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摘要
橫軸式掘進(jìn)機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)對(duì)于整機(jī)的性能起著決定性的作用。因此，根據(jù)掘進(jìn)機(jī)的用途、作業(yè)情況及制造條件合理選擇機(jī)型，并正確確定各部結(jié)構(gòu)型式。這對(duì)于實(shí)現(xiàn)整機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、保證機(jī)器的工作性能具有重要意義。
本設(shè)計(jì)是關(guān)于橫軸式掘進(jìn)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)查閱書(shū)籍對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行了進(jìn)一步的了解。設(shè)計(jì)第一部分介紹了橫軸式掘進(jìn)機(jī)的主要組成部分，包括截割機(jī)構(gòu)、裝載機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)四大部分。對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)的組成、分類(lèi)、各類(lèi)型的優(yōu)缺點(diǎn)以及選擇方式進(jìn)行了說(shuō)明，并對(duì)其主要參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算和校核。最后通過(guò)各個(gè)機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了總體的校核驗(yàn)算。第二部分對(duì)液壓系統(tǒng)的定義及組成進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述，對(duì)各機(jī)構(gòu)的液壓缸、泵、馬達(dá)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算和選型，對(duì)所選型號(hào)的元件也同樣進(jìn)行了校驗(yàn)，結(jié)果滿(mǎn)足條件。??
關(guān)鍵詞：橫軸式；液壓缸；泵；馬達(dá)；
Abstract
Overall design of horizontal shaft type machine for the performance of the whole machine plays a decisive role. Therefore, according to the purpose of the machine, operation conditions and manufacturing conditions of rational choice models, and accurately determine the ministries structure. Technical indicators for the implementation of the machine, ensure the machine's working performance is of great significance.
This design is about the horizontal axis machine overall scheme design and the design of the hydraulic system, access to books to further understanding of the machine. Design in the first part introduces the main component of horizontal shaft type machine, including cutting agency, loading mechanism, travel mechanism, transit agencies. On the composition of various agencies, classification, advantages and disadvantages of each type and selection approach is illustrated, and the main parameters for the design and calculation and checking. At last, through various agencies data to carry on the overall check calculation. The second part of the definition of the hydraulic system and has carried on the brief overview of the various institutions of the hydraulic cylinder, pump, motor design calculation and selection, as well as for the selected models of components for the calibration, the results meet the conditions.
Key words: horizontal shaft type machine; Overall scheme design; The hydraulic system design
1
目錄
摘要 I
Abstract II
1設(shè)計(jì)依據(jù) 1
2總體方案設(shè)計(jì) 2
2.1掘進(jìn)機(jī)型號(hào)選擇 2
2.2各機(jī)構(gòu)型式的確定 2
2.2.1截割機(jī)構(gòu) 2
2.2.2裝運(yùn)機(jī)構(gòu) 3
2.2.3行走機(jī)構(gòu) 4
2.2.4轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu) 5
2.2.5冷卻噴霧系統(tǒng) 5
2.2.6電控系統(tǒng) 5
2.3總體參數(shù)的確定 5
2.3.1機(jī)器外形尺寸 5
2.3.2懸臂參數(shù)的確定 5
2.3.3掘進(jìn)機(jī)斷面近似計(jì)算 6
2.3.4截割機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算 7
2.3.5裝運(yùn)機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算 8
2.3.6行走機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算 9
2.3.7生產(chǎn)率 11
2.4掘進(jìn)機(jī)總體布置圖 13
2.5掘進(jìn)機(jī)的穩(wěn)定性分析 13
2.5.1 掘進(jìn)機(jī)的穩(wěn)定性分析與計(jì)算 13
2.6 總體參數(shù)總結(jié) 17
3液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18
3.1設(shè)計(jì)依據(jù) 18
3.1.1液壓系統(tǒng)的基本要求 18
3.1.2液壓系統(tǒng)的外形尺寸要求 19
3.2工況分析及載荷計(jì)算 19
3.2.1執(zhí)行原件上的負(fù)載 19
3.3擬定液壓系統(tǒng) 20
3.3.1初選系統(tǒng)壓力 20
3.3.2確定執(zhí)行元件的型式 20
3.3.3確定回路類(lèi)型 20
3.3.4 選擇合適的回路 21
3.4 油泵型式的選擇 22
3.5編制整機(jī)的系統(tǒng)原理圖 23
3.6 選取液壓元件 23
3.7 各液壓系統(tǒng)的執(zhí)行原件設(shè)計(jì) 27
3.7.1鏟板升降液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 27
3.7.2 星輪機(jī)構(gòu)計(jì)算 29
3.7.3 中間輸送機(jī)構(gòu)的液壓回路的設(shè)計(jì)計(jì)算 32
3.7.4 轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)與水泵選擇 33
3.7.5 行走機(jī)構(gòu)功率確定與張緊液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 34
3.8升降液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 38
3.8.1 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算 38
3.8.2 液壓缸進(jìn)出油口尺寸的確定 39
3.8.3 液壓缸工作行程的確定 39
3.8.4 缸蓋厚度的確定 40
3.8.5 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 40
3.8.6 缸體長(zhǎng)度的確定 41
3.8.7 液壓缸強(qiáng)度計(jì)算 42
3.9 液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 45
3.9.1 各回路泵的確定與功率計(jì)算 45
3.9.2泵站電動(dòng)機(jī)的確定 50
3.9.3油箱容積的確定 50
3.9.4液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 50
3.9.5液壓缸工作速度校核 51
4總結(jié) 52
5致謝 53
6參考文獻(xiàn) 55
附錄A 56
附錄B 66
3
1設(shè)計(jì)要求
1）可截割硬度：≤70 MPa；
2）適用巷道斷面：20 m2；
3）機(jī)身高度：≤1.85 m；
4）截割頭伸縮量：≥400 mm；
5）接地比壓：≤0.14 MPa；
6）臥底深度：≥250 mm；
7）龍門(mén)高度：≥400 mm；
8）爬坡能力：≤± 15°；
9）最小轉(zhuǎn)彎半徑：≥7 m；
10）離地最小間隙：≥150 mm；
11）行走速度：≥5 m/min，調(diào)運(yùn)速度：≥8 m/min；
12）理論截割生產(chǎn)率：≥70 m3/h；
13）理論裝運(yùn)能力：≥150 m3/h；
14）降塵形式：內(nèi)、外噴霧和引射噴霧。
1
2總體方案設(shè)計(jì)
橫軸懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要由截割、裝載、行走、轉(zhuǎn)運(yùn)幾大機(jī)構(gòu)以及液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、冷卻噴霧系統(tǒng)組成。掘進(jìn)機(jī)在礦山井下設(shè)備中屬于大型機(jī)械設(shè)備，它集礦巖的破碎、裝載和轉(zhuǎn)運(yùn)于一身，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)設(shè)計(jì)制造要求的方面較多[1]。掘進(jìn)機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)主要是對(duì)掘進(jìn)機(jī)的選型和參數(shù)進(jìn)行確定。
2.1掘進(jìn)機(jī)型號(hào)選擇
不同的巷道條件要選擇不同類(lèi)型的掘進(jìn)機(jī)。特輕、輕型掘進(jìn)機(jī)以掘進(jìn)煤巷為主，它的特點(diǎn)應(yīng)突出經(jīng)濟(jì)、靈活、方便，在截割巷道斷面尺寸方面有較大的適應(yīng)性。中型掘進(jìn)機(jī)以掘進(jìn)半煤巖巷道為主，在截割巖石硬度方面適應(yīng)性較強(qiáng)，但機(jī)器設(shè)計(jì)不宜過(guò)于笨重和龐大，在使用時(shí)有較大的覆蓋面。重型掘進(jìn)機(jī)是具有更高切割能力的掘進(jìn)機(jī)，應(yīng)用范圍更加廣泛。下表為掘進(jìn)機(jī)的基本參數(shù)表，所選掘進(jìn)機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足下表要求。
表2-1 掘進(jìn)機(jī)型式的基本參數(shù)[2]
Tab.2-1 Table of the basic parameters of roadheader models
技術(shù)參數(shù)
單位
機(jī)型
特輕
輕
中
重
超重
切割煤巖最大單向抗拉強(qiáng)度
MPa
生產(chǎn)能力
煤，
0.6
0.8
—
—
—
煤夾矸，
0.35
0.4
0.5
0.6
0.6
切割機(jī)構(gòu)功率
kW
90～132
適應(yīng)工作最大坡度(絕對(duì)值)不小于
(°)
可掘巷道斷面
㎡
5～12
6～16
7～20
8～28
10～32
機(jī)重(不包括轉(zhuǎn)載機(jī))
t
2.2各機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)型式的確定
2.2.1截割機(jī)構(gòu)
截割機(jī)構(gòu)是掘進(jìn)機(jī)工作過(guò)程中截割煤巖的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，屬軸向截割外伸縮式，主要的組成部分包括截割頭、懸臂伸縮裝置、電動(dòng)機(jī)及減速器。
1）截割頭
截割頭主要由左右對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)半體組成，齒座和噴嘴座焊接在頭體上，還裝配有內(nèi)噴霧水道和配水裝置。截割頭體是通過(guò)漲套式聯(lián)軸器同減速器的輸出軸相連，可起過(guò)載保護(hù)作用。掘進(jìn)機(jī)所采用的截齒有扁形和鎬形兩種,?經(jīng)長(zhǎng)期的實(shí)踐證明，在截割硬巖時(shí),?鎬形截齒的壽命通常要比扁形截齒的壽命長(zhǎng)，并且鎬形齒在使用中有自轉(zhuǎn)磨銳性,?耐沖擊，所以近十年來(lái)，橫軸式截割頭也較多采用了鎬形截齒。
2） 懸臂伸縮裝置
煤巷掘進(jìn)機(jī)的懸臂有不可伸縮和伸縮式兩種。其各自的優(yōu)缺點(diǎn)如下：
外伸縮懸臂的結(jié)構(gòu)?
它主要由導(dǎo)軌架,?工作臂和推進(jìn)油缸組成，推進(jìn)油缸的前端和工作臂相連，后端和導(dǎo)軌架相連。在其作用下，工作臂和相對(duì)導(dǎo)軌架做伸縮運(yùn)動(dòng)。此種懸臂的結(jié)構(gòu)尺寸和移動(dòng)重量較大，推進(jìn)阻力大,?不利于機(jī)器的工作穩(wěn)定性，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，伸縮部件加工也較為容易，精度要求低。
內(nèi)伸縮懸臂的結(jié)構(gòu)
主要由花鍵套、內(nèi)，外伸縮套、保護(hù)套、主軸等組成。截割減速器的軸上聯(lián)結(jié)有內(nèi)花鍵套，主軸的右端開(kāi)有外花鍵，并插入花鍵套內(nèi)。主軸的左端通過(guò)花鍵和定位螺釘與截割頭相聯(lián)，使減速器的輸出軸可驅(qū)動(dòng)截割頭旋轉(zhuǎn)，保護(hù)套和內(nèi)伸縮套同截割頭相聯(lián)，但不隨截割頭轉(zhuǎn)動(dòng)，外伸縮套則和減速器箱體相聯(lián)。推進(jìn)油缸的前端和保護(hù)套相聯(lián)，后端和電動(dòng)機(jī)殼體相聯(lián)，在其作用下，保護(hù)套帶動(dòng)截割頭，主軸和內(nèi)伸縮套相對(duì)于外伸縮套前后移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)懸臂的伸縮。
3）截割電動(dòng)機(jī)
為實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的連續(xù)過(guò)載能力，適應(yīng)復(fù)雜多變的截割載荷。并利用噴霧水加強(qiáng)冷卻效果，采用防爆水冷式電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)截割頭是很好的選擇。因此在截割電動(dòng)機(jī)的選擇上，電動(dòng)機(jī)的防爆性能是要優(yōu)先考慮的。并且電動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中大多為空載起動(dòng)。當(dāng)遇到巖石時(shí)，會(huì)有較大的阻力矩，所以要求電動(dòng)機(jī)應(yīng)有較大的最大轉(zhuǎn)矩。不僅如此，截割電動(dòng)機(jī)還必須符合GB3836的有關(guān)規(guī)定和掘進(jìn)機(jī)作業(yè)的要求。
2.2.2裝運(yùn)機(jī)構(gòu)
裝運(yùn)機(jī)構(gòu)的作用是負(fù)責(zé)把截割頭破碎下來(lái)的煤或碎石等由此裝運(yùn)并通過(guò)刮板運(yùn)出。該機(jī)采用星輪式裝運(yùn)機(jī)構(gòu)，截落的煤巖會(huì)被裝運(yùn)到刮板輸送機(jī)上。裝運(yùn)機(jī)構(gòu)和刮板輸送機(jī)采用分動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。
耙裝部
耙裝部主要由耙爪，鏟板，升降油缸，減速器組成。
目前懸臂式掘進(jìn)機(jī)所采用的耙裝部有：蟹爪式刮板式和星盤(pán)星輪式三種。
1）蟹爪式裝載機(jī)構(gòu)
?? 能調(diào)整耙爪的運(yùn)動(dòng)軌跡，并將煤巖運(yùn)輸?shù)街虚g刮板運(yùn)輸機(jī)上，其生產(chǎn)率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，應(yīng)用較多。
2）刮板式裝載機(jī)構(gòu)
?? 可形成封閉運(yùn)動(dòng)，裝載寬度大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝在效果差，應(yīng)用較少。
3）圓盤(pán)星輪式裝載機(jī)構(gòu)
?? 工作平穩(wěn)，動(dòng)載荷小，裝載效果好，使用壽命長(zhǎng)，多用于中型和重型機(jī)。
圖2-1懸臂式掘進(jìn)機(jī)耙裝部的型式
Figure 1-3 roadheader loading type rake
?? 鑒于工況條件，和實(shí)際使用的情況，選用圓盤(pán)星輪式耙裝運(yùn)機(jī)構(gòu)。
輸送機(jī)構(gòu)
輸送機(jī)構(gòu)，采用刮板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，其布置方式一般為由機(jī)尾傾斜向上至機(jī)頭。輸送機(jī)構(gòu)由以機(jī)頭軸為主動(dòng)軸時(shí)，通過(guò)減速器裝置驅(qū)動(dòng)機(jī)頭軸運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣機(jī)構(gòu)復(fù)雜。設(shè)置機(jī)尾為主動(dòng)軸，在機(jī)尾的驅(qū)動(dòng)裝置可以帶動(dòng)刮板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)工作，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。為保證運(yùn)輸順暢，提高溜槽及刮板使用壽命，選用邊雙鏈刮板輸送機(jī)。
2.2.3行走機(jī)構(gòu)
行走機(jī)構(gòu)是掘進(jìn)機(jī)行走的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也是整機(jī)連接支承的基礎(chǔ)，用于驅(qū)動(dòng)懸臂式掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)彎，并能在掘進(jìn)作業(yè)時(shí)使機(jī)器向前推進(jìn)。它由左右減速器、左右張緊裝置、左右履帶架、履帶、驅(qū)動(dòng)輪、后支承及導(dǎo)軌組成。行走機(jī)構(gòu)可分為履帶式、導(dǎo)軌式和邁步式。由于履帶式行走機(jī)構(gòu)的牽引力大、工作可靠以及對(duì)底板適應(yīng)性好，故選用履帶式。
2.2.4轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)
轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)為后轉(zhuǎn)載輸送機(jī)，布置在機(jī)器中間部位，由驅(qū)動(dòng)軸、改向軸、機(jī)前部、機(jī)后部和刮板鏈組成。它與裝載機(jī)械配套使用，能一次裝載多輛礦車(chē)，以減少調(diào)車(chē)和運(yùn)輸時(shí)間，提高掘進(jìn)速度。常用的有帶式裝載機(jī)、刮板轉(zhuǎn)載機(jī)、斗式轉(zhuǎn)載機(jī)三種。
2.2.5冷卻噴霧系統(tǒng)
通常掘進(jìn)機(jī)的除塵方式分為噴霧式和抽出式兩種。采用噴霧式除塵，用噴嘴把具有一定壓力的水高度擴(kuò)散，使其霧化，使粉塵附在霧狀水粒表面沉淀下來(lái)，以達(dá)到滅塵效果。采用內(nèi)噴霧形式，在切割頭上裝設(shè)噴嘴，用來(lái)噴射截齒。
2.2.6電控系統(tǒng)
電控系統(tǒng)包括動(dòng)力部分、控制部分和檢測(cè)部分，電控系統(tǒng)必須按照煤礦井下防爆要求設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)，必須符合GB3836-2000標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)規(guī)定和要求。為了提高掘進(jìn)機(jī)在作業(yè)時(shí)的安全性，操作的靈活性以及機(jī)械傳動(dòng)部分的故障診斷及監(jiān)控功能，從實(shí)用角度考慮，裝設(shè)必要的離機(jī)遙控裝置、測(cè)控壓力、溫度、液位及關(guān)鍵部位的故障診斷裝置。[6]
2.3總體參數(shù)的確定
2.3.1機(jī)器外型尺寸
結(jié)合設(shè)計(jì)要求和工作情況選取掘進(jìn)機(jī)外型尺寸為：24×2×1.8m
2.3.2懸臂參數(shù)的確定
伸縮懸臂的伸縮行程應(yīng)與截割深度（最大掏槽深度)?相適應(yīng)，一般為500mm至600mm。推進(jìn)油缸的推進(jìn)力應(yīng)能克服伸縮部件的移動(dòng)阻力和沿懸臂軸線(xiàn)方向的截割反力。
本次設(shè)計(jì)的巷道面積為20㎡,上擺角44°，下擺角21°，水平擺角33°。巷道高取4.5m，巷道寬取5.5m。由條件可得懸臂長(zhǎng)度：
L=2.75/sin33°－a=4299.2mm
回轉(zhuǎn)中心高度：
4500-H≤4299.2×sin44° （1-2）
H≤4299.2×sin21° （1-3）
經(jīng)計(jì)算得：H≥1514mm，為使掘進(jìn)機(jī)更緊湊工作平穩(wěn)應(yīng)盡量降低中心，取H為1500mm。
2.3.3掘進(jìn)機(jī)斷面近似計(jì)算
1)最大寬度：
(2-1)
其中:L=4.3m；a=0.75m；φ=33°
計(jì)算得=5.5m
2）上部寬度：
(2-2)
其中:α1=44°
計(jì)算得=4.19m
3）下部寬度：
(2-3)
其中α2=21°
計(jì)算得=5.19m
4）上擺高度：
(2-4)
5）下擺高度：
(2-5)
6）臥底深度：
(2-6)
7）巷道高度：
(2-7)
8）可掘最大斷面：
(2-8)
由以上數(shù)據(jù)可得=22.5㎡
其中：
——切割頭前端至垂直回轉(zhuǎn)中心O1的距離；
a——垂直回轉(zhuǎn)中心至水平回轉(zhuǎn)中心的距離；
——水平回轉(zhuǎn)時(shí)的懸臂擺角；
α1——垂直回轉(zhuǎn)的上擺角；
α2——截割到巷道地面時(shí)，垂直回轉(zhuǎn)的下擺角，
α3——臥底時(shí)，懸臂垂直回轉(zhuǎn)的最大下擺角，可根據(jù)臥底深度來(lái)確定，一般可取h0=100~300mm,取h0為200mm。
2.3.4截割機(jī)構(gòu)參數(shù)確定
截割頭轉(zhuǎn)速：截割頭截割必須具有一定的截割速度和足夠的截割力，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)煤巖的有效破碎。根據(jù)此型號(hào)的掘進(jìn)機(jī)的性能參數(shù)，掘進(jìn)機(jī)截割轉(zhuǎn)速定為80r/min。
截割頭長(zhǎng)度：橫軸式掘進(jìn)機(jī)截割頭長(zhǎng)度應(yīng)略大于截深。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的需求，選取截割頭的長(zhǎng)度為700mm。
截割頭直徑：目前，在我國(guó)適用的橫軸式掘進(jìn)機(jī)的截割頭的直徑尺寸一般在600~1000mm。取直徑為1000mm。
截割頭錐角：設(shè)截割頭的半錐角為θ,本設(shè)計(jì)根據(jù)參照同類(lèi)型掘進(jìn)機(jī)的工作運(yùn)行情況選取θ為45°。
截割速度：截割石英含量在30%~40%，抗壓強(qiáng)度為100~120MPa的砂巖時(shí)，最佳的截割速度為1.5~2m/s。對(duì)易于截割的巖石，最大截割速度會(huì)收到粉塵濃度的限制。對(duì)煤巖一般選用4~5m/s。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，確定截割速度3.5m/s。[2]
截割電動(dòng)機(jī)：為實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的連續(xù)過(guò)載能力，適應(yīng)復(fù)雜多變的截割載荷。并利用噴霧水加強(qiáng)冷卻效果，采用防爆水冷式電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)截割頭是很好的選擇。因此在截割電動(dòng)機(jī)的選擇上，電動(dòng)機(jī)的防爆性能是要優(yōu)先考慮的。[3]
根據(jù)截割阻力利用下列公式進(jìn)行計(jì)算進(jìn)行計(jì)算：
——截割阻抗，根據(jù)已有的數(shù)據(jù)可知截割阻抗大約為35kN左右。
——截割頭的截割速度， =3.5m/s。
計(jì)算得N=122.5kW。
根據(jù)上面計(jì)算得知，選用標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的功率為135kW。因此選用YBUS-135-4型掘進(jìn)機(jī)專(zhuān)用隔爆型三相異步水冷電動(dòng)機(jī)。
電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下：
型號(hào)：YBUS-135-4
功率（kw）：135kw
電壓（v）：660
滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速（r/min）：1475
同步轉(zhuǎn)速（r/min）：1500
效率(%):92
2.3.5裝運(yùn)機(jī)構(gòu)參數(shù)確定
圖2-2裝運(yùn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
Figure 2-2 structure chart of the shipping agency
1-機(jī)前部 2-機(jī)后部 3-邊雙鏈刮板 4-張緊裝置 5-驅(qū)動(dòng)裝置 6-液壓馬達(dá)
表2-2輸送機(jī)參數(shù)表
Table 2-2 conveyor parameter list
運(yùn)輸機(jī)型式
邊雙鏈刮板輸送機(jī)
驅(qū)動(dòng)方式
液壓
刮板鏈速m/s
1.3
電動(dòng)機(jī)功率kW
25.9
運(yùn)輸能力t/h
160
溜槽寬度*高度
450*350
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選取電動(dòng)機(jī)為YB225M型電動(dòng)機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)如下：
型號(hào)：YB225M
功率因數(shù)（kW）：30
額定電流（A）：59.5
額定轉(zhuǎn)速（r/min）:980
效率（%）：90.2
2.3.6行走機(jī)構(gòu)參數(shù)確定
a驅(qū)動(dòng)輪直徑的計(jì)算
履帶掘進(jìn)機(jī)采用后輪驅(qū)動(dòng)形式，若以為掘進(jìn)機(jī)的使用重量，則驅(qū)動(dòng)輪直徑的經(jīng)驗(yàn)公式為[2]：
（2-9）
式中m為實(shí)際重量43kg
為驅(qū)動(dòng)輪的直徑 mm
由式得
（2-10）
選驅(qū)動(dòng)輪直徑為。
b履帶的接地長(zhǎng)度計(jì)算
接地比壓
（2-11）
由式（1-10）得:
（2-12）
式中：
——機(jī)器總重量 N
——履帶接地板長(zhǎng)度 m
——履帶板寬 m
——履帶平均接地比壓 MPa
c.履帶節(jié)距
縮小履帶節(jié)距，可以減小行走速度的不均勻性；增大節(jié)距，可以改善接地比壓的分布。一般取節(jié)距=，m2掘進(jìn)機(jī)的有效重量。m2的單位為kg，的單位為mm。
目前，我國(guó)的掘進(jìn)機(jī)履帶的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)距為：173、203、216、228.5mm，確定履帶的節(jié)距值，應(yīng)該符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。[4]
經(jīng)計(jì)算履帶節(jié)距的可取范圍223至331，所以取標(biāo)準(zhǔn)節(jié)距l(xiāng)j=228.5mm
d 支重輪直徑和輪距
支重輪的個(gè)數(shù)，有多個(gè)支點(diǎn)式和少支點(diǎn)式之分。當(dāng)掘進(jìn)機(jī)主要在松軟路面上工作時(shí)，采用多支點(diǎn)式，履帶在各支重輪之間不彎曲，使支重輪下面的履帶，和支重輪之間的履帶，其接地比壓相差不多，使其壓力趨于均勻分布，減小滾動(dòng)阻力 。但支重輪與履帶板之間的阻力增大。采用多支點(diǎn)式時(shí)，可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算支重輪直徑Db和輪距l(xiāng)b；
（2-13）
由于掘進(jìn)機(jī)的工作環(huán)境惡劣，地質(zhì)差異大取Db=250mm;Lb=320。
e行走功率計(jì)算
行走機(jī)構(gòu)使用履帶式支撐結(jié)構(gòu)；由于機(jī)重由略微的改變所以要對(duì)所選參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算功率是否滿(mǎn)足要求。
工作阻力計(jì)算
1)行走阻力R
當(dāng)水平行走時(shí)，＝0
（2-14）
當(dāng)爬坡時(shí)， ＝0°
(2-15)
式中;
——坡角；本文取15°
F——滾動(dòng)阻力系數(shù)，煤低板取f＝0.08～0.1，碎石路面為0.06～0.07本文 f＝0.1
G——機(jī)器自重 ；
2) 轉(zhuǎn)向阻力
當(dāng)掘進(jìn)機(jī)載水平或坡度巷道上轉(zhuǎn)向時(shí)，它的懸臂位于機(jī)器中間位置，倆履帶的載荷和是相同的，這時(shí)倆履帶同時(shí)驅(qū)動(dòng)，一履帶前進(jìn)，另一履帶后退，轉(zhuǎn)向阻力矩Mr將在倆履帶上形成同樣大小的牽引力Fr，即
（2-16）
式中：
G1——單邊履帶行走機(jī)構(gòu)承受的掘進(jìn)機(jī)重量，G1=G/2=210.7kN；
L——單邊履帶行走機(jī)構(gòu)接地長(zhǎng)度，L=3100mm；
B——兩條履帶的中心距，B=1740mm；
e——掘進(jìn)機(jī)重心與履帶行走機(jī)構(gòu)的接地形心的縱向偏心，e=590；
μ——轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)，μ=0.6~0.98.[5]
綜合外阻力值，在水平轉(zhuǎn)向和爬坡轉(zhuǎn)向時(shí)各不相同。
水平轉(zhuǎn)向時(shí)；
爬坡轉(zhuǎn)向時(shí)。
得 =210KN,
綜上所述，單側(cè)履帶行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置所需最小功率為32kW。
2.3.7生產(chǎn)率
a.截割生產(chǎn)率
QT=sr×vb
Sr=a×e
QT ——截割頭的理論生產(chǎn)率,70m3/h。
Sr ——截割頭的有效截割面積，取0.65m2。
vb——截割時(shí)擺動(dòng)的平均速度，取0.03m/s。
a——截割厚度，1.2m。左右截割頭各0.6m。
e——截割時(shí)的截割深度，取截割頭直徑的2/3為500mm。
b.中間輸送機(jī)生產(chǎn)率
中間輸送機(jī)的最大生產(chǎn)能力為：
（2-17）
式中：
——生產(chǎn)率，；
——裝滿(mǎn)系數(shù)。依使用條件，如輸送機(jī)傾角、煤巖硬度、塊度、溫度及溜槽結(jié)構(gòu)定，一般取=0.95～0.9；
——鏈速，；
——輸送機(jī)斷面，㎡，由下式確定：
（2-18）
式中：
—輸送機(jī)槽寬，m；
—輸送機(jī)有效高度，m；
—貨載堆積角。
。 （2-19）
掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)以截割生產(chǎn)率為依據(jù)，裝載機(jī)的生產(chǎn)能力應(yīng)稍高于截割生產(chǎn)率，要滿(mǎn)足以下關(guān)系：
所以滿(mǎn)足要求。
2.4掘進(jìn)機(jī)總體布置圖
2.5掘進(jìn)機(jī)的穩(wěn)定性分析
2.5.1 掘進(jìn)機(jī)的穩(wěn)定性分析與計(jì)算
掘進(jìn)機(jī)的穩(wěn)定性是指在規(guī)定方向行走和工作時(shí)不發(fā)生翻到或側(cè)滑的能力。它是掘進(jìn)機(jī)性能評(píng)價(jià)的重要標(biāo)準(zhǔn)，掘進(jìn)機(jī)的穩(wěn)定性良好可以充分發(fā)揮機(jī)器的性能。
掘進(jìn)機(jī)的穩(wěn)定性可以分為靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。
a靜態(tài)穩(wěn)定性
靜態(tài)穩(wěn)定性是掘進(jìn)機(jī)在行走狀態(tài)和截割狀態(tài)下的穩(wěn)定性。
1)行走狀態(tài)下的靜態(tài)穩(wěn)定性計(jì)算
(1)極限傾翻角的確定
(2-20)
式中：
——掘進(jìn)機(jī)上坡時(shí)的極限傾翻角；
——掘進(jìn)機(jī)下坡時(shí)的極限傾翻角；
——掘進(jìn)機(jī)橫向動(dòng)作時(shí)的極限傾翻角；
——掘進(jìn)機(jī)重心與履帶后輪軸心線(xiàn)間的距離，m；
——掘進(jìn)機(jī)重心與履帶前輪軸心線(xiàn)間的距離，m；
——掘進(jìn)機(jī)重心與履帶邊緣間的距離，m；
——掘進(jìn)機(jī)重心距離地面的高度，m。
(2)下滑臨界坡度角
為防止掘進(jìn)機(jī)傾翻前發(fā)生下滑或靠幫現(xiàn)象，履帶板與巷道底間的附著力應(yīng)足夠大。
履帶板與巷道底板的附著力為：
(2-21)
式中：
——履帶板與巷道底板的附著力，kN；
——履帶板與底板的附著系數(shù)，通常取=1.0~1.2；
——掘進(jìn)機(jī)重力，kN；
——巷道的坡度角，°。
掘進(jìn)機(jī)與底板平行的重力分力為：
(2-22)
當(dāng)二力平衡便可求得下滑的臨界坡度角：
(2-23)
=arctg1.0
=45°
結(jié)果顯示機(jī)器的極限傾翻角和下滑臨界坡度均比本設(shè)計(jì)的適應(yīng)坡度大。滿(mǎn)足靜態(tài)穩(wěn)定性要求。
2)截割時(shí)的靜態(tài)穩(wěn)定性計(jì)算
掘進(jìn)機(jī)截割時(shí)的靜態(tài)穩(wěn)定性是按照回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和推進(jìn)機(jī)構(gòu)在截割頭上產(chǎn)生的力分析掘進(jìn)機(jī)穩(wěn)定性的方法。
掘進(jìn)機(jī)截割煤巖時(shí)的受力圖如下：
(1)縱向截割(上下截割)
根據(jù)液壓缸壓力計(jì)算和機(jī)器外形尺寸，并考慮平衡閥1/4的壓力損失，
得，
當(dāng)截割頭向上截割時(shí)(圖a)，極限傾翻力矩為：
N?m (2-24)
由機(jī)器自重產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩：
N?m (2-25)
當(dāng)截割頭向下截割時(shí)，極限傾翻力矩為：
N?m (2-26)
這時(shí)的穩(wěn)定力矩為：770+2150
(2-27)
式中：
、——分別為截割頭向上、向下截割時(shí)的阻力，其取值為：大小與截割頭縱向進(jìn)給力相等，方向相反，N；
——履帶前輪軸心線(xiàn)至鏟板前緣的距離，m；
——鏟板前緣至截割頭載荷中心的水平距離。
顯然，兩種情況下的穩(wěn)定條件為：
＞
＞
由上分析可知：＞，＜。顯然，機(jī)器向下截割時(shí)穩(wěn)定性不及向上截割時(shí)。為了使兩種工況的穩(wěn)定性程度接近，在整體布置時(shí)應(yīng)使機(jī)器重心居于履帶中心稍偏前，即a＞b。但為兼顧正常工作時(shí)部分履帶不出現(xiàn)零比壓，應(yīng)使偏前值小于六分之一輪軸中心距，即(a-b)＜(a+b)/6。
(2)橫向截割(左右截割)
掘進(jìn)機(jī)橫向截割時(shí)，最不利的狀況是截割頭位于最高位置，這時(shí)機(jī)器的受力如圖b所示。其極限傾翻力矩為：
N?m (2-28)
式中： —截割頭橫向截割時(shí)的阻力，取其大小與橫向進(jìn)給力相等方向相反，N；
—截割頭最高位置時(shí)載荷中心距底板的高度，m。
這時(shí)，機(jī)器的穩(wěn)定力矩為
N?m (2-29)
掘進(jìn)機(jī)橫向截割時(shí)的穩(wěn)定條件：
＞
實(shí)際上，由于截割頭載荷中心在縱向方向距機(jī)器重心較遠(yuǎn)，加上機(jī)器與底板的附著力較小，所以不會(huì)出現(xiàn)橫向傾翻，只能造成機(jī)器的水平橫向擺動(dòng)的不穩(wěn)定狀況。這將使截割頭產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象，造成橫向進(jìn)刀困難以致無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
(3)軸向鉆進(jìn)
截割頭軸向鉆進(jìn)時(shí)的受力如圖c所示。
極限傾翻力矩為：
(2-30)
穩(wěn)定力矩為：
(2-31)
顯然，這時(shí)的穩(wěn)定條件為：
＜
＞
式中：
——截割頭的推進(jìn)阻力，若靠行走機(jī)構(gòu)推進(jìn)，取其為行走機(jī)構(gòu)的牽引力，如果靠伸縮機(jī)構(gòu)推進(jìn)，取為伸縮油缸的推力，N；
——截割頭擺動(dòng)中心至底板的距離，m。
行走機(jī)構(gòu)得牽引力為1.53×105N，伸縮油缸得推力為0.48×105N；
取
則 （2-32）
（2-33）
根據(jù)上述計(jì)算，合格。
由上分析可知，作用在掘進(jìn)機(jī)上的外力，對(duì)掘進(jìn)機(jī)可能產(chǎn)生兩種力矩：一種是使掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)生傾翻趨勢(shì)的傾翻力矩；另一種是使掘進(jìn)機(jī)趨于穩(wěn)定的穩(wěn)定力矩。穩(wěn)定力矩與傾翻力矩之比，稱(chēng)為穩(wěn)定比，即：
(2-34)
當(dāng)＞1時(shí)，機(jī)器穩(wěn)定；當(dāng)＜1時(shí)，掘進(jìn)機(jī)傾翻；當(dāng)=1時(shí)，掘進(jìn)機(jī)處于將要傾翻而又未傾翻的臨界狀態(tài)。一般情況下，取≥1.1～1.3。
對(duì)本掘進(jìn)機(jī)，取K＝1.3。因此，可保證掘進(jìn)機(jī)在截割過(guò)程中有很好的穩(wěn)定性。
a.縱向截割(上下截割)
當(dāng)截割頭向上截割時(shí) （2-35）
當(dāng)截割頭向下截割時(shí) （2-36）
b.橫向截割(左右截割) （2-37）
c.軸向鉆進(jìn) （2-38）
所以本掘進(jìn)機(jī)穩(wěn)定。
2.6總體參數(shù)總結(jié)
表2-3掘進(jìn)機(jī)總體參數(shù)表
Table 2-3 overall parameters of the driving machine
截割電機(jī)功率kW
132
最大掘?qū)抦
5.5
截割頭轉(zhuǎn)速
80
巷道坡度°
±15
履帶行走速度
0～5/8
水平回轉(zhuǎn)時(shí)，懸臂的擺角°
33
履帶板寬?mm
450
垂直回轉(zhuǎn)的上擺角°
44
行駛寬度?mm
3000
截割到巷道底面時(shí)垂直回轉(zhuǎn)的下擺角°
21
履帶接地長(zhǎng)度mm
3100
臥底時(shí)，懸臂垂直回轉(zhuǎn)的最大下擺角°
30
機(jī)長(zhǎng)m
24
可掘最大斷面m2
22
機(jī)寬?m
2
懸臂長(zhǎng)為mm
4300
機(jī)高?m
1.8
伸縮部伸縮量mm
550
最大掘高m
4.5
供電電源?
AC1140V
3液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
液壓系統(tǒng)主要由油泵站、液壓操縱臺(tái)、油馬達(dá)、油缸及油管等組成。油泵站由90kW?電動(dòng)機(jī)(1470r/min)、分動(dòng)箱、齒輪泵、油箱、吸油過(guò)濾器、回油過(guò)濾器、冷卻器及空氣過(guò)濾器等組成。除截割機(jī)構(gòu)用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)外，其余轉(zhuǎn)運(yùn)、行走等各個(gè)機(jī)構(gòu)都應(yīng)采用液壓傳動(dòng)。?????
3.1設(shè)計(jì)依據(jù)
3.1.1液壓系統(tǒng)的基本要求
在設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)之前首先要明確掘進(jìn)機(jī)的負(fù)載特性，工況及使用要求，收集各種掘進(jìn)機(jī)的液壓系統(tǒng)，并分析各自的特點(diǎn)和存在問(wèn)題，運(yùn)用已經(jīng)掌握的液壓組件，基本回路和液壓系統(tǒng)的知識(shí)，擬定出液壓系統(tǒng)的方案，然后進(jìn)行液壓系統(tǒng)的計(jì)算，選擇和設(shè)計(jì)所用原件，通過(guò)對(duì)方案的分析和比較，確定出一種最佳的系統(tǒng)。[7]
設(shè)計(jì)掘進(jìn)機(jī)的液壓系統(tǒng)依據(jù)包括：
1)?掘進(jìn)機(jī)的結(jié)構(gòu)
總體布置和工作原理，如機(jī)器結(jié)構(gòu)圖，個(gè)部分的布置，工作方式和工作循環(huán)等，這些對(duì)選擇液壓組件及確定其安裝是十分重要的.
2)?掘進(jìn)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)
如負(fù)載大小的變化規(guī)律，工作速度的大小及變化范圍，生產(chǎn)率等。他們是確定系統(tǒng)功率及選擇泵和執(zhí)行組件的依據(jù)。
3)?主要技術(shù)要求
如調(diào)速范圍，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，系統(tǒng)允許溫度，效率，自動(dòng)化程度，以及安全保護(hù)要求等。
4)?液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境
如溫度、濕度、震動(dòng)、沖擊、污染、以及防爆等，其中濕度、煤塵污染和防爆要特別考慮。
5)?其他要求
3.1.2液壓系統(tǒng)的外形尺寸要求
如對(duì)液壓組件及系統(tǒng)的外形尺寸、重量經(jīng)濟(jì)性等要求。掘進(jìn)機(jī)工作面空問(wèn)狹窄，機(jī)器的外形尺寸受到嚴(yán)格限制在選擇組件時(shí)必須給予重視：
傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：
1)?液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作可靠性要高；
2)?要有靈敏的超載保護(hù)裝置，以防止掘進(jìn)機(jī)和液壓組件的損壞.
3)?要能適應(yīng)載荷變化大的要求，超載能力強(qiáng)，同時(shí)易于無(wú)級(jí)調(diào)速。
4)?傳動(dòng)功率要大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。
5)?控制方式簡(jiǎn)便集中,?便于使用,?維護(hù)和檢修。[8]
3.2工況分析及載荷計(jì)算
3.2.1執(zhí)行元件上的負(fù)載
對(duì)于執(zhí)行組件上的外負(fù)載包括工作載荷，摩擦載荷和慣性載荷三部分。
液壓缸的外負(fù)載為：
（3-1）
其中：
——工作負(fù)載。
——摩擦負(fù)載，
——慣性負(fù)載：
對(duì)于液壓馬達(dá)，外負(fù)載為：
（3-2）
——工作負(fù)載扭矩
——摩擦阻力矩
——慣性力矩
3.3擬定液壓系統(tǒng)
3.3.1初選系統(tǒng)壓力
系統(tǒng)的初選壓力為20Mpa；同樣功率的條件下若系統(tǒng)壓力選的低，則流量比較大，反之，壓力高則流量小，可見(jiàn)系統(tǒng)上力的大小，直接影響液壓組件的尺寸、型號(hào)，系統(tǒng)的重量、效率及制造。安裝工藝要求等。
3.3.2確定執(zhí)行元件的形式
執(zhí)行元件為液壓缸和液壓馬達(dá)，執(zhí)行組件有液壓缸和液壓馬達(dá)兩種。對(duì)于掘進(jìn)機(jī)來(lái)說(shuō)，常用油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，如掘進(jìn)機(jī)的支撐與推進(jìn)機(jī)構(gòu)等，用液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如懸臂的水平回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，行走機(jī)構(gòu)，裝載和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)等。
因?yàn)閮?nèi)地線(xiàn)馬達(dá)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，輸出扭矩大,低速穩(wěn)定性好,而齒輪油馬達(dá)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、耐沖性好。所以掘進(jìn)機(jī)常用這兩種馬達(dá)，掘進(jìn)機(jī)通常使用雙作用單活塞式油缸，這些高壓油缸一般沒(méi)有定型的產(chǎn)品，應(yīng)該根據(jù)要求參照典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.3.3確定回路類(lèi)型
回路循環(huán)方式有開(kāi)式和閉式兩種。
掘進(jìn)機(jī)的工作條件煤塵和巖粉較多、通風(fēng)條件差、機(jī)器的體積受工作面空間的嚴(yán)格限制。根據(jù)循環(huán)方式的特點(diǎn)，一般具有較大空間可以存放油箱且不另設(shè)散熱裝置的系統(tǒng)，都采用開(kāi)式回路；凡允許采用輔助泵進(jìn)行補(bǔ)油并借此進(jìn)行冷卻油交換來(lái)達(dá)到冷卻目的的系統(tǒng)，都采用閉式回路。由于掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)多為泵—缸系統(tǒng)，泵—缸和泵—馬達(dá)組合成混合系統(tǒng)，油泵向兩個(gè)以上執(zhí)行組件供液的組合式系統(tǒng)，所以掘進(jìn)機(jī)的液壓系統(tǒng)通常選用閉式系統(tǒng)。通常節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)采用開(kāi)式回路。容積調(diào)速系統(tǒng)采用閉式回路。
3.3.4選擇合適的回路
a調(diào)速方式的選擇
調(diào)速方式為容積調(diào)速。
液壓系統(tǒng)的調(diào)速方式有容積調(diào)速和節(jié)流調(diào)速和兩種的混合調(diào)速方式，選擇調(diào)速的方式有以下方法：
1)?根據(jù)壓力，調(diào)速和負(fù)載變化的特點(diǎn)選擇
壓力高,?功率大可以選擇容積調(diào)速，反之選擇節(jié)流調(diào)速，從經(jīng)濟(jì)效果看，一般節(jié)流調(diào)速使用功率在2KW?到3KW以下的系統(tǒng)。5KW以上的選擇容積調(diào)速比較好，
要求達(dá)到微小的低速時(shí)，應(yīng)選節(jié)流調(diào)速。選擇調(diào)速方法時(shí)，還應(yīng)該考慮負(fù)載的變化是恒功率，還是恒扭矩的特性。
2)?根據(jù)工作條件選擇
特別要注意液壓系統(tǒng)的震動(dòng)、噪音和發(fā)熱等造成的一些不良的影響，節(jié)流調(diào)速會(huì)導(dǎo)致油液嚴(yán)重發(fā)熱，在這種借況下即使功率不大也要考慮選擇容積調(diào)速，或選擇變量泵、節(jié)流閥的聯(lián)合調(diào)速。
3)?根據(jù)成本費(fèi)用選擇
一般來(lái)講，節(jié)流調(diào)速費(fèi)用低，容積調(diào)速和聯(lián)合調(diào)速費(fèi)用高。但有的時(shí)候也并非如此。如采用變量泵將節(jié)流調(diào)速改成聯(lián)合調(diào)速，可節(jié)省一個(gè)定量泵和其他一些液壓組件，設(shè)備的費(fèi)用反而會(huì)降低。另外，從長(zhǎng)期使用來(lái)看，功率消耗也不可忽視。另外，對(duì)于多泵系統(tǒng)，也可根據(jù)各執(zhí)行組件的工作程序來(lái)獲得不同的速度。如將裝載機(jī)構(gòu)油馬達(dá)的供油管路經(jīng)過(guò)其換向閥與行機(jī)走構(gòu)油馬達(dá)的供油管路相并聯(lián)。裝載機(jī)構(gòu)停止工作時(shí)，掘進(jìn)機(jī)可以較高的速度行駛。以實(shí)現(xiàn)快速調(diào)動(dòng)，而當(dāng)行走機(jī)構(gòu)油馬達(dá)停止工作時(shí)，使該油路卸荷，不向裝載機(jī)構(gòu)油馬達(dá)提供油，保證裝載工作正常運(yùn)行。
b壓力控制方案的選擇
選擇各種壓力控制回路時(shí)，應(yīng)仔細(xì)推敲各種回路在選用時(shí)需注意的問(wèn)題以及特點(diǎn)和適用場(chǎng)合。例如卸荷回路，選擇時(shí)要考慮卸荷所造成的功率損失、溫升、流量和壓力的瞬時(shí)變化等。
恒壓系統(tǒng)如進(jìn)口節(jié)流和出口節(jié)流調(diào)速回路等，一般采用溢流閥起穩(wěn)壓溢流用。同時(shí)也限定了系統(tǒng)的最高壓力。定壓容積節(jié)流調(diào)速回路本身能夠定壓不需壓力控制閥。另外還可采用恒壓變量泵加安全閥的方式。對(duì)非恒壓系統(tǒng)，如旁路節(jié)流調(diào)速。容積調(diào)速和非定壓容積節(jié)流調(diào)速，其系統(tǒng)的最高壓力由安全閥限定。對(duì)系統(tǒng)中某一個(gè)支路要求比油源壓力低的穩(wěn)壓輸出，可采用減壓閥實(shí)現(xiàn)。
c順序動(dòng)作控制方案的選擇
由于設(shè)備類(lèi)型不同，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)順序動(dòng)作有的按固定程序進(jìn)行，有的則是隨機(jī)的或人為的。對(duì)于工程機(jī)械，一般用手動(dòng)多路換向閥控制，手動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)。對(duì)于加工機(jī)械，各液壓執(zhí)行元件的順序動(dòng)作多數(shù)采用行程控制。行程控制普遍采用行程開(kāi)關(guān)控制，因其信號(hào)傳輸方便，?而行程閥由于涉及油路的連接，?只適用于管路安裝較緊湊的場(chǎng)合。另外還有時(shí)間控制、壓力控制和可編程序控制等。
選擇一些主要液壓回路時(shí)，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1）系統(tǒng)的調(diào)速方案決定調(diào)壓回路的選擇。
2）速度換接回路的選擇主要依據(jù)換接時(shí)的位置精度和平穩(wěn)性的要求。同時(shí)還應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便、控制靈活。
3）多個(gè)液壓缸順序動(dòng)作回路的選擇主要考慮順序動(dòng)作的可變換性、行程的可調(diào)性、順序動(dòng)作的可靠性。
4）多個(gè)液壓缸同步動(dòng)作回路的選擇主要考慮同步精度.?系統(tǒng)調(diào)整、控制和維護(hù)的難易程度等。
當(dāng)選擇液壓回路有多種方案可以選擇時(shí)，應(yīng)平行展開(kāi)，反復(fù)進(jìn)行分析對(duì)比，不要輕易做出取舍決定。
3.4油泵型式的選擇
油泵選擇齒輪泵。
油泵的選擇除了考慮壓力能否滿(mǎn)足之外，還應(yīng)該考慮效率，質(zhì)量及外型尺寸，污染敏感性，自吸能力，調(diào)節(jié)特性，噪聲以及成本和維修方便等因素。部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)的液壓系統(tǒng)中，齒輪泵和柱寨泵應(yīng)用較多，而螺桿泵和葉片泵應(yīng)用較少。因?yàn)榈蛪合到y(tǒng)不易污染環(huán)境，工作較可靠，使用壽命長(zhǎng)，所以許多掘進(jìn)機(jī)上已經(jīng)基本放棄使用柱塞泵的高壓液壓系統(tǒng)，而傾向于采用齒輪泵的低壓系統(tǒng)。[12]
3.5編制整機(jī)的系統(tǒng)原理圖
整機(jī)的系統(tǒng)圖主要由以上所確定的各回路組合而成，將挑選出來(lái)的各個(gè)回路合并整理，增加必要的元件或輔助回路，加以綜合，構(gòu)成一個(gè)完美的系統(tǒng)。在滿(mǎn)足工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求及生產(chǎn)率的前提下，力求所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作安全可靠、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、效率高、調(diào)整和維護(hù)保養(yǎng)方便。
此時(shí)應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：
1）去掉重復(fù)多余的原件，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單，同時(shí)要仔細(xì)斟酌，避免由于某個(gè)元件的去掉或并用而引起相互干擾。
2）增設(shè)安全裝置，確保設(shè)備及工作人員的人身安全。
3）工作介質(zhì)的凈化必須予以足夠的重視。
4)對(duì)于大型的貴重設(shè)備，為了確保生產(chǎn)的連續(xù)性，在液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵部位要加設(shè)必要的設(shè)備回路元件。
5）為了便于系統(tǒng)的安裝、維修、檢查、管理，在回路上要適當(dāng)裝設(shè)一些截止閥、測(cè)壓點(diǎn)。
6）盡量選用標(biāo)準(zhǔn)的高質(zhì)量元件和定型的液壓裝置。
3.6選取液壓元件
1）液壓泵的計(jì)算與選擇。
確定液壓泵的最高供油壓力pp
對(duì)于執(zhí)行元件在行程終了才需要最高壓力的工況，可取執(zhí)行元件的最高壓力作為泵的最大工作壓力。對(duì)于執(zhí)行元件在工作過(guò)程中需要最大工作壓力的情況，可按下式 pp≥p1+∑?p1
式中:
p1--執(zhí)行元件的最高工作壓力
∑?p1--從液壓泵出口到執(zhí)行元件入口之間總的壓力損失
對(duì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)流速較小時(shí)，取∑?p1=0.2～0.5MPa；對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)流速較大時(shí)，取∑?p1=0.5～1.5MPa?！?
確定液壓泵的最大供油量qp
液壓泵的最大供油量為： qp≥k1∑qmax (3-3)
式中 :
k1——系統(tǒng)的泄露修正系數(shù)，一般取k1=1.1～1.3，大流量取小值，小流量取大值。
∑qmax ——同時(shí)動(dòng)作的執(zhí)行元件所需流量之和的最大值，對(duì)于工作中始終需要溢流的系統(tǒng)，尚需要加上溢流閥的最小溢流量，溢流閥的最小溢流量可取其額定流量的10%。系統(tǒng)中采用蓄能器供油時(shí)，qp由系統(tǒng)一個(gè)工作周期T的平均流量確定
qp≥ (3-4)
式中:
qi——系統(tǒng)在整個(gè)周期中第i個(gè)階段內(nèi)的流量
選取液壓泵的規(guī)格型號(hào)
根據(jù)上述所得數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)中擬定的液壓泵形式，查閱相關(guān)書(shū)籍便可確定液壓泵的規(guī)格型號(hào)。但要注意，選擇的液壓泵的額定流量要大于或等于前面計(jì)算所得的液壓泵的最大輸出流量，并且盡可能接近計(jì)算值；所選泵的額定壓力應(yīng)大于或等于計(jì)算所得的最大工作壓力。有時(shí)尚需考慮一定的壓力儲(chǔ)備，使所選泵的額定壓力高出計(jì)算所得的最大工作壓力25%～60%。泵的額定流量則宜與qp相當(dāng)，不要超過(guò)太多，以免造成過(guò)大的功率損失。
選擇驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī)
驅(qū)動(dòng)液壓泵的電動(dòng)機(jī)通過(guò)泵的轉(zhuǎn)數(shù)以及電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率來(lái)選擇。
表3-1液壓泵種類(lèi)與特性
Tab.3-1The types and characteristics of Hydraulic Pump
特性
種類(lèi)
齒輪泵
葉片泵
柱塞泵
軸向式
徑向式
額定壓力
25
17．5
35
25
排量
1～500
1～350
4～1000
6～500
最高轉(zhuǎn)速
900～4000
1200～3000
5000
1800
總效率
75～90
75～90
85～95
80～92
適用粘度
20～500
20～200
20～200
自吸能力
非常好
好
差
變量能力
不能
能
好
外形尺寸對(duì)功率比
中
大
小
輸出壓力脈動(dòng)
小
小
大
污染敏感度
大
小
小
歷時(shí)變化
齒輪磨損后效率下降
即使葉片磨損效率下降較小
配流盤(pán)、滑靴或分配閥磨損時(shí)效率下降較大
粘度對(duì)效率的影響
很大
稍小
很小
噪聲
小～大
小～中
中～大
適用場(chǎng)合
工程機(jī)械、搬運(yùn)機(jī)械、車(chē)輛
機(jī)床
冶金機(jī)械、鍛壓機(jī)械、建筑機(jī)械
表3-2定量泵與變量泵的適用場(chǎng)合
Tab3-2The application occasions of quantitative pump and variable pump
定量泵
變量泵
液壓功率小于10，而且能源成本不是重要因素
工作循環(huán)是開(kāi)關(guān)式，而且泵在不工作時(shí)可以完全卸載
雖然負(fù)載變化很大，但多數(shù)工況下需要泵輸出全部流量
工作制不繁重，溫升不成
液壓功率超過(guò)10，流量需求變化很大
要求大負(fù)載下小而精密的運(yùn)動(dòng)和變化負(fù)載下的快速運(yùn)動(dòng)
泵服務(wù)于可任意組合的多個(gè)負(fù)載
要求很的承載能力
一個(gè)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)多個(gè)泵，而泵的裝機(jī)容量大于原動(dòng)機(jī)功率
2）液壓控制元件的選用和設(shè)計(jì)
一個(gè)設(shè)計(jì)的好的液壓系統(tǒng)應(yīng)盡可能多的由標(biāo)準(zhǔn)液壓元件組成，使自行設(shè)計(jì)的專(zhuān)用液壓元件減少到最低限度。[11]
溢流閥的選擇
直動(dòng)式溢流閥的響應(yīng)快，適合流量較小的場(chǎng)合，宜作制動(dòng)閥、安全閥用；先導(dǎo)式溢流閥的啟閉特性好，用于中、高壓和流量較大的場(chǎng)合，宜作調(diào)壓閥、背壓閥用。二級(jí)同心先導(dǎo)式溢流閥的泄漏量比三級(jí)同心的要小，故在保壓回路中常被選用。
先導(dǎo)式溢流閥的最低調(diào)定壓力范圍為0.5～1MPa
溢流閥的流量應(yīng)按液壓泵的最大流量選取，并應(yīng)注意其允許的最小穩(wěn)定流
量，一般來(lái)說(shuō)，最小穩(wěn)定流量為額定流量的15%以上.
流量閥的選擇
一般中、低壓流量閥的最小穩(wěn)定流量為50～100mL/min；高壓流量閥為2.5～20mL/min。
流量閥的進(jìn)出口需要有一定的壓差，高精度流量控制閥約需1MPa的壓差。
換向閥的選擇
a. 按通過(guò)閥的流量來(lái)選擇結(jié)構(gòu)形式，可選擇二通插裝閥、滑閥型換向閥、電磁換向閥、電液換向閥。
b. 按換向閥換向性能來(lái)選擇電磁鐵類(lèi)型，直流濕式電磁鐵壽命較長(zhǎng)，可靠性高，故應(yīng)盡可能選擇直流濕式電磁換向閥。
在某些特殊場(chǎng)合，還要選用安全防爆型、耐壓防爆型、無(wú)沖擊型以及節(jié)能型等電磁鐵。
c.按系統(tǒng)要求來(lái)選擇滑閥機(jī)能。當(dāng)選擇三位換向閥時(shí)，要特別注意中位機(jī)能。
d.選取單向閥及液控單向閥時(shí)要注意不要選取開(kāi)啟壓力大的單向閥，因?yàn)樗梢援?dāng)做背壓閥用。選取開(kāi)啟壓力小的單向閥較為合適。
外泄式液控單向閥的控制壓力比內(nèi)泄式的低，且工作可靠，選用時(shí)可優(yōu)先考慮。
3） 輔助元件的選擇
蓄能器的選擇
蓄能器在液壓系統(tǒng)中的作用是儲(chǔ)存壓力能，也用于減小液壓沖擊和吸收壓力脈動(dòng)。在選擇時(shí)可根據(jù)蓄能器在液壓系統(tǒng)中所起的作用，相應(yīng)確定其容量，具體可參閱相關(guān)手冊(cè)。
濾油器的選擇
濾油器的作用是保持工作介質(zhì)的清潔，是系統(tǒng)正常工作必不可少的輔助元件。濾油器應(yīng)根據(jù)其在系統(tǒng)中所處部位及被保護(hù)元件對(duì)工作介質(zhì)的過(guò)濾精度要求、工作壓力過(guò)流能力及其他性能要求而定，通常應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
a.其過(guò)濾精度要滿(mǎn)足被保護(hù)元件或系統(tǒng)對(duì)工作介質(zhì)清潔度的要求；
b.過(guò)濾能力應(yīng)大于或等于實(shí)際通過(guò)流量的2倍；
c.過(guò)濾器的耐壓應(yīng)大于其安裝部位的系統(tǒng)壓力；
d.適用的場(chǎng)合一般按產(chǎn)品樣本上的說(shuō)明。
油箱的設(shè)計(jì)
油箱在液壓系統(tǒng)中的作用是儲(chǔ)油、給系統(tǒng)提供充分的油液；散熱，液壓系統(tǒng)中由于能量損失所轉(zhuǎn)換的熱量大部分由油箱表面散逸：沉淀油中的雜質(zhì)；分離油中的氣泡，凈化油液。在油箱的設(shè)計(jì)中具體可參閱相關(guān)手冊(cè)。
4）液壓系統(tǒng)密封裝置選用與設(shè)計(jì)
在液壓傳動(dòng)中，通過(guò)密封裝置來(lái)防止工作介質(zhì)的泄漏及污染。工作介質(zhì)的泄漏會(huì)給液壓系統(tǒng)帶來(lái)調(diào)壓不高、效率下降及污染環(huán)境等諸多問(wèn)題，從而損壞液壓技術(shù)的聲譽(yù)；進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)故障。所以，在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須正確設(shè)計(jì)和合理選用密封裝置和密封元件，以提高液壓系統(tǒng)的工作性能和使用壽命。
影響密封性能的因素?
密封性能的好壞與很多因素有關(guān)，下面列舉其