優(yōu)化錨桿鉆車液壓系統(tǒng)的具體措施

萬智

摘要：正是因?yàn)殄^桿鉆車支護(hù)速度對巷道成巷速度有著直接的影響。所以要想進(jìn)一步提高巷道掘進(jìn)速遞就需要改變錨桿鉆車的支護(hù)速度，為此就必須要做好錨桿鉆車液壓系統(tǒng)的優(yōu)化。本文筆者即結(jié)合個(gè)人研究經(jīng)驗(yàn)，對錨桿鉆車液壓系統(tǒng)在各個(gè)工作過程中的功率消耗、熱量產(chǎn)生加以計(jì)算，總結(jié)出一套行之有效的計(jì)算公式，以期優(yōu)化錨桿鉆車液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：錨桿鉆車;液壓系統(tǒng);熱平衡溫度;冷卻器

前言：

隨著近些年來，我國在煤礦綜采設(shè)備成套化、重型化、大型化、智能化等諸多方面所取得的長足發(fā)展，我國的綜采工作面產(chǎn)能也得到了大幅度的提高，然而相對應(yīng)的巷道掘進(jìn)技術(shù)仍相對低下。而要想有效提高巷道掘進(jìn)技術(shù)則可以從提高錨桿鉆車支護(hù)速度入手，也就是說要不斷的優(yōu)化與完善錨桿鉆車液壓系統(tǒng)，以達(dá)到這一目標(biāo)。因此以下筆者即從錨桿鉆車的實(shí)際工作情況入手加以粗淺的闡述，并對錨桿鉆車液壓系統(tǒng)中的熱平衡進(jìn)行計(jì)算，以此錨桿鉆車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化提供有益的參考借鑒。

1.錨桿鉆車工作

錨桿鉆車是一種專門被應(yīng)用在煤礦井下的綜合性支護(hù)設(shè)備，其能夠?qū)ο锏理敯?、?cè)幫實(shí)施高效錨桿支護(hù)。因?yàn)殄^桿鉆車本身具有超前支護(hù)系統(tǒng)、自動(dòng)卷纜系統(tǒng)、獨(dú)立行走系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)，所以能夠獨(dú)立的完成自動(dòng)鉆孔以及錨桿支護(hù)功能。在錨桿鉆車的整機(jī)運(yùn)行中，動(dòng)力由自身攜帶的液壓動(dòng)力站進(jìn)行提供。而錨桿鉆車液壓系統(tǒng)中卻包含大量著液壓操作元件和執(zhí)行元件，這部分液壓元件在工作過程中造成的容積損失和機(jī)械損失的能量，及液壓管路中的壓力損失，幾乎全部轉(zhuǎn)化為熱量。這部分熱量除少部分散發(fā)到周圍空氣中，其余大部分熱量隨著液壓油進(jìn)入油箱，使整機(jī)系統(tǒng)的溫度逐步升高。但這并不是代表著錨桿鉆車液壓系統(tǒng)的溫度越高越好，而是應(yīng)該將溫度控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，如50℃到70℃之間為宜。

錨桿鉆車打鉆工作流程：升起鉆架的支撐柱以此穩(wěn)定鉆架。在鉆箱內(nèi)放入鉆桿，使用液壓手柄實(shí)施鉆孔，完成鉆孔作業(yè)之后，在孔內(nèi)先后放入錨桿與藥卷實(shí)施攪拌，最后在操作液壓手柄對錨桿進(jìn)行緊固。完成支護(hù)后，應(yīng)該將鉆箱收回到初始位置之中，并將錨桿鉆車駕駛到下一個(gè)工作位置之上。通常情況下完成一次支護(hù)需要時(shí)間在8分鐘左右。

2.錨桿鉆車液壓系統(tǒng)的發(fā)熱計(jì)算

通過錨桿鉆車鉆架在各個(gè)工作時(shí)間內(nèi)的實(shí)際情況，對錨桿鉆車熱平衡溫度加以計(jì)算，如下所示：

對單個(gè)循環(huán)內(nèi)損失進(jìn)行計(jì)算：因?yàn)橐簤合到y(tǒng)發(fā)熱的主要原因就是由于液壓泵、執(zhí)行元件以及各種控制閥出現(xiàn)了功率損失問題。

液壓泵功率損失：H1= P（1-η）

在公式中P表示液壓泵輸入功率;η表示液壓泵總效率。

閥功率損失：H2= p閥 q

在公式中P閥表示溢流閥調(diào)整壓力;q表示溢流閥流回郵箱的流量。

管路功率損失：H3=（0.03～0.05）P

H表示液壓系統(tǒng)發(fā)熱功率之和：H=H1+H2+H3，由此可知錨桿鉆車單個(gè)工作循環(huán)內(nèi)的平均功率損失H為8.97kW。

對油箱散熱進(jìn)行計(jì)算：錨桿鉆車液壓郵箱的容積為1600L，表面面積為9.9m2，假設(shè)初始的溫度是14℃（T0），那么整機(jī)液壓系統(tǒng)的平衡溫度為：，平衡溫度為79.71℃。

在公式中T0表示環(huán)境溫度;k表示郵箱傳熱系數(shù)，取15W（m2·K）;A為油箱散熱面積，取9.1m2。

根據(jù)井下實(shí)際測算數(shù)值，我們可以得知錨桿鉆車要想完成單個(gè)循環(huán)需要3個(gè)小時(shí)，因此在這個(gè)過程中，郵箱溫度為：

，也就是升至83.25℃。

也就是說此時(shí)的油箱溫度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過了錨桿鉆車液壓系統(tǒng)的規(guī)定溫度值。所以隨著油液溫度的不斷提高，錨桿鉆車液壓系統(tǒng)內(nèi)部的元件性能與使用壽命勢必會受到巨大的影響。同時(shí)液壓油物理、化學(xué)性質(zhì)的改變，也會加大液壓系統(tǒng)滲漏的可能性。因此添加必要的冷卻系統(tǒng)，以此控制液壓系統(tǒng)溫度尤為重要。

3.冷卻器的應(yīng)用

油-氣冷卻器與油-水冷卻器是兩種最為常見的冷卻器形式。其中油-氣冷卻器具有安裝成本相對較低，維修也十分方便，可自由選取驅(qū)動(dòng)裝置，不會污染整機(jī)液壓系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。但與此同時(shí)油-氣冷卻器的體積相對較大，且在實(shí)際的工作過程中還會產(chǎn)生大量的噪聲也是其較為顯著的不足之處;油-水冷卻器則要求工作地點(diǎn)必須具備水源，當(dāng)冷卻水溫度一定時(shí)，冷卻器只能提供固定的冷卻能力，雖然且其體積相對較小，但是冷卻水容易發(fā)生滲漏問題，對整個(gè)液壓系統(tǒng)造成污染，還會導(dǎo)致液壓元件的損壞。

因?yàn)殄^桿鉆車其本身就屬于行走類型的機(jī)械產(chǎn)品，需要在工作面中來回運(yùn)動(dòng)，所以選擇油-氣冷卻器更為適宜。為此可以采用負(fù)載敏感反饋開式變量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多執(zhí)行元件同時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)的自動(dòng)控制，并可匹配流量降低系統(tǒng)發(fā)熱。通過實(shí)踐證明，這種改造方式有利于保證液壓系統(tǒng)始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)之下。

結(jié)束語：

熱平衡計(jì)算作為錨桿鉆車液壓系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)所在，其對錨桿鉆車工作可靠性，內(nèi)部元件、附件的使用壽命有著至關(guān)重要的影響，是整個(gè)錨桿鉆車液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算之中不可或缺的重要因素所在。所以為了進(jìn)一步提高錨桿鉆車的支護(hù)速度，本文筆者通過計(jì)算與實(shí)際相結(jié)合的方式，對錨桿鉆車熱量計(jì)算公式加以總結(jié)與分析，以期為后續(xù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供一些有益的參考，從而更好的完善錨桿鉆車的液壓系統(tǒng)，使其更好的服務(wù)于巷道掘進(jìn)工作。

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