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井下应急移动排水车液压系统的研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 煤矿抢险救援排水方法

1.3 应急移动排水车液压系统研究的意义

1.4 履带式车辆行走液压系统概况

1.5 课题研究的主要内容及技术路线

1.6 本章小结

第二章 井下应急移动排水车液压系统设计

2.1 井下应急移动排水车结构

2.1.1 井下应急移动排水车的总体方案

2.1.2 井下应急移动排水车的结构

2.2 井下应急移动排水车液压系统设计

2.2.1 各执行机构主要回路设计

2.2.2 液压系统主要元件的参数确定

2.3 本章小结

第三章 起重机构液压系统建模与仿真分析

3.1 起重机构液压系统的数学模型

3.1.1 换向阀的数学模型

3.1.2 液压缸的数学模型

3.2 起重机构液压系统的性能分析

3.2.1 Simulink仿真软件介绍

3.2.2 起重机构液压系统的稳定性分析

3.2.3 起重机构液压系统的稳态误差

3.2.4 起重机构液压系统的动态性能分析

3.2.5 起重机构液压系统的频率特性分析

3.3 起重机构液压系统校正

3.4 本章小结

第四章 行走限速制动液压系统建模与仿真分析

4.1 功率键合图理论基础

4.2 行走限速制动回路的数学模型

4.2.1 液压元件的键合图模型

4.2.2 液压回路的功率键合图

4.2.3 液压回路的状态方程

4.3 仿真及结果分析

4.4 平衡阀对系统制动特性的影响分析

4.4.1 AMESim软件介绍

4.4.2 AMESim仿真模型的建立

4.4.3 仿真参数设置

4.4.4 控制信号

4.4.5 仿真及结果分析

4.5 本章小结

第五章 排水车液压系统性能试验

5.1 实验目的

5.2 实验仪器

5.3 实验过

5.4 实验结果与分析

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文

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摘要

我国作为煤炭资源大国以及煤炭消耗大国,每年的煤炭开采量都是几十亿吨以上。随着煤层开采深度的不断加深,地质条件也越来越复杂,很多因素难以预料,使得煤矿透水事故在我国煤矿时有发生。这对企业的正常运行以及人员的生命财产安全都是一种严重的威胁。对于煤矿透水事故,我们应当以预防为主,但一旦发生,如何在第一时间内将井下的积水排尽,把财产损失和人员伤亡降到最低,具有非常重要的现实意义。针对这一问题,课题组提出了井下应急移动排水车的设计方案。井下应急移动排水车主要包括行走部分、排水作业部分以及液压驱动控制部分,液压驱动控制部分作为井下应急移动排水车的重要组成部分,本文将对该部分进行分析与研究。
  本课题在确定的整个设计方案之上,根据机构动作要求以及可能遇到的现实工况条件对井下应急移动排水车的液压系统进行了设计,绘制了相应的液压系统原理图,并对重要液压元件的参数进行了计算。为了防止井下应急移动排水车在斜井巷道内出现溜坡和马达吸空现象的发生,在行走回路中增加了平衡阀以及紧急制动液压系统,这不仅可以避免事故的发生,同时也增加了井下应急移动排水车对于紧急情况的应变能力。
  本文对起重机构的液压系统建立了数学模型,推导出了起重油缸起吊水泵工作过程中以换向阀阀芯位移为输入,活塞杆位移为输出的开、闭环传递函数,运用自动控制原理的基本知识,从理论上分析了该系统的稳态特性和频率特性,并用MATLAB/SIMULINK软件对该系统的稳态特性,动态特性以及频率特性进行了仿真分析。研究结果表明:该系统在单位阶跃函数输入作用下,稳态误差为0,没有振荡和超调,但系统的响应速度较慢,经过校正之后系统的上升时间约为0.016s,调节时间约为0.065s,相位裕度约为41.8°,幅值裕度约为12.6dB,满足对应急移动排水车的性能要求。
  本文利用功率键合图,建立了行走限速制动液压系统的数学模型,推导了状态方程,利用MATLAB/SIMULINK软件建立仿真模型,分析了井下应急移动排水车在制动过程中的动态特性,并用AMESim软件重点分析了平衡阀对液压马达制动特性的影响,研究表明:阻尼孔直径在1mm~3mm之间时,液压马达在制动过程中的液压制动时间会随着阻尼孔直径的增大而减小;弹簧刚度在14000N/m~42000N/m之间时,液压马达的液压制动时间会随着弹簧刚度的减小而增大;其他参数的变化对液压马达液压制动时间的影响不大。
  通过制造实验样机,用实验室试验来验证液压系统与机构之间的合理性以及仿真结果的正确性。

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