采煤机自动调高液压控制系统的优化研究

引言目前，多数采煤机调高控制系统所采用的均为基于电磁阀的调高液压系统，其仅具备简单的开关执行操作，受液压系统工作压力影响较大，在综采过程中，常出现负载不足导致采煤机无法及时调整滚筒的工作高度满足对厚煤层的落煤需求，同时极大地增加了采煤机滚筒的调高时间，降低了采煤机综采时的工作效率[1]，当采煤机滚筒幅度调整较小时又易导致出现流量过大、无法精确控制采煤机滚筒的运行轨迹等缺点。

因此如何提高采煤机调高系统工作的安全性和可靠性，对确保煤炭生产企业提高采煤机工作的自动化程度及综采效率具有十分重大的意义。

1采煤机调高液压控制系统的工作原理采煤机自动调高液压控制系统的结构如图1所示，其主要由摇臂、滚筒、执行油缸、液压泵站及控制系统等组成。

当采煤机需要根据巷道高度对滚筒的高度进行调节时，液压泵站的驱动电机带动液压泵开始工作，从油箱内将液压油传递到执行油缸内。

在驱动滚筒升降时，控制液压泵站内电磁换向阀的工作状态，使液压油通过电磁换向阀进入到执行油缸内，推动执行油缸的活塞杆伸出，直到达到指定的升高高度[2]。

当为执行调高换向时，采煤机的驱动滚筒的高度保持不变，此时液压油控制对液压系统回路的调节，使阀门保持在关闭状态，从而确保系统处于保压状态，维持驱动滚筒的高度。

在整个控制过程中，调高换向阀的阀芯在电磁力的控制下，不断地根据采煤机滚筒的工作高度要求进行调节，使液压油从不同的油口进入到执行油缸的有杆腔或者是无杆腔，使活塞杆执行伸出或者收缩，从而完成对于滚筒升降过程的调节控制[2]。

在整个液压控制系统中，安全阀用于确保滚筒位置的稳定性，溢流阀用于控制系统的工作压力，防止系统过载。

2执行油缸的数学模型根据对采煤机液压调高控制系统的分析，采煤机工作时执行油缸的平衡方程可表示为[3]：m d 2x d t 2+b d x d t=P 1A 1-P 2A 2-F f .（1）式中：A 1为执行油缸有杆腔的截面积；F f 为执行油缸活塞杆端部的负载；P 1为执行油缸有杆腔工作压力；P 2为执行油缸无杆腔工作压力；x 为执行油缸活塞杆位移变化量；A 2为执行油缸无杆腔的横截面积；m 为活塞杆上负载的等效当量；b 为活塞杆运行阻尼系数。

执行油缸无杆腔内的流量方程可表示为：采煤机自动调高液压控制系统的优化研究杨东生（长治市煤矿安全技术培训中心，山西长治046000）摘要：针对现有采煤机调高控制系统存在的流量控制不精确、动作滞后性大、实际调高与要求调高差距大的缺点，提出了一种新的自动调高控制系统。

该系统实现了对采煤机滚筒调高的精确控制和稳定微调，降低了系统调整的工作时间，提高了系统性能和响应速度。

关键词：采煤机调高系统优化AMESim 中图分类号：TD355文献标识码：A文章编号：1003-773X （2018）08-0205-03DOI:10.16525/14-1134/th.2018.08.091总第184期2018年第8期机械管理开发MECHANICAL MANAGEMENT ANDDEVELOPMENTTotal 184No.8，2018收稿日期：2018-06-29作者简介：杨东生（1968—），男，本科，毕业于太原理工大学采矿工程专业，中级工程师，从事煤矿安全教育培训工作。

1—油箱；2—油液过滤装置；3—驱动电机；4—液压泵；5—电磁换向阀；6—安全阀；7—执行油缸；8—驱动滚筒；9—摇臂装置；10—电磁溢流阀；11—液压锁；12—溢流阀图1采煤机液压调高系统123456798101112自动化技术与设计Q 1=A 1d x d t +C 1（P 1-P 2）+V 1βe d P 1d t.（2）式中：Q 1为执行油缸有杆腔内的流量；V 1为无杆腔与换向阀间的油液量；C 1为执行油缸的泄露系数；βe 为执行油缸油液的体积弹性模量。

执行油缸有杆腔内的流量方程可表示为：Q 2=A 2d x d t +C 2（P 1-P 2）-C 2P 2+V 2βe d P 2d t.（3）式中：Q 2为执行油缸有杆腔的流量；C 2为执行油缸的泄露系数；V 2为有杆腔与换向阀间的油液量。

对以上公式进行拉氏变换，则求出如下所示的传递函数[2]。

Q （s ）=[（bC 1A +A ）s +（mC 1A +bL 4βe ）s 2]X（s ）+（C 1A+L 4βes ）F f （s ）.（4）式中：A 为执行油缸有杆腔与无杆腔的平均截面积；L 为液压缸活塞杆行程；F f （s ）为外力扰动系数；X （s ）为内力扰动系数；s 为时间。

根据图1所示采煤机液压调高系统的结构图，可推出采煤机滚筒高度的调节量与液压系统执行油缸活塞杆伸出长度的数学关系模型，表示为[3]：H =L 2sin φ+L 2[sin（2arcsin ΔL 2L 1+φ）-sin φ].（5）式中：ΔL 为执行油缸活塞杆的行程；H 为滚筒高度；L 1为滚筒摇臂的长度；Δφ为执行油缸运行时角度的变化量；L 2为采煤机摇臂的长度。

由此，便建立起了采煤机滚筒高度与采煤机液压控制系统执行油缸活塞杆长度的数学关系模型。

3基于电液比例控制的采煤机调高液压系统的建模在对现有采煤机调高液压控制系统的控制缺点进行分析的基础上，本文用新型的电液比例控制阀代替原有控制系统中的电磁控制阀。

在工作时，首先位移传感器对滚筒的位置进行监测，并将监测结果以电压信号的方式与指定的输入的电压信号进行对比，将电压进行放大后得到控制电压，从而控制成比例的驱动电流，进而调节电液比例阀的节流口打开程度，实现对活塞杆伸出量的调节。

将原始的液压控制系统及改进后的液压控制系统分别导入到AMESim 仿真分析软件中[4]，对仿真分析结果进行对比分析，改进后的液压系统仿真原理如图2所示。

4两种液压调高控制系统的仿真分析对比本文分别对优化前的调高控制系统和优化后的调高控制系统进行仿真分析对比。

由图3可知，在输入相同控制信号、相同负载的情况下，控制活塞杆伸出到0.5m 的位置时，优化后的液压控制系统比优化前的液压控制系统能更快地达到目标位置。

由图4可知，在加入相同的负载干扰情况下，优化前的控制系统因采用了电磁换向阀结构，其对液压油流量的控制精确性差，因此在启动初期会产生较大的波动。

优化后的液压系统采用了电液比例控制阀，能够根据电流信号实现对阀口大小的精确调节，因此在启动时相对较为平稳，其平稳性比优化前的系统要提高20%以上。

5结论本文在对采煤机自动调高控制系统缺点进行分析的基础上，提出了一种新的采用电液比例控制阀的采煤机自动调高液压控制系统，通过建立采煤机滚筒高度与液压控制系统活塞杆伸出长度关系的数学模型，并利用AMESim 仿真分析软件对优化前和优化后的液压控制系统对采煤机滚筒高度调节情况进行仿真分析，结果表明优化后的液压系统对执行图2电液比例控制的采煤机液压调高系统原理图图3不同控制系统活塞杆位移曲线对比图4不同控制系统活塞杆速度曲线对比0.10.20.30.40.50.60.0时间/s0.010.020.030.040.050.060.00时间/s电磁阀控制系统电液比例阀控制系统▲第33卷机械管理开发jxglkfbjb@206··信号的响应速度更快，对外在负载变化的适应性更高，抗干扰能力更强，从而确保采煤机在工作中能够平稳、精确、快速地将滚筒抬高到指定的高度。

参考文献[1]程昆鹏，李军霞.管路对液压断带保护装置控制系统特性的影响[J].机床与液压，2015，43（17）：50-53.[2]常钰，冯永保.电液比例方向阀控缸速度控制系统的建模与仿真[J].液压气动与密封，2011（8）：23-27.[3]代彩彩，刘英林.基于虚拟样机技术的采煤机调高液压系统的仿真[J].机械工程与自动化，2011（2）：76-78.[4]江玲玲，张俊俊.基于AMESim 的液压位置伺服系统动态特性仿真[J].机械工程与自动化，2007（1）：35-37；40.（编辑：张卓娅）Study on Optimization of Hydraulic Control System for AutomaticHeight Adjustment of ShearerYang Dongsheng（Changzhi Coal Mine Safety Technology Training Center,Changzhi Shanxi 046000）Abstract:In this paper,a new automatic height control system is put forward in view of the shortcomings of the existing height control system of the shearer,including imprecise flow control,large lag in action and wide gap between actual and required height adjustment.The system realizes accurate control and stable fine adjustment of the height of the shearer drum,and reduces the working time of the system adjustment.Improve system performance and response speed.Key words:shearer;height adjustment system;optimization;AMESimStudy on Technical Improvement of Shearer and Scraper Conveyorin Large Inclined Coal SeamMa Qiang（Shuangliu Coal Preparation of Fenxi Coal Industry Co.,Ltd.,Liulin Shanxi 033300）Abstract:Based on the present mining situation of coal face with large dip angle and medium thick coal seam,the application effect of shearer and scraper conveyor in fully mechanized mining practice is analyzed,and some parts of shearer and scraper conveyor which need to be further improved under the condition of large dip angle mining are introduced.It is found that the improvement of shearer and scraper conveyer should not be restricted by the traditional mining idea,and the aim should be to improve the reliability and adaptability of shearer and scraper conveyor under the condition of large inclination angle,and finally put forward reasonable and efficient improvement measures.Key words:large inclination;shearer;scraper conveyor;fully mechanized mining;technical improvement（上接第169页）Design of Supporting Type Selection System for Fully MechanizedMining Face Equipment in Coal MineXin Liang（Xiegou Coal Mine of Jinxing Energy Co.,Ltd.,Lyuliang Shanxi 033602）Abstract:The supporting principles of fully mechanized mining face are briefly described,and the relationship between the hydraulic support,scraper conveyor and the "three machine"of the shearer is analyzed.Finally,the SolidWorks software is used to establish the 3D solid model of the assembly body according to the fully mechanized face.The AutoCAD software and the SolidWorks software can be transferred.It can ensure the complete correlation between 2D engineering drawings and 3D solid models of assemblies.Key words:fully mechanized mining face;three machines;equipment selection;full relevance（上接第21页）杨东生：采煤机自动调高液压控制系统的优化研究2018年第8期207··。