煤礦用履帶設(shè)備行走功率損失試驗系統(tǒng)設(shè)計*

左崗永

(中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

煤礦井下巷道支護方式多種多樣，其中錨桿支護是一種快速、安全、經(jīng)濟的巷道支護方式，可顯著提高支護效果，降低成本，減輕工人勞動強度，改善作業(yè)環(huán)境，保證安全生產(chǎn)，有利于采煤工作面快速推進[1-2]。錨桿鉆車為支護技術(shù)實現(xiàn)的主要載體，是煤礦井下生產(chǎn)至關(guān)重要的支護設(shè)備[3],液壓控制行走是履帶設(shè)備行走的主要形式。由于煤礦井下條件惡劣，要求行走控制系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。設(shè)備長距離移動時，功率損失大，發(fā)熱嚴(yán)重，制約整機的性能。行走和轉(zhuǎn)向功率是整機使用性能評定的主要指標(biāo)之一。

1 整機液壓系統(tǒng)簡介

整機液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件多,動作復(fù)雜，各執(zhí)行元件對力和速度的要求差別大，且動作頻繁，整機液壓系統(tǒng)設(shè)計時選用負載敏感開式變量系統(tǒng)。開式變量系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：

1) 實現(xiàn)恒功率控制，節(jié)約能源。

2) 通過壓力切斷，實現(xiàn)過載保護,減少系統(tǒng)發(fā)熱。

3) 通過負載敏感控制，實現(xiàn)流量和壓力的匹配，減少系統(tǒng)發(fā)熱，實現(xiàn)多個執(zhí)行元件同時動作時的無干擾控制[4]。

負載敏感也稱負載反饋，主要是依靠負載壓力控制泵變量的一種閉環(huán)控制系統(tǒng)[5],該系統(tǒng)控制方式的優(yōu)先級為：壓力切斷優(yōu)先于恒功率控制，恒功率控制和壓力切斷優(yōu)先于負載敏感[6]。

某型履帶式錨桿支護設(shè)備液壓系統(tǒng)主要由負載敏感開式變量泵、錨鉆控制系統(tǒng)模塊、行走控制系統(tǒng)模塊、除塵控制模塊、卷纜控制模塊、油缸、馬達等組成，可完成較為復(fù)雜的錨護、履帶行走、卷電纜、除塵、加油、工作臺升降、前后穩(wěn)定、臨時支護等動作。

行走液壓系統(tǒng)主要由負載敏感變量泵、負載敏感多路閥、左右側(cè)行走馬達和行走先導(dǎo)操作閥組等組成。履帶式設(shè)備行走系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。

表1 行走系統(tǒng)參數(shù)

2 行走試驗系統(tǒng)的設(shè)計

行走試驗系統(tǒng)主要是對行走系統(tǒng)的功率損失進行測試，具體是對行走液壓系統(tǒng)中各主要元件的壓力和流量進行監(jiān)測，包括：液壓泵出口壓力和流量、行走閥進出口壓力和流量、行走馬達進出口壓力和流量。該系統(tǒng)主要由行走液壓系統(tǒng)、壓力傳感器、流量傳感器、測溫儀、卷尺、秒表、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和微機系統(tǒng)等組成。

行走試驗系統(tǒng)原理如圖1所示，液壓泵排出的高壓油經(jīng)過濾器過濾后進入行走閥，通過壓力傳感器7和流量傳感器6進行液壓泵出口壓力和流量的檢測，油液經(jīng)行走閥進入到左右側(cè)行走馬達，通過相應(yīng)的壓力傳感器和流量傳感器進行馬達進油壓力和流量的檢測,通過相應(yīng)的壓力傳感器對馬達回油壓力和行走系統(tǒng)回油壓力進行檢測。操作行走先導(dǎo)控制手柄控制行走閥，實現(xiàn)整機行走。

3 行走系統(tǒng)功率損失計算

行走系統(tǒng)的功率損失包括4個部分：液壓泵的功率損失，行走馬達的功率損失，行走管路的功率損失，行走閥的功率損失。

1-液壓泵站;2-過濾器;3-行走先導(dǎo)操作閥組;4-右側(cè)行走馬達;5-左側(cè)行走馬達;6-流量傳感器;7-壓力傳感器;8-行走控制閥組

液壓泵的功率損失p1:

p1=pZqZ(1-ηp)

(1)

式中：pZ為行走系統(tǒng)液壓泵輸出壓力；qZ為行走系統(tǒng)液壓泵輸出流量；ηp為液壓泵的總效率。

行走馬達的功率損失p2:

p2=pZ1qZ1(1-ηZm)

(2)

式中：pZ1為行走馬達壓力；qZ1為行走馬達流量；ηZm為行走馬達的總效率。

行走管路的功率損失p3:

p3=ΔpZ1qZ

(3)

式中：ΔpZ1為行走管路兩端壓差。

行走閥的功率損失p4:

p4=ΔpZ2qZ

(4)

式中：ΔpZ2為行走閥兩端壓差。

通過上述計算公式,可計算得到行走系統(tǒng)的功率損失為28.8 kW。

4 行走試驗系統(tǒng)測試

行走系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)如表2所示。由試驗數(shù)據(jù)可計算得到行走液壓系統(tǒng)的實際功率損失為29.2 kW。

表2 行走系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)

通過測試數(shù)據(jù)可以看出，實際功率損失與理論計算基本吻合。行走系統(tǒng)功率損失中，液壓泵、液壓馬達、液壓閥的功率損失大小相當(dāng)，在行走系統(tǒng)功率損失中占絕大部分，管路損失占比小。

5 結(jié)論

通過對行走試驗系統(tǒng)的設(shè)計和測試，并將試驗數(shù)據(jù)和理論計算進行對比，驗證了功率損失理論計算的正確性，同時得到各影響因素在功率損失中的占比。為減小行走系統(tǒng)功率損失，可減小液壓泵、液壓馬達和液壓閥的功率損失，提高液壓泵和液壓馬達的效率，選用壓降小的液壓閥，同時盡量縮短液壓管路，合理布置，使壓力損失盡量小。