双阀芯增量式高水基数字阀的设计及实验研究

摘要

刮板输送机的直线度控制，是实现煤矿智能化的关键技术，但由于井下工作面通断式支架电液阀的不连续性，难以满足综采工作面直线度的自适应控制需求。此外，由于支架液压系统采用乳化液作为介质，用于油介质的比例阀难以直接用于支架液压系统。针对上述问题，提出了一种新型双阀芯增量式高水基数字阀结构，其主要由电机丝杠驱动部、双阀芯组件和阀块组成。首先，对双阀芯增量式数字阀的结构和工作原理进行了分析，其新型的双阀芯结构形式，可实现负载口独立控制，兼具开环与闭环两种工作方式。其次，对阀芯阀座处的关键密封副进行数学建模，综合考虑密封比压与密封接触宽度，发现采用“硬对软”材料配对时，可兼顾密封副的密封性与使用寿命，且在阀座半锥角为0.61 rad时达到最佳效果。再次，对电–机械转换器进行建模并采用滑模控制算法进行仿真分析，正弦响应时，滑模控制算法经过0.08 s能稳定跟踪参考信号，响应性能明显优于PID。最后，搭建xPC Target实时控制平台进行样机实验，测试了密封副的密封性，以及不同电机细分控制下和不同阶跃幅值下的性能。结果表明：在21 MPa压力下密封副能可靠密封；采用1 600脉冲/转的细分控制性能最佳；0.2 mm阶跃响应时，其响应时间为0.25 s，稳态误差为3μm，流量为13 L/min，具有较优的控制性能。

关键词

液压支架 / 高水基 / 增量式数字阀 / 滑模控制 / 细分控制