0 引言

矿用水力作业机是一种应用于煤矿井下，对瓦斯抽采孔进行疏通增透，对煤层强化冲击实现掏煤、割缝、压裂的瓦斯抽采钻孔设备,如图1所示。旋转压片式双向离合器是矿用水力作业机挠性管输送机构远程控制执行系统的核心装置[1]。

矿用水力作业机挠性管远程控制执行系统如图2所示，比例流量方向复合阀上通过连接板固定有指示面板，操作杆与比例流量方向复合阀的换向轴连接，操作杆上设滑槽，连接板上装有电动机、减速机和旋转压片式双向离合器、旋转压片式双向离合器左摩擦轮上装有滑轴，滑轴与操作杆上滑槽配合。旋转压片式双向离合器解决了矿用水力作业机挠性管输送机构收、放管动作和收、放管速度的远程控制以及收、放管动作和速度的显示问题。该离合器装置结构简单、控制简捷，满足了矿用水力作业机的实际应用要求[2]。

明确河长的设置及职责。每条河道设置一名“河长”，并配备一名“河长助理”，其中重点河道的河长由区县人民政府负责同志担任，“河长助理”由水务或环保等部门的相关人员担任。“河长”对河道管理范围内的水生态环境治理和管理工作负总责，组织制定和实施水生态环境治理和管护方案，督导有关部门和单位切实履行职责，受理社会举报，听取监督员意见，协调处理有关重大问题。“河长助理”具体负责对河道水生态环境的日常监管和巡查工作，并定期向“河长”报告情况，提出工作建议。

  

1-主机；2-摄像仪；3、7-水管；4、5-油管；6-远程控制执行台；8-泵站；9、10、16-电缆；11、12-控制信号电缆；13-远程操作按钮；14-显示仪；15-开关柜；17-信号线；18-作业巷道；19-挠性钢管；20-水射流喷头；21- 挠性管输送机构

 

图1 矿用水力作业机系统原理图

  

1-指示面板；2摆杆；3-电动机及减速机；4-曲柄；5-滑轴；

 

6-连接板；7-换向转轴；8-比例流量方向复合阀

 

图2 挠性管远程控制仪图

1 旋转压片式双向离合器工作原理

由图3看出，旋转压片式双向离合器，开点转压片式双向离合器工作原理主要包括中摩擦轮、丝杠轴、左右从动摩擦轮和阻尼机构等零部件。其中摩擦轮的中心孔为内螺纹孔，丝杠轴前后延伸，中摩擦轮与丝杠轴之间为螺旋副，左从动摩擦轮与丝杠轴之间为转动副，右摩擦轮与左摩擦轮固定连接，主动摩擦轮后侧设有左、右从动摩擦轮形成的容腔，中摩擦轮的前端面设有与容腔前壁面相对的前摩擦片、中摩擦轮的后端面设有与容腔后壁面相对的后摩擦片，容腔前壁面与前摩擦片之间设有间隙或者容腔后壁面与后摩擦片之间设有间隙。

4.补偿机制因素——农户的诉求难以满足。长期以来，采油厂在征用土地补偿、污染赔偿等方面，都是通过油地工作部门负责与当地政府油区办等相关部门协商处理。土地征用补偿费、安置补助费、青苗补偿费等通常由乡政府或村委会转手补偿给当事人，层层截流后，农户得不到理想的经济补偿。为此，部分农户采取极端手段对油田施工队伍或生产设施发泄情绪，致使油地关系紧张。

 

1-左摩擦轮；2-右摩擦轮；3-中摩擦轮；4-阻尼机构；5-丝杠轴

图3 旋转压片式双向离合器的工作原理图

当丝杠轴顺时针转动时，由于阻尼机构施加在中摩擦轮上的旋转阻尼力，中摩擦轮未旋转运动，在丝杠轴轴向力的作用下轴向运动。当中摩擦轮与左摩擦轮接触并压紧后，轴向运动停止，克服阻尼结构的摩擦力左、右从动摩擦轮和中摩擦轮共同随着丝杠轴旋转；当丝杠轴逆时针旋转的时候，中摩擦轮在阻尼机构阻尼力的作用下，中摩擦轮向相反的方向轴向运动，中摩擦轮与左摩擦轮分开。若丝杠轴继续逆时针旋转，同理中摩擦轮与右摩擦轮之间相互压紧。

2 旋转压片式双向离合器虚拟样机的建立

矿用水力作力机在工作过程中，其离合器的工作性能直接影响瓦斯轴采的成孔质量及丽斯抽采效率。建立虚拟样机，就是通过仿真模块对离合器工作进行运动学分析，研究其优化设计方法。

基于互联网技术的缺陷，大数据技术应运而生，其信息获取能力、储存能力、管理能力和数据智能分析能力远远超出传统数据库，具有数据规模大、运算速度快、数据类型丰富、数据价值高等四大优势[2]。

  

图4 旋转压片式双向离合器试验台装配图

3 仿真结果的解算及结合过程分析

1) 把运动仿真所得曲线绘图至Excel表格，对仿真所得到的数据进行分析可知，从0～2.4 s中摩擦轮轴向移动速度为-0.416 mm/s；2.5～7.5 s内中摩擦轮轴向移动速度为零；7.5～8.0 s内中摩擦轮有一个反向的轴向移动速度；11.5～16.8 s内中摩擦轮轴向移动速度为0.384 mm/s。

3.1 拟定仿真参数

为真实地模拟离合器完整的工作工程，在仿真工程中拟定部分初始参数，设定电动机经过减速机减速后的初始转速：0～7.5 s内速度为-4°/s，即减速机逆时针旋转，当旋转压片式双向离合器结合并使摆杆转动，使输管机构达到适宜的放管速度；7.5～11.5 s内减速机转速为0，即达到适宜放管速度后减速机停止转动，输管器开始匀速放管；11.5～25.5 s内速度为4°/s，即减速机顺时针旋转，此时放管动作快速停止，继续顺时针旋转直到达到工况要求的收管速度；25.5～29.5 s内速度为0，即减速机停止转动，滚筒机构以一定速度匀速收管；29.5～342 s内速度为-4°/s，即减速机逆时针旋转完成整个工作过程的模拟。拟定减速机轴转速曲线如图5所示。

  

图5 拟定的减速机速度曲线图

初步拟定仿真参数为：

1)阻尼机构的阻尼力/(N·mm·s·deg-1)：500。

2) 综合中摩擦轮轴向移动速度和轴向移动位移曲线可知：当中摩擦轮与从动左摩擦轮接触后，轴向移动速度快速下降至0；当中摩擦轮停止转动的那一刻，中摩擦轮与左、右从动摩擦轮的穿透深度有所减小，即中摩擦轮方向运动下后保持稳定。整个中摩擦轮的运动曲线趋势与设计的理想想曲线基本相符，符合设计要求。

4) 对中摩擦轮和从动左摩擦轮旋转的速度和位移关系图进行运动分析可知，当2.5 s时中摩擦轮与左从动摩擦轮接触，从两者的速度关系曲线分析得到了两者之间有短暂的差速滑磨，并验证了理论分析中离合器接触过程的滑磨阶段[3],说明了整个仿真与实际理论分析的一致性。

将建模得到的实体模型进行装配是进行运动仿真的前提，通过装配把作为单独个体的零部件组装成为具有完整功能的虚拟样机，见图4。装配前确定装配的各零部件之间的运动副关系，然后即可将选择的零部件和确定的运动副组成机构，最后将机构装配成整机，为仿真研究作准备。

4)减速机转速/(°·s-1)：4(运行速度绝对值)。

3.2 求解

按以上结果设定的环境参数为基础，右击运动导航器上的仿真项目BZ-motion-1，选择新建结算方案，在弹出的的对话框中，时间设置为34 s，步数设置为340，点击确定并进行求解。求解完毕后，右击计算结果图形显示XY-Graphing，可以得到中摩擦轮的轴向运动的位移曲线、左右从动摩擦轮的转速曲线、摆杆的转动位移曲线，如图6～图10所示。

  

图6 中摩擦轮轴向移动速度曲线图

  

图7 中摩擦轮轴向移动位移曲线图

  

图8 左、右摩擦轮转速曲线(局部放大图)图

  

图9 左、右摩擦轮转动位移曲线图

  

图10 摆杆转动位移曲线图图

3.3 仿真分析

以UG8.5建立的旋转压片式双向离合器试验台模型为前提，调用韩国Function Bay 公司基于最新的多体动力学理论开发的RecurDyn软件对离合器的运动工程进行仿真求解。

3) 对左摩擦轮的速度运动特性进行研究分析可得：0～2.4 s内旋转速度为0，由中摩擦轮的轴向位移和速度以及中摩擦轮的旋转速度和位移的运动关系曲线可知，这段时间内中摩擦轮与左从动摩擦轮尚未接触；2.5～3.0 s内左从动摩擦轮的转速从零组件增加到3.984°/s；3.0～7.4 s内中摩擦轮与左从动摩擦轮的接触状态在这段时间内相当稳定以3.984°/s的速度旋转；从左摩擦轮的旋转速度和位移曲线图可以看到，在11.7～12.1 s内左摩擦轮速度很大，其转动位移曲线可以看到左摩擦轮在一个小的振荡后快速归0。其快速复位的运动特性也就是整个旋转压片式双向离合器设计的目的所在，此处验证了旋转压片式双向离合器的功能特性是满足要求的。

2)左摩擦轮旋转副扭簧参数的值/(N·mm·deg-1)：30。

胜利稠油热采水平井固完井技术新进展……………………………………………………………张建国，王艳丽，冯德杰（3.9）

3)摆杆转动副阻尼力/(N·mm·s·deg-1)：100。

由计算结果看出，饱和烟气加热功率新方案比常规方案小10.511 6 MW，此部分热量可用于预热冷风，折算为机组增加的发电功率2.185 4 MW，新方案可利用的饱和烟气余热功率为10.570 4 MW，在考虑烟气余热用于凝结水系统和不考虑烟气余热用于凝结水系统两种情况下，新方案比常规方案的机组效率分别增加0.231%、0.164%，节能效果更好。

5) 对主动轴、中摩擦轮以及左摩擦轮的速度曲线进行研究可得：在主动轴开始反向旋转时，中摩擦轮和左摩擦轮的转动速度均有短暂的反向增加，说明了中摩擦轮和左摩擦轮两者并不是在主动轴开始反向旋转那一刻而脱离的，两者之间有短暂的粘结；其充分证明了两者之间在压紧时候的微量穿透，这些在物理样机实验中很难体现出来，证明了虚拟样机相对于物理样机的优越性，同时也验证了理论模型分析中离合器分离时存在的粘结特性。就该运动仿真模型而言，通过对左摩擦轮与中摩擦轮从开始分离到完全分离一块旋转的位移分析可知，该过程非常短暂，经过计算可得两者接触的时间相对于离合器的整个运动过程的时间相当短暂不影响旋转压片式双向离合器的工作特性[4]。

2007年以前，黄埔、佛山、肇庆、江门等距离广州港更近的地区，本该成为广州港的喂给港，但由于华南公共驳船快线所提供的便利，同时各地为提高自身港口的吞吐量，选择将集装箱驳运至深圳港，而不是直接拖运到广州港.随着广州港、东莞港等珠三角港口群的不断崛起，深圳港水上“巴士”的优势逐渐减弱.

通过对旋转压片式双向离合器的运动特性的综合分析，验证了离合器的运动特性满足最初功能的设计要求。

4 结论

本文研制的旋转压片式双向离合器，根据旋转压片式双向离合器的工作原理，建立了虚拟样机模型，对其工作过程进行仿真分析，得到关键零部件在运动工程中的运动特性。通过对这些运动特性的研究分析，可及早发现机构设计中存在的缺陷，与以往的设计方法相比，提高了设计质量和设计效率，为进一步的优化设计提供一定的指导作用。

参考文献：

[1] 陈东海,李玉龙.矿用水力作业机远程控制仪的设计及应用[J].煤炭技术,2014,33(5)：212-214.

[2] 陈东海,李玉龙,白玮,等.旋转压片式双向离合器：201320442797·1[P].2014-03-19 .

[3] 夏长高,张猛,王继磊,等．AMT汽车起步过程离合器接合控制的研究[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2012(3):477-481.

[4] 华志建.车辆起步过程自动离合器接合控制研究[D].苏州:江苏大学,2013.

作者简介：李玉龙(1989—)，男,助教。2015年毕业于河南理工大学，主要从事矿山产品的设计研究及装备设计方向的教学与科研工作，发表学术论文9篇，获发明专利1项，实用新型专利多项，2016年被评为全国第三届硕士优秀实践成果。