液压缸是液压支架系统中重要的执行元件,其节液孔的液阻特性对液压支架的移动性能影响较大。以推移液压缸为例,采用压差流量试验研究了乳化液条件下不同直径节流孔的液阻特性变化规律,并对试验结果与理论计算值差异进行了分析,可为液压支架移动力学特性的进一步研究提供借鉴和参考。

采煤是煤矿生产的核心环节,经过近年来煤矿装备高端化发展,尤其是智能化建设的大力推进,我国采煤工作面开采技术快速发展,液压支架自动跟机移架、采煤机记忆截割、工作面视频监控、综采自动化集中控制、智能化集成供液等技术在条件较好的工作面广泛应用,初步实现了工作面智能化开采。然而,与国外先进开采水平相比,在开采效能方面尚存较大差距。由于采煤机(进口)割煤速度快,液压支架跟机速度慢,导致存在丢架现象。

作为大功率刮板输送机的最有效的软启动装置之一,阀控充液型液力偶合器是目前制约我国大型刮板输送机的技术瓶颈。结合后部刮板输送机负载特性,提出了阀控偶合器性能需求,指出偶合器工作腔及控制阀组设计和制造等是阀控偶合器的技术关键。基于CFD方法优化设计了阀控偶合器腔型,采用单向流体—结构耦合(FSI)方法分析了泵轮强度,并对结构进行了优化,研制出高压外控型电液控制阀组,对无键连接轴超高压拆装、大型铜合金叶轮铸造等进行技术攻关,成功开发出1 000 kW阀控偶合器。试验表明所开发的偶合器控制阀组响应快速,偶合器整体特性满足后部刮板输送机要求。

液压支架精准推移与快速跟机是实现工作面智能化开采的关键技术支撑。为实现智能化开采,将液压支架精准推移等效为煤矿环境下的阀控缸系统精准位置控制;快速跟机则需从跟机工艺、稳压供液、快速移架等方面实现。针对液压支架精准推移技术,指出可借鉴相关领域成熟的阀控缸精准位置控制技术,总结了电液比例阀、高速开关阀、电磁换向阀控缸位置控制技术的研究成果及借鉴到煤矿领域存在的问题,提出可通过研制适合井下环境的大流量高压水基电液比例阀、开发智能优化控制算法2种途径实现液压支架精准推移。针对液压支架快速跟机技术,指出目前液压支架自动跟机因跟机工艺不合理、供液系统不稳定、移架工序不合理等,导致跟机速度慢,且易出现推移不到位、丢架等情况,从优化跟机工艺、稳压供液、快速移架3个方面总结了提高跟机速度相关研

针对强冲击载荷作用下立柱卸荷系统响应慢导致缸筒胀缸等形式的失效破坏,设计了一种基于气体缓冲机理的抗冲击立柱。建立其数学模型,推导了立柱的等效刚度表达式,分析了初始充气压力和充气体积对立柱等效刚度的影响规律;利用仿真软件建立冲击试验模型,对其缓冲性能进行了分析,研究了各结构参数变化对冲击效果的影响。结果表明,抗冲击立柱的刚度随活塞位移的变化而变化,合理设置预充气压力和气室体积能调节立柱刚度。与传统立柱相比,该抗冲击立柱缓冲过程平稳,冲击初期及时让位,通过降低系统压力峰值及系统平均压力能够有效减小压力冲击10%左右。

为了实现大功率阀控偶合器对控制阀响应速度快、通流能力大且具有抗阻塞能力的基本特性要求，设计了主阀带有尾锥结构的水介质低压大流量先导式电磁阀组．应用AMESim仿真软件分析了弹簧刚度、节流孔直径等参数对阀的动、静态特性的影响，确定了电磁阀组的优化参数组合，并搭建了纯水液压试验平台，对电磁阀组的响应特性进行测试．研究结果表明：所研制的电磁阀组正常工作压降约为0．07 MPa，开启时间0．3～0．4 s，关闭时间1 s左右，有较好的低压特性和快速响应特性，能够满足大功率阀控偶合器工作需要．

为解决综采工作面大块煤破碎问题，该文开发了一种采用乳化液作为工作介质的冲击破碎锤，并对其仿真优化。基于低频重载原理设计了蓄能器、控制阀和锤体分置式冲击锤，利用蓄能器、二通插装阀和单向阀等搭建了非连续工作模式液压控制系统，初步确定了冲击破碎锤的主要性能和结构参数。利用AMESim系统仿真软件建立了乳化液冲击破碎锤仿真模型，验证了活塞冲击复位功能，确定了活塞和钎杆的冲击距离，在模型中特别考虑了管路阻力特性。仿真结果表明：蓄能器冲击最大流量达4000L／min，活塞上腔峰值流量接近7000L／min，具有超大流量特征，活塞最大冲击速度约10m／s；采用锥状缓冲结构，可有效降低空打过程活塞与导向套的冲击。乳化液冲击破碎锤为井下大块煤岩破碎提供了一种新的途径。

拍击式大块破碎装置利用液动连杆机构的摆杆回转来击碎大块目标，“强冲．快回”是对拍击动作的基本要求。为提高单次冲击能量，设计了基于二通插装阀和液控单向阀的大流量控制回路。实现了机构运动参数的实时获取，并利用AMESim软件构建了“液压系统一连杆机构”联合仿真模型，进行机构动作的动画展示，同时比较了拍击锤质量、铰接点位置和供液压力等对液动连杆机构运动特性的影响。仿真结果表明拍击锤冲击可以等效7倍以上重力加速度，补液、回程过程可在2．7S内完成，为拍击破碎装置的设计和工作参数选取提供了依据。

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种情况下的动

为研究液阻对主阀性能的影响,搭建了纯水液压试验平台,分别对孔径为1.2mm、1mm和0.8mm三种规格的节流喷嘴与所选先导阀串联情况下的压差-流量特性进行了试验。利用AMESim软件建立了先导式电磁阀的仿真模型,结合节流喷嘴和先导阀压差-流量试验数据对开启压力、工作压差及阀芯位移等进行了仿真。仿真结果表明：节流孔液阻主要影响主阀开启压力,对主阀流动特性影响较小。选用孔径为1.2mm的节流喷嘴时,主阀由于高低腔间压差太小,无法开启;选用孔径为1mm和0.8mm的节流喷嘴时,主阀开启压力分别为0.24MPa和0.2MPa,考虑大的孔径抗阻塞能力强,故孔径为1mm的节流喷嘴为优选方案。