悬臂式掘进机液压执行元件的爬行分析及对策.pdf

2 0 1 0年第 1 2期 中州煤炭 总第 1 8 0期 悬臂式掘进机液压执行元件的爬行分析及对策 付伟 ， 张宇航 中平 能化 集 团 设 备 租 赁 分公 司 ， 河 南 平 顶 山4 6 7 0 0 0 摘要 为 了减少悬臂 式掘进机执行元件的爬行现象 ， 增 强掘进机 的系统稳定 ， 以回转液压缸 为实例进 行受力 分析 ， 明确 了导致 回转液压缸爬行现象产生的 因素。通过调 整系统可变参数， 解决 了回转液压缸爬行 问题。 关键词 掘进机 ； 液压冲击； 爬行 ； 回转液压缸 中图分 类号 T D 4 2 1 ． 5 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 0 1 20 0 7 l O l 随着 我 国煤矿 采 掘 机械 化 的全 面推 行 ， 悬 臂 式 掘进机 的研制 和应用 从 2 0世纪 6 0年代 以切 割 功率 为 3 0～ 5 0 k W 的小功 率 为 主 ， 发 展 到 目前 的切 割功 率在 3 0 0 k W 以上 的 大 功 率 掘 进 机 ， 其 体 积 也 越 来 越 大 ， 自身质 量也 由 2 O一 3 0 t 扩展 到现在 的 1 0 0 t 以 上 。由于掘进 机 的质 量 增加 ， 各 回转 部 件 连 接处 的 摩 擦运动 副对 掘进 机 运转 的影 响 也 日趋 明显 ， 小 型 掘进机上 未能 出现 的执行 元件 爬行 现象在 大 型掘进 机 上显现 出来 。 1爬 行 定 义 及 影 响 在液 压 系 统 中 ， 当液 压缸 或 液 压 马达 在低 速 运 转 时 ， 产 生时断 时续 速 度 不均 匀 的运 动 现 象称 为 爬 行。悬臂式掘进机执行元件的爬行是一种十分有害 的现象 ， 曾发生 由于执 行元 件 的爬 行 ， 导致 液压 系统 产 生很大 的液 压冲击 ， 引起 液压 软管 爆裂 ， 多路换 向 阀 、 液压泵 及马 达 的损 坏 。执 行 元 件 的爬 行 问题 如 不 能及时 有效解 决 ， 还 会对 悬臂段 产 生巨大 的 冲击 ， 使 机架变 形 、 断 裂 。 2掘进机执行元件的爬 行分析 以悬臂 式掘 进机 回转 液压缸 图 1 为 例 分析 其 爬行 的原 因。 当液压油 进入 回转液 压缸 A腔 、 B ， 腔 时 ， 由于 活塞密封 的摩 擦力 、 活塞杆 摩擦 力及 所铰 接 的掘进 机悬 臂段 回转 台所产 生 的摩 擦力 致使 液压缸 不会立 即运 动 ， 在 不 考虑 工 作 负 载 的情 况 下 必 须克 服各个 运 动副 的静摩擦 力后 ， 右液 压缸 缩 回 ， 左液压 缸伸 出才能 带动 回转 台及 悬 臂段 右旋 。在 A腔 、 B 腔 的压力逐 渐 上 升 过 程 中 ， A腔 、 B 腔 液 压 油及 其 收稿 日期 2 0 1 00 8 0 3 作者简介付 伟 1 9 8 0 一 ， 男 ， 河南息县人 ， 助理工程 师 ， 2 0 0 1年 毕业 于焦作矿业学院 ， 现从事矿 山机械设备管理工作 。 中 的微 小空气 泡 被 不 断压 缩 并 积 蓄能 量 ， 直 到 两 回 转 缸液 压缸 活塞 所受 推 力 大 于静 摩 擦 阻 力 时 ， 回转 液压缸 才 能 带 动 回转 台及 悬 臂 段 进 行 向右 回转 运 动 ， 此 时静摩 擦力 变为 动摩擦 力 ， 由于 动摩擦 力低 于 静摩擦 力 ， 在 活塞 所 受 推力 与动 摩 擦力 之 差 的作用 下 ， 活 塞突然 被 加速 ， 带 动 悬 臂 段 回转 台快 速 回转 ， A腔 、 B 腔的油压也随之 降低 ， 混入 油液中的压缩 空气由于油压降低而迅速释放能量 ， 加 速了悬臂段 回转 台 的快 速 回转 。 由 于 悬 臂 段 及 回转 台质 量 很 大 ， 快 速 回转 的惯 性 导 致 B腔 、 A ． 腔 油液 排 油 阻力 加 大 ， 同 时 B腔 、 A 腔油 液 中 的小 气 泡 空气 突 然压 缩 ， 使悬臂段又被制动 ， 待 A腔、 B 腔工作压力上 升 ， 推 动活塞 的力 又大 于静摩 擦力 时 ， 悬 臂段 再次 回 转 ， 重 复地发 生悬 臂段加 速旋 转和 停止 ， 即产 生 了回 转 油缸 的爬行 现象 。 ． 酪 ．一 兰 _J B l A M6 ． 一 匝 里 { 自 一 j 简 一一 图 1 悬臂式掘进机回转液压缸 转油缸 3爬行影响 因素分析 油液 的体 积弹性模 量使 分析 系统 的爬 行现象 变 得复 杂 。为方便 分 析 ， 可 以 先假 设 进 入 回转 液 压 缸 的液 压油是 理想 状 态下 连 续 均 匀 的 ， 且 单位 时 间 内 进入 液压 缸的 油液体 积 △ 为 下转第 9 5页 71 2 0 1 0年 第 1 2期 马乐 辉 常村煤 矿 东翼胶 带运输 巷突 水段 巷道 的治理 总第 1 8 0期 扣件 的位置 ； 架设 时 ， 按 照先 两侧棚 腿 、 然 后底 梁 、 最 后顶 梁 的顺 序依 次 完 成 。最后 严 格 按 照 中 心 、 腰线 对钢棚 进行 校正 ， 并对所 有螺 栓进行 二 次紧 固 。 5 背帮 背顶 。搭设 钢 棚后 先 用 双层 钢 筋 网背 帮 背顶 ， 再用 木 板 接 实 ， 严 禁 空 帮 空 顶 。背 帮背 顶 时 ， 背木 尽量 不用 在两肩 的搭 接处 ， 以确保 钢棚 有足 够 的收缩 空 间 。 6 拆 除原 支 架 。尽 量 从 原 搭 接 处 拆 除 ， 以便 回收利用 。 7 施 工 混凝 土底 拱 。每 2 m进 行 1次 浇 灌 ， 拱 底深 度 为 8 5 0 m m 腰线 下 1 8 5 0 m m ， 两 帮墙 体 内 5 0 0 m m 混凝 土配 比水 泥 砂 石子 粒 径 2 0 4 0 mm 为 1 2 2 ， 强度 不小 于 C 2 5 ， 浇筑 前必 须 搅拌 均 匀 ， 每填 入 2 0 0 mm厚 时必须 用 振 动棒 振捣 1次 ， 确 保 密实 。 8 喷 浆 。喷 浆前 每隔 5 m 在巷 道 正 顶及 两 肩 各 预埋 1根 5 0 ． 8 m m 钢 管 注浆 用 。喷 浆 厚 度 不小 于 1 0 0 mm， 混凝 土强 度为 C 2 0 。 9 壁 后注浆 。在喷射 混凝 土完 成 7 d后 进行 ， 在 已预埋 的钢管 内插 入 2 5 ． 4 m m 注浆管 。采用 单 液水 泥浆 ， 设 计 压力 1 ． 0～ 2 ． 0 MP a 。因前 期 已对 导 水 通道 进行 了封 堵 ， 该 步骤 主要 为 注 浆 固 结巷 道 围 岩 ， 改 变 围岩力 学性质 ， 达 到加 固巷道 的 目的 。 7 结 语 马蹄形 全 封 闭 式 2 9 U型 钢 混 凝 土底 拱 壁 后 注浆 支护技 术 ， 使钢棚 受力 均匀 ， 形成 完整 的支 护 承 载圈 ， 避免 了 因局部受 力破 坏 引起 的支护 失效 ； 尤 其在地质条件复杂、 采动影响较大的地段使用 ， 可避 免 巷道 的二 次维 修投入 。方 案实 施 3 0 d后 ， 巷道 原 突水点 已完全 封 堵 ， 同 时巷 道 仅 在 局部 有 喷 浆 体轻 微 开裂 现象 ， 2 9 U型钢 支架元 明显 变形 ， 成 功解 决 了 东翼 胶 带运输 大巷 突水 的 问 题 ， 为 以后 的巷 道 治理 积 累 了宝贵 的经验 。 责任 编辑 秦爱新 上接 第 7 1页 定 值 ， 由于 活塞 的面积 为 定值 ， 液 压缸 活塞 的平均 速度 与单 位时 间 内进 入液 压缸 的 油液体 积 △ I ， 成 正 比 ， 即 AV K A v t 0 1 式 中 ， △ 为 在 t 时间 内进 入 油 缸 的油 液 体 积 ； K 为 比例 系数 ； A为 回转油 缸 有 杆 腔 活 塞 面 积 与 无杆 腔 活塞 面积 之 和 ； t ， 为油 缸 活 塞运 动 速度 ； t 为相 邻 2 次悬臂 段 回转 前之 间 的停 顿 时问 。 在 液压 推 力 与动 摩擦 力 之 差 的作 用 下 ， 启动 悬 臂 段 回转就会 有一个 压力 增量 △ p ， 即 却 A F ／ A 2 式 中 ， △ ，为液 压 推 力 与 动 摩 擦 力 之 差 。该 压 力 增 量 A p一 部分 能 量 用 来 压 缩 油 液 中 的空 气 ， 另 一 部 分用 来消耗 在 A 。 腔 、 B腔 油液 背压 P 上 ， 即 A pk AV ／ L A P b 3 式 中 ， k 为 比例 系数 江 为 回转 油缸 进油 腔长度 。 由 1 、 2 、 3 式联立 可得 t 0 △ FP b A L ／ K A k v 4 从 式 4 中可 以看 出 ， 爬 行 现 象 的产 生 与动 、 静 摩 擦力 差值 ， 执行元 件 的系统 背压 ， 执行元 件 的活塞 面积 ， 执 行元件 的移动 速 度 及 执行 元 件 的长度 均 有 密切 的关 系 。 4 采取措施 减少 掘进机 液压执 行元 件爬 行现象 ， 即减 小 t 。 。 根据 悬臂 式掘 进机 井 下 掘 进巷 道 、 掘 进 速 度 及掘 进 断 面的要 求 ， 执 行元 件 的活塞 面积 、 执行元 件 的移动 速度 及执 行元 件 的长 度 为 定 值 ， 不 能 随 意更 改 。 因 此可采取 3种方式减少爬行现象 。 1 加 入 液压 油 前 先将 液 压 油 静 置 ， 减 少 油 液 中的微小空气泡； 加完液压油后使各液压执行元件 充分 运动 ， 尽量 排尽各 液压 执行 元件 中 的空气 。 2 缩小 回转 轴承 的动 、 静摩 擦 力 差值 ， 提高 掘 进 机 的装配 质量 和定 期 为 回转 台 轴 承补 油 润 滑 ， 当 回转 台轴承 中油 膜建 立 完 好 ， 将 极 大 降低 动静 摩 擦 力 的差 值 ， 并 可使 静 、 动 摩 擦 力 曲线 下 降 区消 失 ， 减 少 回转 油缸 的爬行 现象 。 3 在执行元件后增加背压阀 ， 但提 高背压会 增加 有 功功率 的消耗 ， 产 生热 量 ， 这 些都 对掘进 机 的 性 能影 响很大 。所 以要 根据不 同掘进机 型 的 回转 特 性进 行分 析 ， 找 出与之 配 套 的系 统 背压 来 减 少爬 行 现象 。 5 结 语 对 掘 进机 悬 臂 段 回转 油 缸爬 行 现 象 的分 析 ， 可 以扩展 到掘 进机 的其 他液压 执行 元件 。减少 掘进 机 液 压执 行元 件 的爬 行 现 象 ， 可 以增 强 掘进 机 液 压 系 统的稳定性 ， 提高掘进机的整体性能。 责任 编辑 刘欢 欢 9 5