高压大流量水基比例方向阀是煤矿液压支架实现智能化的核心控制元件,关系到整个工作面的精准控制效果和支护安全性。提出一种新型三芯随动式水基比例阀,解决现有水基比例阀难以满足液压支架高压大流量工况及难控制的问题。通过理论分析、AMESim建模仿真及试验对比的综合分析方法,验证三芯随动原理的可行性,探索该阀的位置跟随特性。结果表明:新型水基比例阀具备快速响应能力,额定工作条件下的全行程阶跃响应开启时间为84 ms,关闭时间约为35 ms;斜坡连续控制时,摩擦效应导致三芯随动机构位置跟随效果不佳,小阶跃步进控制能较好克服摩擦效应,使比例阀展示良好的位置跟随特性。研究成果为液压支架高压大流量水基比例阀设计提供参考,同时丰富了水基比例阀类型。

以液压支架矿用电磁先导阀上的电磁铁作为研究对象,通过Ansoft Maxwell软件搭建电磁铁仿真模型并分析电磁铁的动静态特性。通过研究电磁铁极靴凸起高度对电磁铁初始吸力及力位移特性的影响,得出最优的极靴凸起高度值;同时分析不同磁极形状对电磁铁力位移特性的影响,得出平面形磁极的力位移特性好,更适合行程短的电磁铁;最后通过仿真与实验分别研究电磁铁在空载和有负载时的动态特性,分析其动态响应过程,并得出相应的最快动态响应频率。

以一种大流量比例方向阀为研究对象,利用AMESim软件搭建仿真模型,通过正交试验对其关键结构参数进行改进,获得最优化响应特性。将回液阀芯响应时间、进液阀芯开启和关闭响应时间作为评价指标,研究环形阻尼孔、回液阀芯外径、控制腔直径和锥阀口直径4个因素对比例方向阀的影响规律。结果表明:回液阀芯外径对回液阀芯响应时间影响显著,控制腔直径对进液阀芯开启响应时间和关闭时间影响显著;最优结构参数为环形阻尼孔径2.0 mm、回液阀芯外径30 mm、主阀控制腔直径25 mm、锥阀口直径31 mm;与优化前相比,优化后比例方向阀的回液阀芯响应时间减小22.72%,开启和关闭响应时间分别减小34.29%和66.44%,满足优化要求。

大流量电液换向阀的性能好坏直接决定了井下工作面自动化生产效率。针对该阀在使用中易出现的阀芯断裂失效和弹簧损毁的问题,利用AMESim软件研究机械限位行程和阻尼孔对换向阀振动冲击的影响。通过研究发现,机械限位设置不合理容易造成阀芯在开启阶段产生振荡致使弹簧损毁,同时阀芯与机械限位面产生碰撞冲击,致使阀芯薄弱处应力集中并出现疲劳断裂。结果显示,通过合理设计机械限位行程来消除阀芯振荡,同时控制阀芯开启时的加速距离以降低阀芯碰撞速度,减小碰撞应力。合理设计主阀控制腔前端的阻尼孔直径,能在保证阀芯响应速度的前提下进一步大幅减小阀芯与机械限位面的碰撞速度,从而降低碰撞力。

针对液压支架用换向阀出现的断裂现象，分析其结构与工作原理，在此基础上建立其数学模型。联合AMESim软件与ANSYS／LS—DYNA软件模拟研究阀套缓冲阻尼直径对其开启过程机械冲击特性的影响。仿真结果显示，当阀芯开启时，阀套上存在强烈的瞬态机械冲击应力。根据仿真结果对阀套上缓冲阻尼直径进行了优化，优化后阀套上的最大冲击应力降低了52．7％。换向阀疲劳试验结果显示，优化后的阀芯寿命提高了38．3％。该研究为支架用换向阀的可靠性设计提供了一定的参考。

针对煤矿井下液压支架系统液压冲击大的问题，设计了一款新型大流量高水基电液比例换向阀。介绍了所研制的电液比例换向阀的结构及工作原理，并利用AMESim仿真软件搭建了该阀的仿真模型。研究表明，在斜坡信号输入的情况下，该阀能实现正常换向且主阀口开口大小与输入信号成正比例趋势；在阶跃信号输入的情况下，验证了阀的稳定性并分析了阻尼孔和主阀芯末端锥度对阀性能的影响，发现设置合适的阻尼孔直径有利于提高阀的响应速度，合理选择主阀芯末端锥度大小可以提高阀的稳定性。

利用ANSYS建立T形滑环组合密封的二维轴对称有限元模型,将密封结构划分为4个密封区域,研究静、动密封状态下介质压力、密封间隙、摩擦因数和T形滑环斜边与垂直线之间的角度,对组合密封圈密封性能的影响。仿真结果表明,T形滑环组合密封可以满足研究的压力范围下的静、动密封要求。其最大Von Mises应力和最大接触应力随介质压力增大而增大,随密封间隙增大而减小;最大Von Mises应力和最大接触应力随滑环斜边与垂直线之间角度增大而增大,当角度为2.5°~7.5°时,组合密封可达到密封要求且滑环不易磨损;摩擦因数越小,组合密封动密封性能越好。

液动力计算模型是液压阀建模和特性分析的基础和前提,液压支架用换向阀流道复杂,其液动力的分析计算与常规液压阀不同,且这种复杂流道下的液动力大小不易通过试验测试得到,计算模型也无法得到较好的验证。为解决这个问题,建立了液压支架用换向阀的复杂流道模型,利用2个控制体将流道划分为两部分,采用理论计算与流场仿真的方法分别研究阀口处和阀芯折弯流道处的液动力,并根据流场分布特征对传统液动力计算公式进行修正,得到了相应的修正系数;而在液动力的验证方法上,不采用传统的直接测试法,而是分别将修正前和修正后的液动力计算公式应用到液压支架用1000L/min的换向阀数学建模中,通过对比2种情况下换向阀动态特性的仿真结果与试验结果,间接验证液动力修正模型的准确性,避免了直接测试法在应对复杂流道问题时的不足。2种情况下的...

安全阀是液压支架的重要保护元件,基于综采工作面上覆岩层的“砌体梁”结构力学模型,液压支架承受的是静态负载和动态负载的总和,基于此,提出了安全阀动静组合加载试验台(其中蓄能器的载荷模拟静态载荷,气体爆炸产生的载荷模拟动态载荷)。实验初始条件如下:LPG-空气混合气体爆炸前的压力为1.6MPa,安全阀的调定压力为45MPa,蓄能器的充液设定压力为31.5MPa。实验结果表明:被试安全阀压力超调量为5MPa,约为调定压力的11%,被试安全阀压力稳定时间为0.017s。采用ANSYSFluent对安全阀的流场进行仿真,通过高速摄像机得到了安全阀溢流过程的照片,验证了安全阀流场的仿真结果。