帶式輸送機液壓驅動系統的設計

王瀏潔

（陽煤集團機電設備管理中心， 山西 陽泉 045000）

引言

帶式輸送機為煤礦綜采工作面的關鍵運輸設備，其運輸效率和可靠性直接決定綜采工作面的生產能力。驅動系統為帶式輸送機系統的動力分系統，其可靠性和合理性影響著整機設備的可靠性和安全性[1]。帶式輸送機驅動系統性能主要影響帶式輸送機的啟動特性。因此，對帶式輸送機驅動系統的優化設計對提高礦井的生產效率十分有必要。

1 對帶式輸送機驅動系統的性能要求

在實際生產中，帶式輸送機驅動裝置性能不佳導致在啟動階段由于輸送帶張力的瞬間增大出現輸送帶打滑或對工作面電網造成沖擊的現象。為解決上述問題，對帶式輸送機驅動系統提出如下要求：

1）為保證帶式輸送機能夠按照設定速度曲線完成平穩啟動，要求驅動系統能夠根據實際情況對啟動時間進行微調，從而實現對帶式輸送機啟動加速度的控制；

2）要求驅動系統能夠實現對帶式輸送機的多電機啟動任務；

3）要求驅動系統能夠實現對帶式輸送機的過載保護；

4）要求驅動系統在運輸過程中發生故障必須停機時可不依賴電動機完成停機任務[2]。

2 帶式輸送機驅動系統的總體設計

目前，可應用于帶式輸送機驅動系統的方法包括有機械驅動、電力驅動、液力驅動和液壓驅動。經對上述驅動方式綜合對比，且考慮到液壓驅動方式目前已被廣泛應用于機械運輸、煤礦開采以及冶金等行業。因此，本文擬采用液壓驅動方式對帶式輸送機驅動系統進行控制。帶式輸送機液壓驅動系統主要由電動機、液壓馬達、液壓泵、各類液壓閥和液壓油箱組成[3]，其結構組成如圖1 所示。

圖1 帶式輸送機驅動系統結構組成

3 帶式輸送機驅動系統的設計

本文以某型帶式輸送機為研究對象，對其對應的液壓驅動系統的關鍵部件和關鍵參數進行選型設計。本文所研究帶式輸送機的關鍵參數如表1 所示。

表1 帶式輸送機關鍵參數

帶式輸送機驅動系統工作壓力需結合輸送帶的運輸能力和運輸成本兩個因素。若驅動系統工作壓力設計值較小將會降低驅動系統的靈活性，增加系統的制造成本；當工作壓力設計值較大時容易導致驅動系統出現泄露、降低容積效率的問題出現[4]。因此，根據帶式輸送機驅動系統工作壓力輸送機的負載和主機類型綜合確定。

根據表1 中帶式輸送機的參數，初步擬定驅動系統的工作壓力為25 MPa。

3.1 液壓馬達參數的確定

液壓馬達的排量為該設備的關鍵參數，液壓馬達排量的計算公式如式（1）所示：

式中：T 為帶式輸送機驅動滾筒的最大扭矩，取8.2 kN·m；p1為液壓馬達的工作壓力，取 25 MPa；p2為液壓馬達的回路背壓，取1 MPa；ηm為液壓馬達的機械效率，取0.9。經計算可得，馬達的最大排量為2.4 L/r。

結合當前市面液壓馬達的產品，所選液壓馬達的型號為1QJM-53-3.2。經查表可得：該液壓馬達的最大排量為3.24 L/r，最大工作壓力為31.5 MPa，額定工作壓力為20 MPa，液壓馬達的最大流量為161 L/min。

3.2 液壓泵參數的確定

考慮到液壓油在液壓泵和液壓馬達管路之間的壓力損失（1 MPa），則液壓泵的最大工作壓力為26 MPa。

液壓泵的額定流量=1.1（泄露系數）×161 L/min（液壓馬達的最大流量）=177.1 L/min。

根據液壓泵的最大工作壓力和額定流量的計算結果，所選型液壓泵的型號為160CY14-1B。該型號液壓泵的最大工作壓力為32 MPa，額定排量為250 mL/r。

4 帶式輸送機驅動系統特性研究

根據帶式輸送機的參數及其驅動系統的設計參數，基于AMESim 軟件建立驅動系統仿真模型，所搭建驅動系統的液壓仿真模型如圖2 所示。

圖2 驅動系統液壓仿真模型

設定仿真時長為173 s，對帶式輸送機在啟動、正常運行以及制動三個工況下驅動系統的特性進行仿真分析，著重對液壓泵的出口壓力、出口流量以及液壓馬達的轉速進行仿真分析[5]。

4.1 液壓泵出口壓力仿真結果

液壓泵出口壓力的仿真結果如圖3 所示。

如圖3 所示，帶式輸送機在啟動初期，液壓泵的出口壓力瞬間上升，此現象是由于液壓泵受到沖擊所導致。0～110 s 為帶式輸送機的啟動階段，液壓泵出口壓力在110 s 達到穩定值為26 MPa；當帶式輸送機約穩定運行30 s 后，開始制動，對應液壓泵的出口壓力減小，并在163 s 左右泵的出口壓力重新到達穩定狀態。

圖3 液壓泵出口壓力變化趨勢

4.2 液壓泵出口流量仿真結果

液壓泵出口流量仿真結果如圖4 所示。

圖4 液壓泵出口流量曲線

如圖4 所示，在帶式輸送機啟動初期，由于對液壓泵有一定的沖擊，導致在瞬間液壓泵的出口流量瞬間達到峰值后又很快降至零，而后泵出口流量才穩步上升，并在110 s 液壓泵出口壓力穩定后其對應的出口流量也穩定在175 L/min。并在穩定運行約30 s 后開始制動，對應液壓泵出口流量逐漸減小，最終閥口完全關閉，對應出口流量為零。

4.3 液壓馬達轉速仿真結果

液壓馬達轉速的仿真結果如圖5 所示，液壓馬達的輸出轉速隨著系統的啟動而緩慢上升，期間經歷了兩次平穩運行、兩次運速上升，且最終液壓馬達輸出轉速穩定于60 r/min；當液壓馬達轉速穩定運行40 s 后開始制動，并在制動30 s 后馬達轉速為零，從而完成帶式輸送機的平穩制動。

圖5 液壓馬達輸出轉速曲線

綜上所述，基于本文所設計的液壓驅動系統能夠保證帶式輸送機在啟動、穩定運行以及制動等工況穩定運行，尤其在啟動階段能夠確保系統按照預設曲線啟動。

5 結語

帶式輸送機作為綜采工作面的關鍵運輸設備，其驅動系統性能直接決定設備整體運行的穩定性和可靠性。本文選擇液壓驅動方式對帶式輸送機進行驅動控制，并為驅動系統選擇液壓馬達的型號為1QJM-53-3.2，液壓泵的型號為160CY14-1B。經對液壓驅動系統仿真分析可知，液壓驅動系統能夠保證帶式輸送機在啟動、穩定運行以及制動等工況穩定運行，尤其在時啟動階段能夠確保系統按照預設曲線啟動。