邁步式自移機(jī)尾液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析

邁步式自移機(jī)尾液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析

自移機(jī)尾是可伸縮式收割機(jī)的主要部件?？缮炜s帶式輸送機(jī)采用自移機(jī)尾、可伸縮中間架和自動(dòng)張緊裝置相配合,在不停機(jī)的情況下快速實(shí)現(xiàn)可伸縮帶式輸送機(jī)的伸縮,簡(jiǎn)化了機(jī)尾與轉(zhuǎn)載機(jī)的搭載配合流程,從而提高了整個(gè)綜采工作面的效率。自移機(jī)尾的升降與前進(jìn)都是通過(guò)液壓系統(tǒng)來(lái)完成的,在升降前進(jìn)過(guò)程中,整個(gè)自移機(jī)尾不能發(fā)生過(guò)大的振動(dòng)。因此,對(duì)自移機(jī)尾的液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)僅做靜態(tài)分析不能滿足設(shè)計(jì)要求,同時(shí)還要進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,以了解自移機(jī)尾液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。AMESim是法國(guó)Imagine公司于1995年推出的基于功率鍵合圖的液壓/機(jī)械系統(tǒng)建模、仿真及動(dòng)力學(xué)分析軟件,大量文獻(xiàn)表明,AMESim可以有效地對(duì)各種復(fù)雜的工程機(jī)械液壓系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真研究。本課題組自行研制的邁步式自移機(jī)尾已獲得國(guó)家專利(ZL201320452449.2),變手動(dòng)控制為自動(dòng)控制。以自動(dòng)控制的邁步式自移機(jī)尾的提升與前進(jìn)工況為例,在分析邁步式自移機(jī)尾液壓系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上,采用AMESim建立邁步式自移機(jī)尾液壓系統(tǒng)仿真模型,進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真,分析邁步式自移機(jī)尾液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。1步式自移機(jī)尾前進(jìn)過(guò)程邁步式自移機(jī)尾實(shí)物如圖1所示。自移機(jī)尾是在運(yùn)輸巷連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)中連接橋式轉(zhuǎn)載機(jī)與可伸縮帶式輸送機(jī)的重要部件,它的移動(dòng)是由液壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。筆者以邁步式自移機(jī)尾前進(jìn)工況為例,分析其液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性,其液壓系統(tǒng)工作原理如圖2所示。邁步式自移機(jī)尾液壓系統(tǒng)主要由液壓泵、安全閥、三位四通閥及液壓缸等組成。邁步式自移機(jī)尾前進(jìn)過(guò)程如下:液壓泵2通過(guò)電動(dòng)機(jī)3驅(qū)動(dòng),電磁閥5.1、5.2左端得電時(shí),電磁閥處于左位,舉升液壓缸6.1、6.2、6.3、6.4無(wú)桿腔進(jìn)油,活塞伸出,此時(shí),與舉升液壓缸活塞相連的導(dǎo)軌落地,活塞繼續(xù)伸出,機(jī)尾整體被抬離地面;接著電磁閥5.3左端得電時(shí),電磁閥處于左位,推移液壓缸7.1、7.2無(wú)桿腔進(jìn)油,活塞桿伸出,與活塞桿固定的機(jī)尾整體在推移液壓缸液壓力的推動(dòng)下沿導(dǎo)軌向前移動(dòng);然后電磁閥5.1、5.2右端得電時(shí),電磁閥處于右位,舉升液壓缸6.1、6.2、6.3、6.4有桿腔進(jìn)油,活塞桿收回,帶動(dòng)與之相連的導(dǎo)軌上提,使機(jī)尾底板落地支撐;最后電磁閥5.3右端得電時(shí),電磁閥處右位,推移液壓缸有桿腔進(jìn)油,由于活塞桿與機(jī)尾固定,所以在液壓油的作用下,缸體前移,帶動(dòng)與之相連的導(dǎo)軌前移,為下一次的自移做準(zhǔn)備,這樣就完成了整個(gè)邁步式自移機(jī)尾的前進(jìn)過(guò)程。2流量連續(xù)方程雖然邁步式自移機(jī)尾液壓系統(tǒng)回路比較多,但具體到每個(gè)工作回路,其基本原理都是一致的,該液壓系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化成閥控液壓缸的數(shù)學(xué)模型,如圖3所示。建立液壓缸流量連續(xù)方程流入無(wú)桿腔的流量流出有桿腔的流量式中:xp為活塞桿的位移;Cip為液壓缸的內(nèi)泄漏系數(shù);Ccp為液壓缸的外泄漏系數(shù);uf062e為體積彈性模量;V1為液壓缸無(wú)桿腔體積;V2為液壓缸有桿腔體積。由此可得液壓缸流量連續(xù)方程為式中:qL為四通閥輸出流量;Ctp為液壓缸的總泄漏系數(shù);pL為負(fù)載壓力。通過(guò)上述分析,得到四通閥輸出流量qL與負(fù)載壓力pL以及液壓缸流量連續(xù)方程流入無(wú)桿腔的流量ql之間的關(guān)系,這也為AMESim液壓仿真提供了理論基礎(chǔ)。3自移機(jī)尾液壓系統(tǒng)仿真模型本系統(tǒng)所用液壓和控制元件,在標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中都有對(duì)應(yīng)的模型,無(wú)需從擴(kuò)展庫(kù)中搭建。系統(tǒng)涉及機(jī)械機(jī)體、液壓執(zhí)行和電路控制,因此在系統(tǒng)建模時(shí),需要用到AMESim應(yīng)用庫(kù)中的機(jī)械庫(kù)、液壓庫(kù)和信號(hào)控制中的元件,將實(shí)物對(duì)應(yīng)的液壓模型一一搭建連接,組成了如圖4所示的自移機(jī)尾液壓系統(tǒng)仿真模型。各個(gè)液壓缸參數(shù)如表1所列,其中4個(gè)舉升液壓缸參數(shù)一樣,2個(gè)推移液壓缸參數(shù)一樣。忽略電動(dòng)機(jī)內(nèi)特性和動(dòng)態(tài)特性,轉(zhuǎn)速是1000r/min,齒輪泵的流量是100mL/r,溢流閥的溢流壓力為10MPa。自移機(jī)尾總重1.2t,每個(gè)舉升缸上承受300kg的負(fù)載,自移機(jī)尾采用滾輪導(dǎo)軌,前進(jìn)時(shí)阻力較小,因此設(shè)推移液壓缸承受200kg的負(fù)載。其他如液壓油、電磁閥和油管參數(shù)等,為簡(jiǎn)化分析可采用系統(tǒng)默認(rèn)值。4推進(jìn)機(jī)尾前進(jìn)和推進(jìn)舉升液壓缸系統(tǒng)初始條件下,自移機(jī)尾各個(gè)液壓缸處于收縮狀態(tài)。建立自移機(jī)尾液壓系統(tǒng)仿真模型之后,進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置模式,設(shè)置各個(gè)子模型的參數(shù),之后進(jìn)入運(yùn)行模式,將仿真時(shí)間設(shè)為16s,步長(zhǎng)設(shè)為0.1s,對(duì)自移機(jī)尾前進(jìn)工況進(jìn)行仿真。由于4個(gè)舉升液壓缸參數(shù)一樣,因此在此只分析舉升液壓缸12,同理推移液壓缸也只分析推移液壓缸16,結(jié)果如圖5~7所示。從圖5、6可以看出,在自移機(jī)尾前進(jìn)過(guò)程中,舉升液壓缸無(wú)桿腔流量先增加至大于零,有桿腔流量小于零;第2s時(shí)完成機(jī)身的舉升,推移液壓缸無(wú)桿腔流量開(kāi)始大于零,有桿腔流量小于零;第5s時(shí)推移液壓缸完成機(jī)身的推移,舉升液壓缸有桿腔流量大于零,無(wú)桿腔流量小于零;第6s舉升液壓缸收回,機(jī)身下降,推移液壓缸有桿腔流量大于零,無(wú)桿腔流量小于零,推移液壓缸收回。圖7為液壓缸活塞位移曲線。從圖7可以看出,系統(tǒng)的工作過(guò)程為:舉升液壓缸活塞伸出,使導(dǎo)軌落地并支撐起機(jī)尾;舉升液壓缸活塞伸到最大后推移液壓缸開(kāi)始工作,活塞伸出帶動(dòng)機(jī)尾前進(jìn);當(dāng)推移液壓缸活塞伸出到最大后舉升液壓缸活塞收回,機(jī)身落地,而后推移液壓缸活塞收回,完成整個(gè)前進(jìn)過(guò)程。5液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性仿真結(jié)果(1)以邁步式自移機(jī)尾前進(jìn)工況為例,分析了邁步式自移機(jī)尾液壓系統(tǒng)工作原理,建立了邁步式自移機(jī)尾液壓系統(tǒng)AMESim仿真模型,進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真,最終得到了液壓缸的流量曲線