大倾角工作面综放液压支架控制系统研究

摘要

近年来，我国综放工作面的装备水平在高产高效矿井建设过程中得到了大力提高，综放工作面配套设备正不断向大功率、高强度、高可靠性方向发展，但与国外先进水平相比，国产工作面配套设备仍存在可靠性差、故障率高和使用寿命短等问题，特别是综放工作面放顶煤液压支架的陷底、下滑、倾倒和扎顶等问题，对液压支架的控制系统提出了更高的要求，成为阻碍复杂条件下综放开采发展的关键因素。论文针对大倾角煤层的复杂开采条件，以国家“十一五”科技支撑计划课题“煤矿复杂条件的综放工作面关键设备研究”(2006BAB11B05)和“液压支架及电液控制系统关键技术研究开发”(2006BAF01B11)为依托，研究与之相适应的大倾角工作面综放液压支架控制系统，解决控制系统中的关键问题，实现综放工作面的高产高效，推动我国煤矿综放工作面装备水平的提高。
　　论文首先结合大倾角煤层的赋存条件，研究了大倾角工作面煤岩运动规律和大倾角工作面综放液压支架支护性能，提出了适用于大倾角工作面ZF5600/16.5/26综放液压支架的控制策略；其次研究了适应于综放液压支架电控系统的控制方式，建立液压支架位置伺服控制系统模型，推导出控制阀控液压缸的开环传递函数，并对推溜控制回路进行动态仿真分析，验证了电控系统的稳定性；第三应用AMESim仿真软件对综放液压支架中电磁先导阀、电液换向主阀、液控单向阀和安全阀等关键液压元件进行仿真分析，创新性设计了一种提高液压支架初撑力的自动增压式初撑力保证器，解决了液压支架控制系统中的关键技术问题；最后利用AMESim和EASY5仿真软件对综放液压支架控制系统回路进行数学建模和分析，得出液压元件及油缸在工作过程中的位移、压力和流量等变化规律，验证了液压元件的动态稳定性；同时将ADAMS软件中机械系统仿真分析在EASY5环境中建立机液一体化虚拟样机简单模型，实现了液压支架机械系统与液压系统的互动联合仿真，检验综放液压支架控制系统的动态稳定性。
　　通过采煤工作面试验证明，大倾角工作面综放ZF5600/16.5/26支架控制系统能够满足复杂条件下综放工作面支护设备采煤生产要求，系统故障率低，稳定可靠。研究成果对大倾角松软煤层等复杂条件下移架速度慢及控制系统不稳定等难题的研究具有重要的参考价值，对于丰富我国复杂条件下综放工作面安全高效开采发挥积极推动作用。系统的成功应用必将促进煤炭生产高产高效集约化发展和煤炭生产技术的进步，为我国的能源工业做出巨大的贡献。

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Contents

1 概 述

1.1 课题的提出

1.2 国内外研究现状

1.3 研究的目的和内容

2 大倾角工作面综放液压支架支护性能与控制策略研究

2.1 大倾角工作面煤岩运动规律研究

2.2 大倾角工作面综放液压支架支护性能与控制参数研究

2.3 大倾角工作面综放液压支架控制策略研究

2.4 小结

3 大倾角工作面综放液压支架电控系统研究

3.1 大倾角工作面综放液压支架电控系统控制方式研究

3.2 大倾角工作面综放液压支架电控硬件系统研究

3.3 大倾角工作面综放液压支架电控软件系统研究

3.4 大倾角工作面综放液压支架电控系统性能分析

3.5 大倾角工作面综放液压支架电控系统特性研究

3.6 小结

4 大倾角工作面综放液压支架液控系统研究

4.1 大倾角工作面综放液压支架液控系统分析

4.2 大倾角工作面综放液压支架关键液压元件动态性能研究

4.3 大倾角工作面综放液压支架液控系统压力损失分析

4.4 自动增压式初撑力保证器研究

4.5 小结

5 大倾角工作面综放液压支架控制系统特性研究

5.1 大倾角工作面综放液压支架液压系统回路动态特性研究

5.2 大倾角工作面综放液压支架机液联合仿真技术

5.3 大倾角工作面综放液压支架工作过程控制分析

5.4 小结

6 大倾角工作面综放液压支架控制系统试验

6.1 大倾角工作面综放液压支架控制系统试验检测

6.2 大倾角工作面综放液压支架控制系统工业性试验

6.3 小结

7 结论与展望

7.1 结论及创新

7.2 进一步工作展望

致谢

参考文献

攻读博士期间主要成果