礦用履帶設備行走系統(tǒng)熱平衡計算*

左崗永

(中國煤炭科工集團 太原研究院， 山西 太原 030006)

0 引言

履帶式設備在煤礦中應用較多，如掘進設備、連采設備、錨桿支護設備等。但井下行走工況惡劣，設備發(fā)熱現(xiàn)象嚴重制約其使用性能。履帶式錨桿支護設備是一種快速、安全、經濟的巷道支護方式，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，有利于采煤工作面快速推進[1-2]。錨桿鉆車是支護技術實現(xiàn)的主要載體，是煤礦井下生產至關重要的支護設備[3]，熱平衡是整機性能評定的主要指標之一，通過對行走系統(tǒng)的熱平衡進行計算，為行走系統(tǒng)設計和優(yōu)化提供依據。

1 整機液壓系統(tǒng)簡介

整機液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件多、動作復雜，各執(zhí)行元件對力和速度的要求差別大，整機液壓系統(tǒng)設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)行元件同時動作的無干擾控制[4-5]。

負載敏感也叫負載反饋，是依靠負載壓力控制泵變量的一種閉環(huán)控制系統(tǒng)[6]。負載敏感系統(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[7]。

某型履帶式錨桿支護設備行走系統(tǒng)參數如表1所示。

表1 行走系統(tǒng)參數

2 行走系統(tǒng)簡介

行走液壓系統(tǒng)主要由負載敏感變量泵、負載敏感多路閥、左右側行走馬達和行走先導操作閥組組成。

行走液壓系統(tǒng)原理如圖1所示。行走系統(tǒng)中液壓泵排出的高壓油經過濾器過濾后進入行走閥，經行走閥進入到左右側行走馬達。行走先導控制手柄輸出線性的先導壓力信號，控制行走閥的動作方向和開口大小，實現(xiàn)整機的前進、后退和轉彎動作以及行走的無級調速。

1-過濾器; 2-液壓泵站; 3-行走閥; 4-左側行走馬達; 5-右側行走馬達; 6-行走先導操作閥組

3 行走系統(tǒng)熱平衡計算

行走系統(tǒng)的發(fā)熱部分包括：液壓泵的發(fā)熱、行走馬達的發(fā)熱、管路的發(fā)熱及行走閥的發(fā)熱4個部分。

1) 液壓泵的發(fā)熱功率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。

2) 行走馬達的發(fā)熱功率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。

3) 行走管路的發(fā)熱功率p3：

p3=ΔpZ1qZ

(3)

式中：ΔpZ1為行走管路兩端壓差。

4) 行走閥的發(fā)熱功率p4：

p4=ΔpZ2qZ

(4)

式中：ΔpZ2為行走閥兩端壓差。

5) 行走系統(tǒng)總的發(fā)熱功率p：

p=p1+p2+p3+p4

(5)

6) 系統(tǒng)熱平衡計算

(6)

通過計算，得到行走系統(tǒng)總的發(fā)熱功率為28.8 kW，油箱有效容積1 400 L，環(huán)境溫度18℃，油溫升到70℃時所需要的時間t=86.1 min。

4 行走系統(tǒng)測試

錨桿鉆車在以最大速度行走，分別測量泵出口壓力、泵的輸出流量和行走換向閥各口的壓力和流量。

行走系統(tǒng)測試數據如表2所示。由試驗數據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)測試數據

5 結論

通過對行走系統(tǒng)熱功率的計算和測試，并將試驗數據和理論計算對比，驗證了發(fā)熱功率理論計算的正確性。為減少行走系統(tǒng)功率損失，必須要減少液壓泵、液壓馬達和液壓閥的發(fā)熱功率，提高液壓泵和液壓馬達的效率，可選用壓降小的液壓閥，同時液壓管路要短，布置要合理，壓力損失盡量小。同時做好發(fā)熱元件的散熱，在必要的條件下需配備外置的冷卻器對液壓系統(tǒng)進行強制散熱。