采煤機(jī)液壓系統(tǒng)
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  現(xiàn)代綜合機(jī)械化長(zhǎng)壁采煤工作面上大都采用滾筒式采煤機(jī)采煤。其外形結(jié)構(gòu)如圖4.8-4所示。圖中，3為搖臂，4為擋煤板，5為切割部減速箱，6為電動(dòng)機(jī)，7為控制箱，8為液壓牽引部，10為調(diào)高液壓缸，11為調(diào)料液壓缸。在割煤滾筒1的螺旋形葉片上裝有截齒，當(dāng)滾筒在煤壁內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，便可將煤切下，并裝入工作面刮板輸送機(jī)2的溜槽中運(yùn)走。采煤機(jī)騎在輸送機(jī)的槽幫上。沿工作面全長(zhǎng)有一條張緊的牽引錨鏈，它與采煤機(jī)牽引部的牽引鏈輪9相嚙合，鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，就牽引著采煤機(jī)沿煤壁往復(fù)運(yùn)動(dòng)，連續(xù)采煤。
圖4.8-4采煤機(jī)外型結(jié)構(gòu)示意圖
    采煤機(jī)的工作條件惡劣、傳動(dòng)功率大而工作空間又極受限制，故要求其傳動(dòng)部件的單位功率的質(zhì)量愈小愈好；又因它的移動(dòng)速度低而負(fù)載大，故其牽引部必須具有很大的傳動(dòng)比（凈250～300）和牽引力(12～40tf)，并要求能夠進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。要求整個(gè)系統(tǒng)具有完善可靠的安全保護(hù)功能和操作靈活方便。這種傳動(dòng)系統(tǒng)采用液壓傳動(dòng)和控制是適宜的。
    采煤機(jī)的液壓系統(tǒng)見圖4.8-5。主泵1為具有恒功率變量機(jī)構(gòu)的斜軸式軸向柱塞泵，馬達(dá)2為與主泵同規(guī)格的斜軸式定量柱塞馬達(dá)。
    主泵恒功率變量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與通用系列產(chǎn)品不同，它包括泵位調(diào)節(jié)器、液壓恒功率調(diào)節(jié)器和電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)節(jié)器三個(gè)部分。
    泵位調(diào)節(jié)器15實(shí)際上是一手動(dòng)伺服變量機(jī)構(gòu)，包括調(diào)速桿15.1、大彈簧15.2、彈簧套15.3和V形槽板15.4、反饋杠桿15.5、伺服滑閥15.6和變量活塞15.7。在大彈簧尚未壓縮的自由狀態(tài)下，調(diào)節(jié)器各個(gè)零件所處的位置都對(duì)應(yīng)于泵位的零位。搖動(dòng)手柄21或轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪22，通過(guò)絲杠、螺母推動(dòng)調(diào)速桿上、下移動(dòng)，便可在任一方向上壓縮大彈簧。假設(shè)其壓縮量為xo，這時(shí)如果開關(guān)活塞16處于右位（解鎖）松開V形槽板，則V形槽板將在大彈簧力的作用下也沿相同的方向（如圖向上或向下）移動(dòng)x0。位移xo又通過(guò)反饋杠桿推動(dòng)伺服滑閥，從而使變量活塞移動(dòng)xp。于是主泵便以與此相應(yīng)的方向和排量工作。因此，可以直接利用泵位調(diào)節(jié)器對(duì)馬達(dá)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)速和換向。但實(shí)際上只用它作為系統(tǒng)運(yùn)行速度和運(yùn)動(dòng)方向的給定裝置，而利用液壓恒功率調(diào)節(jié)器和電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)節(jié)器在給定的速度范圍內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)速。
    液壓恒功率調(diào)節(jié)器17由裝在開關(guān)活塞16中的一個(gè)小柱塞17.1和平衡彈簧17.2構(gòu)成。小柱塞一端與系統(tǒng)的高壓側(cè)相通，所受的液壓力與彈簧力始終相平衡。故小柱塞的伸出距離x1與系統(tǒng)的液壓力成正比，它實(shí)際上就是系統(tǒng)的壓力反饋測(cè)量裝置；電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)節(jié)器18包括一個(gè)行程可調(diào)的小活塞和一個(gè)三位四通電磁閥18.2。這兩個(gè)調(diào)節(jié)器的柱塞軸線和油塞軸線在同一直線上，并與主泵的零位相對(duì)應(yīng)。電磁閥18.1由電流反饋系統(tǒng)測(cè)得的電流信號(hào)控制，是一個(gè)具有死區(qū)的繼電器型非線性控制環(huán)節(jié)。小活塞的外伸距離為z：。此系統(tǒng)主要環(huán)節(jié)的方框圖如圖4.8-6所示。圖中xo為給定位移，x1為液壓恒功率調(diào)節(jié)器的位移，X2為電機(jī)恒功率調(diào)節(jié)器的位移，xi=xo-x1-x2，xf為反饋杠桿位移，xv= xi -xf，qv為伺服閥流量，xp為變量活塞位移，α為變量機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角，np、Mp為泵輸入的轉(zhuǎn)速和力矩，p、q為泵輸出的壓力和流量，nm、Mm為液壓馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)速和力矩，i為電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)節(jié)器的控制電流。
圖4.8-5采煤機(jī)液壓系統(tǒng)圖
    系統(tǒng)工作時(shí)，開關(guān)活塞在低壓控制油的作用下總是處于最右邊的松開位置，泵位調(diào)節(jié)器的V形槽板便在大彈簧的作用下向著預(yù)先給定的方向如圖向上或向下移動(dòng)xo距離（即V形槽板的位置偏離二功率調(diào)節(jié)器的活塞軸線的距離為z。），使主泵以相應(yīng)的排量工作。隨著系統(tǒng)液壓力上升，液壓恒功率調(diào)節(jié)器的小柱塞17.1逐漸外伸，其端部壓向V形槽的側(cè)面，迫使V形槽板帶動(dòng)伺服滑閥向主泵排量減少的方向運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)自動(dòng)減速，其調(diào)節(jié)規(guī)律近似恒功率特性。當(dāng)系統(tǒng)壓力足夠高時(shí)，小柱塞完全伸出，迫使V形槽板回到零位，系統(tǒng)自動(dòng)停止牽引。這時(shí)如果系統(tǒng)壓力下降的話，小柱塞又將在平衡彈簧作用下收縮，放松V形槽板而使系統(tǒng)增速。
    實(shí)踐證明，采煤機(jī)牽引部消耗的功率雖然僅為全部功率的10%～15%，但是電動(dòng)機(jī)的總輸出功率與其牽引速度成正比。因此，通過(guò)調(diào)節(jié)牽引速度亦可調(diào)整電動(dòng)機(jī)的總輸出功率。當(dāng)電動(dòng)機(jī)超載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)（負(fù)載電流i大于額定電流io的1.05倍），電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)節(jié)器的電磁閥18.2處于左邊，小活塞外伸，迫使V形槽板向著主泵排量減少的方向運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)自動(dòng)減速，電動(dòng)機(jī)功率隨之下降。當(dāng)i≤1.05io時(shí)，閥18.2復(fù)到中位，小活塞自由浮動(dòng)，不影響液壓恒功率調(diào)節(jié)器17對(duì)槽板的控制。電動(dòng)機(jī)保持滿載工況。如果電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間超載運(yùn)轉(zhuǎn)，則小活塞就可能完全伸出，而迫使采煤機(jī)停止?fàn)恳?；?dāng)電動(dòng)機(jī)欠載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)(i<0.95i。)，電磁閥18.2處于右位，小活塞收縮，放松V形槽板而使系統(tǒng)增速，電動(dòng)機(jī)功率亦隨之增加。顯然，電動(dòng)機(jī)滿載工況就是繼電器型非線性控制環(huán)節(jié)的死區(qū)。為了避免小柱塞運(yùn)動(dòng)速度過(guò)快，致使系統(tǒng)增速（或減速）的加速度過(guò)大，在小活塞的進(jìn)油路設(shè)有一個(gè)可調(diào)節(jié)流器18.3，將系統(tǒng)的減速時(shí)間，調(diào)整為20s左右；并利用小活塞兩端的有效面積不同，使系統(tǒng)的增速時(shí)間約為減速時(shí)間的1.8倍。
    開關(guān)活塞16的位置由開關(guān)閥11控制。開關(guān)閥位于上位時(shí)，開關(guān)活塞左移（外伸），壓迫V形槽板，使泵位調(diào)節(jié)器回零（上鎖），系統(tǒng)停止?fàn)恳?；開關(guān)閥位于下位時(shí)，則開關(guān)活塞右移（收縮），松開V形槽板（解鎖），系統(tǒng)便以給定的牽引速度和牽引方向開始工作，并根據(jù)載荷的變化自動(dòng)調(diào)速。
    開關(guān)閥具有兩種操作方式：即手動(dòng)直接操作和用液壓缸12操作。閥端的低壓控制油液既能對(duì)開關(guān)閥的工作位置起控制作用，又能對(duì)系統(tǒng)起低壓保護(hù)作用。即當(dāng)?shù)蛪嚎刂葡到y(tǒng)失壓(≤0.5MPa)時(shí)，開關(guān)閥就在彈簧力的作用上復(fù)位，開關(guān)活塞上鎖，系統(tǒng)停止?fàn)恳?/span>
    液壓缸12由電磁閥19控制。閥19同時(shí)還控制齒條活塞液壓缸20，通過(guò)齒輪、絲杠調(diào)節(jié)泵位調(diào)節(jié)器，以調(diào)定牽引速度，其作用與手柄21相同。
由于開關(guān)閥操縱缸的控制油液是通過(guò)齒條活塞的中
心軸向外輸送的，因此，閥19啟動(dòng)后，首先就推
動(dòng)操縱液壓缸打開開關(guān)閥解鎖，然后才使齒條活塞
運(yùn)動(dòng)，給定牽引速度或換向。操縱缸只能單向運(yùn)動(dòng)
解鎖，不能上鎖。欲停止?fàn)恳龝r(shí)，還需手動(dòng)操作開
關(guān)閥11復(fù)位，這個(gè)動(dòng)作同時(shí)也迫使操縱缸復(fù)位，
油液經(jīng)溢流閥13(調(diào)定壓力為1.5MPa)返回油
箱。電磁閥19是用按鈕控制的，在此基礎(chǔ)上可以
實(shí)現(xiàn)無(wú)線電遙控。
圖4.8-6采煤機(jī)液壓控制系統(tǒng)方框圖
    為了避免換向操作時(shí)系統(tǒng)突然反向運(yùn)轉(zhuǎn)，在絲杠軸上裝有一個(gè)開關(guān)圓盤23，盤周邊開有一個(gè)缺口，當(dāng)插銷落入此缺口中時(shí)，信號(hào)燈亮，電磁閥19的電源切斷，表示主泵已到達(dá)零位，系統(tǒng)原方向的牽引運(yùn)動(dòng)停止。然后繼續(xù)反向搖手柄或啟動(dòng)反向按鈕，才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)換向和給定牽引速度。
    超壓關(guān)閉閥8和高壓安全閥9用于系統(tǒng)超壓時(shí)的快速保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到其額定壓力
(15MPa)時(shí)，超壓關(guān)閉閥8下位工作，泵3來(lái)的油斷路。開關(guān)閥上位工作，開關(guān)活塞16左腔通油箱，開關(guān)活塞16迅速上鎖，系統(tǒng)停止?fàn)恳?；同時(shí)系統(tǒng)的高壓油經(jīng)閥8、閥5回油箱。高壓油路壓力降低，超壓關(guān)閉閥又自動(dòng)復(fù)位，使系統(tǒng)又處于待啟動(dòng)狀態(tài)。如果超壓關(guān)閉閥由于故障而在調(diào)定壓力下不能及時(shí)動(dòng)作，則系統(tǒng)壓力將繼續(xù)升高而使高壓安全閥9開啟(其調(diào)定壓力略大于15MPa)溢流，保護(hù)系統(tǒng)；同時(shí)由于節(jié)流孔24的作用，還有約4MPa的壓力加于超壓關(guān)閉閥下端，加力使它動(dòng)作。
    輔助泵3、單向閥組、節(jié)流閥4、背壓閥5與冷卻器14構(gòu)成了系統(tǒng)的熱交換回路。背壓閥5的調(diào)定壓力為1.5MPa，為系統(tǒng)提供低壓控制油液，溢流閥10的調(diào)定壓力為2.5MPa。手動(dòng)充油泵6給系統(tǒng)啟動(dòng)前充油，同時(shí)經(jīng)排氣孔7排除系統(tǒng)中殘留的氣體。
    采煤機(jī)牽引部液壓系統(tǒng)的控制比較復(fù)雜、結(jié)構(gòu)很緊湊、元件的集成化程度高、專用性強(qiáng)。因此，在保持和改善系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)的前提下，應(yīng)當(dāng)不斷簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，盡量采用通用液壓元件，特別是采用具有通用變量機(jī)構(gòu)的液壓動(dòng)力元件，以加速采煤機(jī)的研制周期，降低其生產(chǎn)成本。
    在煤層水平傾斜角α≥9°時(shí)為防止采煤機(jī)下滑需要用安全絞車加以保護(hù)。安全絞車靠液壓系統(tǒng)控制。恒壓泵的工作壓力恒定，恒壓泵帶動(dòng)徑向液壓馬達(dá)，馬達(dá)帶動(dòng)絞車，絞車上纏繞采煤機(jī)牽引鋼絲繩。
采煤機(jī)上行采煤時(shí)，泵向馬達(dá)供油，馬達(dá)正轉(zhuǎn)，絞車?yán)p繞鋼絲繩。正常工作時(shí)絞車鋼絲繩和采煤機(jī)牽引線速度相等。系統(tǒng)壓力恒定。若有微小差異，系統(tǒng)壓力有變化，恒壓泵可自動(dòng)調(diào)節(jié)絞盤轉(zhuǎn)速使二者線速度相同。若采煤機(jī)突然下滑則液壓馬達(dá)處于泵狀態(tài)，系統(tǒng)壓力升高，鋼絲繩牽引力加大防止采煤機(jī)下滑。若下滑超速時(shí)，泵和采煤機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，液壓機(jī)械系統(tǒng)使絞車制動(dòng)。采煤機(jī)下行采煤時(shí)，泵保持恒壓，馬達(dá)也處于泵狀態(tài)，此時(shí)采煤機(jī)的牽引速度和絞車放繩速度一致。

本文標(biāo)題：采煤機(jī)液壓系統(tǒng)

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