油缸迈步式薄煤层采煤机牵引部及液压系统设计.pdf

2 0 1 4年 5月 第4 2卷 第 1 0期 机床与液压、 MACHI NE T OOL HYDRAUL I CS Ma v 2 01 4 V0 l | 4 2 No ． 1 0 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 1 0 ． 0 4 4 油缸迈步式薄煤层采煤机牵引部及液压系统设计 郁 晗 ，王凯 无锡工艺职业技术学院，江苏无锡 2 1 4 2 0 2 摘要为了适应煤层厚度为 0 ． 8 5～1 ． 4 m的薄煤层，采煤机的机身高度要降低。介绍一种新型油缸迈步式薄煤层采煤 机，对采煤机的液压系统进行了重新设计 ，详细介绍了行走机构的结构及其运行方式。该油缸迈步式薄煤层采煤机运行更 加平稳、能效高，制动效果更好 ，机身高度仅 3 5 0 m m。 关键词滚筒采煤机；迈步式；液压系统 ；薄煤层 中图分类号T I M2 1 ． 6 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 1 01 4 42 De s i g n o f Ha u l a g e Un i t a n d Hy dr a u l i c S y s t e m o f t he S t e pp i n g- t y pe Sh e a r Ba s e d o n Cl i mb i n g Ro b o t YU Ha n． W ANG Ka i Wu x i I n s t i t u t e o f A r t s a n d T e c h n o l o g y ，Wu x i J i a n g s u 2 1 4 2 0 2 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e s h e a r h e i g h t n e e d s t o b e r e d u c e d mo s t l y i n o r d e r t o a p p l y t o t h e t h i n c o a l s e a m． A n e w c y l i n d e r - s t e p p i n g t y p e s h e a r e r b a s e d o n c l i mb i n g r o b o t wa s i n t r o d u c e d ． T h e h y d r a u l i c s y s t e m o f s h e a r e r wa s r e d e s i g n e d，t h e s t r u c t u r e a n d o p e r a t i o n mo d e o f t he t r a v e l un i t we r e i l l u s t r a t e d． Th e c y l i n d e r s t e p pi n g t y p e s h e a r e r f o r t h i n c o a l s e a m h a s t he c h ara c t e r i s t i c s o f ru n n i n g s mo o t h， h i g h e n e r g y e f f i c i e n c y a n d b e t t e r b r a k i n g e f f e c t ， i t s b o d y h e i g h t i s o n l y 3 5 0 mm． Ke y wor d s S he are r； S t e pp i n g t y pe；Hy d r a u l i c s y s t e m ；Thi n c o a l s ea ／ n 我 国矿产丰富 ，随着采掘机械化发展 ，中厚煤层 即将开采殆尽 ，而薄煤层储量丰富，亟需开采 。 为了适应煤层厚度为 0 ． 8 5～1 ． 4 i n的薄煤层 ，采煤机 要尽可能降低机身高度。目前薄煤层采煤机多采用双 电机摇臂以降低机身高度 ，而关于行走部方便的改进 鲜有 文献记 载。采煤 机的行走部 是采煤 机的重要组成 部分 之一 ，安装 在采煤工作面的老塘侧。采煤机行走 部多采用无链牵引，其形式主要分为以下3类 1 驱动轮一齿条系统； 2 传动链一齿链系统； 3 液压缸推进系统 。 传统的齿轮一销排行走方式中，减小行走齿轮齿 数和模数 ，虽然可以降低齿轮圆周尺寸，但也会导致 齿轮强度不足，因此，行走轮成为降低机身高度的瓶 颈。虽然液压牵引早已被电牵引替代，但是在薄煤层 这种特殊的作业环境下 ，液压缸牵引系统 因结构简 单、体积小等特点而成为薄煤层采煤机牵引行走部的 设计发展方 向。 1 油缸迈步式采煤机介绍 油缸迈步式采煤机应用液压缸牵 引技术 ，采用仿 生机 器人 的原理 ，爬行前 进。采 用 3组行走机构交替 工作 ，以带动采煤机移动。牵引行走部主要由液压泵 站和行走机构组成。液压泵站为采煤机行走提供动 力；行走机构作为采煤机行走的执行机构 ，如图1 所 示 ，由两组油缸组成。工作时，锁紧油缸伸出，将导 向滑靴固定在销轨上 ，推进油缸伸 出推动采煤机移 动；空行程时，锁紧油缸收回，推进油缸收回，准备 下次移动 。 l 2 3 5 一 锁 紧油 缸 4 5 图 1 采煤机行走机 构 2 液压 系统图及 回路说明 选用恒功率负载敏感容积节流调速回路，液压原 理如图 2所示 。 该液压系统所用的液压泵为恒功率变量泵 。为 了保证系统的效率，采用双泵供液，当推进油缸处于 空行程时，通过换向阀，将油源切换为低压供液 ；当 推进油缸处于工作状态时，切换为高压供液。这种方 法不仅有利于能量分配 ，而且大大提高系统 的效率。 恒功率液压泵输出的压力油进入换向阀，驱动调高油 缸2 、推进油缸6 、锁紧油缸7 ；从换向阀流出的压力 油经过散热器 1 ，流回油箱。 收稿 日期 2 0 1 3 0 4 2 4 作者简介 郁晗，男，本科，助理实验师。Em a i l y u h a n w u x i 1 6 3 ． c o rn。 第 1 0期 郁晗 等 油缸迈步式薄煤层采煤机牵引部及液压系统设计 1 4 5 1 一 冷 却器 2 一 调 高油 缸 卜 液 压锁 4 一三位 四通换 向阀 5 _ I 两 位两 通换 向阀 6 _ - 推 进 油缸 7 一锁 紧 油缸 8 一变 量泵 9 一精 过滤 器 l O 一 溢 流 阀 l 1 一 定量 泵 1 2 一粗过滤器 图2 油缸迈步式薄煤层采煤机液压原理图 调高油缸和锁紧油缸进 口装有液压锁 3 ，其工作 则行走所需牵引力全部加在锁紧液压缸活塞杆上 ，造 原理是一个油腔正向进油时，另一腔反向出油，反之 成活塞杆弯曲。因此 ，活塞杆铰接于导向滑靴上，缸 亦然，当两腔正向不进油时，反向也不通，不受外界 体放人导向滑靴中，导向滑靴限制缸体4个 自由度 ， 负荷干扰，起到锁的作用。 只能轴向运动和绕轴向转动，这样布置可以将牵引力 3 工作原理 转移到导向滑靴上，从而保护锁紧液压缸。锁紧液压 油缸迈步式采煤机的工作原理为 推进液压缸水 缸缸体 向上 下移动，锁紧 解锁 导 向滑靴， 平布置，缸体铰接于机身上 ，活塞杆铰接于导向滑靴 从而达到行走的目的。3组行走机构动作示意图如图 上；锁紧液压缸竖直布置 ，若活塞杆直接插入销轨， 3所示。 图3 3组行走机构动作示意图 图中表示采煤机机身向左向右运动 3 个行走机构 的6个运动顺序，以此循环。三组行走机构依次用行 走机构 I、行走机构 Ⅱ和行走机构Ⅲ表示，推进油缸 活塞杆后面的固定符号表示锁紧油缸工作，进而固定 导 向滑靴 。 该采煤机采用油缸迈步式行走方式 ，3组行走机 构两组布置在机身外侧，一组布置在机身内侧，交替 工作 ，使采煤机在截割煤岩过程中可以平稳行走；防 爆电机驱动变量泵运转 ，将高压液压油送入油缸中， 换向阀实现液压缸的换向。当推进油缸工作时，系统 压力较高，采用高压泵供液 ；当推进油缸回程时，采 用低压泵供液，可有效提高液压泵站的效率，避免能 量损耗。 单个行走机构工作流程以行走机构 I 为例，工 作时，锁紧油缸伸出，带动楔形块Ⅱ水平运动 ，在楔 形块 Ⅱ的挤压下，楔形块 I 向下运动，楔形块 I 的下 部插入刮板输送机的销轨中，以固定导向滑靴，推进 下转 第 1 4 8页 1 4 8 机床与液压 第4 2卷 的。当液压 缸 伸 出到达 极 限位 置 时 ，液压 缸 无 杆腔 管路的压力会升高并最终达到泵输出压力，此时压力 继电器 1 1 1触发 ，电液比例换向阀 2 0换向，液压 缸缩 回 ，当液压缸缩 回至极 限位 置时 ，液压缸有杆腔 管路的压力会升高并最终达到泵输出压力，此时压力 继电器 1 1 2触发，电液比例换向阀 2 0换向。如此 反复，便可实现循环动作。循环动作的数目可以从操 作面板的控制屏上方便地设定。其次是时间控制模 式 。在这种模式下 ，液压缸伸出或缩 回的运动时问 由 P L C进行控 制 ，当 时间 达到后 ，电液 比例换 向阀 2 0 换向 ，同样 可实现循环动作。时间参数 同样 由操作 面 板的控制屏方便地设定。试验液压缸的运动速度根据 缸的具体尺寸应及时调整，调整通过改变电液比例换 向阀2 0的给定来实现 。 3 系统清洁度的控制。控制试验液压缸的清 洁度等级是该试验机的主要功能。为此 ，该液压系统 设置了多重过滤器。例如，液压系统单独设计了循环 过滤回路 ，由循环泵2 、冷却器 3 l 、加热器 3 、过滤 器 3 8 组成 ，可有效 控制 油温及 系统 清洁度 ，循 环过 滤精度为 5 m。同时系统设 置 了回油过滤 器 1 8 ，过 滤精 度为 1 0 Ix m。为防止试 验液 压缸 内的机械杂质进 入系统对液压元件造成损害，在试验缸清洗回路上设 置了可双向过滤 的高压过滤器 4 2 ，过滤精度为 1 0 m。通过这些 过滤器 ，事实 证 明 ，有效控 制 了系统 清洁度，试验液压缸在循环清洗 3 0次后，清洁度基 本达到 了 N A s 7 级 。 4 压 力试 验 功能 。压力 试 验是 该试 验 机 的关 键功能。使用增压器可以方便实现局部高压功能 ，降 低了对液压主泵的压力等级要求 ，可以灵活选用中压 系列工业液压泵 ，降低了系统成本及制作难度。其液 压回路主要由比例减压阀 6 、换 向阀 9 、增压器 l 2 、 压力变送器 l 3及相关的转换阀门组成。增压器的增 压 比为 3 ． 2 ，电磁换 向阀 9控制增压 器是处 于增压 状 态或是卸压状态 。比例减压 阀6控制进 入增 压器的输 入油压 ，从 而控制其最高输 出压力 。比例减压阀 6的 给定可以在操作台设定。压力变送器 1 3实时显示增 压器的输出油压并显示在操作面板上。通过 P L C编 程，可以方便地实现各种压力测试功能。 3结论 该油缸清洗试验机的液压系统设计，充分运用比 例控制方式，实现了压力与流量的复合控制 ，最大程 度减化 了系统设计 。同时 ，巧妙运用增压 回路 ，实现 局部高压使系统整体性能得到优化，对其他类似功能 的液压系统有较强的应用推广价值 。 参考文献 [ 1 ]成大先． 机械设计手册 [ M] ． 北京 化学工业 出版社， 2 0 0 4． [ 2 ]雷天觉． 新编液压工程手册[ M] ． 北京 北京理工大学出 版社 ， 1 9 9 8 ． [ 3 ]路甬祥． 液压气动技术手册 [ M] ． 北京 机械工业出版 社 ． 2 0 0 4 ． 上接第 1 4 5页 油缸伸出，带动采煤机 运动 ；空程时 ，锁 紧油缸收 回，带动楔形块 Ⅱ收回，楔形块 I 依靠弹簧的反作用 力被顶起，导向滑靴处于 自由状态，推进油缸收回， 为下一次工作做好准备。 采煤机整体行走流程 初始位置 ，行走机构 I 的 推进油缸完全伸出行走机构和行走机构Ⅲ的推进油缸 完全缩回。下一时刻 ，行走机构 I的锁紧油缸伸 出， 插入销排从而固定导向滑靴 ，推进油缸小腔供液 ；行 走机构 Ⅱ处于换向阶段 ，定量泵向推进油缸大腔供 液，使推进油缸快速伸出；行走机构Ⅲ的锁紧油缸伸 出，插入销排从而固定导向滑靴 ，推进油缸大腔供 液，这样可以使采煤机整体向左移动。下一时刻 ，行 走机构 I 和行走机构 Ⅱ同时工作，行走机构Ⅲ处于换 向阶段 ，再下一时刻 ，行走机构 Ⅱ和行走机构Ⅲ同时 工作，行走机构 I 处于换向阶段。依次类推 ，保证同 时有两组推进机构参加工作 ，使采煤机正常、平稳行 走。采煤机整体向右移动的方法相同。 4 油缸迈步式薄煤层采煤机优点 1 采用 3 个锁紧油缸同时插入销轨进行制动 ， 与传统采煤机采用安装在截二轴上的液压制动器进行 制动相比，制动效果更加直接、有效。 2 采用 3组行走机构交替工作，能保证采煤 机在截割过程中运行平稳 ，安全可靠 ，无需改变与采 煤机配套的刮板输送机的型号和外形尺寸。与传统采 煤机行走轮 一销排行走方式相比，其机身高度仅有 3 5 0 m m，比传统采煤机降低 了将近 3 0 ％，行走机构 通过阶梯轴和挡圈固定在中间箱上，方便零部件的拆 卸和维护。 3 所采用 的油缸推进相 当于把行走轮的圆周 运动转变为直线运动，可以有效减小运动脉动 ，使得 采煤机截割过程更加平稳。同时采用高低压泵站为行 走机构进行供液 ，有效提高了液压泵站的效率 ，避免 了能量损耗。 参考文献 [ 1 ]王先锋． MG 21 3 2 ／ 6 3 0 - WD采煤机液压制动与调高系 统设计[ J ] ． 煤矿机械， 2 0 1 0 ， 3 1 7 1 2 ． [ 2 ]王德春． 采煤机液压系统的改进设计 [ J ] ． 煤炭技术， 2 0 0 6 ， 2 5 4 1 2 ． [ 3 ]王广春． MG 3 0 0 ／ 7 0 0 - WD采煤机液压系统的改进[ J ] ． 煤炭技术， 2 0 0 7 ， 2 6 2 57 ． [ 4 ] 祁永红， 李耀东． 采煤机液压调高系统的改造设计[ J ] ． 煤炭技术， 2 0 0 8 ， 2 7 1 2 1 2 2 ． [ 5 ] 杨毅． 负载敏感变量泵启动噪声分析与试验研究 [ J ] ． 流体传动与控制 ， 2 0 1 0 3 2 0 2 2 ．