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摘 要:掘进机的液压系统由液压泵、控制阀、液压缸、液压马达、管路、油箱等组成。广泛应用于行走部,铲板部,截割部等。文章分析了目前液压系统在掘进机上的应用情况,容易出现的问题,液压系统的不足与优势,以及未来液压系统的发展趋势。
关键词:液压元件泵站掘进机流量
中图分类号:TD82 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(b)-0060-02
液压传动作为一种传动方式,由于具备功率密度高,结构小巧,配置灵活,组装方便,可靠耐用等独到的特点,已成功地用于一切需要中等以上功率输出,且需对运动过程进行灵活控制和调节的地方。掘进机的很多传动方式都是液压传动,广泛应用于掘进机的行走,铲板,截割等部位。液压系统主要由液压泵站、液压马达、液压回路及液压操作系统组成,油泵电机提供主泵的动力,主泵产生高压油源,通过液压阀的控制来完成各油缸的伸缩和马达的转动。具体为截割部的升降油缸和左右摆动油缸,铲板部的升降油缸和星轮驱动马达,行走部的驱动马达,后支撑部的升降油缸,第一运输机的驱动马达。截割电机通过截割减速机的减速后驱动截割头转动。
掘进机工作时,首先启动油泵电机,打开喷雾装置,并开动第一运输机与铲板部,将截割部处于水平和机器中心位置,启动截割电机,然后开动履带行走机构,让机器慢速推进,使截割头逐渐插人岩石,插入深度300～400mm。推动截割部回转油缸操作手柄,使截割部向左向右横扫,再推动升降油缸,使截割部向上向下截割。利用截割头上下、左右移动截割,可截割出初步断面形状,如此截割断面与实际所需要的形状和尺寸有一定的差别,可进行二次修整,以达到断面尺寸要求。
掘进机液压系统一般情况下包括液压油箱、主泵、多路阀、液压先导操作台、液压马达、油缸、冷却器以及各油管总成、胶管总成、接头、密封件,压力表等。油箱的主要作用使储存液压油的,装有呼吸器、主回油过滤器、液位液温计等液压辅件。主泵是为主油路及控制油路提供液压油源动力,也就是抽油的,使油能够循环。主阀位于操作台内,在先导阀的操作控制下使各个执行机构产生相应动作。泵站是由电机驱动,通过油泵、油箱,将压力油分别送到截割部、铲板部、第一运输机、行走部、后支承的各液压马达和油缸。液压油由主油泵泵出经换向阀流向各执行元件,能量交换后,转换成低压油,通过换向阀及过滤器流回主泵吸油口,完成一个循环,由于液压油回油不经过油箱,因此该回路为闭式回路;补油泵为一齿轮泵,从油箱内经吸油过滤器吸油,经吸油过滤器向主油泵供油,一方面为主油泵补油,另一方面将液压油过滤和冷却回油箱,两个回路合称为半闭式系统。操作台上装有两组换向阀,通过手柄完成各油缸及液压马达的动作,并可实现无极调速,在其上还装有旋阀、压力表,显示变量泵的出口油压。掘进机液压系统的大致原理图如图1所示。
液压系统流量的主要参数和计算公式如下:
液压缸面积(cm2)A=πD2/4D:液压缸有效活塞直径(cm)
液压缸速度(m/min)V=Q/AQ:流量(l/min)
液压缸需要的流量(l/min)Q=V×A/10=A×S/10tV:速度(m/min)
S:液压缸行程(m)
t:时间(min)
液压缸出力(kgf)F=p×A
F=(p×A)－(p×A)
(有背压存在时)
p:压力(kgf/cm2)
泵或马达流量(l/min)Q=q×n/1000q:泵或马达的几何排量(cc/rev)
n:转速（rpm）
泵或马达转速(rpm)n=Q/q×1000Q:流量(l/min)
或马达扭矩(N.m)T=q×p/20π
液压泵所需功率(kw)P=Q×p/612
管內流速(m/s)v=Q×21.22/d2 d:管内径(mm)
管内压力降(kgf/cm2)△P=0.000698×USLQ/d4U:油的黏度(cst)
S:油的比重
L:管的长度(m)
Q:流量(l/min)
d:管的内径(cm)
掘进机和其他工业机器液压系统未来的发展趋势主要向这几个方面:
①减少能耗:充分利用能量。减少元件和系统的内部压力损失,减少节流损失,减少摩擦损失。
②泄漏控制:主要包括两个方面:第一防止液体泄漏到外部造成环境污染,第二发展无泄漏元件和系统。
③污染控制:发展封闭式密封系统, 改进元件设计,发展耐污染能力强的高效过滤材料和过滤器,开发油水分离净化装置,发展新的污染检测方法。
④主动维护:预先进行维修,避免设备恶性事故的发生。开发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件,开发液压系统自补偿系统。
⑤机电一体化:电液伺服比例技术的应用将不断扩大,监控系统将得到发展,电子直接控制液压泵,采用通用的标准化调节机构,发展智能化液压元件。
⑥计算机技术的应用:将计算机的仿真及实时控制结合起来,以达到最佳设计结果。紧密与高新技术结合,特别是微电子技术、计算机技术、传感器技术等。
⑦可靠性和性能稳定性继续提高:新材料将逐步进入实用阶段。普遍减少由于粘附擦伤、气蚀而引起的损伤。系统可靠性设计理论将成熟并普及应用。强化、完善系统介质的过滤技术。
⑧增强对工作环境的适应性:高度重视能耗控制技术,进一步降低工作噪声,改善代用介质的性能及其适应性研究,发展横向派生系列产品。
⑨高度集成化,提高元器件的功能密度:单功能元件的组合向多功能元件发展,集成器件子系统化*,强化电子部分,开发智能型一体化器件。
⑩发展轻小型器件和微型液压技术:提高轻小型器件的功率密度,微型液压技术领域的开发。
微电子技术的飞速发展,为液压技术的进步注人了新的活力。液压器件是机电一体化的重要接口器件,充分考虑到液压技术的特点,而开发研制出的集液压、电子、传感技术于一体的新产品及其组成系统,兼备了电气和液压技术的双重优势。如低耗高速（10mA以下响应时间在2ms以内）电磁铁及数字式电液器件,可作为直接接口的电液转换器。内藏位移传感器的液压缸用于高精度闭环控制时,可实现工况监视和长感功能。液电技术的融合使得液压技水的发展超出日身传统的科学领域,向着包括传动控制、检测在内的综合自动化技术方向发展。
参考文献
[1] 路甬祥.电液比例控制技术[M].北京:机械工业出版社,1988.
[2] 刘兴才.护顶机液压平衡回路设计[J].矿山机械,2009,(19):14.
[3] 李鄂民.液压与气压传动[M].北京:机械工业出版社,2001.
[4] 杨尔庄.二十一世纪液压技术现状及发展趋势[J].机械机电,2001.6
关键词:液压元件泵站掘进机流量
中图分类号:TD82 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)06(b)-0060-02
液压传动作为一种传动方式,由于具备功率密度高,结构小巧,配置灵活,组装方便,可靠耐用等独到的特点,已成功地用于一切需要中等以上功率输出,且需对运动过程进行灵活控制和调节的地方。掘进机的很多传动方式都是液压传动,广泛应用于掘进机的行走,铲板,截割等部位。液压系统主要由液压泵站、液压马达、液压回路及液压操作系统组成,油泵电机提供主泵的动力,主泵产生高压油源,通过液压阀的控制来完成各油缸的伸缩和马达的转动。具体为截割部的升降油缸和左右摆动油缸,铲板部的升降油缸和星轮驱动马达,行走部的驱动马达,后支撑部的升降油缸,第一运输机的驱动马达。截割电机通过截割减速机的减速后驱动截割头转动。
掘进机工作时,首先启动油泵电机,打开喷雾装置,并开动第一运输机与铲板部,将截割部处于水平和机器中心位置,启动截割电机,然后开动履带行走机构,让机器慢速推进,使截割头逐渐插人岩石,插入深度300～400mm。推动截割部回转油缸操作手柄,使截割部向左向右横扫,再推动升降油缸,使截割部向上向下截割。利用截割头上下、左右移动截割,可截割出初步断面形状,如此截割断面与实际所需要的形状和尺寸有一定的差别,可进行二次修整,以达到断面尺寸要求。
掘进机液压系统一般情况下包括液压油箱、主泵、多路阀、液压先导操作台、液压马达、油缸、冷却器以及各油管总成、胶管总成、接头、密封件,压力表等。油箱的主要作用使储存液压油的,装有呼吸器、主回油过滤器、液位液温计等液压辅件。主泵是为主油路及控制油路提供液压油源动力,也就是抽油的,使油能够循环。主阀位于操作台内,在先导阀的操作控制下使各个执行机构产生相应动作。泵站是由电机驱动,通过油泵、油箱,将压力油分别送到截割部、铲板部、第一运输机、行走部、后支承的各液压马达和油缸。液压油由主油泵泵出经换向阀流向各执行元件,能量交换后,转换成低压油,通过换向阀及过滤器流回主泵吸油口,完成一个循环,由于液压油回油不经过油箱,因此该回路为闭式回路;补油泵为一齿轮泵,从油箱内经吸油过滤器吸油,经吸油过滤器向主油泵供油,一方面为主油泵补油,另一方面将液压油过滤和冷却回油箱,两个回路合称为半闭式系统。操作台上装有两组换向阀,通过手柄完成各油缸及液压马达的动作,并可实现无极调速,在其上还装有旋阀、压力表,显示变量泵的出口油压。掘进机液压系统的大致原理图如图1所示。
液压系统流量的主要参数和计算公式如下:
液压缸面积(cm2)A=πD2/4D:液压缸有效活塞直径(cm)
液压缸速度(m/min)V=Q/AQ:流量(l/min)
液压缸需要的流量(l/min)Q=V×A/10=A×S/10tV:速度(m/min)
S:液压缸行程(m)
t:时间(min)
液压缸出力(kgf)F=p×A
F=(p×A)－(p×A)
(有背压存在时)
p:压力(kgf/cm2)
泵或马达流量(l/min)Q=q×n/1000q:泵或马达的几何排量(cc/rev)
n:转速（rpm）
泵或马达转速(rpm)n=Q/q×1000Q:流量(l/min)
或马达扭矩(N.m)T=q×p/20π
液压泵所需功率(kw)P=Q×p/612
管內流速(m/s)v=Q×21.22/d2 d:管内径(mm)
管内压力降(kgf/cm2)△P=0.000698×USLQ/d4U:油的黏度(cst)
S:油的比重
L:管的长度(m)
Q:流量(l/min)
d:管的内径(cm)
掘进机和其他工业机器液压系统未来的发展趋势主要向这几个方面:
①减少能耗:充分利用能量。减少元件和系统的内部压力损失,减少节流损失,减少摩擦损失。
②泄漏控制:主要包括两个方面:第一防止液体泄漏到外部造成环境污染,第二发展无泄漏元件和系统。
③污染控制:发展封闭式密封系统, 改进元件设计,发展耐污染能力强的高效过滤材料和过滤器,开发油水分离净化装置,发展新的污染检测方法。
④主动维护:预先进行维修,避免设备恶性事故的发生。开发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件,开发液压系统自补偿系统。
⑤机电一体化:电液伺服比例技术的应用将不断扩大,监控系统将得到发展,电子直接控制液压泵,采用通用的标准化调节机构,发展智能化液压元件。
⑥计算机技术的应用:将计算机的仿真及实时控制结合起来,以达到最佳设计结果。紧密与高新技术结合,特别是微电子技术、计算机技术、传感器技术等。
⑦可靠性和性能稳定性继续提高:新材料将逐步进入实用阶段。普遍减少由于粘附擦伤、气蚀而引起的损伤。系统可靠性设计理论将成熟并普及应用。强化、完善系统介质的过滤技术。
⑧增强对工作环境的适应性:高度重视能耗控制技术,进一步降低工作噪声,改善代用介质的性能及其适应性研究,发展横向派生系列产品。
⑨高度集成化,提高元器件的功能密度:单功能元件的组合向多功能元件发展,集成器件子系统化*,强化电子部分,开发智能型一体化器件。
⑩发展轻小型器件和微型液压技术:提高轻小型器件的功率密度,微型液压技术领域的开发。
微电子技术的飞速发展,为液压技术的进步注人了新的活力。液压器件是机电一体化的重要接口器件,充分考虑到液压技术的特点,而开发研制出的集液压、电子、传感技术于一体的新产品及其组成系统,兼备了电气和液压技术的双重优势。如低耗高速（10mA以下响应时间在2ms以内）电磁铁及数字式电液器件,可作为直接接口的电液转换器。内藏位移传感器的液压缸用于高精度闭环控制时,可实现工况监视和长感功能。液电技术的融合使得液压技水的发展超出日身传统的科学领域,向着包括传动控制、检测在内的综合自动化技术方向发展。
参考文献
[1] 路甬祥.电液比例控制技术[M].北京:机械工业出版社,1988.
[2] 刘兴才.护顶机液压平衡回路设计[J].矿山机械,2009,(19):14.
[3] 李鄂民.液压与气压传动[M].北京:机械工业出版社,2001.
[4] 杨尔庄.二十一世纪液压技术现状及发展趋势[J].机械机电,2001.6