三芯随动式水基比例阀位置跟随特性
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。
基于混合润滑模型的往复密封动特性研究
为研究往复运动密封性能,采用MatLab数值方法建立一种混合润滑模型,该模型包含弹性力学、流体力学和接触力学分析。基于混合润滑模型,研究粗糙度和往复速度对动态往复密封摩擦力、泄漏量和油膜厚度等密封性能的影响规律,揭示液压往复密封机制。结果表明往复运动密封圈处于混合润滑状态,接触区不仅有流体压力,还包含粗糙度接触压力;存在临界粗糙度σc和临界速度u c,当粗糙度σ<σc时,随粗糙度的增大内行程的泄漏表现为越来越小的内泄漏,当σ≥σc时,随粗糙度的增大内行程的泄漏表现为越来越大的外泄漏;当速度u
高压大流量水压比例阀负载特性研究
水液压技术具有无污染和良好的动态特性,为了提高液压支架中所使用的换向阀组的性能,提出一种新型水压比例换向阀。对其原理进行分析并建立仿真模型,在斜坡输入信号下,研究了比例阀的稳态控制特性与阀芯的随动特性。分析了流量对阀芯响应特性的影响,确定了在供液条件与外负载不相匹配的情况下,阀芯的响应特性较差,在这种工况下,比例阀依旧能够保持稳定。最后搭建了比例方向阀试验台,分析了空载条件下比例阀阀芯的随动特性,验证了仿真模型的正确性与设计的可行性。
矿用电磁阀动静态特性分析
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。
基于流动因子的高压柱塞副往复密封性能研究
采用数值计算方法,建立了基于平均流动因子的往复密封混合润滑模型。分析了阶梯形组合密封圈表面粗糙度对其往复密封摩擦力、泄漏量和油膜厚度的影响规律。结果表明:内行程摩擦力随粗糙度的增大而增大,而外行程摩擦力无明显变化。存在临界粗糙度σc,当σ<σc时,随粗糙度的增大,内行程向内的剪切流量大于向外的压差流量,内行程泄漏量为正值,表现为越来越小的内泄漏;当σ≥σc时,随粗糙度的增大,内行程向内的剪切流量小于向外的压差流量,内行程泄漏量为负值,表现为越来越大的外泄漏。随着速度的增大,其临界粗糙度随之增大;随粗糙度的增大,平均油膜厚度增大,而粗糙度对量纲一化油膜厚度影响很小。研究方法为往复密封结构设计与优化提供了依据。
矿用电磁先导阀驱动策略
针对液压支架矿用电磁先导阀存在动态响应速度慢、维持阶段功率损耗大等问题,在不改变电磁铁机械结构的情况下,对驱动策略进行了研究。在分析了电磁铁工作原理的基础上,通过Ansoft Maxwell软件搭建电磁铁的仿真模型进行静态特性仿真,把得到的电磁仿真数据结果导入AMESim仿真模型中进行动态分析,并通过实验验证了仿真模型的正确性;分别研究了双极性电压控制、三电压控制和PWM维持占空比控制方式下的电磁先导阀动态特性,并对仿真结果进行了分析。结果表明:双极性电压的控制方式可以明显提升电磁先导阀的动态响应,而三电压和PWM维持占空比的控制方式在提升动态特性的基础上,还有效降低了功耗。
液压支架用大流量换向阀振动冲击分析
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。
大流量换向阀缓冲结构参数优选与试验研究
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。
新型大流量高水基电液比例换向阀的设计和研究
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。