)化了提升機(jī)過卷液壓緩沖系統(tǒng)的緩沖性能，本文介紹了優(yōu)化前后提升機(jī)過卷液壓緩沖系統(tǒng)的工作原理，搭建了優(yōu)化前系統(tǒng)仿真模型，對(duì)比研究了系統(tǒng)緩沖性能，分析了節(jié)流閥通徑對(duì)優(yōu)化后的系統(tǒng)性能的影響規(guī)律，對(duì)提高提升機(jī)過卷液壓緩沖系統(tǒng)性能提供一定的參考，主要得到以下結(jié)論：

1)節(jié)流閥對(duì)消除過卷液壓缸有桿腔壓力波動(dòng)具有較好的緩沖吸收特性，能實(shí)現(xiàn)活塞緩慢復(fù)位。

2)節(jié)流閥通徑過卷液壓缸活塞復(fù)位具有一定的影響，對(duì)其活塞伸出基本無(wú)影響；增大節(jié)流閥通徑，箕斗復(fù)位時(shí)間縮短，箕斗復(fù)位速度波動(dòng)程度先減小后增大。

3)當(dāng)節(jié)流閥通徑為9mm時(shí)，優(yōu)化后的提升機(jī)過卷液壓緩沖系統(tǒng)性能較好。