掘进机液压控制系统的分析研究

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摘要:煤炭产业作为中国现代化发展的支柱产业之一,一直是国家能源供给的关键组成部分,对国家社会发展有着不可替代的积极意义。特别是随着现代生产需求的不断进步,煤炭生产工艺的自动化水平也不断提升。而掘进机作为矿井巷道掘进作业的关键所在,其自动化构建主要体现在掘进机操控的自动化水平,因此加强对相关技术的探究对于矿井发展意义重大。
关键词:掘进机;液压控制系统;策略
1掘进机液压系统结构
为了提高掘进机液压系统的维修效率,工作人员需要熟悉其结构,方便拆解和安装。掘进机液压系统由星轮马达、行走马达、一运马达、伸缩杠、升降缸、回转缸、铲板缸和支撑缸等组成。各部分的作用为:星轮马达的作用是装载物料;行走马达作用是驱动掘进机前进;一运马达的作用是运输物料;各类驱动油缸作用为在先导阀和主阀的控制下驱动各部位实现伸缩、升降、回转、铲板、支撑等动作。以EBZ160型掘进机为例,液压系统有大小两组换向
控制阀组,大五联阀组控制星轮马达、一运马达、行走马达,小五联阀组控制回转缸、伸缩缸、升降缸、铲板缸、支撑缸。
2AM-50型掘进机简介
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149aa根据我国煤炭开采的特点,早在20世纪70年代,我国就引进并使用了AM-50掘进机。这种掘进机截割面积大,可以截割一些坚硬的煤和岩石。外形尺寸小,长、宽、高7500mm×2105mm×1645mm,机器重量适宜,约26t。掘进机的整体部件主要包括截割机构(截割头、截割悬臂和转盘)、装载机构、中间刮板输送机、桥带式输送机、行走机构、液压系统和电气系统。掘进机安全性高,可监测和保护一些异常工况,包括水温低、短路、过载等。
这种掘进机有许多优点:为了防止其在上下坡掘进过程中自滑,采用了具有自锁功能的单头套筒杆传动方式;掘进机连接部件所用的螺母、螺钉和紧固螺栓均采用乳化橡胶,可靠性高;切削方式为轴向,主要取决于转盘中的齿条机构;结构设计合理,所涉及的零部件满足高质量、严格制造的选型要求。
这种掘进机也有一些缺点:机器两侧都有配电箱和操作台,需要在机器两侧留出操作空间,这在一定程度上缩小了设备的断面范围;切割机构和加载机构相对固定。前者不能自由展开,后者不能左右摆动,增加了操作难度,降低了工作效率;内部缺乏喷涂设备,而使用外部喷涂粉尘,喷嘴数量少,效果差。
3新改造液压控制系统分析
在工作过程中,悬臂掘进机主要依靠截割电机旋转截割头,通过液压控制系统摆动悬臂,控制其摆动速度和摆动方向进行煤岩切割。针对原液压控制系统在实际生产中存在控制精度不够、响应速度慢的问题,对原液压控制系统进行了如下改进:采用电液比例比例节流调速,采用比例换向阀代替原换向阀进行换向控制。
比例节流调速方式涉及的节流元件主要有比例换向阀、比例调速阀和比例节流阀。供油方式为定量泵供油,主要调节节流口前后的压差和流通面积,然后控制执行器的进口流量,完成最终的调速。该方法适用于功率小、控制精度高、响应速度快、结构简单、损耗低、效率高的场景。比例方向阀用于速度和方向控制,方向控制主要基于电磁铁功率的增益和损耗。
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此外,整个液压系统的速度传感器和位移传感器分别检测和调节掘进机的速度和方向。速度传感器可以检测活塞的速度并输出相关的电信号。信号放大器比较设定转速的信号,控制换向阀的开度,并基于电磁铁完成调速;位移传感器用于检测活塞的位置,原始设定位置的信号通过信号放大器进行比较和放大。
4问题原因及改进方式分析
针对掘进机液控手柄和电控手柄连接方式及原理分别开展分析。整个液压先导手柄构成包括回转机构、手柄、2个比例减压阀等。作业时,当手柄向一个方向进行下压时,减压阀输出压力会同手柄角度呈现线性关系,一旦其压力超过2MPa,减压阀会全部进入开启状态,从而确保主阀阀芯进入全流量输出状态;当液控手柄处于中位时,液控手柄中的加压阀会同油箱直接连通,进行卸荷。而在多路阀增配电磁铁后,控制油会经由手柄旁通进行卸荷,无法形成有效的压力环境,使得电磁阀无法有效控制主阀芯。有鉴于此,特设计在控制油路上增加1个单向阀门,同时在回油口增设节流孔,用于限制旁通泄漏量,这就要求控制油流量可很好地补充上述作业时的泄漏量。考虑到电磁先导阀阻尼孔直径为0.7mm,单个阻尼孔油液流出量肯定超过0.7L/min,1组电磁先导阀的2个阻尼孔泄漏量会超过1.4L/mi
n,再加上液控手柄还存在一定的内泄漏,仅依靠进油联减压阀提供的2L/min的流量,只能满足1片阀门的流量需求,一旦多片阀进行联动作业必然会出现动作滞后、速度变慢等问题,严重的还会造成执行元件不动作。
5掘进机的液压系统一般性缺陷及解决措施
5.1噪音和振动、液压冲击、气穴
掘进机液压系统的噪声和振动主要由油路中的杂质引起。当吸油管吸入空气中的杂质时,液压油的流动阻力在液压泵的作用下显著增大。解决噪声和振动的措施主要是检查吸油管的密封线,更换密封胶圈等。掘进机在启动、停止和换向过程中,机械部件和液压油在短时间内迅速改变运动状态,产生噪声和振动,这是由液压冲击引起的。最大液压冲击可达到额定压力的3倍以上,严重时会导致管道破裂和零件损坏。减少液压冲击的措施是配置蓄能器。汽蚀和汽蚀是液压系统中的空气现象,影响液压油的连续性,导致机构动作振动。液压系统对液压油和水的分离压力有一定的要求。当出现气蚀和气蚀时,主要检查油水分离压力。
5.2液压油污染、温升和泄漏
液压油的清洁非常重要。液压系统的维护需要检查油样。从油箱中取出1L液压油,储存10天后与新液压油比较,初步确定液压油的清洁度。依靠液压系统中的过滤装置可以清除轻微的油污染。当液压油长期使用或油路损坏时,应及时更换污染严重的液压油,并对损坏部位的相邻部件进行深度清洗。更换液压油后,最好检查滤油器是否有效,并及时更换有故障的滤油器。掘进机工作时,液压油需要保持一定的温度,才能充分发挥其良好的性能。液压泵压力过大,阀组、管路等机械部件间隙过大,高压油溢流后失去成功率,会导致液压油温度升高。当温升超过一定值时,液压油的粘度将降低。因此,在日常检查中,应注重油质,保证油路散热良好,并选用粘度小的液压油。密封橡胶圈老化和软管破裂引起的漏油也是液压系统的常见故障。在日常检查中,重点检查管道和密封件的完整性。如果发现漏油,应及时更换,避免掘进机启动后漏油。
电缆防盗5.3部件卡滞和爬行
部件卡滞和爬行是由掘进机操作各阶段的打滑和润滑不良引起的。为解决部件爬行问题,应及时添加润滑油,更换老化、粗糙的部件。改进润滑系统后,液压油的供应连续性更好。
结论
对掘进机原液压控制系统调节方式进行改进,通过比例方向阀来控制掘进机的速度和方向,达到了提升掘进机液压系统控制效率、掘进效率和运行安全性的目的。
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