综锚一体化作业装置钻机给进液压缸的建模和仿真分析

　　引言

　　随着煤炭技术的不断发展，井下支护技术也得到不断的提高。综掘技术的出现使得巷道掘进和锚杆锚索支护的时间差大大缩短。综锚一体化作业装置作为自行设计的一种综掘设备，它的主要形式是在掘进机上搭载钻机及其辅助机构，使其能够完成掘锚支的工作任务。液压系统是整机系统中的一个重要组成部分，该系统除了必须满足各个执行臂缸、以及翻转缸、钻机液压马达等执行元件力和速度的要求外，还要求其控制系统操作方便、功率利用高。

　　液压系统的动态特性是衡量一套液压系统设计与调试水平的重要指标，本文应用电液相似原理，对综锚一体化作业装置中的钻机给进缸，建立液压回路的系统相似模型，然后将建立的液压回路按拓扑法组合成仿真模块图，设置具体参数后由 MATLAB 中的 Simu-link 程序求解，通过 Simulink 中的 Scope 等图形模块得出仿真曲线，通过仿真曲线，验证在负载敏感条件下液压缸的选择参数是否合理。

　　1 综锚一体化作业装置液压系统

　　1. 1 负载敏感控制系统的选择

　　由于综锚一体化作业装置工作过程中，锚杆钻机钻头的回转和向上推进是同时进行动作的，并且它们所受的负载力并不相同，所以当运用传统的液压系统时，启动时容易造成不同时启动。此外运用传统的液压系统，还存在三大缺陷: ① 当所钻孔内的煤层情况比较复杂时，频繁变化的负载受力会使得钻头回转压力也会产生不同幅度的快速波动，造成钻孔过程的不稳定; ② 随着泵压力的变化，系统内泄量也不断变化，其输出流量大幅频繁波动，回转速度也不断大幅波动，能量损失大、发热严重; ③ 由于执行机构较多，并且存在一定的复合动作，容易造成调速时的相互干扰。针对以上情况，采用普通多路阀的控制方式显然对满足机构及钻机运动稳定性的要求及功率的高效利用存在一定的差距。本系统采用了负载敏感泵和负载敏感多路阀相结合的负载敏感控制系统，它可以保证执行机构所获得的流量不因负载变化而变化，且泵的输出功率根据负载的变化而变化，机构在复合运动时，能保持各自运动和调速的独立性不受干扰。

　　1. 2 钻机给进缸液压回路

　　钻机钻孔过程主要由钻机回转缸和钻机给进缸共同配合动作完成，这里主要研究钻机的给进缸，其主要液压回路图如图1 所示。由于整个装置的液压系统是从掘进机取得油源，所以钻机给进回路的油源也取自掘进机泵源，该泵为负载敏感泵。

　　钻机给进缸的作用主要是当钻机回转缸回转时，推动钻机往上钻进。在此过程中，液压缸所受力的大小会不断变化，甚至出现不能推动钻机钻进的现象。为了保证钻机液压缸不因煤层阻力太大而使其停止推动，设定最大煤层推动阻力 5000 N。选定的液压缸输入流量为 6. 3 ×10- 4m3·s- 1，在此基础上对钻机给进缸进行建模仿真分析，观察其在最大阻力 5000 N 的状态下，钻机给进缸的位移和运动速度状态。由于采用的是负载敏感控制系统，钻机缸的输入流量保持不变。