掘進機液壓系統工作原理分析

段建宏 吳 軍

（中煤平朔集團有限公司，山西 朔州036000）

0 引言

掘進機是用于開鑿平直地下巷道的工礦機器，是平朔公司各井工礦進行井下巷道成形作業的核心設備，目前平朔公司共有在冊掘進機設備47臺。

行走機構、工作機構、裝運機構和轉載機構這4 個部分組成了掘進機，其中行走機構和工作機構在技術的推進下，發揮著關鍵性的作用。掘進機的九大主要功能動作中，除截割頭旋轉切割動作為電機驅動外，其余如一運溜槽拉動、鏟板星輪轉動、行走履帶轉動、截割部升降及左右擺動、鏟板部支撐及伸縮等關鍵功能動作均為液壓系統驅動。掘進機采用液壓系統設計，具有如下優點：便于調速且調速范圍較大；體積小、重量輕、結構緊湊，能傳遞較大的力和扭矩；工作平穩、反應快，便于操作；可實現過載保護，確保安全生產等。

通過上述分析我們可以發現，在掘進機操作、保養維護以及維修工作中，液壓系統是相當重要的部分。下面我們以平朔公司目前常用的三一重裝EBZ160型掘進機為例，就掘進機液壓系統的工作原理、各液壓元件的工作原理以及日常維護事項進行分析研究。

1 掘進機液壓系統的組成

本文以三一EBZ160型掘進機為例，就其主要結構功能和技術參數這兩個部分來分析液壓系統，具體情況如下：

（1）液壓油箱的設計容積量為500L，其中的液壓輔件包括呼吸器、主回油過濾器、液位液溫計等。

（2）行走馬達為軸向柱狀，在行走減速器的作用下驅動整機行走。

（3）驅動油缸的主要功能為上、下、左、右移動及伸縮作用。

（4）在壓力油的驅動下，星輪馬達帶動星輪轉動，裝載物料。

（5）在壓力油的驅動下，一運馬達帶動一運轉動，運輸物料。

（6）驅動油缸的主要作用是實現鏟板的升降和后支承腿的升降。

（7）完成一運刮板鏈的漲緊和履帶的漲緊。

（8）主泵在原裝進口的變量斜盤式柱塞雙泵的作用下，為主油路及控制油路提供液壓油源。

（9）在先導閥的操作控制下，位于操作臺內的主閥使各個執行機構產生相應動作。

掘進機液壓原理如圖1所示。

2 掘進機各液壓元件功能

2.1 液壓泵及液壓馬達

2.1.1 液壓泵

圖1 掘進機液壓原理

液壓泵是靠密封容積的變化來實現吸油和壓油功能的，通過吸油和壓油的過程，將外部機械能轉化為液壓能，為液壓系統提供動力，液壓泵是整個液壓系統的關鍵。目前平朔公司使用的三一掘進機大多采用德國力士樂品牌的變量泵，其具有性能好、功能多，負載敏感、恒功率、壓力截斷、待命壓力（低壓小功率卸荷），使用壽命長、效率高、故障率低等優點，從而為整個液壓系統的高效可靠運行奠定了基礎。

2.1.2 液壓馬達

液壓馬達的工作原理可以視為液壓泵反過程，其作用是在相關機械工作部件上實現液壓力對軸產生轉矩。液壓泵把機械能轉化為流體的能量，液壓馬達則利用流體的能量去推動機械做功，輸出機械能，實現機械能向液壓能的轉化。

2.1.3 液壓泵的能量輸入和輸出

EBZ160 型掘進機液壓泵需要電機驅動，驅動功率為75kW，其在油泵的作用下將壓力油分別送到截割部、鏟板部、第一運輸機、行走部、后支承部的各液壓馬達和油缸。整機共有9個油缸，都裝有安全平衡閥。液壓系統空載運行時，液壓泵軸端軸承處在摩擦的作用下溫度會達到55～80 ℃，這屬于正常現象。

2.2 液壓先導操作臺

2.2.1 操作臺

液壓操作臺是掘進機進行工作的控制部分。其上裝有兩組五聯換向閥，通過手柄完成各油缸及液壓馬達的動作，并可實現無級調速；操作臺上有兩個壓力表可顯示各系統的壓力值。

2.2.2 液壓控制閥組

EBZ160掘進機上裝有兩組五聯換向閥，一大一小，小五聯閥安裝在大五聯閥上部。大五聯閥的5組閥片從左到右依次控制一運馬達轉動、回轉臺轉動、截割升降油缸伸縮、左行走馬達轉動及右行走馬達轉動；小五聯閥的5組閥片從左到右依次控制后支撐油缸伸縮、鏟板部升降、左鏟板星輪轉動、右鏟板星輪轉動及截割伸縮油缸伸縮。

控制閥的工作原理：當閥芯處于中位時，馬達或油缸兩腔與回油連通，制動器處于制動狀態，馬達或油缸不動作。當閥芯處于上或下位（工作位置）時，壓力液體進入馬達或油缸，制動器解除制動，馬達正轉或反轉，油缸伸出或縮回。以行走馬達為例，若左、右行走馬達同時朝一個方向轉動可使機器前進或后退，若左、右行走馬達只有一個轉動可使機器轉大彎，若左、右行走馬達一正一反轉動可使機器轉小彎。為了使各油缸運動平穩，在各油缸的進出油口處都設置了平衡閥，以減少各油缸工作過程中的振動。

2.2.3 液壓系統圖

掘進機簡化液壓系統控制示意圖如圖2所示。

圖2 掘進機簡化液壓系統控制示意圖

2.3 液壓油缸

2.3.1 液壓油缸

液壓油缸是液壓系統的執行元件之一，是掘進機中的重要液壓動作執行部件，它與液壓馬達統稱為液動機。液壓油缸用來執行直線往復運動，其特點是質量輕、功率大、結構簡單、維修方便、運動慣性小，可以頻繁換向，易于實現遠程控制。為了防止油缸過負荷而造成的損壞，在各換向閥內部都附帶有過載溢流閥。

掘進機設備中多使用單桿油缸，即只在活塞一邊有桿，其具有供油流量相同、往返速度不同，供油壓力相同、往返出力不同，可組成差動缸，出力大、強度高、活塞桿外露、適應惡劣環境等優點。

2.3.2 安全閥件

壓力閥件是液壓系統中的重要組成元件，在這樣一個大的整體系統中，壓力控制閥簡稱壓力閥，指的就是控制油液壓力高低的液壓閥。它是利用在閥芯上的液壓力和彈簧力相平衡這個原理來工作的，其主要作用為對液壓系統定壓及進行安全保護。而溢流閥的最大作用是維持定壓，它常用于節流調速系統中，和流量控制閥配合以調節進入系統的流量，并保持系統的壓力基本恒定。用于過載保護的溢流閥一般稱為安全閥，它具有定壓精度高，靈敏度高，工作穩定，密封性能優良、泄漏小等優點。

2.4 液壓油箱及過濾器

2.4.1 液壓油箱

液壓油箱是整個液壓系統工作中所需流體介質的儲存部件，與液壓泵相連接，并配備有液壓輔助元件。其具備貯存供系統循環所需的油液，散發系統工作時所產生的熱量，釋放混在油液中的氣體，為系統中元件的安裝提供位置等功能。

2.4.2 液壓油

掘進機液壓系統出現故障受到諸多因素的干擾，但主要原因是對液壓油管理不善，這就要求工作人員加強對液壓系統的管理，從而有效避免液壓系統故障的發生。以下總結了幾點管理辦法：

（1）避免液壓油內出現任何雜物。

（2）油質問題導致的后果較為嚴重，一旦發現，應盡快更換新油。

（3）按指示規定及時更換過濾器。

（4）在油量方面，要保證油箱內的油達到規定油量。

（5）保證油冷卻器內有足夠的冷卻水通過，以防止油溫異常上升。

（6）為了實現防雜質進入的目標，在拆卸的過程中，液壓元件（泵、閥、高壓膠管）必須用螺塞將油口堵住或用潔凈的塑料袋包好。更換油泵或拆泵吸油管時，必須將吸油過濾器濾芯拔出一段，使吸油過濾器中自封閥封閉，以免油箱中油液從吸油口流出。

2.4.3 液壓過濾器

過濾器安裝在液壓油箱內，主要起濾去雜質，保護油的清潔，進而保護液壓元件和系統的功能，是重要的液壓系統組成元件。根據回路和系統特點，掘進機設置有吸油過濾、系統進油過濾、系統回油過濾、旁路過濾等。

3 液壓系統原理總結

根據上述關于掘進機液壓系統原理的分析和研究，經過長期現場工作經驗總結，筆者整理出了一套學習和維護液壓系統的口訣：

液壓傳動原理要點

泵閥管路缸馬達，形成容積且密封，

絕對密封不現實，存在泄漏情理通。

油泵供油進其中，去掉泄漏有余剩，

流量積累生壓力，馬達油缸負載動，

液體受壓還流動，正是液壓在傳動。

對缸馬達多供油，運動加快意料中，

壓力流量同作用，液壓傳動兩特征。

液體流動有阻力，克服阻力壓差生。

流量壓力和壓差，弄清關系特有用，

掌握原理并不難，深造當然能成功。