滑靴副是水压轴向柱塞泵四个重要摩擦副之一,为保证良好的润滑,采用静压支承结构。通过雷诺数分析滑靴副内部流体流态,柱塞阻尼孔为紊流状态,其长度远小于层流状态,密封带水膜为层流状态,有助于减少泄漏和保证滑靴性能。建立滑靴副模型,运用FLUENT分析不同工作压力和不同流体性质下,流场的压力和流速分布,得出滑靴底部水腔内压力分布均匀且为压力最大区域,是主要承受外界负载的区域;密封带处水膜压力沿半径方向逐渐降低;水腔中心的流速远大于油腔中心的流速,其随工作压力的增大而增大,为滑靴的设计提供一定的理论依据。

为提高液压支架的抗冲击性和稳定性,设计了一种额定流量、额定压力分别为50 L/min和45 MPa的一级直动阀与额定流量、额定压力分别为1000 L/min、50 MPa的二级差动阀相组合的新型双级安全阀。开发了基于蓄能器组的快速动载冲击试验系统,利用AMESim-Simulink联合仿真技术获得了快速动载冲击试验系统的压力动态响应特性和双级安全阀压力流量动态响应特性,研制了快速动载冲击试验台样机对双级安全阀进行了测试。结果表明,二级差动阀额定压力、额定流量分别约为49.2 MPa和992 L/min,开启时间小于3 ms,压力稳定时间在13~15 ms范围内,卸荷时间小于5 ms,验证了设计的双级安全阀具有卸荷速度快与抗冲击性能优良的特点及快速动载冲击试验方案的正确性。

安全阀是液压支架的重要保护元件,为提高液压支架的抗冲击性能,首先提出一种额定压力为50 MPa、流量为1000 L/min的液压支架双级安全阀,建立双级安全阀的数学模型;然后通过Matlab数值仿真模拟研究二级进口横截面积、二级差动面积、外弹簧刚度、外弹簧预压缩量等耦合作用对双级安全阀动态特性的影响,获得最佳匹配参数;最后搭建动载冲击试验台,试验验证其动态特性。研究结果表明:二级差动面积减小、外弹簧刚度增大,双级安全阀的压力超调量、压力稳定时间和卸荷时间均减小,最佳匹配参数是二级差动面积为863 mm^(2)和外弹簧刚度为119286 N/m,试验获得双级安全阀的压力、流量稳定值分别为49.2 MPa、1050 L/min,卸荷时间为0.02 s,仿真模拟结果与试验结果基本一致。

为了使统结构的液压支架安全阀在应对煤层顶板冲击时确保液压支架立柱不易受到冲击破坏,设计一种直动与差动相结合的双级联动式液压支架安全阀。根据液压支架受顶板冲击载荷,构建双级安全阀启溢闭过程立柱回路的动态特性模型,进行冲击作用下的动态仿真,获得不同冲击速度和不同冲击持续时间下双级安全阀动态特性曲线。自制快速冲击加载实验台,对公称流量为1000 L/min的双级安全阀样件进行冲击加载实验。结果表明:双级安全阀的稳态压力为45 MPa,稳态流量为950 L/min,压力上升时间为20 ms,压力超调量为22.3%,双级安全阀灵敏度较高,动态特性较好,对顶板不同的冲击形式,可快速对立柱回路进行卸荷降压。

通过分析研究各种配流盘的结构,重新优化设计出了一款开设了双V型卸荷槽的配流盘;利用CFD仿真软件将该配流盘装入到柱塞泵当中进行仿真模拟。通过仿真得出配流盘三角槽的最佳开设宽度约为10°,坡角约为12°,卸荷孔的小孔直径约为0. 8 mm,卸荷孔的大孔直径约为1. 5 mm时,得到的流量曲线最为平滑。压力冲击以及噪声均为最小。结果表明:通过对阻尼槽的改善,流量噪声及气蚀均有所下降。

针对电液伺服阀的传统设计方法和思路的盲目性,分析了永磁动铁式力矩电机的结构及工作原理,然后根据伺服阀的结构原理对力矩电机、衔铁组件、喷嘴挡板阀、滑阀等进行数学分析,建立了伺服阀的完整数学模型,并根据需要进行相应的简化,最后利用MATLAB软件进行数值求解,研究力矩电机等主要结构参数对伺服阀阶跃响应的影响,获得了伺服阀的完整数学模型,为建模仿真提供了理论依据;通过数值仿真运算,得知在力矩电机的结构参数中,零位气隙长度和永久磁铁导磁系数对伺服阀的瞬态响应及稳定值的影响较大,其余参数的影响也不能忽视,研究工作为力矩电机的设计和伺服阀的优化提供了参考。