舒凤翔¹，闫海峰¹，张幸福²

(1．中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州221116；2．郑州煤矿机械集团有限公司，郑州450013)

    摘要：通过对液压支架立柱的试验标准分析，讨论了立柱试验台液压系统的设计及控制方法，用AMEsim仿真软件对液压系统的主要工况进行仿真，为试验台液压系统的设计及控制提供了可靠的依据。

    关键词：液压支架立柱试验台；AMESim；液压系统

    中图分类号：TD355；TP391文献标志码：A文章编号：1003—0794(2009)12—0029—03

SHU Feng - xiang¹, YAN Hai - feng¹, ZHANG Xing – fu²

( 1. College of Mechanical and Electrical Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116,China; 2. Zhengzhou Coal Ming Machinery. Group Co.,Ltd., Zhengzhou 450013, China)

Abstract: Through analyzing the standards of leg in hydraulic roof support test, the design and control methods of hydraulic system loading inside for legs test bed has been discussed and the working state of hydraulic system is simulated by using of AMEsim, providing the reliable basis of design and control for hydraulic system .

Key words: hydraulic roof supports test bed ; AMEsim ; hydraulic system

    随着煤矿高产高效综采设备的发展，对高端液压支架及各组成部分的工作性能提出了更严格的要求。立柱作为液压支架的重要组成部分，同样面临着严峻的考验。为尽快同国际煤机市场接轨，新型立柱试验台的研制已到了追在眉睫的地步。本文以神华ZYl6800／32／70立柱的工作参数为例，对立柱试验台液压系统的要求及主要参数设置进行了讨论。并采用仿真计算的方法验证该系统的可行性。

    目前，我国液压支架立柱生产厂家对液压支架立柱的试验项目主要依据我国煤炭标准MT313—92《液压支架立柱技术条件》并同时参考液压支架立柱、千斤顶的欧洲标准ENl804—2。依据上述标准试验项目的要求，可确定液压支架立柱试验台液压系统的主要技术参数。

    依据标准中的试验项目，归纳液压支架立柱试验应具有如下特点：

    (1)对于退让性及立柱全缩回时的缸底强度试验必须用外加载方式，其余试验项目均采用内加载方式实现。

    (2)外加载方式中对于缸底强度试验及低速退让性试验项目，拟考虑采用增压系统，在退让性试验中，一次加载过程应保持压力均匀。

    (3)试验系统应能记录压力一时间曲线和速度一时间曲线。

    液压支架立柱试验台主要工作参数的确定：

    (1)外加载系统 液压介质采用液压油L—HM22，在寿命试验退让性项目中，最大的工作载荷为1.1倍的额定工作压力，按照我国目前最大的两柱掩护式液压支架一神华ZYl6800／32／70，其立柱底缸活塞尺寸为φ500／470，额定工作载荷为8 400kN，折算成立柱下腔的试验压力为47MPa，参考现有的生产能力．加载油缸选用2个缸径为450mm的油缸。外加载速率一流量对应关系见表1，以此确定外加载变量泵为流量40L／min、额定工作压力为32MPa；增压缸的增压比为1：4。

    (2)内加载系统  液压介质采用矿用乳化液(95％水+5％乳化油)，泵站的额定流量为250 L／min．额定工作压力31.5MPa。进液管管径为DNl9、回液管管径DN25。

    根据两大标准中试验过程的动作要求，Ct．AMEsim软件草图模式下，设计如图1所示的液压支架立柱试验台中液压系统的仿真原理图。

    液压系统工作过程分为外加载、内加载2部分。被测油缸的退让速度由变量泵1调定，外加载系统的最大工作压力由溢流阀2及增压缸增压比确定。电磁换向阀3右位时加载、左位卸荷，液控单向阀4用于外加载保压，对于被测油缸缸底强度试验及低速退让性试验采用外加载增压方式实现，以弥补变量泵的低速性能，电磁换向阀5的左右切换使增压缸6产生高压以满足试验要求；在内加载油路，8为内加载泵房的泵站，溢流阀9用于调定内加载系统的最大工作压力，电液换向阀10右位对被测立柱卸荷缩回、左位初撑加载，液控单向阀11用于内加载系统被测立柱的保压，电液换向阀12左右切换驱动增压缸13，对被测立柱增压加载，安全阀14在测试被测立柱退让性项目时，用于调整立柱的测试压力。在强度试验中不装安全阀。

    为保持测试现场环境，可在立柱安全阀后加引流器，使溢流的乳化液通过引流器回到油箱。位移传感器17检测出的位移变化通过PLC控制器中微分运算求得速度．与给定速度值比较后通过PID软运算来控制变量泵的流量，压力传感器18记录被测立柱的加载压力。

    (1)液压系统仿真参数的确定

    仿真工具AMEsim，计算步长0.001s，计算精度10^-7，选用标准积分器动态混合算法计算；框架刚度设定10¹³N／m；外加载油液黏度22 cp，体积弹性模量1.7×10³MPa；内加载乳化液黏度6 cp，体积弹性模量2.1×10³MPa。被测立柱活塞直径500 mm，活塞杆直径470 mm。

    (2)液压系统仿真结果及分析

    根据ENl804—2，偏心加载耐久性试验，退让速度100 mm／min，仿真结果见图2、图3。

    图2中循环6000次，采用闭环PID调节变量泵流量方式加载，大约2.28s，被测立柱的压力达到安全阀开启压力，此时立柱的退让速度出现跳跃和微幅波动，变化量符合标准规定的要求。

    由图3可以看出加载过程中压力没有出现波动，是比较理想的结果。

    图4、图5、图6为ENl804—2中立柱退让速度2 mm／min的强度试验，由于外加载泵的流量和立柱退让速度很小，标准中只要求进行2次试验，故采用开环控制方式以提高系统的稳定性。外加载通过1：4增压缸进行，避开柱塞泵的小流量区。

    图4中速度曲线在0～0.5s阶段，电液阀10左位，使得对应在图6中的压力迅速上升达到内加载系统额定压力，电液阀10换中位，使立柱下腔封闭。外加载系统在0～2 s时间段按全速运行，2 s后按2 mm／min的退让速度运行。所以初始阶段速度有跳跃。2～6.48 s时间段，立柱安全阀没有溢流，图6中的压力呈上升趋势。6.48 s后安全阀开启，压力保持恒定。图5为安全阀开启前后退让速度一时间的放大曲线，从图5中可以看出，由于系统流量太小，安全阀开启后速度的变化很小，被测立柱退让试验中存在爬行现象。但图4中的位移曲线依然呈线性向上的趋势。说明平均速度能够符合标准规定的要求。

    图7为1.1倍额定载荷，对中加载寿命试验，0～4s为初撑阶段压力达到25MPa；4～16s为增压阶段。达到试验压力47MPa；16～19s为保压阶段；19～22s为卸荷阶段。一个内加载周期在22 s左右。

    (1)依据仿真的结果，外加载系统在低速时采用开环控制的方式能有效提高系统的稳定性。

    (2)外加载寿命试验中，采用闭环PID控制能减少系统误差、改善系统的响应，降低操作人员的劳动强度。

    (3)仿真分析能全面了解立柱试验台的各种工况，为试验台液压系统的设计方案准确性提供保障。

[1]Enropean Committee for Standardization ENl804—2 Machines for underground mines-Safety requirements for hydraulic powered roof supports[S]．British Standards Institution，2001．

[2]煤炭科学总院北京开采研究所．MT313—92液压支架立柱通用技术条件[S]．

[3]Jame KITCAT Hydraulic Library manual [S]．AMEsim帮助文件2007．

[4]路甬祥．液压气动技术手册[K]．北京：机械工业出版社，2005．

作者简介：舒凤翔(1963一)，浙江定海人，讲师，从事机械制造及机电一体化方面的教学研究工作，电话：0516—83883208，电子信箱：shufengxiang@sina.com．