论文部分内容阅读
云南东源镇雄煤业有限公司 云南省镇雄县乌峰镇 657200
摘要：通过对掘进机截割部在生产运行中常见问题的分析与了解，截割部会出现液压系统控制油量窜动的现象，导致升降油缸在升降时，出现抖动，影响机体的机械部件链接强度和造成部分机械部件的损坏。我矿通过对掘进机截割部升降液压回路进行了改进，使掘进机截割部升降时机体比较稳定，较好的满足了生产。
关键词：掘进机；截割部；平稳升降；平衡阀；液控单向阀
0、引言
云南东源镇雄煤业有限公司朱家湾煤矿于2011年投入使用的EBZ-160型悬臂式掘进机，其截割部的升降是由一对油缸组合的伸缩来完成的。在油缸伸缩（特别是在回缩）时，由于承载了整个截割部的重量，需要对下降的速度进行很平稳的控制。该机出厂设计升降液压系统的平稳性是通过控制系统中的液控单向阀实现的，通过我矿在工作中的探索，将液压系统中的液控单向阀改为平衡阀，在使用中取得了较好的效果。
1、截割部升降液控单向阀的工作原理
该回路由手动换向阀、液控单向阀、限速阀以及升降油缸组成。其动作为上升时，液压油经手动换向阀、限速阀、液控单向阀进入升降油缸活塞腔，使截割部上升；下降时，液压油经手动换向阀进入升降油缸活塞腔，同时打开限速阀和液控单向阀，使活塞腔回油，截割部下降。当液控单向阀打开，截割部下降时，由限速阀提供背压，控制回油流量，使截割部平稳下降。当截割部不动作时，由液控单向阀锁住油缸活塞，阻止截割部下降。
在机器运行工作时，截割部下降会出现突然停止，再下降，再突然停止的运动反复间断现象，由于悬臂很长，因此，对机器振动很大，长期工作后会造成机械部件损坏。液控单向阀、限速阀组成的升降回路示意图，见图一。
1、手动换向阀 2、限速阀 3、液控单向阀 4、升降油缸
图1 液控单向阀、限速阀组成升降油缸示意图
2、掘进机截割部油缸受力状况分析
从回路上初步分析，截割部下降时，该组合中的限速阀先于液控单向阀开启，否则油路不通，液控单向阀打不开，其次当液控单向阀开启时，限速阀的开口已开启较大，不能及时提供有效的背压来消除压力变化现象。下面对该机构回路进行粗略计算。掘进机截割部油缸受力图，见图二.（以下计算不计摩擦等其他阻力）
图2、掘进机截割部油缸受力图
从图2对N点取矩 PL1+FL2=0
式中P-----截割机构重量，P=7t
L1----截割机构重心与 N点距离，L1= 1800mm
F——升降油缸活塞杆作用于悬臂支点之力
L2——升降油缸活塞杆与 N点距离，L2= 480mm
实际使用时，L1与L2是个变量。
活塞杆上受力F’=-F=PL1/L2=26.25t
截割机构有两个升降油缸，缸径φ=180mm，由于截割机构的重力使液控单向阀中导阀承受的原始油压
PL2=F'/2Al2=5.16 Mpa
式中 AL——升降油缸大端面积
液控单向阀结构见图2。
由图2可列出P2A3>（P2A2/A1+P1）A4十P3A5+S
式中P2——液控单向阀反向控制压力，该压力同时作用在升降油缸小腔
P3——液控单向阀控制活塞的回油阻力，P3=2MPA
A2——升降油缸小腔面积，A1/A2=0.69
A3——液控单向阀控制活塞大端面积，A3=3.14CM2
A4——液控单向阀中导阀作用面积，A4=0.33CM2
A5——液控單向阀控制活塞小端面积，A5=2.64CM2
S——弹簧的预压力，S=20 N
将上式整理得反向控制压力
P2>（P1A4+P3A5+S）/（A3-A2/A1A4）=2.47MPa
3、平衡阀组成的升降回路的工作原理
3.1平衡阀的应用
平衡阀是一种压力阀，用于控制对双向执行原件回油的侧压力。它以其设定的压力要求回油的闭锁，（设定压力约大于最大负载压力的15%）并克服移动负载的压力，更合理的解决了油缸下降动作平稳控制的问题，消除了截割部升降油缸窜动带来的对液压系统压力的冲击和对机身振动的影响，有效的提高了掘进机作业中的安全性和稳定性。
3.2改进后的截割部升降回路
该回路用平衡阀代替了液控单向阀和限速阀的组合来消除升降油缸工作时液压系统压力变化的现象，利用平衡阀随负载变化改变其锥阀开启度的平稳开启特性，使截割部的下降速度基本不受截割部重力加速度的影响，保持了截割部平稳下降，当回路不工作时，平衡阀中的单向阀锁住油缸活塞腔的液压油，使截割部保持不动。改进后截割部升降控制液压回路见图三。
1、手动换向阀 2、平衡阀 3、升降油缸
图3、改进后截割部升降控制液压回路示意图
4、改进后效果
改进后的截割部升降回路中，采用平衡阀代替液控单向阀和限速阀（分配阀）的组合更合理的解决了油缸下降中不能平稳控制的问题，消除了截割部升降油缸窜动带来的对液压系统压力的冲击和对机身振动的影响，有效的提高了掘进机作业中的安全性和稳定性。
5、结 语
根据朱家湾煤矿EBZ-160型掘进机在井下使用的实际情况，通过对平衡阀在截割部升降回路系统上的使用，替代了液控单向阀和限速阀（分配阀）组合的繁琐系统，实现了截割部的平稳升降，同时也简化了液压系统。经过实践检验，性能稳定，运行平稳，至今未出现任何问题，给井下综掘工作带来了很大的经济效益和安全效益。
参考文献：
[1] IMM佳木斯煤矿机械有限公司EBZ-160掘进机使用说明书
[2] 徐瑞云 《液压传动技术》 山东科学技术出版社 2009.3
[3] 朱新才 《液压传动与气压传动》 冶金工业出版社 2009.5
[4] 李振军 《液压传动与控制》 机械工业出版社 2009.5
[5] 张利平 《液压气压传动与控制》 西北工业大学出版社 2012.7
摘要：通过对掘进机截割部在生产运行中常见问题的分析与了解，截割部会出现液压系统控制油量窜动的现象，导致升降油缸在升降时，出现抖动，影响机体的机械部件链接强度和造成部分机械部件的损坏。我矿通过对掘进机截割部升降液压回路进行了改进，使掘进机截割部升降时机体比较稳定，较好的满足了生产。
关键词：掘进机；截割部；平稳升降；平衡阀；液控单向阀
0、引言
云南东源镇雄煤业有限公司朱家湾煤矿于2011年投入使用的EBZ-160型悬臂式掘进机，其截割部的升降是由一对油缸组合的伸缩来完成的。在油缸伸缩（特别是在回缩）时，由于承载了整个截割部的重量，需要对下降的速度进行很平稳的控制。该机出厂设计升降液压系统的平稳性是通过控制系统中的液控单向阀实现的，通过我矿在工作中的探索，将液压系统中的液控单向阀改为平衡阀，在使用中取得了较好的效果。
1、截割部升降液控单向阀的工作原理
该回路由手动换向阀、液控单向阀、限速阀以及升降油缸组成。其动作为上升时，液压油经手动换向阀、限速阀、液控单向阀进入升降油缸活塞腔，使截割部上升；下降时，液压油经手动换向阀进入升降油缸活塞腔，同时打开限速阀和液控单向阀，使活塞腔回油，截割部下降。当液控单向阀打开，截割部下降时，由限速阀提供背压，控制回油流量，使截割部平稳下降。当截割部不动作时，由液控单向阀锁住油缸活塞，阻止截割部下降。
在机器运行工作时，截割部下降会出现突然停止，再下降，再突然停止的运动反复间断现象，由于悬臂很长，因此，对机器振动很大，长期工作后会造成机械部件损坏。液控单向阀、限速阀组成的升降回路示意图，见图一。
1、手动换向阀 2、限速阀 3、液控单向阀 4、升降油缸
图1 液控单向阀、限速阀组成升降油缸示意图
2、掘进机截割部油缸受力状况分析
从回路上初步分析，截割部下降时，该组合中的限速阀先于液控单向阀开启，否则油路不通，液控单向阀打不开，其次当液控单向阀开启时，限速阀的开口已开启较大，不能及时提供有效的背压来消除压力变化现象。下面对该机构回路进行粗略计算。掘进机截割部油缸受力图，见图二.（以下计算不计摩擦等其他阻力）
图2、掘进机截割部油缸受力图
从图2对N点取矩 PL1+FL2=0
式中P-----截割机构重量，P=7t
L1----截割机构重心与 N点距离，L1= 1800mm
F——升降油缸活塞杆作用于悬臂支点之力
L2——升降油缸活塞杆与 N点距离，L2= 480mm
实际使用时，L1与L2是个变量。
活塞杆上受力F’=-F=PL1/L2=26.25t
截割机构有两个升降油缸，缸径φ=180mm，由于截割机构的重力使液控单向阀中导阀承受的原始油压
PL2=F'/2Al2=5.16 Mpa
式中 AL——升降油缸大端面积
液控单向阀结构见图2。
由图2可列出P2A3>（P2A2/A1+P1）A4十P3A5+S
式中P2——液控单向阀反向控制压力，该压力同时作用在升降油缸小腔
P3——液控单向阀控制活塞的回油阻力，P3=2MPA
A2——升降油缸小腔面积，A1/A2=0.69
A3——液控单向阀控制活塞大端面积，A3=3.14CM2
A4——液控单向阀中导阀作用面积，A4=0.33CM2
A5——液控單向阀控制活塞小端面积，A5=2.64CM2
S——弹簧的预压力，S=20 N
将上式整理得反向控制压力
P2>（P1A4+P3A5+S）/（A3-A2/A1A4）=2.47MPa
3、平衡阀组成的升降回路的工作原理
3.1平衡阀的应用
平衡阀是一种压力阀，用于控制对双向执行原件回油的侧压力。它以其设定的压力要求回油的闭锁，（设定压力约大于最大负载压力的15%）并克服移动负载的压力，更合理的解决了油缸下降动作平稳控制的问题，消除了截割部升降油缸窜动带来的对液压系统压力的冲击和对机身振动的影响，有效的提高了掘进机作业中的安全性和稳定性。
3.2改进后的截割部升降回路
该回路用平衡阀代替了液控单向阀和限速阀的组合来消除升降油缸工作时液压系统压力变化的现象，利用平衡阀随负载变化改变其锥阀开启度的平稳开启特性，使截割部的下降速度基本不受截割部重力加速度的影响，保持了截割部平稳下降，当回路不工作时，平衡阀中的单向阀锁住油缸活塞腔的液压油，使截割部保持不动。改进后截割部升降控制液压回路见图三。
1、手动换向阀 2、平衡阀 3、升降油缸
图3、改进后截割部升降控制液压回路示意图
4、改进后效果
改进后的截割部升降回路中，采用平衡阀代替液控单向阀和限速阀（分配阀）的组合更合理的解决了油缸下降中不能平稳控制的问题，消除了截割部升降油缸窜动带来的对液压系统压力的冲击和对机身振动的影响，有效的提高了掘进机作业中的安全性和稳定性。
5、结 语
根据朱家湾煤矿EBZ-160型掘进机在井下使用的实际情况，通过对平衡阀在截割部升降回路系统上的使用，替代了液控单向阀和限速阀（分配阀）组合的繁琐系统，实现了截割部的平稳升降，同时也简化了液压系统。经过实践检验，性能稳定，运行平稳，至今未出现任何问题，给井下综掘工作带来了很大的经济效益和安全效益。
参考文献：
[1] IMM佳木斯煤矿机械有限公司EBZ-160掘进机使用说明书
[2] 徐瑞云 《液压传动技术》 山东科学技术出版社 2009.3
[3] 朱新才 《液压传动与气压传动》 冶金工业出版社 2009.5
[4] 李振军 《液压传动与控制》 机械工业出版社 2009.5
[5] 张利平 《液压气压传动与控制》 西北工业大学出版社 2012.7