裝煤機履帶行走機構液壓系統泵-馬達的匹配計算

2018-12-03 08:25:20張聰

機電工程技術 2018年11期

張聰

（山西方華機械有限公司，山西陽泉 045000）

0 引言

裝煤機的履帶行走裝置是整個設備的支承部分，它一方面承受裝煤機的自重，另一方面承受工作裝置執行動作時的反作用力，起到支承設備和驅動裝煤行機行走的功能。行走機構在使用的過程中會出現牽引不足和履帶打滑等故障。主要原因是裝煤機履帶行走機構液壓系統泵—馬達的流量和壓力不匹配造成的，需要對于液壓傳動系統進行優化設計，對行走機構液壓系統的泵—馬達進行匹配計算，在壓力和流量方面達到合理匹配，才能充分發揮行走機構液壓系統傳動效率，有效降低行走機構的故障率[1]。

1 行走機構組成及原理

行走機架采用框架結構，主要包括張緊裝置、履帶架、履帶鏈、導向輪、驅動輪、液壓行走減速器等部分組成。兩條履帶有獨立的液壓馬達及減速裝置，采用高速馬達行星減速器內嵌式的結構。張緊油缸伸長，帶動履帶鏈移動張進履帶，液壓驅動系統帶動驅動輪轉動。驅動輪與履帶鏈嚙合，驅使履帶傳動行走。兩側液壓馬達可以獨立操縱。裝煤機可實現前進、后退、轉彎外及原地旋轉等運動形式。結構緊湊、作業靈活性傳動效率高。同時，馬達內嵌式結構有效避免了煤巖對馬達的碰撞[2]。

圖1 行走機構液壓系統示意圖

2 行走馬達的阻力分析

如圖1所示，液壓油通過分流閥進入左右行走馬達的液壓回路。左右行走馬達為單獨的油路系統，可單獨動作。整個液壓系統有兩個液壓泵供油，可通過轉閥切換為單泵供液（裝煤機正常行走）或雙泵供液（裝煤機快速行走）[3]。

在裝煤機行走的過程中，兩側行走馬達受到阻力F作用。主要包括工作阻力Fc、坡度阻力Fi、轉向阻力Fs、耙取阻力Fp、其他阻力Ft等方面[4]，相關計算公式為

式中：Fc為工作阻力，N；Fp為耙取阻力，N；Fi為坡度阻力，N；Fs為轉向阻力，N；Ft為其他阻力，N；Wc為鏟臺插入煤巖阻力，N；ΣL為鏟臺和蟹爪插入煤巖的總邊沿長度，M；k為載荷不均勻影響系數，1.6～1.7；z為蟹爪數；b為每個蟹爪耙取煤堆邊緣長度，M；w為鏟板單位長度插入阻力，N。

3 泵-馬達的匹配計算

3.1 基本參數計算

以裝煤機行走馬達排量Vm=625 mL/r為例。裝煤機的行走動作主要依靠左、右履所配置的“馬達-減速器-驅動鏈輪”配合實現，通過左、右行走液壓馬達的正反轉動的組合，裝煤機可實現前進、后退、轉彎外及原地旋轉等運動形式[5]。

（1）慢速行走最大速度

系統僅靠前泵供油，前泵輸出的壓力油經分流閥分流，等壓力的液壓油分別流入左、右行走馬達液壓回路的兩組三位四通閥，利用三位四通閥來控制左、右液壓馬達的正反轉及差速動作[6]。泵的最大流量為

式中：qbmax為泵的最大流量，mL/min；Vb為泵的公稱排量，mL/min；nbs為泵的轉速，r/min；ηbv為泵的容積效率，0.9。

將數值代入式（5）中得到

馬達最大流量計算公式為

式中：Vm為馬達排量，mL/min；nms為馬達轉速，r/min；ηmv為馬達容積效率，0.9。

由式（6）—（7）得到

根據減速器的傳動比（4.21）可得到履帶的最大轉速：nts=nms/4.21=6.6 r/min，履帶鏈輪的回轉半徑r=338 mm，故履帶的最大行走速度vtmas=2 ntsπr=7 m/min

（2）快速行走最大速度

裝煤機履帶行走機構快速行走時，需要雙泵同時供油，系統中流經左右行走馬達的液壓油的流量增加1倍。由于管路直徑一定，液壓油的流速也相應增大1倍，所以履帶行走機構的最大行走速度為單泵供油的2倍（14 m/min）[7]。

3.2 泵-馬達壓力匹配

（1）壓力損失

由于液壓油都有一定的粘性，在液壓管路的流動中必然存在摩擦。液壓系統需要消耗一部分能量，表現為液壓油流經過程中壓力下降，稱為壓力損失。壓力損失主要包括沿程壓力損失和局部壓力損失，沿程壓力損失主要是液壓油流經直管道由摩擦力引起的，它的大小與管道的長度成正比。局部壓力損失是由于管路直徑變化、液壓油方向變化或其他液流阻力引起的，包括彎管和閥的壓力損失。液壓系統總壓力損失為沿程壓力損失和局部壓力損失的和。經計算得到系統的壓力損失為1.13 MPa[8]。

（2）扭矩計算

假設泵泵的出口壓力pb=18 MPa，減去壓力損失1.13 MPa可得到馬達的入口壓力pm=16.87 MPa。馬達入口壓力減去出口壓力得到馬達的壓差Δpm=16.37 MPa。

馬達最大輸出扭矩為[9]