電動裝載機電纜收放液壓控制裝置及盤式滑環(huán)受電裝置

摘" 要：為解決拖曳式地下礦用電動輪胎式裝載機電纜收放與裝載機運行同步問題，需要解決兩大問題，一是設計有效的液壓控制系統(tǒng)，保證收放電纜及時同步，不出現(xiàn)電纜拉斷和壓壞現(xiàn)象；二是設計合理的受電裝置，確保電力傳輸過程受電平穩(wěn)，不出現(xiàn)拉弧、燒結現(xiàn)象。分析當前拖曳式地下礦用電動輪胎式裝載機電纜卷筒液壓控制裝置及受電裝置現(xiàn)狀及優(yōu)、缺點，克服以往的缺陷，設計出新型的電纜收放液壓控制裝置及盤式滑環(huán)受電裝置。該文簡要介紹新型地下礦用電動輪胎式裝載機電纜收放液壓控制裝置工作原理、液壓系統(tǒng)的性能特點，以及新型盤式滑環(huán)受電裝置的主要構造、工作原理及結構特點。

關鍵詞：地下；裝載機；電纜收放；液壓控制；受電裝置；盤式滑環(huán)

中圖分類號：TD422.4" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）01-0133-04

Abstract： In order to solve the problem of synchronization between cable retraction and retraction of towed underground mining electric tire loader and loader operation， two major problems need to be solved. One is to design an effective hydraulic control system to ensure that the retraction and retraction of cables are synchronized in a timely manner without cable breakage and crushing. phenomenon; the second is to design a reasonable power receiving device to ensure smooth power reception during power transmission without arcing and sintering. This paper analyzes the current status， advantages and disadvantages of the cable drum hydraulic control device and power receiving device of towed underground mining electric tire loader， overcome the previous shortcomings， and design a new type of cable unwinding and retracting hydraulic control device and disk slip ring power receiving device. This paper briefly introduces the working principle of the new hydraulic control device for cable retraction and retraction of underground mining electric tire loader， the performance characteristics of the hydraulic system， and the main structure， working principle and structural characteristics of the new disc slip ring power receiving device.

Keywords： underground; loader; cable retraction and retraction; hydraulic control; power receiving device; disk slip ring

拖曳式地下礦用電動輪胎式裝載機在工作當中，從鏟裝作業(yè)面到卸載作業(yè)面有一段工作距離，裝載機經(jīng)常處于鏟裝作業(yè)面和卸載作業(yè)面往復運行中，因此在裝載機中必須設計一套有效的電纜收放裝置，該裝置必須保證收放電纜與裝載機運行同步。

拖曳式地下電動輪胎式裝載機作業(yè)時拖曳電纜的收放主要依靠電纜卷筒的旋轉運動，而卷筒的旋轉運動是由液壓馬達驅動的，裝載機后退時液壓馬達驅動卷筒正向旋轉收卷電纜，而當裝載機前進時卷筒在電纜拉力作用下反向旋轉放出電纜，液壓馬達反向旋轉，此時液壓馬達起到了油泵作用。電纜收放裝置一是必須保證收放電纜與裝載機運行同步，即裝載機前進時放纜、后退時收攬；二是必須保證裝載機后退時電纜不被裝載機輪胎壓壞、前進時不被拉斷，因此控制液壓馬達的進油壓力和進油方向將成為關鍵問題所在。

地下電動裝載機工作中的拖曳電纜纏繞在卷筒中，隨著裝載機前后運動，受液壓機構控制的電纜卷筒作正反旋轉，保證電纜實現(xiàn)同步收放。三相電流通過受電裝置，將外接電源傳送到電動裝載機電動機上。因此受電裝置的性能好壞成為拖曳式地下礦用電動輪胎式裝載機的關鍵技術之一，保證受電裝置通過電流大、電流傳送平穩(wěn)。

以往的電纜收放裝置液壓控制系統(tǒng)大多采用單一壓力的控制系統(tǒng)，也就是不管是收纜還是放纜，液壓馬達的控制壓力都是相同的壓力，放纜時液壓油壓力過大，容易導致拉斷電纜，液壓油油溫過高。以往的電纜卷筒中受電裝置主要采用碳刷式受電裝置，其主要構造有集電環(huán)、碳刷、彈簧和接線柱等組成。由于碳刷和集電環(huán)的接觸面積太小，單位面積通過電流過大，而極易導致電極碳刷燒壞，同時碳刷和集電環(huán)間的接觸壓力磨損后逐漸變小，導致拉弧火花現(xiàn)象。

為了克服電纜收放裝置液壓控制、受電裝置的不足，設計出新型的電纜收放液壓控制裝置及盤式滑環(huán)受電裝置，有效解決實際使用過程出現(xiàn)的不良現(xiàn)象。

本文分2個部分，分別介紹拖曳式地下礦用電動輪胎式裝載機電纜收放液壓控制裝置及盤式滑環(huán)受電裝置。

1" 電纜收放液壓控制裝置

1.1" 電纜收放裝置液壓系統(tǒng)工作原理

如圖1所示為拖曳式地下礦用電動輪胎式裝載機的電纜收放裝置液壓控制系統(tǒng)工作原理圖，該系統(tǒng)主要由液壓泵、液壓馬達、遠程調壓閥、低壓溢流閥和液控換向閥等組成，遠程調壓閥的調定壓力比低壓溢流閥的調定壓力要高。通過鏈輪鏈條傳動，液壓馬達帶動電纜卷筒作旋轉運動，液壓泵輸出液壓油，在遠程調壓閥以及低壓溢流閥共同作用下控制著液壓系統(tǒng)的輸出壓力，使液壓馬達作旋轉運動；遠程調壓閥的遠控口經(jīng)液控換向閥與低壓溢流閥接通，液動換向閥的控制油路與裝載機變速箱的后退檔離合器控制油路相連。當裝載機后退時，裝載機變速箱后退離合器控制油使液控換向閥閥芯處于斷開狀態(tài)，遠程調壓閥的遠控口與低壓溢流閥不相通，液壓系統(tǒng)的壓力由遠程調壓閥決定，系統(tǒng)處于高壓供油狀態(tài)，驅動液壓馬達旋轉，電纜卷筒作正向旋轉，收卷電纜；當裝載機前進時，裝載機變速箱后退擋離合器不得油，同時液控換向閥的控制油路沒有壓力油，使換向閥閥芯處于接通狀態(tài)，遠程調壓閥的遠控口與低壓溢流閥油路相通，液壓系統(tǒng)壓力由低壓溢流閥決定，系統(tǒng)處于低壓供油狀態(tài)，此時在電纜拉力作用下帶動液壓馬達作反方向旋轉，液壓馬達起到反串液壓泵的作用。圖2為電動裝載機卷纜液壓系統(tǒng)實際安裝結構示意圖。

1.2" 電纜收放裝置液壓系統(tǒng)特性分析

與傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)相比較，此新型電纜收放裝置液壓系統(tǒng)具有以下幾個方面的特點。

1.2.1" 收、放電纜采用高、低壓液壓系統(tǒng)分別控制且可調

當電纜卷筒在收卷電纜時收纜應及時，且要保證電纜有足夠的懸垂長度，才能保證電纜不被裝載機車輪碾壓；而當電纜卷筒在放纜時電纜具有一定的張緊力，從而保證電纜不發(fā)生松纜現(xiàn)象。不論是在收攬狀態(tài)還是在放纜狀態(tài)，電纜都必須要有一定的張力，這就要求控制卷筒旋轉的液壓馬達具備有一定的壓力，且收纜所需的系統(tǒng)壓力要高于放纜壓力。

以往所涉及的電纜卷筒液壓系統(tǒng)壓力無論是放纜還是收纜都由單一壓力控制，這就造成放纜時系統(tǒng)壓力過大，電纜所承受的拉力大，容易發(fā)生拉斷電纜現(xiàn)象，而且也容易引起液壓系統(tǒng)發(fā)熱過大。

在本方案所設計的液壓系統(tǒng)采用了遠程調壓閥控制系統(tǒng)油壓，遠程調壓閥的遠控口外接了低壓溢流閥，當放纜時由低壓溢流閥調定的低壓控制系統(tǒng)壓力，而當收纜時則由遠程調壓閥所調定的高壓控制，實行高低壓轉換分別控制電纜的收放，從而有效地減小了電纜拉損現(xiàn)象的發(fā)生，同時也大大減少了系統(tǒng)液壓油的發(fā)熱。

1.2.2" 液壓系統(tǒng)高、低壓切換性能安全可靠

電動裝載機工作當中經(jīng)常需要頻繁往復運動，電纜卷筒勢必要實現(xiàn)頻繁正反轉，這就要求卷纜液壓系統(tǒng)所提供的雙壓系統(tǒng)切換要安全可靠。

在本案所涉及的液壓系統(tǒng)中高低壓切換的關鍵元件為液動換向閥，該換向閥的控制油路來自于裝載機變速箱的后退檔離合器油壓，當裝載機后退，變速箱后退檔離合器油路接通壓力油，同時也接通了液控換向閥的控制油路，換向閥處于斷開狀態(tài)，卷纜液壓系統(tǒng)處于高壓供油；而當裝載機前進，變速箱后退檔離合器控制油路沒有接通壓力油，液控換向閥的控制油路也沒有接通壓力油，液控換向閥處于接通狀態(tài)，卷纜液壓系統(tǒng)處于低壓供油，從中可以看出，實現(xiàn)卷纜液壓系統(tǒng)高低壓切換的控制信號與變速箱前進、后退的控制信號都來自于同一信號源，因此卷纜液壓系統(tǒng)的高低壓切換更為安全可靠。

1.2.3" 卷纜液壓系統(tǒng)高、低壓切換反應時間短、動作迅捷，實現(xiàn)與裝載機快速聯(lián)動

由于控制卷纜液壓系統(tǒng)高、低壓切換的液控換向閥連接在遠程調壓閥的遠控口上，流經(jīng)液控換向閥的流量很小，因此使液控換向閥閥芯移動所需的控制油壓力也很小，便于閥芯的快速動作；同時控制油直接來自于變速箱后退檔離合器的控制油，避免了許多中間環(huán)節(jié)，有效地保證了與裝載機前進、后退的快速聯(lián)動。

1.2.4" 液壓元件采用液壓集成塊方式，體積小、安裝方便

所有的液壓元件都采用板式結構，集中安裝在一塊集成板上，依靠集成塊內(nèi)部連通孔接通各液壓閥，所有輸出油路接口都設置在集成塊的一個面上，因此具有結構簡單、安裝方便、體積小等優(yōu)點。圖3為液壓元件集成圖。

2" 盤式滑環(huán)受電裝置

2.1" 盤式滑環(huán)受電裝置主要構造

拖曳式地下礦用電動輪胎式裝載機電纜收放盤式滑環(huán)受電裝置主要由動滑環(huán)、靜滑環(huán)、滑環(huán)座、壓板、彈簧和接線柱等組成，其主要結構如圖4所示。

整個盤式滑環(huán)受電裝置套裝在電纜卷筒的軸上，三相四線電機共需安裝四套盤式滑環(huán)受電裝置。

在滑環(huán)座上依次套裝銅環(huán)、動滑環(huán)、靜滑環(huán)、壓板和彈簧等。靜滑環(huán)與滑環(huán)座固定連接保持靜止不動，而動滑環(huán)在電纜卷筒撥桿帶動下作旋轉運動，動、靜滑環(huán)端面保持相對旋轉滑動接觸；靜滑環(huán)通過接線柱與電動機電路連接，而動滑環(huán)則通過電纜夾與外接電源連接；在滑環(huán)座上安裝3個均布的內(nèi)六角螺釘，螺釘上套裝壓縮的調節(jié)彈簧，在彈簧力的作用下，通過壓板使動、靜滑環(huán)間具有足夠的接觸壓力，以保證動靜滑環(huán)端面間的電流傳導。盤式滑環(huán)受電裝置通過動、靜滑環(huán)端面接觸將外接電源傳遞到電動機上。

2.2" 盤式滑環(huán)受電裝置工作原理

拖曳式地下礦用電動輪胎式裝載機電纜收放盤式滑環(huán)受電裝置的外接電源線通過電纜夾8與動滑環(huán)5連接，靜滑環(huán)3通過接線柱9與電動機電源線連接，動滑環(huán)5在撥桿的作用下轉動，靜滑環(huán)3保持靜止不動，動滑環(huán)5與靜滑環(huán)3之間就有一個相對運動，通過有相對運動的端面來傳遞電流，由于端面的接觸面大，單位面積流通電流小。調節(jié)彈簧2的彈簧力，可以調節(jié)動、靜滑環(huán)間的接觸力大小，改善動、靜滑環(huán)間的電流傳導性。同時受電裝置在使用一段時間后，端面磨損，接觸力變小，可以通過調節(jié)彈簧壓縮力以增加動、靜滑環(huán)間的接觸壓力。在動滑環(huán)兩端面上開有環(huán)形槽用于存放導電石墨粉，以增加動、靜滑環(huán)端面間的接觸導電性，同時又提高了滑環(huán)端面接觸的潤滑性（圖4）。

2.3" 盤式滑環(huán)受電裝置的主要特點

1）相比于碳刷式受電裝置，盤式滑環(huán)受電裝置通流接觸面積比碳刷式通流面積大幾十倍（圖5），有效杜絕了通流面積小而導致燒壞電極的現(xiàn)象發(fā)生，電極磨損小。

2）動滑環(huán)兩端面都開有用于存放潤滑介質的凹槽，凹槽內(nèi)可以存放膠質石墨粉等潤滑介質，既保證了滑環(huán)間滑動的流暢性，又提高了滑環(huán)間電流的導電性，同時也減少了滑環(huán)之間的磨損（見圖5端面凹槽）。

3）調節(jié)彈簧位于受電裝置外部，其預設壓力的大小保證動滑環(huán)、靜滑環(huán)接觸面之間有足夠的接觸壓力，當動滑環(huán)和靜滑環(huán)間的接觸壓力磨損后逐漸變小時，可通過調整螺桿外部的螺帽來調整壓縮彈簧彈力的大小，使得壓力復原，避免了拉弧火花等現(xiàn)象（圖6）。

4）外接電源線與動滑環(huán)通過電纜夾連接（圖7）。電機電纜通過接線柱與靜滑環(huán)連接（圖8），電纜連接都在受電裝置外部，接線更方便。

5）三相交流電源，使用3套滑環(huán)受電裝置，相互之間互不干擾。

3" 結束語

為保證拖曳式地下礦用電動輪胎式裝載機電纜收放能與裝載機運行狀態(tài)保持同步，設計了這種新型電纜收放液壓控制裝置及盤式滑環(huán)受電裝置。

該液壓控制裝置選擇遠程調壓溢流閥和低壓溢流閥雙液壓結構形式，收、放電纜采用高、低壓液壓系統(tǒng)控制，結構非常簡單；液壓系統(tǒng)高低壓力切換由運動可靠的液動換向閥進行切換，液動換向閥的控制油壓同步來源于裝載機變速箱前后運動離合器的控制油壓，工作可靠、電纜卷筒換向及時；液壓元件采用液壓集成塊方式，體積小、安裝方便，綜上所述，所設計的電纜卷筒收放裝置液壓控制系統(tǒng)新穎實用、安全可靠。

新型盤式滑環(huán)受電裝置，具有電流通流面積大，接觸壓力可調，動、靜滑環(huán)電流接觸性好，無電火花、燒結等現(xiàn)象產(chǎn)生，受電裝置接線方便，維修性能好，克服了碳刷式受電裝置的缺點，現(xiàn)已應用于電動裝載機系列產(chǎn)品中，并在地下礦山運行使用。

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