掘进机液压系统设计及参数确定

2018-08-02贺亚军

机械管理开发 2018年7期

关键词：履带掘进机悬臂

贺亚军

（山西乡宁焦煤集团毛则渠煤炭有限公司，山西临汾 042100）

引言

悬臂式掘进机是井下机械化采煤的主要施工设备，凭借着其生产效率高、技术先进、较强的适应力等优势被我国机械化采煤作业广泛应用，并取得了良好的效果[1]。在这一趋势下，悬臂式挖进机的技术发展也逐渐迈向大功率、重型化的方式发展。

1 悬臂式掘进机的工作原理

目前，悬臂式掘进机主要分为行走部和工作部两个部分。对于行走部主要是由履带行走机构组成。而工作部则分为工装机构以及辅助机构两大部分组成[2]。悬臂式掘进机的整体运行工序首先为电机带动液压泵驱动行走马达，从而移动整个履带，其次使整机进一步靠近煤岩的工作面，使截割头得以在伸缩缸的作用下钻进，从而对其进行水平截割，当达到最大摆动角时进行升降工序，从而保证截割头可以以垂直的方向进行一定高度的截割，在进行截割后的煤炭经装运机进行输送，并完成整体的悬臂式掘进机工作环节。

2 悬臂式掘进机的液压系统原理工序

2.1 系统原理

悬臂式掘进机的液压系统主要目的是为了给主机以及不同机构中的有关工序提供技术上的帮助和保障，从而进一步促进施工的平稳运行。因此，悬臂式掘进机液压系统在运行时需要注意以下几点施工工序。首先，由于巷道底板的情况较为恶劣，会给施工人员的整体工作带来一定的难度，当掘进机采用履带底盘进行行走时，一定要注意选用高速的马达来匹配行星减速器的驱动[3]。其次，悬臂式掘进机在进行截割环节时，需要将截割头准确固定在截割的位置上，并从钻进的方向加强轴向力从而沿水平以及竖直的方向进行有序切割，以此来更好控制截割方向的水平和垂直油缸。再次，装运机构需要将截割落于铲板上的煤炭渣灰通过弧形的三齿星轮进行汇集，经过皮带输送机输送，分别驱动三星齿轮以及运输机。最后，在进行具体的截割工序之前，需要选用恰当的油缸，保证整机稳定。

2.2 回路设计

目前，我国悬臂式挖进机技术所需要执行的元件过多，并且具有较大的负载敏感特性[4]。因此，需要选用负载敏感特性的双联柱塞泵作为原有的动力源，并将其一联作为装载机构的回路使用，另一联作为截割以及辅助的回路使用。其中行走部液压系统主要是由变量泵的左联为两个马达所构成整体的并联回路，提供压力油，并由变量泵所提供的油液液控阀流入多路阀，回路中的梭阀用于感知压力程度和具体数值的变化，依靠溢流阀进行压力控制[5]。装运机构主要是通过变量泵提供压力油，采用星轮马达进行驱动，从而完成对煤渣落料的输送，两组马达一同使用并联回路通过多路阀进行控制，从而进一步实现压力控制的目的。除此之外，辅助液压系统主要是依靠行走机制来进行制动，在进行具体截割时需要保证整机的有效支撑以及其中的制动缸与行走马达进行合理并联，打开多路阀，通过工作人员对多路阀进行合理控制换向，并有效设置平衡阀，从而避免因油缸下降而使整体的悬挂式挖进机在具体运行时出现失误。

3 悬臂式挖进机工作参数计算

3.1 马达匹配计算

经研究发现悬臂式挖进机的最大负载工况为坡道上的原地转向，马达的负载转矩为：

式中：单侧履带阻力T1为110 kN；η1为履带链传动效率，取值为0.92；η2为液压系统容积效率，数值为0.95；i为减速机的速比，取215；r为驱动轮的半径，0.6 m。将数据带入公式（1）得出Mm1=352 N·m。与此同时，实验人员取行走回路的运行压力Δp=21.5 MPa，ηm为运行效率，0.90，带入其马达排量的公式得实际选用的马达额定排量Vm额=kVm=1.4×114=160 mL/r，由上述的公式以及悬臂式挖进机的一系列参数可知，选型号为A2FE 160/61W-VZL100的马达。

3.2 马达合理选用的实验计算

由于悬臂式挖进机在进行工作时需要具备的额牵引力要满足挖进机的最大坡度要求，因此型号EBZ160的悬臂式挖进机的最大设计爬坡度数为18°，在进行原地转向工作时需要承受的具体牵引力公式为：

式中：θ为设计爬坡坡度，18°；G为整机的重力，450 kN；L为单侧履带板接地长度，2 570 mm；f为地板滚动摩擦系数，0.24，μ为履带机构与底板转向阻力系数，0.14；n为纵向偏心距，520 mm。将数据带入式（2），得 T1=145 kN。

此时，单侧履带负载转矩Mr2=T1×r=87 kN·m，马达输出转矩，选配的行走马达输出转矩。显然，Mmax＞Mm2。因此，选用A11VO145LRDS/10R+A12VO190LRDS/10R的双联负载泵，并保证前泵排量为145 mL/r，后泵排量为190 mL/r，最高的压力为30 MPa左右。与此同时，专业的实验工作人员将发动机的实际转速调为1 470 r/min，则前泵的最大输出量qp=189 L/min。由此得出单侧的马达流量的具体公式为L/min，液压马达的转速最大值r/min，整机的最大行走速度m/min。可知所选马达满足最大行走速度7 m/min的要求。