賀京華

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)毛則渠煤炭有限公司， 山西 臨汾 042100）

1 采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)的工序

采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)的工序如圖1所示，采煤機(jī)滾筒可以被牢固在某一高度并進(jìn)行割煤，這樣既可以提升采煤機(jī)工作效率，還能在一定程度上調(diào)整采煤機(jī)的整體性能，當(dāng)較高的手柄向左側(cè)進(jìn)行拉動時，手液動換向閥的P、A兩個環(huán)節(jié)所表現(xiàn)出來的是一種接通的模式[2]。與此同時，B、T兩口也處于接通的模式。在這四個點(diǎn)都處于互通的狀態(tài)時，壓力油經(jīng)手液換向閥打開液力鎖進(jìn)入了高油缸中的活塞腔。與此同時，其他油液經(jīng)過液力鎖回油箱。在經(jīng)過上述工序后，工作人員將采煤機(jī)的搖臂進(jìn)行下?lián)u，從而保證采煤機(jī)下降。相反，專業(yè)的采煤機(jī)技術(shù)人員若向右側(cè)推動手柄，便會直接導(dǎo)致采煤機(jī)的搖臂呈逐漸上升的趨勢。

圖1 采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)的工作模型圖

2 采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)以及閥控缸的數(shù)學(xué)建模

2.1 調(diào)高系統(tǒng)

采煤機(jī)中的滾筒位置主要是通過調(diào)高油缸活塞的位置來決定的，因此，為了更好地選擇采煤機(jī)中的滾筒位置，需要對油缸活塞位置進(jìn)行合理的調(diào)整。研究采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)中的主要運(yùn)動特征并探討研究活塞的具體移動方向與滾筒之間的實(shí)際距離。為了更加直觀的進(jìn)行展示，筆者將其簡化為采煤機(jī)調(diào)高擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，如圖2所示。并通過圖2所示的具體機(jī)構(gòu)進(jìn)行了對應(yīng)的數(shù)學(xué)建模。

上述可以得出機(jī)構(gòu)封閉矢量方程：

式中：L1為采煤機(jī)中搖臂銷軸與油缸銷軸的實(shí)際距離，L2為采煤機(jī)中搖臂銷軸與油缸活塞銷軸的實(shí)際距離，L3為調(diào)高油缸活塞桿的實(shí)際桿長，L4為油缸

式中：ω1為實(shí)際的調(diào)高油缸轉(zhuǎn)動角速度，ω2為采煤機(jī)搖臂轉(zhuǎn)動腳速度，v為調(diào)高油缸活塞運(yùn)動速度。對式（2）兩邊進(jìn)行時間求導(dǎo)可得出：活塞與缸筒轉(zhuǎn)動銷軸的實(shí)際距離，θ1為油缸缸筒銷軸與采煤機(jī)搖臂銷軸之間連線水平方向的夾角，θ2為采煤機(jī)搖臂與水平方向的夾角，θ3為調(diào)高油缸與水平方向的夾角[4]。對式（1）進(jìn)行實(shí)踐求導(dǎo)得：

式中：ε1為調(diào)高油缺轉(zhuǎn)動角加速度，ε2為搖臂轉(zhuǎn)動角加速度，a為調(diào)高油缺活塞移動加速度。

從式（2）中可知當(dāng)MC450/933-WG型的采煤機(jī)搖臂MATLAB軟件的仿真原理如圖3所示。

圖3 采煤機(jī)搖臂MATLAB軟件仿真方框圖

由圖3可知，L2=765 mm，因此，采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)中額機(jī)液協(xié)同仿真的原始條件為采煤機(jī)中搖臂以及調(diào)高油缸水平的位置，此時的L3=L4=997 mm，θ2=-95.76，θ3=0，采煤機(jī)的工作人員假設(shè)將油缸活塞運(yùn)動的速度調(diào)制為100 mm/s，其中的仿真時間調(diào)制為4.5～4.9 s，采煤機(jī)的搖臂與油缸擺動的角速度仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 采煤機(jī)搖臂以及油缸擺動角速度曲線

由圖4可知，當(dāng)采煤機(jī)中的油缸擺動角處于一個斜線的位置上時，其對整個采煤機(jī)運(yùn)作系統(tǒng)的作用力是處于一個固定值的，當(dāng)搖臂在2 s的速度處于趨緩狀態(tài)后，在2 s后的采煤機(jī)便處于逐漸增加的狀態(tài)，因此，相關(guān)的專業(yè)采煤機(jī)人員發(fā)現(xiàn)采煤機(jī)滾筒在進(jìn)行調(diào)高時，整個采煤機(jī)的搖臂對于調(diào)高的系統(tǒng)具有一定的沖擊力。

2.2 閥控缸

閥控缸原理如圖5所示。

圖5 采煤機(jī)閥控非對稱缸原理圖

由圖5可知，專業(yè)的采煤機(jī)技術(shù)工作人員對此建立了相關(guān)方程：

式中：Q1、Q2為油缸進(jìn)油腔以及回油腔的流量，Cic、Cee屬于油缸內(nèi)外實(shí)際的泄漏系數(shù)，p1、p2屬于油缸內(nèi)部的有桿腔以及無桿腔的壓力，A1、A2屬于其實(shí)際的有效面積，y為油缸的活塞位移，t為所用的具體時間，V1、V2為油缸無桿腔以及有桿腔的實(shí)際容積，βe為實(shí)際的有效容積的彈性模量，并得出下述公式：

通過式（4）與式（6）可知，閥控非對稱的缸的方框如圖6所示，并由圖6可知，上述的閥控非對稱缸方框圖更具有一般性，與此同時，該閥控非對稱方框圖不再像以往活塞小位移假設(shè)。與此同時，從式（4）公式（6）得出，模型中多處的dPL/dt，更是使得模型處于非線性狀態(tài)，從而為專業(yè)的采煤機(jī)實(shí)驗(yàn)人員的工作帶來一定的復(fù)雜性。但是，若是對上述一項(xiàng)忽略不計，便可以保證模型處于線性的狀態(tài)，所適用的具體情況也僅僅局限于采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)中的活塞小位移的情況。

圖6 閥控非對稱缸方框圖

3 結(jié)論

1）采用MATLAB軟件對整體采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)的機(jī)液協(xié)同仿真進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采煤機(jī)的搖臂對連接銷軸具有較大的沖擊力。

2）對閥控的非對稱缸進(jìn)行了數(shù)字建模，結(jié)果表明閥控非對稱缸的模型是非線性的。

3）采用AMES2M軟件建立了采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)的數(shù)字模型，并對采煤機(jī)的搖臂擺角進(jìn)行了實(shí)際值與定值的比較實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明采用搖臂角位移反饋，可以更好地實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)滾筒的位置控制。

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