全断面掘进机锚杆钻机液压系统的设计

2020-01-13董荣宝

煤矿机电 2019年6期

董荣宝

(中国煤炭科工集团上海有限公司，上海 200030)

0 引言

目前煤矿领域掘进巷道普遍采用悬臂式掘进机、连采机及掘锚机等分断面掘进方式，这种方式制约煤矿生产，不适应形势的发展。通过研究分析,研制了煤巷全断面掘进机,其一次成型断面为矩形(尺寸5.8×3.8 m)，采用步进式掘进，步距为1.5 m，由于该机头与机尾之间存在1.5 m空顶距，需要在此布置多台锚杆机。锚杆机作为掘进机的关键设备直接制约着掘进速度，故有必要设计合理的锚杆机液压控制方案。

1 锚杆机组成及工作原理

锚杆钻机的位置如图1所示。锚杆钻机主要有撑柱组件、长短进给油缸、滑架、链传动、钻箱、冷却降尘系统、液压系统及电气系统组成，采用全液压驱动，如图2所示。全断面掘进机推进过程中同时打锚杆。

图1 锚杆机位置

锚杆钻机依靠长、短进给油缸的两级进给和钻箱的旋实现钻孔和安装锚杆作业。钻孔前，首先将支撑柱撑顶，将钻架稳定好。布置于滑架的长短进给油缸将滑架及钻箱由滑架底部推至顶部，两次推进运动的完成共同实现钻机钻箱进给运动。

图2 锚杆钻机结构

2 三种液压系统方案

2.1 单泵-分流阀方案

采用分流阀将一台液压泵2输出的流量等分给2台锚杆机，锚杆机的3个执行器采用中位机能为M的换向阀5串联在一起。系统压力由溢流阀3调节，推进缸与支撑缸的平衡阀9具有油缸保压及平稳下降的作用，如图3所示。2台锚杆机同时工作时，溢流阀溢流出少量高压油液回油箱，其他油液等分到2台锚杆机。当仅仅1台锚杆机工作时，不工作回路的油液经过分流阀、3个换向阀及管路直接回到油箱。

1-过滤器;2-液压泵;3-溢流阀;4-分流阀;5-换向阀;6,7,8-执行器;9-平衡阀。

分流阀由2个固定节流口及2个可变节流口组成，要产生分流效果，必须产生压降，这样会产生大量的热，同时油液经过串联的换向阀也要产生热量。系统产生大量的热会造成系统泄漏及效率降低,故有必要在系统中采用强制冷却。液压马达、推进缸及支撑缸串联在一个回路中，各个元件的速度不容易匹配马达和油缸同时工作时，马达承受一定的背压，对马达使用寿命造成一定的影响。

2.2 双泵-分流阀方案

该种方案采用大小流量的液压泵3配备2个分流阀4。其中一个分流阀经过2个换向阀5连接2台马达7,另一个分流阀经过4个换向阀连接4个液压缸。换向阀中位采用M机能。2个溢流阀2分别设置2台液压泵的系统压力如图4所示。

1-过滤器;2-液压泵;3-溢流阀;4-分流阀;5-换向阀;6-平衡阀;7,8,9-执行器。

由于2台锚杆机参数一样，回转、推进及支撑的回路压力可以按照工况进行调节，流量分配更加合理。2台机器同时工作时，压力、流量都可以得到充分利用。当仅仅一台机器工作时另一路油液经过分流阀、3个换向阀及管路直接回到油箱。仍然会造成压力损失，会产生大量的热。并且分2泵会造成系统管路复杂，结构也不紧凑。

2.3 负载敏感方案

由图5所示,负载敏感回路中，液压泵出口处的换向阀5前后分别引出压力油至泵的流量控制阀阀芯两端，流量阀的弹簧力较小且预先设定(一般约相当于压力2.0 MPa)。当换向阀阀口开度大一些，换向阀两端的压差就减小，从而调节变量机构两端压差就减小，推动斜盘使之倾角增大，直到输出的负载流量在节流阀上的压差重新与流量阀的弹簧力达到平衡为止。通过改变换向阀的阀口大小来适应不同工况所需要的负载流量。

式中：FS为变量机构的弹簧力;AF为阀芯有效作用面积。

泵的输出流量：Q2=K·A·(Δp)m。

泵的输出功率：P=P1+P2

式中：P1为有用功;P2为节流损失。

对于负载敏感泵来说，不存在溢流损失，尽管系统依然存在节流损失，但节流损失仅仅为比例节流口产生的压差(2.0MPa)所造成的能量损失,且产生的损失较小，其损失功率为：P2=Q2×Δp。