新型矿用液压步进牵引车设计与研究.pdf

2 015年 第 8 期2 015年 第 8 期中州煤炭中州煤炭总 第 2 3 6 期总 第 2 3 6 期 新型矿用液压步进牵引车设计与研究 徐 琦 、张 弋 2 1 .天 地 科 技 股 份 有 限 公 司 开 采 事 业 部 ， 北京 100013; 2 . 中国矿业大学（ 北 京 ）机 电 与 信 息 工 程 学 院 ， 北京 100083 摘 要 为了推动矿用运输设备机械化， 在对煤矿生产中发现的实际问题进行分析后， 研究设计出能够满足实 际生产需要的新型煤矿井下液压步进设备牵引车， 该牵引车适用于工作面巷道的大吨位中短距离运输， 同时 可以满足实际运输中一定倾角工况条件要求。该液压步进设备牵引车能够满足井下运输的需求， 同时保证 了工作人员的使用安全， 提高了综采机械化的可靠性和安全性。 关键词 液压； 步进设备； 夹紧机构； 牵引车 中 图 分 类 号 TD524 文 献 标 志 码 A 文 章 编 号 1003 -0506201508 -0094 -0 2 Design and Study on New Type Mine-used Hydraulic Stepper Device Tractor Xu Qi1， Zhang Yi2 h Coal Mining and Design Department， Tiandi Science and Technology C o.，L td .，Beijing 100013 , China； 2. School of Mechanical Electronic and Ination Engineer， China University of Mining and Technology B eijing，Beijing 100083 , China A bstract To promote the mechanization of mining transportation equipment, after analyzing the practical problems of the coal produc tion, a new mine hydraulic stepper device tractor which can fulfill the needs of production was studied and designed. The tractor is suit able for the large tonnage and short-distance transport of face, as well as meeting the requirement of a certain inclination in actual trans- port working conditions. The hydraulic stepper device tractor can meet the needs of underground transport of mine,while ensure the safe of staff, and improve the reliability and security of integrated coal mining mechanization. Keywords hydraulic pressure ； step-by-step device ； clamping mechanism ； tractor 煤炭作为不可再生的能源受到世界各国重视， 在煤矿开采方面， 综采机械化是现代化煤矿开采的 必然趋势。在井下运输方面， 世界上一些主要采煤 国家如美国、 俄罗斯、 德国以及波兰等很早就开始关 注煤矿井下辅助运输机械化问题， 并相继研发了具 有独立特色的煤矿井下辅助运输系统及装备。但是 我国在煤矿井下辅助运输机械化方面起步较晚， 至 今仍有部分煤矿尚未实现机械化程度较高的井下运 输方式， 运输工作乏力， 运输效率低， 占用设备和用 工人数多， 现场工人的安全无法得到保障[1]。 井下工作面巷道的设备一般采用矿用绞车牵 收稿日期 2015 -07 -13 基金项目 “ 十 二 五 ”国 家 科 技 支 撑 计 划 资 助 项 目 2012BAK04B08 ;天地科技开采设计事业部生产力转化基金 KJ-2014-TDKC-02 作者简介 徐 琦 （ 1987） ， 男 ， 江苏盐城人， 助理工程师， 2012年 毕业于中国矿业大学（ 北京） ， 现从事结构设计工作。 94 94 引， 由于绞车是通过电机驱动， 故矿用绞车一般都需 要满足隔爆要求， 这样矿用绞车的体积与质量通常 都较大， 在本就狭小的工作面巷道中更显得格外笨 重。牵引工作通常需要进行很长时间， 严重影响工 作面正常采煤工作的进行。 在对煤矿现场的实际调研以及现场问题分析的 基础上， 笔者研制出一种新型的矿用液压步进设备 牵引车， 利用液压缸、 平板车、 连杆以及抓捕机构的 有效结合， 实现了对工作面巷道设备的步进牵引， 同 时还可以保证在一定的倾角工况下正常工作[2]。 1 工作原理 鉴于在煤矿井下对电的使用要求比较严苛， 设 计中考虑采用液压驱动的方式。由于现代化煤矿多 趋向于发展无人化综采工作面， 液压泵站是综合机 械化开采所必不可少的设备， 故在设计中的液压驱 动的动力源来自井下液压泵站， 设备的额定压强为 201 5 年 第 8 期201 5 年 第 8 期 徐琦， 等 新 型 矿 用 液 压 步 进 牵 引 车 设 计 与 研 究徐琦， 等 新 型 矿 用 液 压 步 进 牵 引 车 设 计 与 研 究 总 第 2 3 6 期总 第 2 3 6 期 31.5 M P a。矿用液压步进设备牵引车如图1 所示。 控制台 矿用液压步进设备牵引车由牵引车车体（ 一般 为矿用平板车改装） 、 前夹紧机构、 前驱液压缸、 控 制台、 后驱液压缸、 后夹紧机构以及与被牵引设备的 硬连接杆组成。当设备牵引车与被牵引设备连接完 成后， 由控制台发出指令， 首先后夹紧机构夹紧， 夹 紧完成后后驱液压缸伸出， 当后驱液压缸达到行程 最大的过程中前驱液压缸也同时伸出先后达到行程 最大， 这样设备牵引车就带着被牵引设备行进一个 液压缸行程， 之后前夹紧机构夹紧， 后夹紧机构松 开， 这时前驱液压缸与后驱液压缸再相继完成液压 缸缩回的动作， 这时设备牵引车就又带着被牵引设 备行进一个液压缸的行程， 这时再松开前夹紧机构 夹紧后夹紧机构， 如此往复。 2夹紧机构结构设计 在该设计中前后夹紧机构决定着矿用液压步进 设备牵引车能否平稳地进行牵引工作。夹紧机构通 过驱动油缸与牵引车车体相连， 驱动油缸与牵引车 车体和夹紧机构之间通过销钉铆接。 如图2 所示， 加紧机构由夹紧力臂、 夹紧千斤 顶、 支撑杆以及其他附件组成， 夹紧力臂和夹紧千斤 顶安装于支撑杆上与之铰接。需要夹紧机构进行夹 紧动作时， 向夹紧千斤顶注入乳化液， 使千斤顶的活 塞杆伸出推动夹紧力臂， 通过夹紧臂夹住下方矿用 道轨， 完成夹紧动作[3]。 目前的设计中夹紧机构采用常开式机构， 即夹 紧部分在未动作时保持常开， 当需要夹紧时， 夹紧千 斤顶伸出带动夹紧力臂夹紧， 从而达到锁固的效果。 但是这样的设计有一定的缺点， 即在紧急状况下不 能保证设备牵引车与矿用道轨之间的固定连接， 容 易发生“ 溜车” 的现象， 造成不必要的损失。故在后 续的工作中， 需要针对夹紧机构的夹紧方式进行研 究 ， 研究出合理的常闭式夹紧机构。 3液压油缸设计 查阅相关资料可知， 一般矿用道轨轨距为900 m m， 工作面巷道的运输对象一般为1. 5 t标准矿车、 材料车， 5 〜25 t矿用平板车， 对于矿用设备牵引车 的一次运输能力的要求不低于300 k N， 矿用设备牵 引车采用单轨双向运输形式。矿用设备牵引车的牵 引力通常要求不低于120 k N， 设备牵引车与矿车之 间是刚性连接。运输轨道最大倾角为12般轨 道坡度为3。 ） ， 轨道间的摩擦因数为0.3 通常钢 与钢间的摩擦因数为〇 . 15,此处做安全系数考虑） 。 矿用设备牵引车拉着负载行驶在轨道分3 种情 况 1 轨道水平。负载w为 300 k N， 轨道摩擦因 数M为 〇 3 ， 克服摩擦力需要牵引力为90 k N。 2 上坡倾角0 为12。负载m为300 k N， 轨道 摩擦因数M为〇 3 ， 需要的牵引力F Gsin 0 / C〇 S 夂经过计算牵引力为150 k N[4]。 3 下坡倾角0 为12。负 载w为 300 k N， 轨 道摩擦因数M为 0.3,需要的牵引力0 - Gsin八经过计算牵引力为2 6k N。 故矿用设备牵引车只需保证液压缸提供的牵引 力最大达到150 k N， 就可以满足要求， 矿用液压系 统的额定压强为31. 5 M P a， 则液压缸的有效作用面 积为F/P， 经计算驱动液压缸的有效作用面积不 小于 47. 6 m m2。 此处驱动液压缸可以选用缸径80 m m、 杆径50 m m和缸径100 m m、 杆径60 m m两个型号。液压设 备牵引车后驱液压缸为推力液压缸， 可采用缸径80 m m、 杆 径 50 m m型号； 前驱液压缸为拉力液压缸， 采用缸径100 m m、 杆径60 m m型号。 前后驱动液压缸通过夹紧装置与矿用轨道接 触 ， 此接触面间的摩擦因数越大， 所能提供的摩擦力 越大[5]， 在此可以选用硬橡胶， （ 下转第1〇1页） 95 95 2 015年 第 8 期2 015年 第 8 期 王 晓 华 矿 用 多 级 离 心 泵 平 衡 盘 和 叶 轮 技 术 改 造王 晓 华 矿 用 多 级 离 心 泵 平 衡 盘 和 叶 轮 技 术 改 造 总 第 2 3 6 期总 第 2 3 6 期 衡盘盘根进行紧固， 以保证水泵运行可靠， 减少水泵 运转过程中的磨损， 降低事故发生率， 提高水泵的使 用寿命， 同时降低水泵维修成本， 为矿井供水系统的 可靠运行提供了保障， 保障矿井的安全生产。 改造后优点 ①消除了水泵启动瞬间转子向右 窜动现象， 提高了运行可靠性;②减小了水泵运行时 叶轮与泵体阻力； ③将传统动态平衡转化为静态平 衡 ， 残余轴向力由双列圆锥滚子轴承承受[5];④由 于转子不再窜动， 多级离心泵可采用小弹簧机械密 封 ， 提高了密封可靠性， 延长了使用寿命;⑤由于平 衡环和平衡盘的间隙固定且很小， 提高了水泵效率; ⑥水泵长期运行后， 当平衡环和平衡盘间隙增大时， 残余轴向力会增大， 造成轴承温度升高。这时， 可将 间隙调至设计值， 保证水泵高效平稳运行。 4结语 此次改造在机械制造方面增加斜台广度， 减小 上 接 第 9 5 页 ） 硬橡胶与钢之间的摩擦因数为0 . 3 〜 0 . 5 。此 处可以运用杠杆原理， 加大夹紧装置油缸处的力臂， 适当减小夹紧处的力臂， 这样可以适当减少夹紧油 缸所需要提供的夹紧力， 从而减小夹紧油缸的尺寸。 经计算两者力臂为2 倍关系时， 夹紧千斤顶可以采 用缸径63 mm、 杆径为40 mm液压缸[6_7]。 4应用效果 现阶段已经完成矿用液压步进设备牵引车的样 车加工， 并进行地面牵引试验。目前在地面导轨上 运行良好， 可以很好地完成对目标设备的牵引工作， 但是同时也发现在初步设计中存在的不足之处， 夹 紧机构的夹紧动作过紧或过松问题、 设备牵引车与 目标设备之间的快速连接和解除连接问题以及设备 牵引车的体积较大等问题， 在初步的试验完成后， 可 以针对以上几个方面问题对现有矿用液压步进设备 牵引列车进行改进， 再执行进一步的试验， 继而研制 出能够满足井下工作的牵引车。 5结语 矿用液压步进设备牵引车采用工作面巷道的液 压泵站作为驱动动力源， 有效解决了采用常规的电 动牵引车或者电动绞车所造成的设备牵引车体积、 质量大等问题， 在工作面巷道一定的倾角工况方面， 叶轮直径， 轴套内加工凹槽， 并在平衡环与泵体结合 面涂密封胶， 组装完毕后进行试验， 成功对多级离心 泵平衡盘和叶轮技术改造， 实现在污水环境下降低 水泵工作电流和提高水泵平衡盘使用效果。 参考文献 [ 1 ] 刘在伦. 浮动叶轮自动平衡离心泵轴向力的理论分析[ D].兰 州 兰州理工大学， 2006. 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