缸径液压支架液压系统的动态特性仿真研究

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1、文章编号：1672—0121(2012)05—0044—03缸径液压支架液压系统的动态特性仿真研究史姣。付建华，雷步芳，李永堂，刘志奇(太原科技大学，山西太原030024)摘要：以ZY12000／28／64D型两柱掩护式大缸径液压支架为研究对象，采用灰箱建模方法建立数学模型，运用仿真软件Matlab／Simulink对液压支架液压控制系统的卸载过程进行动态特性的仿真研究并进行分析，得到适当增大控制端面积，可以减小卸载液压冲击。关键词：流体传动与控制；液压支架；液压冲击；Mablab；仿真中图分类号：TH1

2、37．7文献标识码：A0前言综合机械化采煤是煤矿开采技术现代化的重要标志，而液压支架是煤矿综采工作面非常重要的设备之一。随着我国煤炭工业的发展和液压支架日益增长的需求，对液压支架的性能要求也越来越高。液压系统不仅要实现支架的各个动作，还要具有良好的动态过程，它直接影响着支架的稳定性、可靠性及安全性。在液压系统工作过程中，当突然关闭或开启液流通道时，在通道内液体压力发生急剧交替升降的图1立柱液压系统工作原理图波动过程称为液压冲击。当液压冲击过大时会损坏密封装置、管道和液压组件，而且会引起振动和噪将操纵阀置于

3、右位通电工作状态，来自泵站的高声，因此有必要对如何减小液压系统降柱过程中的压液体P打开液控单向阀进入立柱活塞腔使支架液压冲击进行研究。本文以zYl2000／28／64D型液压升起。从打开操纵阀到支架顶梁接触到顶板为升支架为研究对象，采用灰箱建模理论建立降柱过程柱过程，从顶梁接触到顶板到关闭操纵阀为初撑的数学模型，并在Matlab／Simulink软件中建立相应过程。增阻承载阶段：将操纵阀置于中位断电状的仿真模型，通过改变液控单向阀的控制端面积得态，立柱活塞内的压力液体被液控单向阀封闭，从到液控单向阀对系统

4、卸载过程的影响情况，经过仿而保持对顶板的支撑状态。恒阻承载阶段：立柱活真进行参数优化以降低液压冲击现象的发生。塞腔内的压力值基本保持恒定，安全阀开始溢流；卸载降柱阶段：操纵阀置于左位，泵站的高压液体1立柱液压系统的工作原理P进入立柱活塞杆腔，作用于液控单向阀的控制图1为液压支架立柱液压系统工作原理图，端口，使液控单向阀开启，立柱下腔的油液经回液它是由过滤器、截止阀、旁路阀、液控单向阀组、电管路流到回液箱，立柱下降。2液压系统的建模2．1液压系统的数学模型针对液压系统中某些性能参数如粘性阻尼系数等用理论方法

5、难以确认，故采用灰箱建模方法建立数学模型，灰箱建模是一种基于系统结构的物理关系和输入、输出测量数据构建系统的数学关系模型的方法，相对于白箱建模和黑箱建模方法更能把握实际系统行为的本质。通过对立柱液压系统的原理(odel5)的变步长算法。分析，以建立与原系统等价的节点和元件表示的液压系统拓扑结构图，如图2所示。G1图2立柱液压系统拓扑结构图为便于模型建立，做如下的简化：①忽略定量泵图3立柱液压系统的仿真模型的泄漏；②管道的压力损失和容积忽略不计。则由N1、N2、N3节点拓扑约束条件和D、S1、G1、s2子模

6、3液压系统的仿真与性能分析型可得卸载降柱过程的数学模型为：从图4、5中可以看到，立柱降柱过程中，立柱上m2~2=p2_P_P+Ks(0+2)一rn2g-Dx2~2-1-I腔和液控单向阀控制活塞腔的压力在液控单向阀控z+A13~ld-铷2=G1(pl-Pz)qo--G(p-p。)一j制活塞运动后、阀芯尚未运动前保持一直上升状态，达到一定程度后控制活塞的受力平衡被打破，使控_Gl(p，叩z)l×】0Y：flCWrateIJminm11=19l+m学-p—c1一R1一it+：=G(p_p：)1宝一，：CzI褂(

7、1)式中：厂阀S开启过程中阀芯位移；A厂控制油作用面积；A——高压口作用面积；时间／rainA——低压口作用面积；图4降柱阶段液控单向阀阀口的流量曲线广阀S控制腔及节点1处容积之和；500m『’一．s：阀心的质量；400C。——．s阀口综合流量系数；葛300200P2、p广油缸进、出口油压；出100A、A——液压缸有杆和无杆腔的活塞面积；0-100。、——拓扑图中节点1、2处的容积；29．530．030．531．O31．532．032．533．0K——油液体积弹性模量；时间，s卜液压缸的粘性阻尼系数；(a

8、)500m——立柱系统的质量；400∑R——各种摩擦阻力之和；目3o0200——卸载时直接顶作用于立柱的重力；1ooD——液控单向阀的黏性阻尼系数。02．2仿真模型的建立—10029．530．030．531．O31．532．∞2．533．O在Simulink软件中，按照式(1)中的输入输出关时间／s系，构造出系统的方块图如图3所示。仿真模型为连(b)续状态建模，在仿真算法类型中，选择龙格一库塔15图5液控单向阀阀口的压力曲线制