煤礦刮板輸送機液壓驅(qū)動系統(tǒng)

1、刮板輸送機是煤礦井下運煤關(guān)鍵設(shè)備，其驅(qū)動裝置作為刮板輸送機的動力系統(tǒng)，設(shè)計的 合理性及可靠性至關(guān)重要。目前刮板輸送機常采用雙速電機驅(qū)動、 單速電機加液力偶合器驅(qū) 動及變頻電機驅(qū)動等形式，其應(yīng)用上各有利弊。液壓驅(qū)動由于其功率質(zhì)量比大、運行平穩(wěn)、 大范圍無級調(diào)速、控制維護方便等優(yōu)點，在各種機械行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，而在刮板輸送機 上的應(yīng)用尚屬空白，因此對其進行可行性研究具有重要意義。1液壓驅(qū)動基本組成刮板輸送機工作時，負載在空載、滿載、超載之間不斷變化，持續(xù)時間無規(guī)律，且需要 頻繁啟動和重載啟動，因此刮板輸送機可控啟動、制動、運行平穩(wěn)、過載保護等特性是設(shè)計 的重點。針對刮板輸送機的工作特點，設(shè)計其液

2、壓驅(qū)動裝置，如圖 1所示。圖1液壓驅(qū)動裝置該驅(qū)動裝置中液壓馬達可以與鏈輪軸伸直接聯(lián)接，也可以在液壓馬達與鏈輪之間加裝一 級行星減速器，以滿足鏈輪對轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩的匹配要求。電動機、液壓泵及控制閥組可以作為 獨立部件，布置于設(shè)備列車上，用高壓膠管與馬達相連。電控系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠程操作及工作 狀態(tài)監(jiān)控，以提高系統(tǒng)智能性和工作安全性。2液壓驅(qū)動工作原理1.液壓馬達2、5.梭閥3.安全閥4.雙向平衡閥6.比例換向閥7.負載敏感閥8.壓力切斷閥9.變量活塞10.變量泵 11.電動機圖2液壓驅(qū)動系統(tǒng)原理圖圖2為液壓驅(qū)動系統(tǒng)原理圖，采用變量泵作為驅(qū)動元件，由負載敏感閥 7、壓力切斷閥8、 變量活塞9、變量泵10組

3、成泵控負載敏感系統(tǒng)。其基本特征是：泵供給系統(tǒng)的流量只和輸入 的控制信號有關(guān)，而不受負載壓力變化和電動機轉(zhuǎn)速波動的影響； 且泵出口壓力僅比負載壓 力高出一個定值，在最高壓力限定范圍內(nèi)泵始終能自動適應(yīng)負載的變化，沒有溢流損失，具 有明顯的節(jié)能效果。該系統(tǒng)的原理及可實現(xiàn)的功能特性如下：(1)流量控制該系統(tǒng)執(zhí)行元件為定量馬達，其速度大小取決于系統(tǒng)流量大小， 故流量控制即為速度控 制。圖2中負載壓力經(jīng)過梭閥5作用于負載敏感閥的右腔，使泵出口壓力高于負載壓力一個定 值，即比例換向閥6前后壓差恒定，系統(tǒng)流量只與其開口大小有關(guān)，而不受負載壓力變化的 影響。刮板輸送機工作時，系統(tǒng)流量保持恒定，馬達轉(zhuǎn)速亦恒定，保

4、證了工作面三機配套中 對刮板輸送機鏈速的要求。調(diào)節(jié)比例換向閥開口大小，系統(tǒng)流量相應(yīng)變化，實現(xiàn)液壓馬達在 一定范圍內(nèi)無級調(diào)速，使刮板輸送機可以在不同速度下運行，如正常運行時的速度調(diào)整，日 常維護中的驗鏈速度調(diào)整。切換比例換向閥工作位置，實現(xiàn)電動機不停機而馬達正、反轉(zhuǎn)運 行。當(dāng)遇到卡鏈停轉(zhuǎn)情況時，嘗試馬達低速反轉(zhuǎn) -正傳-反轉(zhuǎn)-正轉(zhuǎn)，直到正常運行，有效地 解決了卡鏈問題。由于液壓馬達轉(zhuǎn)速可調(diào)，該系統(tǒng)兼顧緊鏈功能，即可以將驅(qū)動系統(tǒng)和緊鏈 系統(tǒng)合二為一，使系統(tǒng)得到簡化，提高了系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟性。(2)啟動特性該系統(tǒng)不工作時，在彈簧力作用下，負載敏感閥和壓力切斷閥均工作于右位機能，變量 泵斜盤位于最大排

5、量處。電動機啟動，控制液體推動負載敏感閥向右移動，液體進入變量活 塞右腔，推動變量活塞使變量泵排量迅速減小至接近零，對系統(tǒng)不供液。此時，泵出口壓力 維持在負載敏感閥設(shè)定壓力值上，此壓力僅有幾十到幾百千帕，變量泵處于“低壓待命狀態(tài)”， 電動機相當(dāng)于空載啟動。按照設(shè)定的啟動時間開啟比例換向閥， 系統(tǒng)流量亦按照預(yù)定的特性 曲線逐漸平緩增加，液壓馬達達到額定轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入正常運行。該過程實現(xiàn)了刮板輸送機 的“軟啟動”，動負荷較小，減小了對刮板鏈及鏈輪的啟動沖擊。(3)制動特性該系統(tǒng)采用雙向平衡閥制動回路。當(dāng)換向閥處于左位或右位時，高壓液體通過單向閥進 入馬達，同時通過平衡閥4內(nèi)部油路打開回油管路，實現(xiàn)

6、其運動。由于平衡閥的自身結(jié)構(gòu)， 在回油側(cè)形成一定的背壓，保證了液壓馬達平穩(wěn)運動。特別是在下運傾斜煤層，刮板和煤的 自重在平行于中部槽方向上的分量作為刮板運動的超越負載，使刮板鏈產(chǎn)生向前運動的趨勢，平衡閥在回油側(cè)的背壓用來平衡此超越負載，使刮板平穩(wěn)、勻速運動。另外，雙向平衡 閥還可以保證液壓馬達不會自由轉(zhuǎn)動，起到閉鎖作用。（4）過載保護該液壓驅(qū)動系統(tǒng)在設(shè)計上可以實現(xiàn)對刮板輸送機的雙重過載保護。其一為液壓泵變量保護，過載時系統(tǒng)壓力升高，當(dāng)達到壓力切斷閥 8的設(shè)定壓力時，回路打開，液體推動變量活 塞使液壓泵排量減小至接近零，馬達停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了電動機的安全脫離。此時變量泵工作于“高 壓待命狀態(tài)”，當(dāng)故障

7、排除，系統(tǒng)壓力能夠克服負載時，變量泵排量逐漸增大，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為正 常運行。其二為安全閥卸荷保護，當(dāng)負載突然增大，如遇到壓溜或卡鏈情況，系統(tǒng)壓力迅速 升高，系統(tǒng)流量來不及做出調(diào)整，高壓液體經(jīng)過梭閥 2,由安全閥3卸荷，對系統(tǒng)起到了過載 保護作用。（5）拆裝方便、維護簡單刮板輸送機傳統(tǒng)的驅(qū)動方式都是將電動機、傳動裝置與鏈輪聯(lián)接，懸空而置，聯(lián)接強度 和對中性要求較高，機頭（機尾）體積龐大，對于井下狹小的空間，其拆裝較為困難。對于 液壓驅(qū)動系統(tǒng)，只需將液壓馬達固定于機頭（機尾），其它元件獨立布置，較為靈活，降低 了對空間的要求，拆裝、維護簡單。3液壓驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)化通過以上分析可見，從系統(tǒng)原理和功能特性上，液

8、壓驅(qū)動可以滿足刮板輸送機的工作要 求，下面從功率匹配方面進行分析。（Dz PQ（DN =60式中 N 一功率（kW）P 一壓力（MPa）Q 一流量（L/min）式（1）給出了液壓驅(qū)動系統(tǒng)功率、壓力和流量的換算關(guān)系。以功率N=400 kW為例，取工作壓力P=26 MPa,則系統(tǒng)流量Q=924 L/min。由以上計算可知，當(dāng)功率為400 kW時，系統(tǒng)所需流量達到了 924 L/min,目前刮板輸送 機驅(qū)動裝置功率已達到了上千千瓦， 并隨著國內(nèi)外煤礦綜采產(chǎn)量的提高， 刮板輸送機向著大 運量、大功率方向發(fā)展，對系統(tǒng)流量的需求將不斷提高。可見，當(dāng)刮板輸送機裝機功率較大時，系統(tǒng)流量需求很大，由于普通滑閥式

9、結(jié)構(gòu)控制閥 受流通能力的限制，不能工作于大流量系統(tǒng)，而插裝式結(jié)構(gòu)控制閥即插裝閥具有流阻小、流 通能力大、密封性好、適于水介質(zhì)、響應(yīng)快、抗污染能力強等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于高壓、大流量系統(tǒng)，因此采用比例插裝閥對該系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計圖3系統(tǒng)主回路圖3為系統(tǒng)主回路，由比例換向閥和雙向平衡閥組成，其流通能力決定了系統(tǒng)的最大流 量，故對系統(tǒng)主回路進行優(yōu)化設(shè)計，如圖 4所示1、2、3、4.主閥 5、6.比例換向閥7、8.溢流閥圖4比例插裝閥系統(tǒng)圖4為比例插裝閥系統(tǒng)，當(dāng)兩個比例換向閥電磁鐵 D、D2都不動彳時，P關(guān)閉，不向系 統(tǒng)供液，工作A、B 口鎖緊，液壓馬達自鎖；當(dāng)電磁鐵 D動作，插裝閥主閥2彈簧腔乳化液回 油

10、箱，閥芯開啟，P與A接通，泵向馬達供液，此時主閥2相當(dāng)于圖3中的單向閥；B口液體經(jīng) 過比例換向閥6到達溢流閥8,當(dāng)壓力大于其彈簧力時，液體回油箱，主閥4打開，B與T接通, 馬達排液，此時溢流閥8作為插裝閥組的先導(dǎo)閥，相當(dāng)于圖3中平衡閥的背壓閥。用該比例插 裝閥組對系統(tǒng)主回路進行優(yōu)化，滿足了系統(tǒng)對流量的要求，并改善了系統(tǒng)的密封性，提高了 系統(tǒng)抗污染能力。另外，上世紀(jì)80年代以來，比例技術(shù)開始和插裝閥控制技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了比例插裝閥 控制系統(tǒng)網(wǎng)，各種變量泵、比例泵相繼出現(xiàn)，基于整體陶瓷柱塞、斜盤、配流盤及缸體的軸 向柱塞泵、耐水密封元件、內(nèi)曲線徑向柱塞馬達成功研制與應(yīng)用，使緊湊型液壓驅(qū)動方案成 為可能9。這些成果都為刮板輸送機應(yīng)用液壓驅(qū)動提供了硬件支持及選型參考，并推動了其 發(fā)展。4結(jié)論(1)刮板輸送