采煤机调高系统的机液协同仿真分析

贺京华

（山西乡宁焦煤集团毛则渠煤炭有限公司， 山西 临汾 042100）

1 采煤机调高系统的工序

采煤机调高系统的工序如图1所示，采煤机滚筒可以被牢固在某一高度并进行割煤，这样既可以提升采煤机工作效率，还能在一定程度上调整采煤机的整体性能，当较高的手柄向左侧进行拉动时，手液动换向阀的P、A两个环节所表现出来的是一种接通的模式[2]。与此同时，B、T两口也处于接通的模式。在这四个点都处于互通的状态时，压力油经手液换向阀打开液力锁进入了高油缸中的活塞腔。与此同时，其他油液经过液力锁回油箱。在经过上述工序后，工作人员将采煤机的摇臂进行下摇，从而保证采煤机下降。相反，专业的采煤机技术人员若向右侧推动手柄，便会直接导致采煤机的摇臂呈逐渐上升的趋势。

图1 采煤机调高系统的工作模型图

2 采煤机调高系统以及阀控缸的数学建模

2.1 调高系统

采煤机中的滚筒位置主要是通过调高油缸活塞的位置来决定的，因此，为了更好地选择采煤机中的滚筒位置，需要对油缸活塞位置进行合理的调整。研究采煤机调高系统中的主要运动特征并探讨研究活塞的具体移动方向与滚筒之间的实际距离。为了更加直观的进行展示，笔者将其简化为采煤机调高摆动导杆机构，如图2所示。并通过图2所示的具体机构进行了对应的数学建模。

上述可以得出机构封闭矢量方程：

式中：L1为采煤机中摇臂销轴与油缸销轴的实际距离，L2为采煤机中摇臂销轴与油缸活塞销轴的实际距离，L3为调高油缸活塞杆的实际杆长，L4为油缸

式中：ω1为实际的调高油缸转动角速度，ω2为采煤机摇臂转动脚速度，v为调高油缸活塞运动速度。对式（2）两边进行时间求导可得出：活塞与缸筒转动销轴的实际距离，θ1为油缸缸筒销轴与采煤机摇臂销轴之间连线水平方向的夹角，θ2为采煤机摇臂与水平方向的夹角，θ3为调高油缸与水平方向的夹角[4]。对式（1）进行实践求导得：

式中：ε1为调高油缺转动角加速度，ε2为摇臂转动角加速度，a为调高油缺活塞移动加速度。

从式（2）中可知当MC450/933-WG型的采煤机摇臂MATLAB软件的仿真原理如图3所示。

图3 采煤机摇臂MATLAB软件仿真方框图

由图3可知，L2=765 mm，因此，采煤机调高系统中额机液协同仿真的原始条件为采煤机中摇臂以及调高油缸水平的位置，此时的L3=L4=997 mm，θ2=-95.76，θ3=0，采煤机的工作人员假设将油缸活塞运动的速度调制为100 mm/s，其中的仿真时间调制为4.5～4.9 s，采煤机的摇臂与油缸摆动的角速度仿真结果如图4所示。

图4 采煤机摇臂以及油缸摆动角速度曲线

由图4可知，当采煤机中的油缸摆动角处于一个斜线的位置上时，其对整个采煤机运作系统的作用力是处于一个固定值的，当摇臂在2 s的速度处于趋缓状态后，在2 s后的采煤机便处于逐渐增加的状态，因此，相关的专业采煤机人员发现采煤机滚筒在进行调高时，整个采煤机的摇臂对于调高的系统具有一定的冲击力。

2.2 阀控缸

阀控缸原理如图5所示。

图5 采煤机阀控非对称缸原理图

由图5可知，专业的采煤机技术工作人员对此建立了相关方程：

式中：Q1、Q2为油缸进油腔以及回油腔的流量，Cic、Cee属于油缸内外实际的泄漏系数，p1、p2属于油缸内部的有杆腔以及无杆腔的压力，A1、A2属于其实际的有效面积，y为油缸的活塞位移，t为所用的具体时间，V1、V2为油缸无杆腔以及有杆腔的实际容积，βe为实际的有效容积的弹性模量，并得出下述公式：

通过式（4）与式（6）可知，阀控非对称的缸的方框如图6所示，并由图6可知，上述的阀控非对称缸方框图更具有一般性，与此同时，该阀控非对称方框图不再像以往活塞小位移假设。与此同时，从式（4）公式（6）得出，模型中多处的dPL/dt，更是使得模型处于非线性状态，从而为专业的采煤机实验人员的工作带来一定的复杂性。但是，若是对上述一项忽略不计，便可以保证模型处于线性的状态，所适用的具体情况也仅仅局限于采煤机调高系统中的活塞小位移的情况。

图6 阀控非对称缸方框图

3 结论

1）采用MATLAB软件对整体采煤机调高系统的机液协同仿真进行了实验，实验结果表明采煤机的摇臂对连接销轴具有较大的冲击力。

2）对阀控的非对称缸进行了数字建模，结果表明阀控非对称缸的模型是非线性的。

3）采用AMES2M软件建立了采煤机调高系统的数字模型，并对采煤机的摇臂摆角进行了实际值与定值的比较实验，实验表明采用摇臂角位移反馈，可以更好地实现对采煤机滚筒的位置控制。

[1]李文华，刘娇，柴博.薄煤层采煤机调高系统PID控制的研究与仿真[J].测控技术，2017，36（4）：57-60.

[2]曹鹏，周平，张世洪，等.基于记忆程控截割法的采煤机液压调高系统响应时间的研究[J].机床与液压，2017，45（8）：90-92.

[3]李鹏，孔屹刚，张敬芳，等.基于负载敏感的采煤机调高液压系统效率分析[J].煤炭工程，2017，49（6）：103-106.

[4]崔楠楠.基于综采设备协同工作的采煤机调速系统 [J].煤，2017，26（2）：47-49.

[5]符大利，党量锋，田江伟.基于多机协同的采煤机调速方法[J].煤矿机械，2017（9）：120-121.