采煤機調高液壓系統(tǒng)的設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u27737采煤機調高液壓系統(tǒng)的設計案例 1272101.1.采煤機調高液壓系統(tǒng)及原理 1126841.2.自動調高系統(tǒng)數(shù)學模型 313391.2.1.液壓油缸數(shù)學模型 419791.2.2.采煤機滾筒高度和調高油缸行程之間的數(shù)學關系 6229751.3.液壓操作 883451.3.1.調高鎖緊回路 8309881.3.2.滾筒調高 9321621.3.3.調高油路 10182431.3.4.卸載回路 1083551.3.5.調高油缸位置鎖定 10318501.4.調高油缸 10208151.4.1.油缸受力的確定 12312671.4.2.確定系統(tǒng)工作壓力 13103871.4.3.調高油缸基本長度和行程的確定 1410681.4.4.調高油缸壓力參數(shù)確定 16采煤機調高液壓系統(tǒng)及原理右圖為采煤機的調高液壓系統(tǒng)結構圖。當采煤機開始運行時，電動機帶動液壓齒輪泵通過油箱吸入壓力油，壓力油經(jīng)過濾器過濾后進入液壓齒輪泵提供必要的動力。在滾筒完成升降的過程下，調高換向閥處于開始操作的狀態(tài)，通過控制閥回路，壓力油經(jīng)過調高換向閥作用到油缸，直到調節(jié)高度到達指定位置，壓力油經(jīng)過調高油缸排油腔回油池，此時調高換向閥停止工作。如果沒有操作調高換向閥，采煤機滾筒的高度將保持不變，為了保持系統(tǒng)的穩(wěn)定，液壓油經(jīng)過控制閥回路調節(jié)。在強吸引力的影響下，閥體和換向閥芯也會做出相應改變油路也會發(fā)生改變，要想活塞桿能夠左右移動，那么就對油缸進油方式進行控制，兩側承受壓力不等，那么滾筒就與之匹配的完成了這個升降過程。液壓系統(tǒng)主要由控制和動力兩部分組成。通過輸入控制信號，對控制信號進行處理，來對一些控制元件（即各種液壓閥）執(zhí)行控制操作，控制元件又可以實現(xiàn)對動力原件（各種油泵）以及執(zhí)行元件（液壓缸或者馬達）的控制。如圖3.2所示。圖3.2液壓控制系統(tǒng)結構與其他控制系統(tǒng)相比，液壓控制系統(tǒng)具有重量輕、剛度大、精度高、響應快、等比較明顯的優(yōu)點。重量雖然輕，但是卻可以產(chǎn)生很大的動力，同時，在解決多余的熱量上，回路中的油液能夠將多余的熱量散去，與此同時，液壓油還能起到緩解摩擦的作用，即使煤礦井下環(huán)境惡劣，但是液壓控制系統(tǒng)具有更高的靈敏度，可以減少調高過程對負載的影響。更適用于采煤機對滾筒的調整。在負載較大時，即大慣量負載下，具有良好的動態(tài)特性和良好的平穩(wěn)性。能有效抑制控制預防狀態(tài)。高度調節(jié)過程根據(jù)采煤機與頂板之間高度的整體變化，來調節(jié)不同厚度的過程。在設計采煤機高度調節(jié)液壓系統(tǒng)時，應根據(jù)上下板的條件和要求，合理設置和安裝液壓元件。高度調節(jié)系統(tǒng)所需的液壓元件主要由電動機、精濾油箱、齒輪泵、液壓高度調節(jié)控制閥、換向閥、高度調節(jié)油缸、油箱壓力表、冷卻和過濾部件組成。如圖3.3所示，高度可調泵箱基本上安裝了除液壓控制閥（液壓鎖緊裝置等）以外的所有液壓件和零件。高度可調泵箱體由焊接組成，箱體由油箱和電機箱組成。這個舉足輕重的部件，裝有對應的抽屜板去連接對應的箱體，以便操作員可以隨時觀察油情況。采煤機運行時，油位應達到最低油位，油箱窗口可顯示油液高度。圖3.3調高泵箱自動調高系統(tǒng)數(shù)學模型為了適應不同厚度的煤層，快速有效地進行開采作業(yè)，如圖3.4所示，在高度調節(jié)過程中主要采用高度調節(jié)機構來調節(jié)采煤機滾筒。此階段采煤機高度調節(jié)機構的工作過程主要是通過控制高度調節(jié)液壓缸的活塞桿左右移動，帶動搖臂進行高度調整，從而改變滾筒截割煤的位置，進而完成滾筒自動調高。圖3.4采煤機調高機構簡圖液壓油缸數(shù)學模型調高液壓系統(tǒng)由多個液壓元件組成，它們緊密相連，依靠液壓介質作為動力，在各個環(huán)節(jié)互通有無，保障系統(tǒng)可以安全平穩(wěn)的運行。由于整個系統(tǒng)較為復雜，且其中的非對稱油缸，以及其他因素，比如連接的其他設備也會影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為了方便觀察，故建立一數(shù)學模型：液壓缸可以忽略其中的摩擦損耗，不考慮其他因素，例如液壓油其他輸油管道；保障缸體內工作壓力平均分配；液壓油各項參數(shù)視為常數(shù)；忽略外泄露，液壓缸內外泄露用層流流動來表示。在此建立液壓缸的壓力和負載力的力平衡方程：式(3.1)式中，——調高油缸位移，m；——等效至活塞桿的當量質量，kg；——調高油缸有桿腔壓力，；——活塞和負載等運動部件的阻尼系數(shù)，——調高油缸無桿腔壓力，；——調高油缸有桿腔截面積，；——調高油缸無桿腔截面積，；——作用在油缸活塞上的外力，N；油缸無桿腔的流量連續(xù)性方程如式(3.2)所示：式(3.2)式中，——油缸內泄漏系數(shù)，；——無桿腔流量，；——無桿腔與液壓閥之間的管道等效容積，；——工作液體的體積彈性模量，。油缸有桿腔的流量連續(xù)性方程如式(3.3)所示：式(3.3)式中，——油缸外泄漏系數(shù)，；——無桿腔流量，；——無桿腔與液壓閥間的管道等效容積，。為了計算方便，取流量連續(xù)方程為(3.4)(3.5)式所示：式(3.4)式(3.5)閥控缸系統(tǒng)在建立模型時，關心的是液壓缸的固有頻率最小時的情況。固有頻率與系統(tǒng)的彈簧剛度和質量有關，對于液壓缸質量不變，彈簧剛度可以推理出：式(3.6)式(3.7)將和代入式(3.7)可得：式(3.8)式中，——油缸總行程，m；——彈簧剛度，N/m。當，此時式(3.9)由式(3.9)可得：式(3.10)式(3.11)對以上(3.10)和(3.11)兩式拉式變換后，把兩腔的截面面積近似為二者的平均值，即令后得到傳遞函數(shù)：式(3.12)由(3.12)可知系統(tǒng)調高油缸受到的外力擾動的影響較大，具有較強的非線性。采煤機滾筒高度和調高油缸行程之間的數(shù)學關系在采煤機調高機構關系的基礎上，得出油缸活塞桿位移與滾筒高度之間的數(shù)學模型。圖3.5為滾筒調高結構設計圖，當調高液壓缸活塞發(fā)生細微變化時，可以近似認為：圖3.5采煤機滾筒調高結構設計圖式(3.13)式中，——調高油虹活塞伸縮量，m；——滾筒調高機構小搖臂的長度，m；——在活塞伸縮改變量為時，大搖臂與水平面夾角的變化量。釆煤機滾筒的高度調整量為：式(3.14)式中，——在調高油缸活塞伸縮量為時，采煤機滾筒高度變化量。由式(3.14)可得：式(3.15)由式(3.15)可得：式(3.16)聯(lián)立(3.15)、(3.16)可得：式(3.17)由式(3.17)可得：式(3.18)化簡式(3.18)可得采煤機滾筒位置變化量和油缸活塞位移間的關系式：式(3.19)綜上可得采煤機滾筒高度表達式為式(3.20)因為在實際工作中環(huán)境多變復雜，煤層的頂端也不會發(fā)生巨大變化，而且一周內的變化很少，用k來表示兩者之間的關系，即大小搖臂長度之比，即：式(3.21)液壓操作調高鎖緊回路“調高鎖緊回路”作為調高系統(tǒng)的重要一部分，需要對其進行系統(tǒng)分析。調高鎖緊式回路主要是采煤機液壓系統(tǒng)中一種能夠使得液壓缸中的一個活塞桿能夠在任何一個位置上進行固定的回路，利用調高鎖緊式回路，可以使得活塞桿在任意位置停留后也不會因為任何外力的作用而發(fā)生移動的一種液壓回路，如圖3.6所示。例如，如果當液壓換向閥的控制口處于右位或者左位時，液控式單向閥的控制口或油液管道內通入了液壓油，此時，液體以及氣缸的回油就可以通過反向流經(jīng)單向閥口，此時液壓缸的活塞就可向左或向右地移動。當換向閥保持在一個中位時，就可以控制活塞停止，此時該閥的壓力和中位傳感器機能轉化成為h型，所有的壓力和控制油液都直接通入到換向閥的油箱，油箱的壓力就會迅速減少，使得控制閥不會在一個方向導通，油缸也會因為油液不通而關閉，利用這種閉合回路，可以讓采煤機的滾筒能夠在所需要的地點進行固定，增強了采煤機的適應性能。圖3.6調高鎖緊回路就目前采煤機發(fā)展水平來看，還是需要人為控制采煤機滾筒截割煤的高度，需要采用各種換向閥進行調整。滾筒調高調高油缸可也控制搖臂升降，由手、液動換向電磁閥操縱。專用的徑向柱塞泵、手動換向閥→滾筒調高換向閥30、31→控制左右搖臂升降安全閥33的額定調定壓力為20MPa，被用作限制調高泵29的最大壓力。安全閥34的調高壓力為32MPa，用以保護調高油缸。液控單向閥35的作用是固定調高油缸的位置。由于采用了三個串聯(lián)的H機能的換向閥，因此三個油缸只能單獨使用。調高油路當電磁閥30右端的電磁鐵通電時，調活塞桿伸出，帶動搖臂上擺，油路是：進油路：調高液壓泵29→手、液動換向閥30→單向閥（右方）→油缸活塞腔回油路：油缸→單向閥（左方）→手液動單向閥→油缸當手、液壓換向閥30左端的按鈕打開時，油路與上述相反，搖臂向下擺動。卸載回路手、液動換向閥（不動）→油缸與換向閥相通→液壓泵卸荷油路是：液壓泵→手、液動換向閥→油箱當手、液動換向閥（動作）→油缸不通，保證系統(tǒng)正常工作。調高油缸位置鎖定同理，按下任意每對調高閥，即可利用液動的方法移動換向閥的閥芯，使左邊右邊搖臂位置發(fā)生變化，斷開控制裝置，導致液壓油路不通，換向閥復位，保持在固定位置上。調高油缸雙滾筒式采煤機的調高傳動系統(tǒng)是一個直接決定采煤機截割滾筒和升降的一個核心元器件，采用雙作用單活塞式油缸對采煤機滾筒進行了調高，由于滾筒的上升搖臂和滾筒的自重較大，導致上升滾筒的載荷遠遠超過了下升滾筒的載荷，因此，我們設計中的活塞桿可以伸出作用為上升，活塞桿收縮控制滾筒下降。調高油缸的設計調高油缸的設計要點液壓式采煤機對于調高式油缸的各個組成部位，其結構要求是設計合理，結構簡潔、緊湊，在工藝流程中要求是加工、裝配、維修方便。選擇適當?shù)恼{高油缸，缸筒中的內徑主要參數(shù)D及其活塞桿直徑d。保證每個油缸都具有一個足夠的輸出力、速度、行程，同時也應該使其具有相當高的強度，以便于承受液壓力、負荷壓力、意料中的沖擊力。搖臂的工作穩(wěn)定性及過載保護。調高油缸的結構及工作原理采煤機油缸結構如圖3.7所示。1.活塞桿2.法蘭3.卡環(huán)4.導向套5.缸體6.活塞7.液壓鎖圖3.7采煤機油缸結構圖調高油缸為雙作用油缸，從一個壓力油缸兩側油液向前運動進液，正反2個油缸方向向前運動，都主要是在油缸壓力和兩側油液的相互作用下運動完成，通過手動調整一個油缸的橫向運動量和行程高度來隨時調節(jié)進油滾筒高度，以便于隨時適應油缸壓力和控制煤層的運動改變。系統(tǒng)工作壓力的確定載荷和裝置都能夠直接決定整個系統(tǒng)的工作壓力，選擇適當?shù)墓ぷ鲏毫ぷ餍视泻艽筇嵘?，原件所承載的阻力也可以幫助系統(tǒng)更準確的調整工作壓力。在清晰的知道負載的前提下，就可推導出壓力與液壓執(zhí)行原件的大小成反比，如果傳動器的工作時壓力相對較高，就要盡量減小執(zhí)行時壓力最小的尺寸，反之，就要考慮選擇更多的方式來增加執(zhí)行時壓力最小的尺寸；但是，由于調節(jié)系統(tǒng)壓力油的壓力越大，因此執(zhí)行系統(tǒng)原件的生產(chǎn)制造技術要求也會隨之得到更高，從而大大降低了經(jīng)濟效益?，F(xiàn)在我國采煤發(fā)動機中普遍使用的壓力油調高系統(tǒng)壓力為12mpa左右，隨著時代的發(fā)展，技術與的進步，高性能的采煤發(fā)動機也逐漸普及到各個礦業(yè)，本設計所選的壓力油為10mpa。液壓調高油缸活塞桿直徑的計算油缸就是一種通過液壓傳動能量變化的裝置，可以把油缸中的液壓能變化成驅動采煤機滾筒調高的機械能。油缸采用很高效的結構，可以提供工作所需要的全部能量，強勁且穩(wěn)定。本設計中的液壓傳動系統(tǒng)主要選擇了油缸，這種是雙作用的單活塞桿液壓缸，當一個活塞桿進行一個往復運動時，就可以實現(xiàn)正反兩個相反方向的運動。油缸受力的確定調高油缸拉力的確定根據(jù)搖臂截割煤的受力可以確定調高油缸的推力和拉力。采煤機搖臂在截煤過程中受到許多力的作用，主要包括截割阻力、牽引力、搖臂重力等，根據(jù)力矩平衡原理，即可確定搖臂不同位置時，調高油缸的推力和拉力。圖2、圖3、分別為采煤機最大臥底、最大采高時的搖臂受力圖。其中，滾筒扭矩；式(3.22)滾筒截割阻力式(3.23)式中滾筒直徑，。由圖2可知，當滾筒推進阻力時，搖臂下降到最低位置，調高油缸的理論推力最大，根據(jù)，代入數(shù)值計算得出由圖3可知，根據(jù)，代入數(shù)值計算得出確定系統(tǒng)工作壓力在正常的工況下,由液壓傳動執(zhí)行元件的壓力油按照液壓調高系統(tǒng)和液壓缸的具體大小來確定,如圖中表3-1所示:表3-1執(zhí)行液壓原件實際工作壓力工況執(zhí)行原件名稱載荷KN背壓力工作壓力計算公式初始位置油缸3.36011.40調高鎖定油缸3.46011.01截煤油缸3.58010.70式(3.24)式中，本課題為11.40Mpa。即可確定油缸的工作條件和安裝位置，調高油缸基本長度和行程的確定下圖為采煤機搖臂調高簡圖，由圖可知，采煤機的采高式(3.25)式中圖1中B點與工作面底板的距離；搖臂的結構參數(shù)；滾筒的直徑。可得搖臂的擺角式(3.26)根據(jù)圖1，利用余弦定理，可得調高油缸長度式(3.27)式中搖臂的結構參數(shù)；