液压支架立柱试验台液压系统的设计及仿真概要

拐角处有不同程度大小漩涡存在,漩涡存在与流线
性质有关,因为流线不能相交,也不能转折,流束内外流线均不能穿越流束表面,所以形成漩涡,并且各分支管路上由于压力和速度较大,形成的漩涡比较大,漩涡强度比较强,相对主管道上速度和压力小,而漩涡也小,漩涡强度比较弱,由于有漩涡存在则必然消耗流体的动能,而消耗的能量会产生噪声。

能量消耗越大,产生的噪声也越大。

根据计算和分析结果可以确定,在分岔管路的支管路上产生的局部能量损失占主要的部分,从而改进支管路以减少能
量损失。

参考文献:
[1]许同乐.液压破碎锤内锥阀中流道流场的数值分析[J ].润滑与
密封,2006(3:105-107.
[2]王元汉.有限元法基础与程序设计[M ].广州:华南理工大学出版
社,2001.
[3]高殿荣,王益群.分岔管道流场有限元模拟与能量损失机理的分
析[J ].机床与液压,2001(6:34-35.
作者简介:许同乐(1965-,山东临朐人,博士研究生,主要从事液压与控制方面的教学与研究,发表论文50余篇.
收稿日期:2009-02-21
煤矿机械
Coal Mine Machinery
Vol.30No.12
Dec.2009
第30卷第12期2009年12月
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
引言
随着煤矿高产高效综采设备的发展,对高端液压支架及各组成部分的工作性能提出了更严格的要求。

立柱作为液压支架的重要组成部分,同样面临着严峻的考验。

为尽快同国际煤机市场接轨,新型立柱试验台的研制已到了迫在眉睫的地步。

本文以神华ZY16800/32/70立柱的工作参数为例,对立柱试验台液压系统的要求及主要参数设置进行了讨论,并采用仿真计算的方法验证该系统的可行性。

1
液压支架立柱试验的要求
目前,我国液压支架立柱生产厂家对液压支架立柱的试验项目主要依据我国煤炭标准MT313-92《液压支架立柱技术条件》并同时参考液压支架立柱、千斤顶的欧洲标准EN1804-2。

依据上述标准试
验项目的要求,可确定液压支架立柱试验台液压系统的主要技术参数。

依据标准中的试验项目,归纳液压支架立柱试验应具有如下特点:
(1对于退让性及立柱全缩回时的缸底强度试验必须用外加载方式,其余试验项目均采用内加载方式实现。

(2外加载方式中对于缸底强度试验及低速退让性试验项目,拟考虑采用增压系统,在退让性试验中,一次加载过程应保持压力均匀。

(3试验系统应能记录压力-时间曲线和速度-时间曲线。

液压支架立柱试验台主要工作参数的确定:(1外加载系统
液压介质采用液压油L-
HM22,在寿命试验退让性项目中,最大的工作载荷
液压支架立柱试验台液压系统的设计及仿真
舒凤翔1,闫海峰1,张幸福
2
(1.中国矿业大学机电工程学院,江苏徐州221116;2.郑州煤矿机械集团有限公司,郑州450013
摘要:通过对液压支架立柱的试验标准分析,讨论了立柱试验台液压系统的设计及控制方
法,用AMEsim 仿真软件对液压系统的主要工况进行仿真,为试验台液压系统的设计及控制提供了可靠的依据。

关键词:液压支架立柱试验台;AMESim ;液压系统
中图分类号:TD355;TP391文献标志码:A 文章编号:1003-0794(200912-0029-03
Simulate Research about Hydraulic System of Legs in Hydraulic Roof
Support Test Bed
S HU Feng -xiang 1,YAN Hai -feng 1,ZHANG Xing -fu 2
(1.College of Mechanical and Electrical Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,
C hina ;2.Zhengzhou Coal Ming Machinery Group Co.,Ltd.,Zhengzhou 450013,China
Abstract:Through analyzing the standards of leg in hydraulic roof support test,the design and control methods of hydraulic system loading inside for legs test bed has been discussed and the working state of hydraulic system is simulated by using of AMEsim,providing the reliable basis of design and control for hydraulic system .
Key words:hydraulic roof supports test bed ;AMESim ;hydraulic system 试验·研究
29
为1.1倍的额定工作压力,按照我国目前最大的两柱掩护式液压支架—神华
ZY16800/32/70,其立柱底缸活塞尺寸为准500/470,额定工作载荷为8400kN,折算成立柱下腔的试验压力为47MPa,参考现有的生产能力,加载油缸选用2个缸径为450mm的油缸。

外加载速率-流量对应关系见表1,以此确定外加载变量泵为流量40L/min、额定工作压力为32MPa;增压缸的增压比为1:4。

表1外加载油缸速率-流量对应表
(2内加载系统液压介质采用矿用乳化液(95%水+5%乳化油,泵站的额定流量为250L/ min,额定工作压力31.5MPa。

进液管管径为DN19、回液管管径DN25。

2液压支架立柱试验台中液压系统设计
根据两大标准中试验过程的动作要求,在AMEsim 软件草图模式下,设计如图1所示的液压支架立柱试验台中液压系统的仿真原理图。

图1液压支架立柱试验台中液压系统仿真原理图
1.外加载变量泵
2.外加载溢流阀
3.外加载电磁换向阀
4.液控单向阀
5.外加载增压系统电磁换向阀
6.外加载系统增压缸
7.外加载液压缸
8.内加载泵源
9.内加载系统溢流阀10.内加载初撑卸荷电液换向阀11.液控单向阀12.电液换向阀13.内加载增压缸14.立柱安全阀15.被试立柱16.试验框架弹簧刚度17.位移传感器
18.压力传感器19.微分器20.控制调节器
液压系统工作过程分为外加载、内加载2部分。

被测油缸的退让速度由变量泵1调定,外加载系统的最大工作压力由溢流阀2及增压缸增压比确定,电磁换向阀3右位时加载、左位卸荷,液控单向阀4用于外加载保压,对于被测油缸缸底强度试验及低速退让性试验采用外加载增压方式实现,以弥补变量泵的低速性能,电磁换向阀5的左右切换使增压缸6产生高压以满足试验要求;在内加载油路,8为内加载泵房的泵站,溢流阀9用于调定内加载系统的最大工作压力,电液换向阀10右位对被测立柱卸荷缩回、左位初撑加载,液控单向阀11用于内加载系统被测立柱的保压,电液换向阀12左右切换驱动增压缸13,对被测立柱增压加载,安全阀14在测试被测立柱退让性项目时,用于调整立柱的测试压力,在强度试验中不装安全阀。

为保持测试现场环境,可在立柱安全阀后加引流器,使溢流的乳化液通过引流器回到油箱。

位移传感器17检测出的位移变化通过PLC控制器中微分运算求得速度,与给定速度值比较后通过PID软运算来控制变量泵的流量,压力传感器18记录被测立柱的加载压力。

3液压支架立柱试验台液压系统的仿真
(1液压系统仿真参数的确定
仿真工具AMEsim,计算步长0.001s,计算精度10-7,选用标准积分器动态混合算法计算;框架刚度设定1013N/m;外加载油液黏度22cp,体积弹性模量1.7×103MPa;内加载乳化液黏度6cp,体积弹性模量2.1×103MPa。

被测立柱活塞直径500mm,活塞杆直径470mm。

(2液压系统仿真结果及分析
根据EN1804-2,偏心加载耐久性试验,退让速度100mm/min,仿真结果见图2、图3。

图2100mm/min退让速度-时间曲线
图3加载油缸和立柱压力-时间曲线
1.被测力柱压力
2.加载油缸压力
图2中循环6000次,采用闭环PID调节变量泵流量方式加载,大约2.28s,被测立柱的压力达到安全阀开启压力,此时立柱的退让速度出现跳跃和微幅波动,变化量符合标准规定的要求。

由图3可以看出加载过程中压力没有出现波动,是比较理想的结果。

图4、图5、图6为EN1804-2中立柱退让速度2mm/min的强度试验,由于外加载泵的流量和立柱退让速度很小,标准中只要求进行2次试验,故采用开环控制方式以提高系统的稳定性。

外加载通过1:4增压缸进行,避开柱塞泵的小流量区。

数值
退让速率/m·s-1相应流量/L·min-13.33×10-5 0.635
参数
1.67×10-4
3.18
3.33×10-4
6.35
1.67×10-3
31.8
退
让
速
度
/
m
m
·
s
1
时间/s
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7
4
3
5 6
2
1
20
10
11
14
17
19
18
15
16
13
12
8
9
压
力
/
M
P
a
时间/s 10
1
2
20
30
40
-10
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
50
30
图4
2mm/min 退让试验速度、位移-时间
1.立柱退让速度
2.位移
图5
2mm/min 退让速度-时间曲线
图6
被测立柱及加载油缸压力-时间1.被测立柱 2.外加载油缸
图7内加载寿命试验压力-时间曲线
图4中速度曲线在0~0.5s 阶段,电液阀10左位,使得对应在图6中的压力迅速上升达到内加载系统额定压力,电液阀10换中位,使立柱下腔封闭。

外加载系统在0~2s 时间段按全速运行,2s 后按2mm/min 的退让速度运行。

所以初始阶段速度
有跳跃。

2~6.48s 时间段,立柱安全阀没有溢流,图
6中的压力呈上升趋势,6.48s 后安全阀开启,压力
保持恒定。

图5为安全阀开启前后退让速度-时间的放大曲线,从图5中可以看出,由于系统流量太
小,安全阀开启后速度的变化很小,被测立柱退让试验中存在爬行现象。

但图4中的位移曲线依然呈线性向上的趋势,说明平均速度能够符合标准规定的要求。

图7为1.1倍额定载荷,对中加载寿命试验,
0~4s 为初撑阶段压力达到25MPa ;4~16s 为增压阶段,达到试验压力
47MPa ;16~19s 为保压阶段;
19~22s 为卸荷阶段。

一个内加载周期在22s 左右。

4结语
(1依据仿真的结果,外加载系统在低速时采用
开环控制的方式能有效提高系统的稳定性。

(2外加载寿命试验中,采用闭环PID 控制能减少系统误差、改善系统的响应,降低操作人员的
劳动强度。

(3仿真分析能全面了解立柱试验台的各种工况,为试验台液压系统的设计方案准确性提供保障。

参考文献:
[1]Enropean Committee for Standardization EN1804-2Machines for
underground mines-Safety requirements for hydraulic powered roof supports
[S ].British Standards Institution ,2001.
[2]煤炭科学总院北京开采研究所.MT313-92液压支架立柱通用技
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[3]Jame KITCAT Hydraulic Library manual [S ].AMEsim 帮助文件
2007.
[4]路甬祥.液压气动技术手册[K ].北京:机械工业出版社,2005.
作者简介:舒凤翔(1963-,浙江定海人,讲师,从事机械制造及机电一体化方面的教学研究工作,电话:0516-********,电子信箱:
shufengxiang@.
收稿日期:2009-07-17
速度/m m ·s 1、位移/m m
时间/s
0.51.01.50.0-0.5
2
46
8
10
立柱退让速度×10-6/m ·s -1
时间/s
100
806040200-20-40
6.426.446.466.486.506.526.546.56
压力/M P a
时间/s
12 454035302520151050-5 2
4
6
8
10
被测立柱压力/M P a
时间/s
5040
30201000
5
10
15
20
25
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000000000000000000000000000000000000000000000
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