蘇紀(jì)朋
(霍州煤電集團(tuán)辛置煤礦,山西 霍州 031412)
由于我國人民生活質(zhì)量的提高,以至于我國對(duì)煤炭的需求越來越大。作為采煤過程的主要運(yùn)輸設(shè)備刮板輸送機(jī)具有很有優(yōu)點(diǎn),例如運(yùn)輸能力好、對(duì)貨載性質(zhì)的要求較低、強(qiáng)度高等,煤礦產(chǎn)量高效率高的關(guān)鍵是刮板輸送機(jī)運(yùn)行的可靠程度和工作效率的高低[1,2]。在刮板輸送機(jī)中起牽引作用的是刮板鏈,它是最脆弱的部分,極易發(fā)生故障,刮板輸送機(jī)的載重量的變化情況及不同的啟動(dòng)方式都會(huì)損壞鏈條[3,4]。刮板鏈的張力隨著受刮板輸送機(jī)運(yùn)行所受阻力的不同而變化,而運(yùn)行阻力又受刮板輸送機(jī)的貨載量影響,特別是空載及重載時(shí)影響程度最大,同時(shí)鏈條會(huì)隨著運(yùn)行阻力的變化出現(xiàn)相應(yīng)的彈性伸長,必須及時(shí)調(diào)整該部分鏈條的彈性伸長量,否則將會(huì)使鏈條最小點(diǎn)的張力逐漸降低到零,損壞鏈條,出現(xiàn)掉鏈、卡鏈的情況等,嚴(yán)重影響工作面的正常工作[3,4]。所以要把刮板鏈中伸長的鏈條拆掉,從而保證刮板輸送機(jī)工作正常[5]。
連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械當(dāng)中最常見的就是刮板輸送機(jī),牽引構(gòu)件及溜槽在刮板輸送機(jī)當(dāng)中起支撐作用,刮板輸送機(jī)的組成部分是:由動(dòng)力部、傳動(dòng)部、機(jī)頭架以及鏈輪組件等構(gòu)成的機(jī)頭部;分為有驅(qū)動(dòng)和無驅(qū)動(dòng)兩種的機(jī)尾部;起推送和導(dǎo)向作用的刮板鏈;分為中部溜槽、調(diào)節(jié)溜槽還有過渡溜槽三種的溜槽;起推移作用的推移裝置還有其他附屬裝置等[6]。
液壓張緊系統(tǒng)的組成部分是高壓管路、液壓缸、壓力傳感器、伸出閥及收縮閥等各類控制閥,該系統(tǒng)的工作原理可如圖1所示:
圖1 液壓張緊系統(tǒng)的原理圖
分元件的作用:
1)乳化液泵站,可將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能且轉(zhuǎn)化是可逆過程,由于系統(tǒng)所需的高壓乳化液都是由它不斷提供的,所以可稱它為系統(tǒng)的動(dòng)力源。
2)單活塞的液壓缸,可以調(diào)節(jié)鏈條的張力,它是通過改變活塞的伸縮情況來改變機(jī)尾的移動(dòng)方向從而進(jìn)行調(diào)節(jié)的。
3)該系統(tǒng)最重要的控制閥是伸出閥及收縮閥,改變它的工作情況就可使工作液體的流向發(fā)生改變,進(jìn)而使得液壓缸進(jìn)行伸出及收縮。
2.2.1 液壓系統(tǒng)性能指標(biāo)[6]
1)液壓系統(tǒng)的效率。液壓系統(tǒng)的效率描述了系統(tǒng)能量的損失情況,它是一種能量損失率的表現(xiàn),它主要的損失形式就是熱量。所以必須選擇高性能及高效率的液壓系統(tǒng)。
2)功率利用。功率利用是對(duì)主機(jī)生產(chǎn)率的高低的一種描述,一般情況下要使變量系統(tǒng)的功率利用率高于定量系統(tǒng)。
3)調(diào)速范圍及微調(diào)指標(biāo)。由于機(jī)械的負(fù)載量及速度變化很大,所以必須選擇具有很大調(diào)速范圍的液壓系統(tǒng)。
4)液壓系統(tǒng)剛度。一般來說,剛度是對(duì)液壓系統(tǒng)的外負(fù)載重不同導(dǎo)致速度所受影響的程度不同的一種反映,剛度變化情況與該系統(tǒng)貨載不同從而產(chǎn)生波動(dòng)的影響程度成反比。
2.2.2 伺服系統(tǒng)的基本要求
1)穩(wěn)定性。穩(wěn)定性是指除去加在系統(tǒng)的干擾后,該系統(tǒng)能夠回到初始情況的能力。實(shí)際使用時(shí)受多方面的影響,隨著系統(tǒng)參數(shù)逐漸發(fā)生變化很可能會(huì)產(chǎn)生較大的不穩(wěn)定輸出,使該系統(tǒng)的某些部件產(chǎn)生損壞。因此穩(wěn)定性非常重要。
2)快速性。系統(tǒng)的快速性描述了響應(yīng)過程的信號(hào)輸出伴隨信號(hào)輸入發(fā)生變化的快慢程度,還反映了在此過程中完結(jié)的快慢。
3)精度。精度是用來評(píng)定輸出信號(hào)緊跟輸入信號(hào)的準(zhǔn)確度的指標(biāo)之一[6]。
2.2.3 液壓張緊系統(tǒng)的性能指標(biāo)
為更好地描述液壓張進(jìn)系統(tǒng)的不同運(yùn)行狀態(tài)如伸出狀態(tài)、收縮狀態(tài)還有停機(jī)狀態(tài)等,定義了一種衡量標(biāo)準(zhǔn):性能。在伸出狀態(tài)即伸出閥工作時(shí),必須使液壓張緊系統(tǒng)里液壓缸無桿側(cè)的壓力在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)定值;在收縮狀態(tài)即收縮閥工作時(shí),和伸出狀態(tài)一樣;在停機(jī)狀態(tài)即系統(tǒng)停止工作時(shí),系統(tǒng)通過發(fā)布停機(jī)指令,設(shè)置一個(gè)時(shí)間,使機(jī)尾按照提前設(shè)好的距離伸出鏈條使張力增加,從而為下一次的啟動(dòng)做準(zhǔn)備[6]。每個(gè)狀態(tài)的要求如表1所示:
表1 液壓張緊系統(tǒng)的性能指標(biāo)
3.1.1 模型的簡化
為了更好的研究液壓張緊系統(tǒng)的變化情況,須對(duì)其的部分液壓元件進(jìn)行不同程度的簡化:
1)供液源。建立模型時(shí)應(yīng)當(dāng)不考慮它卸載時(shí)所導(dǎo)致的乳化液溫度變化情況及產(chǎn)生的瞬間沖擊和振動(dòng),還應(yīng)不考慮管路中壓力的不穩(wěn)定情況。在理想情況乳化液泵站具有較為穩(wěn)定的出口壓力,因此在建立模型時(shí)可用AMESim軟件的FIP01來代替。如圖2所示。
2)伸出閥和收縮閥。建立模型時(shí)將伸出閥及收縮閥用電磁換向閥來替代,因?yàn)樵贏MESim軟件無專用的模塊供其使用,所以建立模型時(shí)為了完成伸出閥和收縮閥的建模應(yīng)使用AMESim軟件的HSV23_02、LT00還有比例增益模塊。如圖2所示。
圖2 FIP01、HSV2302及比例增益模塊圖、LT00
3)液壓缸。對(duì)液壓缸建模時(shí),使用的是AMESim軟件的HJ020,不對(duì)液壓缸的內(nèi)外泄漏造成的流量損失及產(chǎn)生的壓力進(jìn)行考慮。
3.1.2 系統(tǒng)仿真模型的建立
在AMESim軟件里建立模型的第一步是草圖模式,第二步是選取子模型,第三步是設(shè)置參數(shù)。
1)草圖模式。第一步先打開AMESim軟件,然后點(diǎn)擊Sketch mode,根據(jù)刮板輸送機(jī)液壓張緊系統(tǒng)的工作原理及需要還有各個(gè)部件的功能在適合的模型庫里挑選需要的元件。仿真模型如下圖所示:
圖3 液壓張緊系統(tǒng)的仿真模型
2)選取子模型.。第二步是打開子模型模式,按照系統(tǒng)的要求分別選取各個(gè)液壓元件所需的子模型。元件如液壓缸、工作介質(zhì)、質(zhì)量塊等所采用的子模型如下表所示:
表2 部分液壓元件的子模型
3)設(shè)置參數(shù)。第三步是參數(shù)設(shè)置,首先編譯建立的模型,其次根據(jù)系統(tǒng)要求,為進(jìn)行參數(shù)設(shè)置的元件設(shè)置對(duì)應(yīng)的參數(shù),該模型需要設(shè)置的參數(shù)是piston diameter、rod diameter、length of stroke等。具體參數(shù)設(shè)置如下表所示,剩余元件設(shè)為默認(rèn)值。
表3 液壓元件的參數(shù)
最后一步是進(jìn)入AMESim軟件的simulation,設(shè)置系統(tǒng)的final time及仿真步長print interval,結(jié)果得出,伸出狀況下,因?yàn)榱髁侩S壓力差的增大而增大,所以當(dāng)液壓缸的無桿側(cè)壓力升高時(shí),壓力差不斷降低,從而導(dǎo)致流量逐漸降低,無桿側(cè)的壓力在4.2s就可升高到預(yù)先設(shè)定的壓力值,保持穩(wěn)定,符合系統(tǒng)要求;在收縮狀況下,由于高壓乳化液位于無桿側(cè)逐漸被擠壓,使得少數(shù)機(jī)械發(fā)生了彈性變形及管路逐漸變寬,同時(shí)隨著液控單向閥向相反方向運(yùn)動(dòng),此刻導(dǎo)致無桿側(cè)的壓力泄漏過快并且油量泄漏逐步增大,但隨著無桿側(cè)的壓力逐步下降直到達(dá)到壓力的設(shè)定值甚至低于壓力設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)會(huì)在瞬間完成補(bǔ)油。所以在收縮狀況時(shí),需使有桿側(cè)的流量降低,活塞運(yùn)行速度適當(dāng)減小,對(duì)無桿側(cè)產(chǎn)生壓力的時(shí)間進(jìn)行增加,從而才不會(huì)使液壓缸的壓力過高。
刮板輸送機(jī)需要滿足較高的系統(tǒng)快速性與穩(wěn)定性。刮板輸送機(jī)的環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)而且能和其他設(shè)備互相協(xié)作。影響其工作狀態(tài)的最重要因素是它的牽引機(jī)構(gòu)上刮板鏈的運(yùn)行狀態(tài)。本文對(duì)刮板輸送機(jī)液壓張緊系統(tǒng)進(jìn)行了分析,并以此為基礎(chǔ)利用AMESim軟件對(duì)刮板輸送機(jī)液壓張緊系統(tǒng)開展了仿真模擬,還分析了該系統(tǒng)性能并且進(jìn)行了優(yōu)化。
(收稿日期:2019-11-1)