煤礦液壓傳動控制系統(tǒng)設(shè)計

夏新斌

摘 要

現(xiàn)代化的生產(chǎn)工作中，離不開機械工程的大力支持，液壓傳動控制系統(tǒng)以其特有的功能優(yōu)勢，越來越廣泛的應(yīng)用在煤礦生產(chǎn)中。本文主要結(jié)合煤礦中發(fā)動機冷卻風(fēng)扇驅(qū)動改進方法，研究的液壓傳動控制系統(tǒng)的設(shè)計方式，希望對相相關(guān)領(lǐng)域研究提供借鑒經(jīng)驗。

【關(guān)鍵詞】煤礦 液壓傳動控制系統(tǒng) 馬達元件

液壓傳動是機械發(fā)動機中一種重要的傳動方式，當前在煤礦被廣泛應(yīng)用在煤礦生產(chǎn)中。例如采煤機、液壓支架、液壓絞車以及巖巷掘進等設(shè)備都與液壓傳統(tǒng)控制系統(tǒng)關(guān)系密切。生產(chǎn)中的機械設(shè)備能否有效運轉(zhuǎn)，直接影響到煤礦的生產(chǎn)情況。而液壓控制系統(tǒng)作為煤礦生產(chǎn)設(shè)備的關(guān)鍵性組成部分，一定要對加強對液壓傳動控制系統(tǒng)的設(shè)計，以提升我國煤礦生產(chǎn)效率，促進我國煤礦業(yè)的平穩(wěn)、可持續(xù)發(fā)展。

1 液壓傳動控制系統(tǒng)設(shè)計

煤礦中的液壓傳動控制系統(tǒng)在正常工作時，執(zhí)行元件能夠在最高和最低旋轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)任意一個旋轉(zhuǎn)速度下穩(wěn)定運行，此時對液壓傳動控制系統(tǒng)基本上可以通過以下步驟來實現(xiàn)。

1.1 制定液壓傳動控制系統(tǒng)設(shè)計要求

首先在對工程機械發(fā)動機的冷卻風(fēng)扇驅(qū)動方式進行改進設(shè)計，把冷卻風(fēng)扇中的傳統(tǒng)驅(qū)動方式轉(zhuǎn)化成液壓驅(qū)動，并要給發(fā)動機提供一個合適的溫度環(huán)境。對液壓傳動控制系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該滿足如下要求條件：

（1）由于控制系統(tǒng)需要安放在合適的移動設(shè)備上，因而要求控制系統(tǒng)設(shè)計需要的所有液壓元件要具備較高程度的耐溫、抗震以及對油液污染敏感度差等功能特性。

（2）為了使發(fā)動機能夠更好的進行散熱，可以把發(fā)動機的最大功率工況作為冷卻控制系統(tǒng)中計算工況，從發(fā)動機的散入冷卻控制系統(tǒng)中熱量進入，從而以反推形式實現(xiàn)風(fēng)扇驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。

（3）控制系統(tǒng)可以由其所匹配的發(fā)動機直接進行驅(qū)動，控制系統(tǒng)產(chǎn)生單項的旋轉(zhuǎn)運動來直接驅(qū)動冷卻風(fēng)扇在發(fā)動機的運轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)平穩(wěn)轉(zhuǎn)動。

1.2 設(shè)計液壓傳動控制系統(tǒng)總方案

1.2.1 確定執(zhí)行元件形式

在這個環(huán)節(jié)，主要依據(jù)主發(fā)動機的運動要求標準來選擇執(zhí)行元件的形式，由于對控制系統(tǒng)的設(shè)計中要求用單向回轉(zhuǎn)運驅(qū)動風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，因此最好是選擇單向液壓馬達形式的執(zhí)行元件。另外，控制系統(tǒng)所匹配的發(fā)動機冷卻控制系統(tǒng)對散熱功能需求高，不同工況所需散熱量的差別也很大，因此要保證冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速必須要高且轉(zhuǎn)速范圍也大，受這些條件束縛，因而可以選用外嚙合式高速齒輪液壓馬達，該類型馬達價格低廉、結(jié)構(gòu)較為簡單、而且對油液污染要求較低，轉(zhuǎn)速通常要超過500r/min，性價比較高，因而被廣泛使用。

1.2.2 確定回路類型

控制系統(tǒng)中的回路，也就是油液循環(huán)，主要有閉合式和開放式兩種。由于開放式回路結(jié)構(gòu)簡單，而且散熱性能較好，因而在控制系統(tǒng)設(shè)計中，經(jīng)常會采用開放式循環(huán)回路方式。這種方式的主要工作流程是，液壓泵首先把液壓油從油箱中吸入，同時將油壓送到執(zhí)行元件中，再由執(zhí)行元件的回油控制系統(tǒng)排到油箱中，不僅能夠?qū)Τ恋砦镞M行過濾，還能夠有效析出氣體。由于煤礦工程周圍環(huán)境中的灰塵較大，因而比較較適合采用開放式的循環(huán)回路。

1.2.3 制定調(diào)速控制方案

速度—流量控制速度和速度—壓力控制都是對液壓傳動速度進行控制調(diào)節(jié)的方式。在速度—流量控制方式中，如果采用變量馬達或者是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的變量泵，會花費大量的成本；而如果采用流量控制閥進行控制，多數(shù)情況下，循環(huán)回路中必須要有溢流閥進行流溢，因此控制系統(tǒng)工作效率較低。而要是選擇速度—壓力控制這種方式，可以采取定量泵來供油，也可以用壓力控制閥等來調(diào)整液壓馬達的轉(zhuǎn)動速度。這種方式相對于速度—流量控制方式可以省去流量控制閥安裝這個環(huán)節(jié)，回路結(jié)構(gòu)更為簡便。因而常會采用速度—壓力的方式來對控制系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。

1.2.4 制定壓力控制方案

在上述速度—壓力控制液壓控制系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)設(shè)計控制系統(tǒng)需要根據(jù)溫度變化自動調(diào)節(jié)液壓馬達轉(zhuǎn)速的目的，在循環(huán)回路中可以使用電磁比利溢流閥，通過對輸入閥中的電流進行改變來實現(xiàn)設(shè)計控制系統(tǒng)中的無極調(diào)壓，從而可以十分精確的對液壓馬達進行無極調(diào)速。

2 控制系統(tǒng)液壓元件的選擇

2.1 執(zhí)行液壓元件馬達選擇

通過對齒輪馬達使用指南手冊上知識內(nèi)容的學(xué)習(xí)，可以明確液壓馬達的負荷壓力、輸出轉(zhuǎn)矩及排量，從而就能夠從產(chǎn)品樣本中選取合適的液壓馬達類型。其中輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)該具備1.3—1.5倍的儲存功能；負荷壓力可以根據(jù)控制系統(tǒng)中匹配的工程機械實際情況要確定，通常選擇12Mpa；液壓馬達機械效率一般在0.9—0.97之間。

2.2 動力元件液壓泵選擇

在對液壓泵進行選擇時，首要滿足使用需求，然后再考慮維修保養(yǎng)、成本價格等因素。根據(jù)煤礦生產(chǎn)特點和實際生產(chǎn)工作中的實際需要，在對控制系統(tǒng)設(shè)計時要選取外嚙合齒輪泵作為動力元件。通過對液壓泵的最高供油壓力、最大供油量及轉(zhuǎn)動速度的分析，并對外嚙合齒輪泵的樣本產(chǎn)品進行查看，就可以確定出其型號規(guī)格。而在選擇型號的過程中值得注意的是，所選取的液壓泵額定流量要和計算所得出的最大供油量相符合，不要超出太多；額定壓力應(yīng)該比計算得出的最高負荷壓高，通常要高出25%—60%左右，因此擴充壓力儲備能力；另外，控制系統(tǒng)中的最高供油壓力一般是由液壓馬達最大壓力與進油路的壓力損失量來確定，煤礦控制系統(tǒng)中的壓力值一般在0.5—1.5 Mpa 之間，而最大供油量可以通過以下公式來計算：

QP≥K（QM+qYmin）

其中 K為修正系數(shù)，一般在 1.1～1.3 之間取值；QM是指液壓馬達實際所需最大流量，可以用排量乘以轉(zhuǎn)速所得的理論流量與其容積效率的比值求得；qYmin是指—溢流閥最小溢流量，一般取值 0.5×10-4m3/S。

隨著機電一體化的發(fā)展，液壓傳動控制系統(tǒng)與微電子、計算機等現(xiàn)代化技術(shù)相結(jié)合，使得液壓傳動無級調(diào)速的應(yīng)用更加廣泛。對于液壓傳動控制系統(tǒng)的設(shè)計沒有定性的方式和步驟，要根據(jù)實際生產(chǎn)需要進行科學(xué)合理設(shè)計，使其更好的為生產(chǎn)服務(wù)。

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作者單位

通化礦業(yè)（集團）有限責(zé)任公司 吉林省白山市 134300endprint