油缸邁步式薄煤層采煤機(jī)牽引部及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郁晗，王凱

(無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇無錫 214202)

油缸邁步式薄煤層采煤機(jī)牽引部及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郁晗，王凱

(無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇無錫 214202)

為了適應(yīng)煤層厚度為0.85～1.4 m的薄煤層，采煤機(jī)的機(jī)身高度要降低。介紹一種新型油缸邁步式薄煤層采煤機(jī)，對(duì)采煤機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行方式。該油缸邁步式薄煤層采煤機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)、能效高，制動(dòng)效果更好，機(jī)身高度僅350 mm。

滾筒采煤機(jī);邁步式;液壓系統(tǒng);薄煤層

我國(guó)礦產(chǎn)豐富，隨著采掘機(jī)械化發(fā)展，中厚煤層即將開采殆盡，而薄煤層儲(chǔ)量豐富，亟需開采［1－4］。為了適應(yīng)煤層厚度為0.85～1.4 m的薄煤層，采煤機(jī)要盡可能降低機(jī)身高度。目前薄煤層采煤機(jī)多采用雙電機(jī)搖臂以降低機(jī)身高度，而關(guān)于行走部方便的改進(jìn)鮮有文獻(xiàn)記載。采煤機(jī)的行走部是采煤機(jī)的重要組成部分之一，安裝在采煤工作面的老塘側(cè)。采煤機(jī)行走部多采用無鏈牽引，其形式主要分為以下3類:(1)驅(qū)動(dòng)輪—齒條系統(tǒng);(2)傳動(dòng)鏈—齒鏈系統(tǒng);(3)液壓缸推進(jìn)系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的齒輪—銷排行走方式中，減小行走齒輪齒數(shù)和模數(shù)，雖然可以降低齒輪圓周尺寸，但也會(huì)導(dǎo)致齒輪強(qiáng)度不足，因此，行走輪成為降低機(jī)身高度的瓶頸。雖然液壓牽引早已被電牽引替代，但是在薄煤層這種特殊的作業(yè)環(huán)境下，液壓缸牽引系統(tǒng)因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小等特點(diǎn)而成為薄煤層采煤機(jī)牽引行走部的設(shè)計(jì)發(fā)展方向。

1 油缸邁步式采煤機(jī)介紹

油缸邁步式采煤機(jī)應(yīng)用液壓缸牽引技術(shù)，采用仿生機(jī)器人的原理，爬行前進(jìn)。采用3組行走機(jī)構(gòu)交替工作，以帶動(dòng)采煤機(jī)移動(dòng)。牽引行走部主要由液壓泵站和行走機(jī)構(gòu)組成。液壓泵站為采煤機(jī)行走提供動(dòng)力;行走機(jī)構(gòu)作為采煤機(jī)行走的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如圖1所示，由兩組油缸組成。工作時(shí)，鎖緊油缸伸出，將導(dǎo)向滑靴固定在銷軌上，推進(jìn)油缸伸出推動(dòng)采煤機(jī)移動(dòng);空行程時(shí)，鎖緊油缸收回，推進(jìn)油缸收回，準(zhǔn)備下次移動(dòng)。

圖1 采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)

2 液壓系統(tǒng)圖及回路說明

選用恒功率負(fù)載敏感容積節(jié)流調(diào)速回路，液壓原理如圖2所示。

該液壓系統(tǒng)所用的液壓泵為恒功率變量泵［5］。為了保證系統(tǒng)的效率，采用雙泵供液，當(dāng)推進(jìn)油缸處于空行程時(shí)，通過換向閥，將油源切換為低壓供液;當(dāng)推進(jìn)油缸處于工作狀態(tài)時(shí)，切換為高壓供液。這種方法不僅有利于能量分配，而且大大提高系統(tǒng)的效率。恒功率液壓泵輸出的壓力油進(jìn)入換向閥，驅(qū)動(dòng)調(diào)高油缸2、推進(jìn)油缸6、鎖緊油缸 7;從換向閥流出的壓力油經(jīng)過散熱器1，流回油箱。

圖2 油缸邁步式薄煤層采煤機(jī)液壓原理圖

調(diào)高油缸和鎖緊油缸進(jìn)口裝有液壓鎖3，其工作原理是一個(gè)油腔正向進(jìn)油時(shí)，另一腔反向出油，反之亦然，當(dāng)兩腔正向不進(jìn)油時(shí)，反向也不通，不受外界負(fù)荷干擾，起到鎖的作用。

3 工作原理

圖3 3組行走機(jī)構(gòu)動(dòng)作示意圖

油缸邁步式采煤機(jī)的工作原理為:推進(jìn)液壓缸水平布置，缸體鉸接于機(jī)身上，活塞桿鉸接于導(dǎo)向滑靴上;鎖緊液壓缸豎直布置，若活塞桿直接插入銷軌，則行走所需牽引力全部加在鎖緊液壓缸活塞桿上，造成活塞桿彎曲。因此，活塞桿鉸接于導(dǎo)向滑靴上，缸體放入導(dǎo)向滑靴中，導(dǎo)向滑靴限制缸體4個(gè)自由度，只能軸向運(yùn)動(dòng)和繞軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣布置可以將牽引力轉(zhuǎn)移到導(dǎo)向滑靴上，從而保護(hù)鎖緊液壓缸。鎖緊液壓缸缸體向上 (下)移動(dòng)，鎖緊 (解鎖)導(dǎo)向滑靴，從而達(dá)到行走的目的。3組行走機(jī)構(gòu)動(dòng)作示意圖如圖3所示。

圖中表示采煤機(jī)機(jī)身向左向右運(yùn)動(dòng)3個(gè)行走機(jī)構(gòu)的6個(gè)運(yùn)動(dòng)順序，以此循環(huán)。三組行走機(jī)構(gòu)依次用行走機(jī)構(gòu)Ⅰ、行走機(jī)構(gòu)Ⅱ和行走機(jī)構(gòu)Ⅲ表示，推進(jìn)油缸活塞桿后面的固定符號(hào)表示鎖緊油缸工作，進(jìn)而固定導(dǎo)向滑靴。

該采煤機(jī)采用油缸邁步式行走方式，3組行走機(jī)構(gòu)兩組布置在機(jī)身外側(cè)，一組布置在機(jī)身內(nèi)側(cè)，交替工作，使采煤機(jī)在截割煤巖過程中可以平穩(wěn)行走;防爆電機(jī)驅(qū)動(dòng)變量泵運(yùn)轉(zhuǎn)，將高壓液壓油送入油缸中，換向閥實(shí)現(xiàn)液壓缸的換向。當(dāng)推進(jìn)油缸工作時(shí)，系統(tǒng)壓力較高，采用高壓泵供液;當(dāng)推進(jìn)油缸回程時(shí)，采用低壓泵供液，可有效提高液壓泵站的效率，避免能量損耗。

單個(gè)行走機(jī)構(gòu)工作流程:以行走機(jī)構(gòu)Ⅰ為例，工作時(shí)，鎖緊油缸伸出，帶動(dòng)楔形塊Ⅱ水平運(yùn)動(dòng)，在楔形塊Ⅱ的擠壓下，楔形塊Ⅰ向下運(yùn)動(dòng)，楔形塊Ⅰ的下部插入刮板輸送機(jī)的銷軌中，以固定導(dǎo)向滑靴，推進(jìn)油缸伸出，帶動(dòng)采煤機(jī)運(yùn)動(dòng);空程時(shí)，鎖緊油缸收回，帶動(dòng)楔形塊Ⅱ收回，楔形塊Ⅰ依靠彈簧的反作用力被頂起，導(dǎo)向滑靴處于自由狀態(tài)，推進(jìn)油缸收回，為下一次工作做好準(zhǔn)備。

采煤機(jī)整體行走流程:初始位置，行走機(jī)構(gòu)Ⅰ的推進(jìn)油缸完全伸出行走機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)Ⅲ的推進(jìn)油缸完全縮回。下一時(shí)刻，行走機(jī)構(gòu)Ⅰ的鎖緊油缸伸出，插入銷排從而固定導(dǎo)向滑靴，推進(jìn)油缸小腔供液;行走機(jī)構(gòu)Ⅱ處于換向階段，定量泵向推進(jìn)油缸大腔供液，使推進(jìn)油缸快速伸出;行走機(jī)構(gòu)Ⅲ的鎖緊油缸伸出，插入銷排從而固定導(dǎo)向滑靴，推進(jìn)油缸大腔供液，這樣可以使采煤機(jī)整體向左移動(dòng)。下一時(shí)刻，行走機(jī)構(gòu)Ⅰ和行走機(jī)構(gòu)Ⅱ同時(shí)工作，行走機(jī)構(gòu)Ⅲ處于換向階段，再下一時(shí)刻，行走機(jī)構(gòu)Ⅱ和行走機(jī)構(gòu)Ⅲ同時(shí)工作，行走機(jī)構(gòu)Ⅰ處于換向階段。依次類推，保證同時(shí)有兩組推進(jìn)機(jī)構(gòu)參加工作，使采煤機(jī)正常、平穩(wěn)行走。采煤機(jī)整體向右移動(dòng)的方法相同。

4 油缸邁步式薄煤層采煤機(jī)優(yōu)點(diǎn)

(1)采用3個(gè)鎖緊油缸同時(shí)插入銷軌進(jìn)行制動(dòng)，與傳統(tǒng)采煤機(jī)采用安裝在截二軸上的液壓制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)相比，制動(dòng)效果更加直接、有效。

(2)采用3組行走機(jī)構(gòu)交替工作，能保證采煤機(jī)在截割過程中運(yùn)行平穩(wěn)，安全可靠，無需改變與采煤機(jī)配套的刮板輸送機(jī)的型號(hào)和外形尺寸。與傳統(tǒng)采煤機(jī)行走輪－銷排行走方式相比，其機(jī)身高度僅有350 mm，比傳統(tǒng)采煤機(jī)降低了將近30%，行走機(jī)構(gòu)通過階梯軸和擋圈固定在中間箱上，方便零部件的拆卸和維護(hù)。

(3)所采用的油缸推進(jìn)相當(dāng)于把行走輪的圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，可以有效減小運(yùn)動(dòng)脈動(dòng)，使得采煤機(jī)截割過程更加平穩(wěn)。同時(shí)采用高低壓泵站為行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行供液，有效提高了液壓泵站的效率，避免了能量損耗。

［1］王先鋒.MG2×132/630-WD采煤機(jī)液壓制動(dòng)與調(diào)高系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.煤礦機(jī)械，2010，31(7):1 －2.

［2］王德春.采煤機(jī)液壓系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)［J］.煤炭技術(shù)，2006，25(4):12.

［3］王廣春.MG300/700-WD采煤機(jī)液壓系統(tǒng)的改進(jìn)［J］.煤炭技術(shù)，2007，26(2):5 －7.

［4］祁永紅，李耀東.采煤機(jī)液壓調(diào)高系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)［J］.煤炭技術(shù)，2008，27(1):21 －22.

［5］楊毅.負(fù)載敏感變量泵啟動(dòng)噪聲分析與試驗(yàn)研究［J］.流體傳動(dòng)與控制，2010(3):20－22.

Design of Haulage Unit and Hydraulic System of the Stepping-type Shear Based on Climbing Robot

YU Han，WANG Kai
(Wuxi Institute of Arts and Technology，Wuxi Jiangsu 214202，China)

The shear height needs to be reduced mostly in order to apply to the thin coal seam.A new cylinder-stepping-type shearer based on climbing robotwas introduced.The hydraulic system of shearer was redesigned，the structure and operationmode of the travel unitwere illustrated.The cylinder-stepping-type shearer for thin coal seam has the characteristics of running smooth，high energy efficiency and better braking effect，its body height is only 350 mm.

Shearer;Stepping-type;Hydraulic system;Thin coal seam

TD421.6

A

1001－3881(2014)10－144－2

10.3969/j.issn.1001 －3881.2014.10.044

2013－04－24

郁晗，男，本科，助理實(shí)驗(yàn)師。E－mail:yuhanwuxi@163.com。