新型矿用扒装机液压控制方案设计

刘 曼

(常州刘国钧高等职业技术学校机电工程系，江苏 常州 213025)

研究与设计

新型矿用扒装机液压控制方案设计

刘 曼

(常州刘国钧高等职业技术学校机电工程系，江苏 常州 213025)

基于新型矿用扒装机各机构动作特点的分析，针对机器节能的使用要求，结合井下恶劣的工作环境，提出了两条压力调节和控制回路的方案，给出了新型矿用扒装机液压控制系统工作原理。生产实验表明，该方案既能满足挖装及行走机构工作负载变化和节能目标的需要，又可以满足运输机、破碎锤以及抬槽油缸等设备工作相对平稳、可靠性强的要求。

矿用扒装机；液压；控制系统；方案设计

随着科学技术的不断进步，我国煤炭开采技术的机械化程度越来越高，新型矿用扒装机集破碎、扒装、运输和转载为一体，从根本上解决了目前井下使用的耙矸机装运效率低、机动性差等问题，因而广泛应用于煤炭等行业[1]。新型矿用扒装机的液压控制系统作为机器设计中的关键技术，其设计的合理与否直接影响机器功能动作的实现、工作效率的提高以及能耗的降低[2]。目前扒装机控制系统设计主要是参照挖掘机的液压控制系统，然而两种机器使用工况差别极大，如何根据机器的结构特点、功能动作及使用工况，设计出合理的控制系统是机器设计的关键。

1 新型矿用扒装机主要动作

图1所示为新型矿用液压扒装机的主要动作示意图。行走动作在井下实现向作业地点的推进，当机器到达作业地点遇到大的岩石时破碎动作可完成对岩石的破碎，挖装动作可以将巷道中的岩石快速有效地收集到集料槽中[3]，输送动作将收集到的岩石块运送到机器尾部的转载机上方进行卸载，从而实现了对岩石的破碎、扒装、输送和转载的连续化作业。

图1 矿用液压扒装机主要动作1.挖装；2.行走；3.输送；4.破碎

2 液压控制系统的工作特点

由于煤矿井下作业环境恶劣，巷道里的路面参差不平，机器作业的岩石种类和大小均不相同，机器挖装动作和行走动作的工作负载变化极大[4]；而运输机构、破碎装置以及抬槽油缸的工作载荷基本恒定，当破碎锤破碎大块岩石时运输马达空载，而运输马达满载时破碎锤即停止工作，因此二者能量损耗的总和几乎保持不变，抬槽油缸回路利用双向液压锁一直处于工作状态。

为充分利用电机的输出功率，降低能量损耗，要求泵功率恒定[5]，故相应液压泵的排量需变化，并能够根据液压马达和液压缸的压力变化自动调节。根据机器的工作特点，要求左、右行走马达在行走过程中回转油缸和大臂油缸可同时伸缩，因此对于复合动作的控制和响应是液压控制系统的重要性能指标。因需要运输机构和破碎装置液压缸的负载和作业速度稳定，故要求泵的流量稳定，即流量不随负载变化而变化。

3 液压控制系统的确定

3.1 液压控制系统方案

液压控制系统工作原理如图2所示。采用双联变量泵，当机器负载小时泵排量减小，机器耗能减少[6]，复合动作时主泵排量增大，以保证机器动力充足；对于运输机、破碎锤以及抬槽油缸等工作相对平稳的机构主泵则采用定量齿轮泵，以保证系统流量恒定，主泵工作可靠性强。

图2 液压控制系统原理图

根据上述分析，结合目前工程机器中应用成熟的液压系统，对液压控制系统提出了两条压力调节和控制回路的方案，一条是目前在液压挖掘机中应用非常广泛的双泵双回路全功率变量回路；另一条是单泵定量回路。由于矿用液压扒装机的操作手柄都是液控先导阀，故增加先导泵控制系统。机器动作频繁，液压系统发热量大，需要采用水冷对系统进行冷却[7]。

3.2 系统主要优点

采用两条压力调节和控制回路，一方面系统消耗功率随着负载的变化而改变，充分利用了电机功率，降低能量损耗，另一方面机器遇到大的岩石使负载增大或机器进行复合动作时，可通过两个串联的变量主泵合流，保证系统流量充足。操作装置采用液控先导阀，装置简单，可靠性强[8-10]。系统采用水冷，有效地解决了风冷在井下造成大量灰尘的问题。井下水源充足，可利用冷却系统设计喷雾降尘装置对机器挖装机构进行喷雾降尘。

4 结论

(1)对新型矿用液压扒装机的动作特点及工作环境进行了分析，并对其控制系统提出了两条压力调节和控制回路的设计方案，既能满足机器的工作性能要求，又能保证机器作业的高效性。

(2)系统采用水冷的效果明显优于风冷，并对机器作业部位设置了喷雾降尘装置，大大改善了井下作业环境。

(3)新型矿用液压扒装机液压控制系统设计方案满足了机器的使用要求，为该类型机器的液压控制系统设计提供了一种新方法。

[1] 宋海浪，周哲波，李煜，等.新型液压扒装机机架的加工工艺分析[J].煤矿机械，2014，35(10)：132-134.

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[4] 饶刚，董逸君，张磊，等.矿用扒渣机工作机构小臂的刚柔耦合动力学仿真分析[J].矿山机械，2015(4)：39-42.

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[7] 陈刚，林贵端.矿用挖掘装载机液压油冷却装置的改进[J].矿山机械，2014，42(1)：130-131.

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[9] 尹千才，朱洪前.长螺旋钻机液压动力头箱体静动力学分析[J].森林工程，2013，29(3)：97-99+104.

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(责任编辑 张雅芳)

Analysis the Program of New Mining Slag Machine’s Hydraulic Control System

LIU Man

(Department of Electrical and Mechanical Engineering，Changzhou Liu Guojun Vocational Technology College，Changzhou Jiangsu 213025，China)

Based on the analysis of the characteristics of the action of each mechanism of new mining slag machines，according to the energy-saving use requirements，coupled with the underground adverse working environment，a scheme for two pressure regulation and control loops is put forward，with the working principle of the hydraulic control system of new mining slag machines given.The production practice shows that this scheme can not only the needs for crowding bodies and travel mechanism workload change and for energy conservation targets but also meeting the requirements for relevant stable work and strong reliability of breaking hammers and groove lifting cylinders.

hydraulic mining slag machine；hydraulic；control system；scheme design

2017-04-10

常州刘国钧高等职业技术学校2016年校级课题项目(201618)

刘 曼(1989-)，女，安徽砀山人，助教，硕士，研究方向为先进制造技术，E-mail：717066949@qq.com。

TH137

A

2095-2953(2017)09-0021-03