装煤机履带行走机构液压系统泵-马达的匹配计算

2018-12-03张聪

机电工程技术 2018年11期

张聪

（山西方华机械有限公司，山西阳泉 045000）

0 引言

装煤机的履带行走装置是整个设备的支承部分，它一方面承受装煤机的自重，另一方面承受工作装置执行动作时的反作用力，起到支承设备和驱动装煤行机行走的功能。行走机构在使用的过程中会出现牵引不足和履带打滑等故障。主要原因是装煤机履带行走机构液压系统泵—马达的流量和压力不匹配造成的，需要对于液压传动系统进行优化设计，对行走机构液压系统的泵—马达进行匹配计算，在压力和流量方面达到合理匹配，才能充分发挥行走机构液压系统传动效率，有效降低行走机构的故障率[1]。

1 行走机构组成及原理

行走机架采用框架结构，主要包括张紧装置、履带架、履带链、导向轮、驱动轮、液压行走减速器等部分组成。两条履带有独立的液压马达及减速装置，采用高速马达行星减速器内嵌式的结构。张紧油缸伸长，带动履带链移动张进履带，液压驱动系统带动驱动轮转动。驱动轮与履带链啮合，驱使履带传动行走。两侧液压马达可以独立操纵。装煤机可实现前进、后退、转弯外及原地旋转等运动形式。结构紧凑、作业灵活性传动效率高。同时，马达内嵌式结构有效避免了煤岩对马达的碰撞[2]。

图1 行走机构液压系统示意图

2 行走马达的阻力分析

如图1所示，液压油通过分流阀进入左右行走马达的液压回路。左右行走马达为单独的油路系统，可单独动作。整个液压系统有两个液压泵供油，可通过转阀切换为单泵供液（装煤机正常行走）或双泵供液（装煤机快速行走）[3]。

在装煤机行走的过程中，两侧行走马达受到阻力F作用。主要包括工作阻力Fc、坡度阻力Fi、转向阻力Fs、耙取阻力Fp、其他阻力Ft等方面[4]，相关计算公式为

式中：Fc为工作阻力，N；Fp为耙取阻力，N；Fi为坡度阻力，N；Fs为转向阻力，N；Ft为其他阻力，N；Wc为铲台插入煤岩阻力，N；ΣL为铲台和蟹爪插入煤岩的总边沿长度，M；k为载荷不均匀影响系数，1.6～1.7；z为蟹爪数；b为每个蟹爪耙取煤堆边缘长度，M；w为铲板单位长度插入阻力，N。

3 泵-马达的匹配计算

3.1 基本参数计算

以装煤机行走马达排量Vm=625 mL/r为例。装煤机的行走动作主要依靠左、右履所配置的“马达-减速器-驱动链轮”配合实现，通过左、右行走液压马达的正反转动的组合，装煤机可实现前进、后退、转弯外及原地旋转等运动形式[5]。

（1）慢速行走最大速度

系统仅靠前泵供油，前泵输出的压力油经分流阀分流，等压力的液压油分别流入左、右行走马达液压回路的两组三位四通阀，利用三位四通阀来控制左、右液压马达的正反转及差速动作[6]。泵的最大流量为

式中：qbmax为泵的最大流量，mL/min；Vb为泵的公称排量，mL/min；nbs为泵的转速，r/min；ηbv为泵的容积效率，0.9。

将数值代入式（5）中得到

马达最大流量计算公式为

式中：Vm为马达排量，mL/min；nms为马达转速，r/min；ηmv为马达容积效率，0.9。

由式（6）—（7）得到

根据减速器的传动比（4.21）可得到履带的最大转速：nts=nms/4.21=6.6 r/min，履带链轮的回转半径r=338 mm，故履带的最大行走速度vtmas=2 ntsπr=7 m/min

（2）快速行走最大速度

装煤机履带行走机构快速行走时，需要双泵同时供油，系统中流经左右行走马达的液压油的流量增加1倍。由于管路直径一定，液压油的流速也相应增大1倍，所以履带行走机构的最大行走速度为单泵供油的2倍（14 m/min）[7]。

3.2 泵-马达压力匹配

（1）压力损失

由于液压油都有一定的粘性，在液压管路的流动中必然存在摩擦。液压系统需要消耗一部分能量，表现为液压油流经过程中压力下降，称为压力损失。压力损失主要包括沿程压力损失和局部压力损失，沿程压力损失主要是液压油流经直管道由摩擦力引起的，它的大小与管道的长度成正比。局部压力损失是由于管路直径变化、液压油方向变化或其他液流阻力引起的，包括弯管和阀的压力损失。液压系统总压力损失为沿程压力损失和局部压力损失的和。经计算得到系统的压力损失为1.13 MPa[8]。

（2）扭矩计算

假设泵泵的出口压力pb=18 MPa，减去压力损失1.13 MPa可得到马达的入口压力pm=16.87 MPa。马达入口压力减去出口压力得到马达的压差Δpm=16.37 MPa。

马达最大输出扭矩为[9]