履带式煤矿井下液压吊装车的研发.pdf

煤矿 现代化 2 0 1 5 年第5 期 总第1 2 8 期 履带式煤矿井下液压吊装车的研发 王海斌 。 原明磊 山西凌志达煤业有限公司， 山西 长治 4 6 6 0 6 摘要本文介绍了一种 最新研发的履带式煤矿井下液压吊装车 ，它不仅 为井下吊装领域 实现机械 化填补 了空白， 而且大大提高了矿井的安全、 环保指数。 关键词履带； 液压； 吊装车 中图分类号 T D 4 0 2 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 5 0 5 0 0 9 2 0 3 改革开放以来 ， 煤矿井下在掘进 、 采煤 、 运输 、 支 护等领域的机械化步伐突飞猛进 ，大大提高 了煤炭 产量 和劳动生产率 ， 但在井下设备 、 物资 、 配件 吊装 领域至今仍未实现机械化， 仍然在采用人抬肩扛、 手 拉葫芦 、 牵引拖拽的传统生产方式 ， 不仅费人 、 费时 、 费力 ， 大型机械化设备 吊装难 、 拆装难 、 运输难 ， 大型 液压支架撤架难 、 转场难 、 就位难成 了制约煤炭生产 发展 的瓶颈。传统的吊装设备存在很大的局限性⋯ 。 山西凌志达煤业有限公司在对井下 的吊装设备作了 广泛的调研 、 分析和 比较的基础上 ， 发 明制造 了吊装 和运输相结合 、 地面行走灵活 、 不需顶板承重 的新型 多功能 吊装车。 1 吊装车 总体 方案设计 1 ． 1 设计 要 求 煤矿井下液压 吊装车是为取代煤矿井下设备的 人工拆装和货物的人工装卸而设计制造的一款专用 吊装车。该设备应用后 ，可大大减轻] 二 人的劳动强 度 ， 减少工作安全 隐患 ， 提高工作效率[ 2 1 。因此 ， 对设 备的总体要求是 1 煤矿井下液压吊装车结构紧凑。 外形尺寸不 大于 4 5 2 5 X 1 6 3 5 X 1 8 0 0 mm 。 2 煤矿井下液压 吊装车南行走机构 、 车架与 回 转机构 、 吊装臂 、 液压系统和配重箱等组成。图 1为 煤矿井下液压吊装车总体方案示意图。 吊装臂 操纵系统 油箱配重 图 1 煤矿 井下液压 吊装车 总体方案示意 图 1 ． 2 技术路线 9 2 煤矿井下液压吊装车操作较为简便 ，只需要通 过操纵台的工作指示牌操纵工作手柄 ，即可实现相 应动作 ， 完成工作任务。 1 ． 3 设计原理 1 ． 3 ． 1 起 重机 构 的工 作原 理 图 2 起 重机构 的工作原理 图 图 2为起重机构的工作原理图。 ①起重大臂 ， ② 调幅油缸 ， ③起重小臂 ， ④钢丝绳 ， ⑤调绳绞车 。大 臂 ， 调幅油缸 ， 调绳绞车固定在转盘上。调幅油缸伸 缩时吊起和落下重物 ， 并改变起 吊点 的远近。小臂伸 缩增加了起 吊距离远近的范围。调绳绞车在小臂伸 出时调整绳的长短 ， 也可用来吊起重物。小臂伸缩南 伸缩油缸控制 。 1 ． 3 ． 2 转盘机构的工作原理 图 3 转盘机构 工作原理 图 冈 3是转盘机构T作原理图。液压马达 同定在 机架上 ， 马达上的主动小齿轮与转盘齿轮啮合 ， 转盘 齿轮与起重机构相连 ， 使起重机构 回转 。 转盘齿轮 内 孑 L 有轴承 ， 轴承 内孔则与机架相联结。这样 当带有主 动小齿轮的马达旋转时 ，转盘齿轮带动起重机构作 顺时针或逆时针转动。 煤矿 现代化 2 0 1 5 -r 第5 期 总第1 2 8 期 1 ． 3 ． 3 行走 机 构 的工作 原 理 图 4行走机构 工作原 理图 图 4为行走机构工作原理图。行走机构由液压 马达 2 ， 链轮 5 ， 履带 3 ， 张紧装置 3和机架 4组成。 机 架 4将左右对称 的两套机构连在一起 。机架上 固定 转盘 ，液压马达通过液压管路 、阀门与液压 系统相 连 。张紧装置 3用来调整履带的垂度 。 1 ． 3 ． 4 液压介质转换装置工作原理 巍 化 涟 l 图 5 液压介质转换装置工作原理 图 图 5为液压介质转换装置工作原理图。煤矿井 下液压 吊装 车的一次动力源是回采工作面乳化液泵 站的高压乳化液 。二次动力源用 的是经液压介质转 换器出来的高压液压油。 其工作原理如下 当乳化液 从转换器左端进液 口输入 ，高压液压油便从转换器 右上方 出油 口输出 ； 当乳化液从中间进液 口进入 ， 转 换器右端从油箱吸油准备下一次排油循环 。 1 ． 3 ． 5配重装置工作原理 配重装置连同起重装置安装在转盘上 。配重装 置的工作原理是 ，无论 吊装车在有载或无 载时都能 保证重心在履带 的接地平面内。 配重 图 6 配重示意图 2 吊装车的功能设计 2 ． 1 吊装车稳定性设计 煤矿井下 液压 吊装 车需 做一定 空 间的三维 动 作， 以达到完成起吊重物的要求， 无论是在水平面工 作 ， 还是在 8 。斜 面上工作 ， 在工作过程 中不 允许侧 翻和倾倒。计算起 吊重物后在前方位 、 后方位 、 侧方 位 、 8度斜坡工作时 ，保证整车的稳定性是煤矿井下 液压 吊装车一项重要的功能设计 。考虑到煤矿井下 液压吊装车结构的对称性只需进行前方位和左侧方 位的稳定性计算 ， 就确定 了整机的稳定性 。 稳定计算公式 K1 ∑M 稳F ／ ∑M倾F ≥1 ． 2 5； 式中 K 为稳定性安全 系数 ； ∑M 、 为稳定性力矩 的代数和； ∑M倾 为倾斜性力矩的代数和。 2 ． 2 吊装车行走功能设计 煤矿井下液压 吊装车为适应井下 的复杂环境采 用履带行走方式。行走功能的设计要确定履带的速 度 、 接地 比压 、 牵涉引力 、 马达功率等 内容 ， 还要确定 履带下垂度和张紧力等结构问题 。 通过接地比压计算公式得出 ，煤矿井下液压 吊 装车接地 比压符合要求。 履带对地面的附着力是履带能正常行驶 的重要 条件， 只有附着力大于行驶阻力履带才能正常行驶。 煤矿井下液压 吊装车所需牵引力 的计算应按最 不利的工作条件来确定，现按坡度为 8 。时计算， 这 时所需牵引为必须大于各项阻力之和，但应不大于 履带对地面的附着力 。 履带的静态张紧度是按履带松边 上方 区段 的 下垂量 的值确定 。涨 紧装置的行 程应大于履带节距 的一半 ，以便在履带因磨损而伸长时可拆去一块而 继续使用。 2 3介质转换装置的功能设计 煤矿井下液压 吊装车主要用在回采工作 面。回 采工作面有乳化液动力源 ，吊装 车使用乳化液动力 源， 可减少 吊装车的设备配置 ， 节约成本 ， 还可使车身 体积和重量减轻 ， 占用较小 的工作空间 ， 操作更加灵 活 ， 环境适应性更好。 但是 ， 国内用乳化液为工作介质 的液压马达质量还不可靠 ， 驱动装置多用油介质液压 马达。 所 以煤矿井下液压 吊装车设计有一套介质转换 装置。 转换器输出功率应大于或等于吊装车执行元件 的功率之和。 由于吊装车工作时是一个动作完成后才 完成下一个动作 ， 所 以在设计转换器时 ， 将所有执行 元件中功率最大的元件的功率作为转换器输出功率。 执行元件的最大功率是 马达的输入功率 ，输入压力 2 1 MP a ， 以此来设计转换器的参数 。 93 一 一 煤矿现代化 2 0 1 5 年第5 期 总第1 2 8 期 3 吊装车结构设计与计算嘲 3 ． 1 吊装臂强度设计计算 依据矿井 下液压 吊装 车需 完成起 吊重物 的要 求 ， 核算在起吊重物时， 吊装臂的强度。 吊臂 的基本 设计结构尺寸及两极限工作状态如 图 7所示 。 根据剪力和弯矩公式计算出吊臂所受的最大剪 力和最 大弯矩 ， 并分别计算梁 吊臂 弯曲应力和梁 吊臂 的抗剪切强度 ， 可得出结论梁 吊臂 、 伸缩臂 抗弯强度满足和梁 吊臂 抗剪切强度满足。 图 7 吊臂部件结构和工作状态分析示意图 1 一大臂 ； 2 一小臂 ； 3 一支撑油缸 ； A点 吊臂俯仰旋转 中心 ； C点 重物 吊装点 双 点划线为最大仰 角位置 3 ． 2 支承油缸支承力的设计计算 吊臂呈水平状态， 吊臂与支承油缸的夹角最小， 伸缩臂全部伸出， 此时支承油缸升起有载荷的吊臂， 用力最大。 根据对支 承油缸 的受 力分析 以及支 承力 的核 算 ， 可以得出结论 支承油缸可靠升起 吊臂。 3 ． 3 伸缩臂刚度的核算 对受载荷作用 的悬臂梁 ， 梁弯曲的刚度要求 ， 应 是梁的最大挠度小于梁的许用挠度， 即 I f ] 式中 为梁 吊臂 的计算最大挠度 ； [ f ] 为允许挠度 。 经计算可 以得 出刚度满足要求 。 3 ． 4 吊臂部销子强度的核算 把销子当简支梁来计算 。设 吊物载荷作用在销 子的中心， 销子在受到吊物载荷作用， 产生弯曲应力 和剪切应力。对弯曲应力和剪切应力进行核算 ， 可以 得 出结论 销子的强度和抗剪切强度满足要求 。 3 ． 5 钢丝绳设计核算 依据煤矿井下液压 吊装车需完成起 吊重物的要 求 ， 核算在起 吊重物时 ， 钢丝绳的强度 。 计算公式 F K D E R o ／ 1 0 0 0 式 中 F 0 为钢丝绳最小破断拉力 ，单位 k N； K 为某 一 指定结构钢丝绳 的最小破 断拉力系数 ； D为钢丝 绳公称直径 ，单位 mi l l ； R 。 为钢丝绳公称抗拉强度 ， 单位 MP a 。 由计算结果可知 ，钢丝绳在起 吊 1 0 0 0 0 k g 额定 起重质量 的情形时， 钢丝绳是安全的。 4 总 结 履带行走煤矿井下液压 吊装车是 山西凌志达煤 业有限公司 自行设计和试制的一种新型井下 吊装设 备 ， 它是一种新型的 、 先进 的、 多功能的设备 ， 具有巨 大的市场推广价值。 参考文献 【 1 】赵 建军 ， 煤矿井 下行 走机械履带机 构接地 比压 浅析， 山 西 煤炭 管理 干部 学院学报 ， 2 0 0 5 3 9 9 1 0 1 ． 【 2 】姚亚峰， 瓦斯抽采分体式履带钻机的独立行走液压系统设 计 ， 煤 田地质与勘探 ， 2 0 1 4 6 1 0 5 1 0 8 ． [ 3 ] 纪经伟，门式液压吊装系统吊装千吨级反应器， A r - 专 家 ， 2 0 0 9 0 3 1 1 6 1 1 8 ． 作者简介 王 海斌 1 9 6 5 一 ， 男， 机 电工程师 ， 山西长治人 ， 现任 山西 凌志达煤业机 电矿长。 收稿 日期 2 0 1 5 7 2 7 The Re s e a r c h o f Und e r M i ne Hy dr a u l i c Pr e s s ur e Po we r Ho i s t i n g M a c h i ne wi t h Ca t e r p i l l a r Ba n d W a n g Ha i b i n ， Yu a n Mi n g l e i S h a n x i L i n g z h i o f c o a l i n d u s t r y l i mi t e d c o m p a n y ， C h a n g z h i ， S h a n x i 4 6 6 0 6 ， C h i n a Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r w e i n t r o d u c e d a n e w i n v e n t e d u n d e r mi n e h y d r a u l i c p r e s s u r e p o we r h o i s t i n g ma c h i n e wi t h c a t e r p i l l a r b a n d ， i t s n o t o n l y fi l l e d i n g a p s i n t h e me c h a n i z a t i o n o f u n d e r mi n e h o i s t i n g ma c h i n e fi e l d ， b u t a l s o i mp r o v e d t h e s a f e t y a n d e n v i r o n me n t a l p r o t e c t i o n i n d e x ． Ke ywor ds c a t e r pi l l a r b a nd ；h y d r a ul i c pr e s s u r e ； ho i s t i n g ma c hi ne 9 4