雙輸出軸油泵電機液壓系統

鞏孔正， 張 星， 陳 微， 黃鵬飛

（西安煤礦機械有限公司， 陜西 西安 710201）

引言

目前國內掘進機，截割頭靠電機通過截割減速箱進行驅動，其余部件采取液壓驅動。液壓驅動的主要動力源就是掘進機的泵站，泵站好比掘進機的心臟，給所有運動部件提供液壓動力。油泵和油泵電機共同合作，將油箱內的低壓液壓油轉化為高壓液壓油，然后驅動液壓油缸和液壓馬達的運動，進而實現掘進機各個部件的動作，最終實現煤礦巷道掘進的目的。掘進機各個動作的液壓驅動，就是為了實現運動的平穩性。然而油泵電機傳動到齒輪泵的動力是否平穩直接影響著掘進機各運動部件的運動。由于掘進機系統運動單元較多，設計過程中往往需要兩個油泵共同分擔。

某種小型掘進機設計的液壓系統中（圖1），一個油泵電機帶動兩個齒輪泵實現能量的轉換。這種結構是油泵電機通過一個齒輪箱將動力分別傳遞給兩個齒輪泵，然后將能量傳遞到動力元件。這種結構雖然簡單可靠，運動平穩，但是齒輪箱的加工成本較高，而且齒輪的加工精度以及裝配誤差往往會造成齒輪嚙合的不平穩，從而導致齒輪的磨損，進而導致齒輪箱以及齒輪泵的損壞。在實際使用過程中，這種液壓結構常常會因為齒輪箱的損壞而造成系統的不動作。所以經過市場的驗證以及系統的分析，對原有的系統結構做了改進，將油泵電機換成兩端雙輸出軸電機，將齒輪泵布置在電機的兩側，減小了中間齒輪箱的動力損耗，保證了泵站的平穩輸出，從而保證各運動部件的平穩動作。

圖1 掘進機系統

1 改進前的泵站系統

1.1 泵站的工作原理

如圖2 所示為泵站結構示意圖，工作中，油泵電機啟動后，通過一個齒輪箱將油泵電機的動力分別傳遞給兩個齒輪泵，齒輪泵再將油箱中的低壓液壓油轉換為高壓液壓油，再通過開關換向閥送到掘進機的執行機構，從而實現掘進機前后左右移動，以及截割部的上下左右動作。實現煤礦巷道的快速掘進。

圖2 泵站

1.2 齒輪箱工作原理

齒輪箱在泵站中的作用就是將泵電機的輸出動力平均傳遞給兩個齒輪泵。兩個齒輪泵帶動相應的運動部件動作。齒輪箱的作用主要是將一個動力源分成兩個動力源，不存在速度的變化。雖然泵電機簡單可靠，但是齒輪箱的加工難度較大。因為齒輪泵主要是傳遞電機到齒輪箱的能量，里面的齒輪都在高速轉動，因此在加工過程中，齒輪材料如何選擇，齒輪表面的加工精度，熱處理的強度，軸承間隙的選擇，都會對齒輪箱造成較大的影響，從而影響齒輪箱動力傳遞的平穩性，進而影響整個設備的性能。另一個原因是齒輪箱的加工成本較高，對整機的成本造成一定的影響，在市場的競爭力也會降低[1-3]。

2 改進后的液壓系統

2.1 泵站工作原理

針對齒輪箱對系統造成較大的誤差，綜合液壓系統性能分析以及設備成本的問題，選用一種雙輸出軸的電機，這種電機兩端同時伸出一個輸出軸，兩個輸出軸分別帶動兩個齒輪泵工作。由于電機的轉向是一定的，所以電機兩端的齒輪泵需要選擇旋向相反的齒輪泵，這樣泵電機在啟停時，兩個齒輪泵能夠同時工作或停止，不會出現泵的吸空現象。齒輪泵如果出現吸空現象，齒輪的高速旋轉會造成高溫現象，進而燒壞齒輪泵。兩個齒輪泵分別向掘進機不同的運動油缸和馬達提供高壓液壓油。這種連接方式減少了齒輪箱中間環節的誤差損耗，傳動效率更高。新泵站連接方式如圖3 所示。

圖3 泵站裝配圖

2.2 液壓系統連接關系

整個液壓系統中，雙輸出軸電機分別和兩個齒輪泵相連，齒輪泵的主泵通過液壓油管和掘進機油箱相連，將油箱中的低壓液壓油經過齒輪泵轉換成高壓油，然后通過高壓油管分別送到五組單聯開關換向閥和四聯開關換向閥，然后控制掘進機各個運動單元的動作，最后通過開關換向閥實現各執行元件的動作。系統的液壓原理圖如圖4 所示。

圖4 液壓系統原理圖

3 結語

此次改進設計的雙輸出軸電機+兩個齒輪泵的設計，減少了齒輪箱的中間轉換環節，減小了系統故障，提高了系統的傳動效率，降低了系統的成本；電機和齒輪泵通過彈性柱銷聯軸器連接，對中性好，傳動效率更高。綜合系統的改進，在傳動效率和系統成本上都有了較大的提高。