TZMX75防突钻装机液压系统的设计

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由于我国的电力行业大部分是火力发电，所以对煤炭的需求量 日益增加。为了加强安全生产。国家关闭了小煤窑，扶持大煤矿。加大煤矿开采的现代化装备 ，从政策上带动了煤矿机械的大发展。随着国家对煤矿安装生产要求的越来越高，在开拓、掘进巷道双突”掘进工作面要进行重点整治，采劝先探后掘，有掘必探”的措施。从源头解决”双突”巷道带来的安全隐患。该机型就是在这样的背景条件下实时开发研制的-种机型。

1 主要结构和工作原理TZMX75型钻装机是我院针对煤矿井下 双突”掘进工作面而设计的，集瓦斯探放、物料装运于-体的高效新型多功能钻装设备适应巷道断面 821m 、坡度±16。，适应于岩石硬度(厂)小于 8的孑L径为 西90/ l10的瓦斯释放孔的钻探作业 ，钻机开孔 的最大宽度是收稿日期：2012-lI-08作者简介：代文博(1983-)，男，河北沧州人，助理工程师，学士，现从事煤矿机械设计工作。

5 200ram，4 000mm(水平孔)；高度为 0～3 100mm，ll0-3 100mm(水平孔)，装运能力可达 180t/h。该机后配套转载运输设备可采用桥式胶带转载机和可伸缩式带式输送机，实现连续运输，以利于机器效能的发挥。

TZMX75型钻装机主要由钻机部、装载部、刮板输送机、行走部、机架、液压系统、喷雾冷却系统及电气系统等部分组成，如图 1所示。

竭 -- 罐至妄 UJI垦1-钻机部 2-装 载部 3-刮板输送机 4-机架和 回转台5-履带行走部 6-油箱 7-操作台 8-泵站 9-电控箱 10-护板总成图 1 TZMX75型钻装机2 液压系统设计本机采用液压传动，液压系统原理如图 2，其动力69液压 气动 与密封/2013年 第 O2期右行走左行走图 2 液压系统原理 图由-台 75kW 的防爆 电机 ，通过弹性联轴节驱动-台排量为 140mL/r的负载敏感变量柱塞泵，通过控制机构分别向钻机和装运行走两套工作机构提供压力油。液压系统有两个主控制阀，分别为九联液控比例多路换向阀和七联液控比例多路换向阀，九联阀控制钻机的二级双作用推进油缸 、钻机主摆动油缸、次摆动油缸、钻机主升降油缸、次升降油缸 、钻机推进补偿油缸、钻机回转油缸 、钻机推进油缸和钻机液压马达。七联阀控制钻装机的行走、装载、运输、铲板升降和后支撑伸缩。

钻装机通过三组液控手柄来控制这两组液控比例多路换向阀实现整机操作。这三组手柄之间互相闭锁，通过-个三位四通换 向阀实现这三组手柄之间的切换。

液压系统的压力是通过排量为 140mL/r的负载敏感变量柱塞泵上的压力调节装置调定的，比例多路换向阀上溢流 阀的调定压力 比泵上的调定压力高 3MPa，其在本套液压系统中只起到安全阀的作用。

2.1 掘进机行走、油缸单泵控系统原理整个掘进机液压系统回路有两组泵单元与多路阀组成，控制方式和原理基本相同，下面以掘进机行走油缸单泵控制回路为例介绍见图3，掘进机行走速度-般70分为快速调动和工进钻进。以往的设计为双泵合流实现快速调动，单泵供油工进钻进 (另-泵供给其他回路)。而油缸回路另设泵供系统，这样的设计复杂，其能量损失也较大。该系统采用恒功率、压力切断、负载敏感单泵控制系统，其控制阀采用负载敏感比例多路换向阀。实现行走快速调动、工进钻进及油缸升降、回转等动作。该系统的最大工作流量为行走回路，因此，系统工程设计时泵的最大流量按行走回路所需的流量加泄漏量确定泵的最大流量单侧流量最大 130L/min。

22 主要液压元部件的设计计算系统泵站采用 75kW 电机直接驱动 l台变量柱塞泵 ，系统压力为 210bar，初步选择哈维 A1 IV系列变量泵排量分别为 145mL的变量柱塞泵，为液压系统提供动力源。

理论系统总流量 ：Q l45×l-48×IJ.0 94-201.7L/min；式中 r 泵每转排量，emir；n--转速 ，dmin；叼 ，--容积效率。

Hvdraulics Pneumatics& Seals/No.02.20131)装运、行走回路计算(1)行走回路。采用变量柱塞泵 145泵作为压力油源，恒功率变量点为 60kW，泵最大流量为 1451.48x0.94201.7L/min。

PSV 6S1/300-5 (6P、R口油口尺寸 11/4)- 52 H l20/l20/H (左行走回路)- 52 H 120/120/H (右行走回路)- 52 H 120/120/H (装载回路)- 52 H 120/120/H (运输回路)- 52 H 80/80/H (铲板升降油缸)- 52 H 80/80/H (后支撑升降油缸)换向阀采用哈威 PSV6系列，进油块最大通流能力为 300Umin，单片最大通流能力为 120L/min，实际中要达到最大行走速度每个阀的流量为 120L/rain，设计行走减速器的减速比为 206.3，链轮直径为 695mm。

行走马达为力士乐系列排量 80toUr的变量柱塞马达，其最大排量时的单位输出扭矩为2.86Nm/bar，马达的控制方式选择为压力补偿控制。

(压差为 230bar，机械效率为96%)单 侧最 大牵 引力为 ：F2T·i/r：2 x631.5 x206.3/0.695374 902374.9kN。

行走时行走马达最高转速 ：130x0.94/0.81 728.7r/min(马达排量 80mL)。

掘进机最高行走速度 ：1 728.7/206.3x3.14x0.695l8.3m/min。

油缸与行走同时动作时最小行走速度：f201.7-100)/2 xO.94/0.8/206.3 x3.14 x0.6592.31m/min(设定单个油缸的最大流量 100L)。

2)油缸回路计算油缸回路与行走回路共用-个 190泵，整个油缸回路包括，铲板升降和后支撑油缸共 2组 4根。系统压力升降和回转为210bar，以铲板升降油缸回路设计计算为例。

机构上升为油缸无杆腔工作：上升时问：SI L·孚/Q×10-24.3s(Q为单个油缸上升时最大供油量 50L/min)。

机构下降为油缸有杆腔工作：下降时间： ： .-(D-d)./Q×10-6X60：24.6s(Q为单个油缸下降时最大供油量 30L/min)。

装载马达选择赫格隆 CA50-32，排量为2 OlOmL，全排量单位扭矩为 32Nm/bar液压系统设计压差为230bar。

单个马达需要流量 ：2010x30xl0 /0.9564.15Umin(O.95为马达容积效率)。

单个马达的输出的最大驱动功率 ：P： 21。74kW(r/为总功率)。

当两个装载马达都同时开启时系统中供给运输机马达的剩余流量为：264.33-128.3136.03L/rain，满足设计时设定的最大供油量 120L/min。

运输机马达选择为两台派克公司的MR700F型柱塞马达 ，马达排量 为 707mL/r。

当将多路阀开到最大位置是即供油量达到 120Umin时运输机马达的最高转速为 n60/707xl 00084.86r/rain。

此时运输机的最大链速为 竹·D·n/601.2m/min式中 D--驱动链轮直径.0.28m。

单个马达的输出的最大驱动功率：P 25·48kW(r/为马达总效率)。

3)负载敏感工作原理整个钻装机液压系统各回路的换向阀相当于系统的变节流口，例如泵供流量为泵的最大流量，而油缸回路的流量较小，这样会在换向阀前后产生压力差 △p，其压力差 △p通过负载敏感比例多路阀LS口输出，控制泵控系统的组合式压力/流量控制器 (负载敏感控制阀)，实现泵的流量变化，即根据执行器需求流量泵供给相应流量。恒功率控制和压力切断优先于负载敏感阀，即低于设定功率曲线时负载敏感阀工作：压力切断(恒压)又优先于恒功率，即恒功率控制在低于压力切断设定压力时起作用。如图3所示为恒功率控制曲线当该液压系统都不工作时，如果泵还在运转，此时泵无(下转第 76页)71液压 气动 与密 封/2013年第 02期液压马达传动相比于交流伺服电机传动。具有显著的性能成本优势，在某些的注塑领域内，具有较强的竞争力。油缸驱动系统活塞运动到底能使推力座达到正确的机械定位，液压马达驱动系统由于本身没有定位设置，需附加-个推力座正确的机械定位装置。

传动系统增力比革命性突破，凸显节能降耗。图 7为传统的油缸动力驱动肘杆机构合模部件传动系统 ，系统中仅有肘杆机构的-个增力比.由于肘杆系统的增力比受到结构的限制，通过提高增力比达到进-步降低运动能耗已无计可施。油马达驱动肘杆合模部件系统中具有与交流式电机驱动肘杆机构合模部件同样的具有增力比的滚珠丝杆副传动机构，实现了增力比几倍的增长，例如肘杆机构的增力比为 20，滚珠丝杆的增力比为 5。则传动机构的增力比为 20x5100，达到传统的油缸动力驱动肘杆机构合模部件传动系统不可能实现的增力比，大幅降低了液压驱动能耗，例如 ，原增力比为 20的图 7合模部件传动系统，需 1000kN的液压驱动力，改为图5合模部件传动系统，增力比达到100，只需 200kN的液压驱动力。由于降低了液压驱动力，相应减小了液压驱动元件的规格，有利于降低液压系统组成成本。图5～图7为三种合模部件传动系统的增力比组成比较图。

增力比i1 增力比i2L 总增力比ilXi2-图 7 油缸动力驱 动合模部件传动系统方块 图(上接第 71页)工作油液输出。

出H提高运动速度性能。油马达驱动肘杆机构的增力比不成为机构增力比的设计重点.机构设计不必过多考虑增力比，重点放在提高机构的运动速度性能，为合模部件运动速度性能的升级提供了更为广泛的优化设计空间。

增大移模行程。肘杆机构的增力比与行程比是矛盾的，油马达驱动的肘杆机构的增力比下降为矛盾的重要方面，在机构容许的情况下，着力扩大机构的行程比，达到扩大机构的成型加工能力。

5 结语本文对油缸驱动肘杆机构合模部件注塑成型的开模过程中出现的瞬时停顿的不连续运动现象的研究说明，任何-种结构，都有拓展的空间。每种结构都有其内在的不足之处，把有关的结构进行组合，发挥各自的长处，达到更完善的运动特性，提高其加工性能和扩展功能的可持续发展生命力。