掘進機液壓技術的現狀與未來

摘 要:掘進機的液壓系統由液壓泵、控制閥、液壓缸、液壓馬達、管路、油箱等組成。廣泛應用于行走部，鏟板部，截割部等。文章分析了目前液壓系統在掘進機上的應用情況，容易出現的問題，液壓系統的不足與優勢，以及未來液壓系統的發展趨勢。

關鍵詞:液壓元件泵站掘進機流量

中圖分類號:TD82文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)06(b)-0060-02

液壓傳動作為一種傳動方式，由于具備功率密度高，結構小巧，配置靈活，組裝方便，可靠耐用等獨到的特點，已成功地用于一切需要中等以上功率輸出，且需對運動過程進行靈活控制和調節的地方。掘進機的很多傳動方式都是液壓傳動，廣泛應用于掘進機的行走，鏟板，截割等部位。液壓系統主要由液壓泵站、液壓馬達、液壓回路及液壓操作系統組成，油泵電機提供主泵的動力，主泵產生高壓油源，通過液壓閥的控制來完成各油缸的伸縮和馬達的轉動。具體為截割部的升降油缸和左右擺動油缸，鏟板部的升降油缸和星輪驅動馬達，行走部的驅動馬達，后支撐部的升降油缸，第一運輸機的驅動馬達。截割電機通過截割減速機的減速后驅動截割頭轉動。

掘進機工作時，首先啟動油泵電機，打開噴霧裝置，并開動第一運輸機與鏟板部，將截割部處于水平和機器中心位置，啟動截割電機，然后開動履帶行走機構，讓機器慢速推進，使截割頭逐漸插人巖石，插入深度300～400mm。推動截割部回轉油缸操作手柄，使截割部向左向右橫掃，再推動升降油缸，使截割部向上向下截割。利用截割頭上下、左右移動截割，可截割出初步斷面形狀，如此截割斷面與實際所需要的形狀和尺寸有一定的差別，可進行二次修整，以達到斷面尺寸要求。

掘進機液壓系統一般情況下包括液壓油箱、主泵、多路閥、液壓先導操作臺、液壓馬達、油缸、冷卻器以及各油管總成、膠管總成、接頭、密封件，壓力表等。油箱的主要作用使儲存液壓油的，裝有呼吸器、主回油過濾器、液位液溫計等液壓輔件。主泵是為主油路及控制油路提供液壓油源動力，也就是抽油的，使油能夠循環。主閥位于操作臺內，在先導閥的操作控制下使各個執行機構產生相應動作。泵站是由電機驅動，通過油泵、油箱，將壓力油分別送到截割部、鏟板部、第一運輸機、行走部、后支承的各液壓馬達和油缸。液壓油由主油泵泵出經換向閥流向各執行元件，能量交換后，轉換成低壓油，通過換向閥及過濾器流回主泵吸油口，完成一個循環，由于液壓油回油不經過油箱，因此該回路為閉式回路;補油泵為一齒輪泵，從油箱內經吸油過濾器吸油，經吸油過濾器向主油泵供油，一方面為主油泵補油，另一方面將液壓油過濾和冷卻回油箱，兩個回路合稱為半閉式系統。操作臺上裝有兩組換向閥，通過手柄完成各油缸及液壓馬達的動作，并可實現無極調速，在其上還裝有旋閥、壓力表，顯示變量泵的出口油壓。掘進機液壓系統的大致原理圖如圖1所示。

液壓系統流量的主要參數和計算公式如下:

液壓缸面積(cm2)A=πD2/4D:液壓缸有效活塞直徑(cm)

液壓缸速度(m/min)V=Q/AQ:流量(l/min)

液壓缸需要的流量(l/min)Q=V×A/10=A×S/10tV:速度(m/min)

S:液壓缸行程(m)

t:時間(min)

液壓缸出力(kgf)F=p×A

F=(p×A)－(p×A)

(有背壓存在時)

p:壓力(kgf/cm2)

泵或馬達流量(l/min)Q=q×n/1000q:泵或馬達的幾何排量(cc/rev)

n:轉速（rpm）

泵或馬達轉速(rpm)n=Q/q×1000Q:流量(l/min)

或馬達扭矩(N.m)T=q×p/20π

液壓泵所需功率(kw)P=Q×p/612

管內流速(m/s)v=Q×21.22/d2 d:管內徑(mm)

管內壓力降(kgf/cm2)△P=0.000698×USLQ/d4U:油的黏度(cst)

S:油的比重

L:管的長度(m)

Q:流量(l/min)

d:管的內徑(cm)

掘進機和其他工業機器液壓系統未來的發展趨勢主要向這幾個方面:

①減少能耗:充分利用能量。減少元件和系統的內部壓力損失，減少節流損失，減少摩擦損失。

②泄漏控制:主要包括兩個方面:第一防止液體泄漏到外部造成環境污染，第二發展無泄漏元件和系統。

③污染控制:發展封閉式密封系統， 改進元件設計，發展耐污染能力強的高效過濾材料和過濾器，開發油水分離凈化裝置，發展新的污染檢測方法。

④主動維護:預先進行維修，避免設備惡性事故的發生。開發液壓系統故障診斷專家系統通用工具軟件，開發液壓系統自補償系統。

⑤機電一體化:電液伺服比例技術的應用將不斷擴大，監控系統將得到發展，電子直接控制液壓泵，采用通用的標準化調節機構，發展智能化液壓元件。

⑥計算機技術的應用:將計算機的仿真及實時控制結合起來，以達到最佳設計結果。緊密與高新技術結合，特別是微電子技術、計算機技術、傳感器技術等。

⑦可靠性和性能穩定性繼續提高:新材料將逐步進入實用階段。普遍減少由于粘附擦傷、氣蝕而引起的損傷。系統可靠性設計理論將成熟并普及應用。強化、完善系統介質的過濾技術。

⑧增強對工作環境的適應性:高度重視能耗控制技術，進一步降低工作噪聲，改善代用介質的性能及其適應性研究，發展橫向派生系列產品。

⑨高度集成化，提高元器件的功能密度:單功能元件的組合向多功能元件發展，集成器件子系統化*，強化電子部分，開發智能型一體化器件。

⑩發展輕小型器件和微型液壓技術:提高輕小型器件的功率密度，微型液壓技術領域的開發。

微電子技術的飛速發展，為液壓技術的進步注人了新的活力。液壓器件是機電一體化的重要接口器件，充分考慮到液壓技術的特點，而開發研制出的集液壓、電子、傳感技術于一體的新產品及其組成系統，兼備了電氣和液壓技術的雙重優勢。如低耗高速（10mA以下響應時間在2ms以內）電磁鐵及數字式電液器件，可作為直接接口的電液轉換器。內藏位移傳感器的液壓缸用于高精度閉環控制時，可實現工況監視和長感功能。液電技術的融合使得液壓技水的發展超出日身傳統的科學領域，向著包括傳動控制、檢測在內的綜合自動化技術方向發展。

參考文獻

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