煤礦用履帶設備行走功率損失試驗系統設計*

左崗永

(中國煤炭科工集團 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

煤礦井下巷道支護方式多種多樣，其中錨桿支護是一種快速、安全、經濟的巷道支護方式，可顯著提高支護效果，降低成本，減輕工人勞動強度，改善作業環境，保證安全生產，有利于采煤工作面快速推進[1-2]。錨桿鉆車為支護技術實現的主要載體，是煤礦井下生產至關重要的支護設備[3],液壓控制行走是履帶設備行走的主要形式。由于煤礦井下條件惡劣，要求行走控制系統具有較高的穩定性和適應性。設備長距離移動時，功率損失大，發熱嚴重，制約整機的性能。行走和轉向功率是整機使用性能評定的主要指標之一。

1 整機液壓系統簡介

整機液壓系統執行元件多,動作復雜，各執行元件對力和速度的要求差別大，且動作頻繁，整機液壓系統設計時選用負載敏感開式變量系統。開式變量系統具有如下優點：

1) 實現恒功率控制，節約能源。

2) 通過壓力切斷，實現過載保護,減少系統發熱。

3) 通過負載敏感控制，實現流量和壓力的匹配，減少系統發熱，實現多個執行元件同時動作時的無干擾控制[4]。

負載敏感也稱負載反饋，主要是依靠負載壓力控制泵變量的一種閉環控制系統[5],該系統控制方式的優先級為：壓力切斷優先于恒功率控制，恒功率控制和壓力切斷優先于負載敏感[6]。

某型履帶式錨桿支護設備液壓系統主要由負載敏感開式變量泵、錨鉆控制系統模塊、行走控制系統模塊、除塵控制模塊、卷纜控制模塊、油缸、馬達等組成，可完成較為復雜的錨護、履帶行走、卷電纜、除塵、加油、工作臺升降、前后穩定、臨時支護等動作。

行走液壓系統主要由負載敏感變量泵、負載敏感多路閥、左右側行走馬達和行走先導操作閥組等組成。履帶式設備行走系統參數如表1所示。

表1 行走系統參數

2 行走試驗系統的設計

行走試驗系統主要是對行走系統的功率損失進行測試，具體是對行走液壓系統中各主要元件的壓力和流量進行監測，包括：液壓泵出口壓力和流量、行走閥進出口壓力和流量、行走馬達進出口壓力和流量。該系統主要由行走液壓系統、壓力傳感器、流量傳感器、測溫儀、卷尺、秒表、數據采集系統和微機系統等組成。

行走試驗系統原理如圖1所示，液壓泵排出的高壓油經過濾器過濾后進入行走閥，通過壓力傳感器7和流量傳感器6進行液壓泵出口壓力和流量的檢測，油液經行走閥進入到左右側行走馬達，通過相應的壓力傳感器和流量傳感器進行馬達進油壓力和流量的檢測,通過相應的壓力傳感器對馬達回油壓力和行走系統回油壓力進行檢測。操作行走先導控制手柄控制行走閥，實現整機行走。

3 行走系統功率損失計算

行走系統的功率損失包括4個部分：液壓泵的功率損失，行走馬達的功率損失，行走管路的功率損失，行走閥的功率損失。

1-液壓泵站;2-過濾器;3-行走先導操作閥組;4-右側行走馬達;5-左側行走馬達;6-流量傳感器;7-壓力傳感器;8-行走控制閥組

液壓泵的功率損失p1:

p1=pZqZ(1-ηp)

(1)

式中：pZ為行走系統液壓泵輸出壓力；qZ為行走系統液壓泵輸出流量；ηp為液壓泵的總效率。

行走馬達的功率損失p2:

p2=pZ1qZ1(1-ηZm)

(2)

式中：pZ1為行走馬達壓力；qZ1為行走馬達流量；ηZm為行走馬達的總效率。

行走管路的功率損失p3:

p3=ΔpZ1qZ

(3)

式中：ΔpZ1為行走管路兩端壓差。

行走閥的功率損失p4:

p4=ΔpZ2qZ

(4)

式中：ΔpZ2為行走閥兩端壓差。

通過上述計算公式,可計算得到行走系統的功率損失為28.8 kW。

4 行走試驗系統測試

行走系統測試數據如表2所示。由試驗數據可計算得到行走液壓系統的實際功率損失為29.2 kW。

表2 行走系統測試數據

通過測試數據可以看出，實際功率損失與理論計算基本吻合。行走系統功率損失中，液壓泵、液壓馬達、液壓閥的功率損失大小相當，在行走系統功率損失中占絕大部分，管路損失占比小。

5 結論

通過對行走試驗系統的設計和測試，并將試驗數據和理論計算進行對比，驗證了功率損失理論計算的正確性，同時得到各影響因素在功率損失中的占比。為減小行走系統功率損失，可減小液壓泵、液壓馬達和液壓閥的功率損失，提高液壓泵和液壓馬達的效率，選用壓降小的液壓閥，同時盡量縮短液壓管路，合理布置，使壓力損失盡量小。