为准确研究斯特封高速摩擦与密封特性,基于混合润滑理论,综合流体空化效应、密封接触变形和微观粗糙峰接触等因素影响,建立了斯特封摩擦与密封的数值计算模型。研究了往复运动速度和密封压力对油膜厚度、摩擦力和泄漏量的影响,搭建了往复密封试验台来验证模型的准确性。结果表明:计算摩擦力与实验摩擦力相近。混合润滑模型能更好地模拟高速柱塞副斯特封的摩擦与密封特性,油膜压力与粗糙度接触压力共同影响密封性能,但粗糙度接触摩擦起主导作用。

水液压技术具有无污染和良好的动态特性,为了提高液压支架中所使用的换向阀组的性能,提出一种新型水压比例换向阀。对其原理进行分析并建立仿真模型,在斜坡输入信号下,研究了比例阀的稳态控制特性与阀芯的随动特性。分析了流量对阀芯响应特性的影响,确定了在供液条件与外负载不相匹配的情况下,阀芯的响应特性较差,在这种工况下,比例阀依旧能够保持稳定。最后搭建了比例方向阀试验台,分析了空载条件下比例阀阀芯的随动特性,验证了仿真模型的正确性与设计的可行性。

立柱和平衡缸作为液压支架的主要驱动部件,其工作压力的大小直接关系到支架的受载状况。基于顶梁的承载特性,通过分析液压支架与围岩在不同情况下的耦合状态,进一步研究了液压支架四连杆的力学响应特性。基于Denavit-Hartenberg(D-H)理论建立了液压支架的运动学模型和动力学模型,通过MATLAB软件分析了液压支架在不同的支护高度、立柱压力以及平衡缸压力对液压支架前连杆和后连杆负载变化规律。结果表明随着支护高度的增加,前连杆和后连杆的负载呈现出相反的变化趋势,合理的平衡缸和立柱的工作压力有助于优化前后连杆的负载值,为优化支架的结构设计提供了理论依据。

针对传统变频流量调节方法用于远距离供液响应滞后问题,提出一种应用于阀配流柱塞泵的快速流量调节方法,即采用比例阀短接泵的吸液阀,通过调节该装置开闭程度和时间来实现泵的排量调节。以BRW500/31.5乳化液泵为研究对象,基于AMESim仿真平台搭建乳化液泵的流量调节模型,从综采工作面液压支架供液系统出发,建立ZY6000/18.5/38型支架液压系统仿真模型,研究不同调节策略对液压支架动作的影响。研究表明:所提出的泵站流量调节方法是可行的,当泵站供液量

齿轮箱箱体的力学特性直接影响着重型刮板输送机可控启动装置（CST）运行的可靠性。针对某型CST齿轮传动系统,采取动力学分析与试验研究相结合的手段,在额定载荷工况下,确定齿轮箱箱体的支承动反力及边界条件,分析其瞬态应力、振动响应特性,获取齿轮箱体的固有特性与刚度的薄弱位置;最后,开展CST齿轮箱加载试验,分析运转状态下箱体表面应力和振动信号及其频谱。分析表明,理论结果与实测数据具有一致性,箱体表面的最大动应力通常远小于其材料的许用应力,箱体和齿轮传动系统不会出现耦合共振现象,中间箱体为整个减速器箱体的刚度薄弱环节,且箱体在输出端的前部振动较大。研究结果为CST减速器结构的动态优化提供理论依据和数据支撑。

液压支架立柱回路中的安全阀，是支架过载保护的关键元件，其性能的好坏，直接影响液压支架的承载能力、工作可靠性。文中在AMESim环境下建立了立柱用安全阀的仿真模型，得出基本顶压时顶板的载荷及顶板的下沉量，并进行仿真，得出了立柱在顶板快速下沉时，安全阀溢流时阀芯的运动曲线和阀口的压力及流量曲线。通过分析仿真结果可知适当增加阀芯的阻尼，可在不影响其响应速度的前提下，减小阀芯的振荡，实现安全阀的动态特性优化。

在AMESim平台上，研究了电液控制阀的动态特性，分析了电磁先导阀和主控阀的位移及压力响应曲线。通过建立液压支架的电液控制系统模型的仿真和分析，得出了的先导阀出口的流量、压力与主控阀的位移之间定性的关系和变化趋势，为电液控制阀的结构设计级优化提供了参考依据。

针对液压支架用换向阀出现的断裂现象，分析其结构与工作原理，在此基础上建立其数学模型。联合AMESim软件与ANSYS／LS—DYNA软件模拟研究阀套缓冲阻尼直径对其开启过程机械冲击特性的影响。仿真结果显示，当阀芯开启时，阀套上存在强烈的瞬态机械冲击应力。根据仿真结果对阀套上缓冲阻尼直径进行了优化，优化后阀套上的最大冲击应力降低了52．7％。换向阀疲劳试验结果显示，优化后的阀芯寿命提高了38．3％。该研究为支架用换向阀的可靠性设计提供了一定的参考。

电液伺服系统直接影响重型刮板输送机可控起动装置（CST）软起动特性。为了提高CST软起动工作性能，采用模糊PID对控制器进行了设计。应用AMESim和MATLAB／Simulink建立了CST电液伺服控制系统联合仿真模型。仿真分析了软起动和负载突变两种工况条件下的动态性能。结果表明，在相同的输入信号下，模糊PID控制相比于PID控制，正常软起动时响应时间缩短了0．4s，负载突变时产生的波动峰值减少27．8％且重新恢复稳态的时间缩短了6s。因此，采用模糊PID控制可以快速调节，具有较好的跟随性能和鲁棒性。

针对煤矿井下液压支架系统液压冲击大的问题，设计了一款新型大流量高水基电液比例换向阀。介绍了所研制的电液比例换向阀的结构及工作原理，并利用AMESim仿真软件搭建了该阀的仿真模型。研究表明，在斜坡信号输入的情况下，该阀能实现正常换向且主阀口开口大小与输入信号成正比例趋势；在阶跃信号输入的情况下，验证了阀的稳定性并分析了阻尼孔和主阀芯末端锥度对阀性能的影响，发现设置合适的阻尼孔直径有利于提高阀的响应速度，合理选择主阀芯末端锥度大小可以提高阀的稳定性。