矿用履带设备行走系统热平衡计算*

左岗永

(中国煤炭科工集团 太原研究院， 山西 太原 030006)

0 引言

履带式设备在煤矿中应用较多，如掘进设备、连采设备、锚杆支护设备等。但井下行走工况恶劣，设备发热现象严重制约其使用性能。履带式锚杆支护设备是一种快速、安全、经济的巷道支护方式，可显著提高支护效果，降低成本，减轻工人劳动强度，改善作业环境，保证安全生产，有利于采煤工作面快速推进[1-2]。锚杆钻车是支护技术实现的主要载体，是煤矿井下生产至关重要的支护设备[3]，热平衡是整机性能评定的主要指标之一，通过对行走系统的热平衡进行计算，为行走系统设计和优化提供依据。

1 整机液压系统简介

整机液压系统执行元件多、动作复杂，各执行元件对力和速度的要求差别大，整机液压系统设计时选用负载敏感开式变量系统。开式变量系统具有如下优点：

1) 实现恒功率控制，节约能源。

2) 通过压力切断，实现过载保护、减少系统发热。

3) 通过负载敏感控制，实现流量和压力的匹配，减少系统发热，实现多个执行元件同时动作的无干扰控制[4-5]。

负载敏感也叫负载反馈，是依靠负载压力控制泵变量的一种闭环控制系统[6]。负载敏感系统控制方式的优先级为压力切断优先于恒功率控制，恒功率控制和压力切断优先于负载敏感[7]。

某型履带式锚杆支护设备行走系统参数如表1所示。

表1 行走系统参数

2 行走系统简介

行走液压系统主要由负载敏感变量泵、负载敏感多路阀、左右侧行走马达和行走先导操作阀组组成。

行走液压系统原理如图1所示。行走系统中液压泵排出的高压油经过滤器过滤后进入行走阀，经行走阀进入到左右侧行走马达。行走先导控制手柄输出线性的先导压力信号，控制行走阀的动作方向和开口大小，实现整机的前进、后退和转弯动作以及行走的无级调速。

1-过滤器; 2-液压泵站; 3-行走阀; 4-左侧行走马达; 5-右侧行走马达; 6-行走先导操作阀组

3 行走系统热平衡计算

行走系统的发热部分包括：液压泵的发热、行走马达的发热、管路的发热及行走阀的发热4个部分。

1) 液压泵的发热功率p1:

p1=pZqZ(1-ηp)

(1)

式中：pZ为行走系统液压泵输出压力；qZ为行走系统液压泵输出流量；ηp为液压泵的总效率。

2) 行走马达的发热功率p2：

p2=pZ1qZ1(1-ηZm)

(2)

式中：pZ1为行走马达压力；qZ1为行走马达流量；ηZm为行走马达的总效率。

3) 行走管路的发热功率p3：

p3=ΔpZ1qZ

(3)

式中：ΔpZ1为行走管路两端压差。

4) 行走阀的发热功率p4：

p4=ΔpZ2qZ

(4)

式中：ΔpZ2为行走阀两端压差。

5) 行走系统总的发热功率p：

p=p1+p2+p3+p4

(5)

6) 系统热平衡计算

(6)

通过计算，得到行走系统总的发热功率为28.8 kW，油箱有效容积1 400 L，环境温度18℃，油温升到70℃时所需要的时间t=86.1 min。

4 行走系统测试

锚杆钻车在以最大速度行走，分别测量泵出口压力、泵的输出流量和行走换向阀各口的压力和流量。

行走系统测试数据如表2所示。由试验数据计算得到行走液压系统的实际功率损失为29.2 kW。

表2 行走系统测试数据

5 结论

通过对行走系统热功率的计算和测试，并将试验数据和理论计算对比，验证了发热功率理论计算的正确性。为减少行走系统功率损失，必须要减少液压泵、液压马达和液压阀的发热功率，提高液压泵和液压马达的效率，可选用压降小的液压阀，同时液压管路要短，布置要合理，压力损失尽量小。同时做好发热元件的散热，在必要的条件下需配备外置的冷却器对液压系统进行强制散热。