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【摘要】本文主要介绍了集成式液压系统的组成、结构特点、基本原理、优点 及其在采煤机上的应用。
【关键词】集成式液压系统；保护；可靠
Integrated hydraulic system on the application of the shearer
Li Chang-an
（Shaanxi Construction Machinery Co., Ltd Xi'an Shaanxi 710032）
【Abstract】This paper describes an integrated hydraulic system components, structural features, basic principles, advantages and application of the shearer.
【Key words】Integrated hydraulic system;Protection;Reliable
1. 前言
传统的采煤机液压系统中所用的液压泵均为单独的而且是独立的泵，各泵也有不同的传动轴。而集成式液压系统将主油泵，补油泵和调高泵用一根轴传动，将三个泵通过花键联接串在一起，并且泵本身带有调高系统，保护系统，清洗系统，溢流阀等各种阀及保护回路，且由专业厂家设计，生产制造，从而使整个系统在使用上更加稳定可靠，减少了故障率，提高了整个液压系统的可靠性。且液压牵引系统保护齐全，调速范围宽，牵引力和牵引速度大，能满足高产高效工作面的要求。
2. 液压传动技术的发展史及其在采煤机上的应用
早在1975年，英国就出现了第一台水压机。但是当时由于技术条件的限制，液压传动并没有得到发展。直到上世纪末，才开始在机床行业中获得应用。1900年世界上出现了第一台轴向柱塞泵，其工作压力仅为40bar。现代液压技术的发展是从本世纪三十年代开始的。1930年德国人托马斯研制成功斜轴式轴向柱塞泵，将液压泵的工作压力提高了一大步。随后液压技术开始向各个领域发展。上个世纪四十年代初，由于军工事业的推动，液压技术才得到飞速发展。
从上世纪四十年代起，采煤机开始采用液压传动。1945年，德国制成第一台液压传动截煤机，并实现了牵引的无级调速和过载保护。接着美国，英国，苏联等国家都在采煤机中应用了液压传动。到六十年代初，大多数采煤机中应用了液压传动技术。在我国，1964年开始制造MLQ-64型液压牵引采煤机，1968年成批生产MLQ-80型液压牵引采煤机，随着综合机械化采煤技术的兴起，液压传动技术在采煤机中得到进一步的推广应用。随着采煤机装机功率的不断提高，液压系统的工作压力和传动功率也在不断提高。
3. 重型液压系统简介
该重型液压传动系统是一个润滑的，闭环系统。该系统可将动力传送远处而没有机械传动链。这一特点，可使动力传输件的位置在设计上有很大的灵活性。该液压传动系统可提供几乎是无限制的可变输出速度，正传或反转，从零到最大，这就可使操作人员能准确按载荷状况去控制发动机功率，达到优化性能，提高生产率。该液压传动系统，目前已应用于农用联合收割机，水泥搅拌机滚筒驱动，原木搬动机，建筑机械和其他许多应用场合。
4. 液压泵，马达的结构特点。
（1）先进的油缸筒设计，能承受高压，高速。（2）柱塞与油缸孔的配合面较大，因而泄漏少。（3）液压伺服控制，可使控制压力减小，操作所用力小，大直径的伺服油缸活塞可保持斜盘位置不变并起缓冲作用。（4）大的泄油口，尽可能减少壳体背压（5）驱动轴，根据需要有很多形式可供选择。（6）高强度的铸造壳体，可缓冲燥声和耐受高的壳体压力。（7）在泵中有一大流量单向阀，可使系统压降最小。（8）在主泵中附有补油泵，有若干排量可供选择以满足要求。（9）控制系统，根据应用需要有许多种控制方法可供选择。（10）压力可达42MPa，转速可达4510转/分，轴承设计寿命可达10000小时。
5. 集成式液压传动系统及主要元件（见图1）
该液压系统主要元件有主油泵，补油泵，马达和齿轮泵组成，其中主油泵，补油泵和齿轮泵串在一起同轴传动，该系统分牵引液压系统和调高液压系统。
5.1 牵引液压系统可分为主油路，补油路，热变换油路和主泵、马达腔体自动清洗油路；控制保护系统和操作系统四部分。
5.1.1 主油路：主油路是由一台双向变量斜盘式轴向柱塞泵（以下简称主泵）和定量斜盘式轴向柱塞马达（以下简称马达）组成的闭式系统。主泵工作时排出的压力油驱动液压马达，马达排出的回油又被油泵吸入，形成闭式循环回路，马达的转向和转速是通过改变主泵斜盘的方向和角度来实现的。
5.1.2 补油，热交换和主泵、马达腔体自动清洗油路。 在闭式系统中，由于主泵马达的泄漏损失，自马达排出的回油量少于主泵所需的吸入量，主泵会吸空，因此需要向主油路补充这部分油液。同时，由于液压损失和机械损失，系统中的油温会升高，油温过高，液压传动系统的工况会恶化，因此需要将主油路中的油温降低，降低主油路的油温是通过不停地将一定量冷油注入主油路并置换出等量的热油实现的。如图所示补油泵经吸油过滤器从油箱吸油，排出的压力油经精滤器、补油单向阀（又称梭阀）进入主油路的低压侧，此时主油路高压侧的另一只补油单向阀被高压油封闭。低压安全阀用于限制补油泵的最大压力，补油泵排出的冷油进入主油路低压侧，其排油量除补充主泵，马达漏损外，大部分油量将置换出热油，被置换出的热油进入冷却器冷却后回油器为了保持主泵，马达腔体内的清洁度，提高其使用寿命，本系统设置了主泵，马达腔体自动清洗油路。
5.1.3 控制保护系统：控制保护系统包括超压控制，高压保护。
（1）超压控制。超压控制是由超压控制阀，液压远程控制阀和主泵调速油缸配合实现的，当主油路系统压力超过超压控制阀设定压力时两位超压控制阀动作，通过超压控制阀接入液压远程控制阀的低压油被切断，同时主泵调速油缸进油端的低压油通过液压远程控制阀和超压控制阀回油池，主泵斜盘向零位回摆，主泵排量减少，牵引速度降低，直至主油路系统压力降低至超压控制阀设定压力之下，此时起压控制阀动作，主泵调速油缸进油端进油，直至牵引速度回复到指令值为止。
（2）高压保护。采煤机工作时，有时会遇到蹩卡现象，牵引阻力徒然增加，工作压力突然上升，由于超压控制动作较缓慢，系统压力可能会继续上升，为此，在系统中设置了高压保护，以限制系统最高压力。高压保护是由功率限制阀实现的，当系统压力达到调定压力时，功率限制阀（高压安全阀）开启，溢出的油直接回油池，系统压力不再上升，牵引速度很快下降，实现了对液压系统的高压保护。
5.1.4 操作系统：牵引液压传动的操作系统用于控制牵引速度的方向和大小。牵引调速换向是由调速换向压力比例阀，液压远程控制阀和主泵的调速换向油缸实现的。系统低压油接入手动调速换向压力比例阀的输入端，手动调速换向压力比例阀的操作杆是水平左右摆动的，操作时，压力比例阀输出端的压力油进入液压远程控制阀的左控制口或右控制口，操纵杆摆动的角度越大，输出的压力油压力越高，液压远程控制阀的阀芯有三个位置，即零位（对应主泵零位，主泵调速油缸两端的油回池）和两个工作位置（对应主泵的排油方向）.当液压远程控制阀处于工作位置时，系统的低压油通过该阀进入主泵体调速油缸的左或右侧。这样，手动调速换向压力比例阀的操作杆左右摆动的方向决定了液压远程控制阀控制油口的进油方向，主泵斜盘的摆角方向，左右牵引方向。手动调速换向压力比例阀操作杆摆角的大小决定了液压远程控制阀芯的工作位置距离，主泵斜盘倾角大小，牵引速度的大小。
5.2 调高液压系统：调高液压系统由调高泵，调高油缸，调高换向阀，吸油过滤器，调高泵安全阀等组成.其中调高泵和调高安全阀为一个整体与主油泵和补油泵装在一起，调高液压系统主要是用来实现采煤机摇臂滚筒的升降。
6. 结论
集成式液压系统完全可以满足采煤机的工作要求，且工作稳定，可靠，而且可使采煤机的液压系统比传统的系统大大简化，减少故障率，从而为满足目前的高产高效工作面提供可靠保障。该系统经过工业化试验后现已广泛用于我国各大煤矿，开滦、淮北、山东、山西、陕西、河南等地都已成功使用，且取得了可观的经济效益，现正向国外推广。由于该新型液压系统具有诸多的特点和优点，相信会逐渐取代传统的液压系统。
参考文献
［1］ 液压传动设计手册.
［2］ 重型液压传动系统（Eaton）.
［3］ 矿山机械液压传动 煤炭工业出版社 李昌熙 乔石 主编.
［文章编号］1006-7619（2011）07-15-730
［作者简介］ 李长安（1971-），男，籍贯：陕西富平人，1994年毕业于西安科技大学，长期从事采煤机的开发研制工作。
【关键词】集成式液压系统；保护；可靠
Integrated hydraulic system on the application of the shearer
Li Chang-an
（Shaanxi Construction Machinery Co., Ltd Xi'an Shaanxi 710032）
【Abstract】This paper describes an integrated hydraulic system components, structural features, basic principles, advantages and application of the shearer.
【Key words】Integrated hydraulic system;Protection;Reliable
1. 前言
传统的采煤机液压系统中所用的液压泵均为单独的而且是独立的泵，各泵也有不同的传动轴。而集成式液压系统将主油泵，补油泵和调高泵用一根轴传动，将三个泵通过花键联接串在一起，并且泵本身带有调高系统，保护系统，清洗系统，溢流阀等各种阀及保护回路，且由专业厂家设计，生产制造，从而使整个系统在使用上更加稳定可靠，减少了故障率，提高了整个液压系统的可靠性。且液压牵引系统保护齐全，调速范围宽，牵引力和牵引速度大，能满足高产高效工作面的要求。
2. 液压传动技术的发展史及其在采煤机上的应用
早在1975年，英国就出现了第一台水压机。但是当时由于技术条件的限制，液压传动并没有得到发展。直到上世纪末，才开始在机床行业中获得应用。1900年世界上出现了第一台轴向柱塞泵，其工作压力仅为40bar。现代液压技术的发展是从本世纪三十年代开始的。1930年德国人托马斯研制成功斜轴式轴向柱塞泵，将液压泵的工作压力提高了一大步。随后液压技术开始向各个领域发展。上个世纪四十年代初，由于军工事业的推动，液压技术才得到飞速发展。
从上世纪四十年代起，采煤机开始采用液压传动。1945年，德国制成第一台液压传动截煤机，并实现了牵引的无级调速和过载保护。接着美国，英国，苏联等国家都在采煤机中应用了液压传动。到六十年代初，大多数采煤机中应用了液压传动技术。在我国，1964年开始制造MLQ-64型液压牵引采煤机，1968年成批生产MLQ-80型液压牵引采煤机，随着综合机械化采煤技术的兴起，液压传动技术在采煤机中得到进一步的推广应用。随着采煤机装机功率的不断提高，液压系统的工作压力和传动功率也在不断提高。
3. 重型液压系统简介
该重型液压传动系统是一个润滑的，闭环系统。该系统可将动力传送远处而没有机械传动链。这一特点，可使动力传输件的位置在设计上有很大的灵活性。该液压传动系统可提供几乎是无限制的可变输出速度，正传或反转，从零到最大，这就可使操作人员能准确按载荷状况去控制发动机功率，达到优化性能，提高生产率。该液压传动系统，目前已应用于农用联合收割机，水泥搅拌机滚筒驱动，原木搬动机，建筑机械和其他许多应用场合。
4. 液压泵，马达的结构特点。
（1）先进的油缸筒设计，能承受高压，高速。（2）柱塞与油缸孔的配合面较大，因而泄漏少。（3）液压伺服控制，可使控制压力减小，操作所用力小，大直径的伺服油缸活塞可保持斜盘位置不变并起缓冲作用。（4）大的泄油口，尽可能减少壳体背压（5）驱动轴，根据需要有很多形式可供选择。（6）高强度的铸造壳体，可缓冲燥声和耐受高的壳体压力。（7）在泵中有一大流量单向阀，可使系统压降最小。（8）在主泵中附有补油泵，有若干排量可供选择以满足要求。（9）控制系统，根据应用需要有许多种控制方法可供选择。（10）压力可达42MPa，转速可达4510转/分，轴承设计寿命可达10000小时。
5. 集成式液压传动系统及主要元件（见图1）
该液压系统主要元件有主油泵，补油泵，马达和齿轮泵组成，其中主油泵，补油泵和齿轮泵串在一起同轴传动，该系统分牵引液压系统和调高液压系统。
5.1 牵引液压系统可分为主油路，补油路，热变换油路和主泵、马达腔体自动清洗油路；控制保护系统和操作系统四部分。
5.1.1 主油路：主油路是由一台双向变量斜盘式轴向柱塞泵（以下简称主泵）和定量斜盘式轴向柱塞马达（以下简称马达）组成的闭式系统。主泵工作时排出的压力油驱动液压马达，马达排出的回油又被油泵吸入，形成闭式循环回路，马达的转向和转速是通过改变主泵斜盘的方向和角度来实现的。
5.1.2 补油，热交换和主泵、马达腔体自动清洗油路。 在闭式系统中，由于主泵马达的泄漏损失，自马达排出的回油量少于主泵所需的吸入量，主泵会吸空，因此需要向主油路补充这部分油液。同时，由于液压损失和机械损失，系统中的油温会升高，油温过高，液压传动系统的工况会恶化，因此需要将主油路中的油温降低，降低主油路的油温是通过不停地将一定量冷油注入主油路并置换出等量的热油实现的。如图所示补油泵经吸油过滤器从油箱吸油，排出的压力油经精滤器、补油单向阀（又称梭阀）进入主油路的低压侧，此时主油路高压侧的另一只补油单向阀被高压油封闭。低压安全阀用于限制补油泵的最大压力，补油泵排出的冷油进入主油路低压侧，其排油量除补充主泵，马达漏损外，大部分油量将置换出热油，被置换出的热油进入冷却器冷却后回油器为了保持主泵，马达腔体内的清洁度，提高其使用寿命，本系统设置了主泵，马达腔体自动清洗油路。
5.1.3 控制保护系统：控制保护系统包括超压控制，高压保护。
（1）超压控制。超压控制是由超压控制阀，液压远程控制阀和主泵调速油缸配合实现的，当主油路系统压力超过超压控制阀设定压力时两位超压控制阀动作，通过超压控制阀接入液压远程控制阀的低压油被切断，同时主泵调速油缸进油端的低压油通过液压远程控制阀和超压控制阀回油池，主泵斜盘向零位回摆，主泵排量减少，牵引速度降低，直至主油路系统压力降低至超压控制阀设定压力之下，此时起压控制阀动作，主泵调速油缸进油端进油，直至牵引速度回复到指令值为止。
（2）高压保护。采煤机工作时，有时会遇到蹩卡现象，牵引阻力徒然增加，工作压力突然上升，由于超压控制动作较缓慢，系统压力可能会继续上升，为此，在系统中设置了高压保护，以限制系统最高压力。高压保护是由功率限制阀实现的，当系统压力达到调定压力时，功率限制阀（高压安全阀）开启，溢出的油直接回油池，系统压力不再上升，牵引速度很快下降，实现了对液压系统的高压保护。
5.1.4 操作系统：牵引液压传动的操作系统用于控制牵引速度的方向和大小。牵引调速换向是由调速换向压力比例阀，液压远程控制阀和主泵的调速换向油缸实现的。系统低压油接入手动调速换向压力比例阀的输入端，手动调速换向压力比例阀的操作杆是水平左右摆动的，操作时，压力比例阀输出端的压力油进入液压远程控制阀的左控制口或右控制口，操纵杆摆动的角度越大，输出的压力油压力越高，液压远程控制阀的阀芯有三个位置，即零位（对应主泵零位，主泵调速油缸两端的油回池）和两个工作位置（对应主泵的排油方向）.当液压远程控制阀处于工作位置时，系统的低压油通过该阀进入主泵体调速油缸的左或右侧。这样，手动调速换向压力比例阀的操作杆左右摆动的方向决定了液压远程控制阀控制油口的进油方向，主泵斜盘的摆角方向，左右牵引方向。手动调速换向压力比例阀操作杆摆角的大小决定了液压远程控制阀芯的工作位置距离，主泵斜盘倾角大小，牵引速度的大小。
5.2 调高液压系统：调高液压系统由调高泵，调高油缸，调高换向阀，吸油过滤器，调高泵安全阀等组成.其中调高泵和调高安全阀为一个整体与主油泵和补油泵装在一起，调高液压系统主要是用来实现采煤机摇臂滚筒的升降。
6. 结论
集成式液压系统完全可以满足采煤机的工作要求，且工作稳定，可靠，而且可使采煤机的液压系统比传统的系统大大简化，减少故障率，从而为满足目前的高产高效工作面提供可靠保障。该系统经过工业化试验后现已广泛用于我国各大煤矿，开滦、淮北、山东、山西、陕西、河南等地都已成功使用，且取得了可观的经济效益，现正向国外推广。由于该新型液压系统具有诸多的特点和优点，相信会逐渐取代传统的液压系统。
参考文献
［1］ 液压传动设计手册.
［2］ 重型液压传动系统（Eaton）.
［3］ 矿山机械液压传动 煤炭工业出版社 李昌熙 乔石 主编.
［文章编号］1006-7619（2011）07-15-730
［作者简介］ 李长安（1971-），男，籍贯：陕西富平人，1994年毕业于西安科技大学，长期从事采煤机的开发研制工作。