极薄煤层采煤机液压锁的研制及实验分析.pdf

1 9 9 O 钽 1 1 月 第 1 3 卷第 6期 适 大学学报 ] OURNAL OF C HOXGQI NG UNI YrRS I TY Vo 1 ． 1 3 ， № ． 6 No v． 1 9 9 0 极薄煤 层采煤 机液压锁的 研制及实验 分析 DEVEL OPMENT AND EXP ERI MENTAL ANALYS I S oF HYDRAULI C ． - LOCK OF THE THI NNES T C OAL S EAM S HEARE R 田渡 重庆市机 电设 计研究院 阴正 锅 Yi n g Zhe n g x i 重庆 大学 摘要 介翔了 一种新 研制的极薄煤层呆煤 机液压锁 的结构特点及工 作原理 ． 并对其进行了性能实验。实验表明．该液压锁性能 良好 能满足极薄煤层采媒机滚 筒 的 锁 紧 和 浮 动” 要求。 关 键 调极薄煤层采 煤机 ；液压锁 浮动 中国 国书资料分类 法分类 弓T D4 2 1 ． 6 ABS TRACT Th e s t r u c t u r e a n d wo r k t h e ol y G a n w t y l e o f h y d r a u l i c l o c k o f t he t h i n n e s t c o a l s c a re s h e a r e r i s d e s c r i ke d i n t h i s pa p e r ． I t s p e r f o r ma n c e t e s t s h a v e b e e n d o n e t h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e p e r f o r ma n c e o f h y d r a u l i c 1 o c k i s s a ri s f a c t o r y a n d c a n b e f i t f o r t he n e e d s o f l o c k i n g a n d f l o a t i n g o f t h e c u t t i n g d r u m o f t h e t h i n n e s t c o a l e a 1 “r l s h e a r e r ． KEY W ORDS t h i n ne s t C O a l e a m s h e a r e r h y d r a u l i c 】 o c k． f l o a t i n g 0 概述 目前 ，世界 各国 已先 后研 制出 了一批瓶型 高教 的薄煤 层采l煤机 ，使 薄煤层机 械化 开采程 度大大提 高 。由于薄煤层 空 间狭小 ．采煤机 尤其是 极薄煤 层采煤机 使 用过程 中经 常出现 忙死 现象 ．若 能使采煤机 后滚 筒处 于 浮动”状态 ，则 可大 大减 少 出现 “ 卡 死 现象 的 儿率。一般极薄煤层采煤机工作时是 时滚 筒剂煤．后滚筒不工作 ．若后滚筒能处于 “ 浮动” 状态，则解除了采煤机多支点支承状态， 曲滚筒间距就好象缩短丁一样 ， 极大地提高了采煤机 的通过性能 这样 ，因重力作用． 洋动 的后滚筒在运行过程中始终与煤层底板接触，且 收文 日期I 9 8 9 0 6 ’ 2 8 维普资讯 第 1 3 卷第 6期 田 波等极薄煤层采煤机液压锁的研制及实验分析 随底板 起伏而相 应变化 因 此，设计具 有 “ 浮动 ”功 能的 滚 筒调 高系统 就显得 ’ 分必要 。图 1 为一具 有“ 锁 紧” 和 浮 动”功能的调商系统．液压锁 4可锁紧滚筒进行作业 ，利 J1 1 液控单 向阀 6 ． 7即可使滚 筒处于 浮动 ”状态 。可以看出 ， 实现 采煤 机 后滚 筒 “ 锁紧” 和 “ 浮动 是 分别 用 元 件 4和 6 ． 7来实现的． 能否设 计出一种具备 锁紧 和 浮动 ”双 重功 能的液压 元件 呢本文所介绍 的新型液 压锁作 了肯定 的 答复 1 液 压锁 图 I 根 据极薄煤 层采煤机 的特 殊要求 ．研 制出了具 有多功能 的液雎锁 ．该 锁 由阀壳 、 控制活塞 、 过 渡活塞 、锥 阀 、阀座等零件组成 。其结构 特点是 控制 活塞 由普通液 压镀 的整体式 改为分离式 ；且 两控 制活 塞间与控 制油路相通 。当控制油液进入 该润时，此阀有 “ 浮动”功能，否则就只有 。 锁紧”作用。 1 ． 1 工 作黑理 结合调 高系统图 2 说弭 新型 液压 锁4 的工作原理 当换 向 阔3 赴 于左位时 ， 压 力油经C端 打开 左锥 阀 至调 高 油缸 无杆 腔 ， 同时． 压力油将两控 制活 塞整 体推 向有侧 ，顶开右侧锥 阀 卫 ，有 杆腔 油液经右侧锥 阀 至油箱 ， 形 成回路 ， 滚筒上升 当 换翻搁处于 右位时 ． 有上述柏反动 作 ． 滚 筒下降 ；若滚筒位 置 合适 ，使 换 向阀处 中位 ， 则两侧锥 阀关闭 ， 封 死调 高油 缸两腔 油 液 ， 滚筒被 锁紧， 采 煤机进 行作业 。若 要滚筒 浮动 ，接 通控制 油路 K，控制雅 力油便推动两控 制活塞 移 向两侧 ，分 别顶 开左右锥 阀 ，调 高油 缸两腔 均与油箱 连通 ．滚 筒就处 于 浮动”状态 ．须指出液压锁的 ” 锁紧 ”和 浮动 功 能 对某 一溶 筒来说不是 同时 发生的 ；而是划前 后滚 筒分别 同时存 在的 ．即 [作滚 筒被 锁 紧 ，非工 作滚 筒处 于 浮 动 状态 。 1 ． 2 控制活塞的液 压 卡紧 力 为了能可靠地按需要使采煤机滚筒升降和 处 于 浮 动状 态 ，就要求液压锁控制 活塞 移动灵 活 不允 出现 “ 卡 死 现象 。控 制活塞 在移 动过程 中不可避免地受到液压 卡紧力的 作用 ；因而 ．分析液压卡 紧力及找出减 少宅 的措施是十 分必 要的 ．液压卡 紧力 与有关 参数 的关系 可表示 为[ 2 ] _ ， 一 j 图 2 维普资讯 重庆大学学艘 l 9 9 q 年 式 中 工、D、 、△ 、p 、 分别为控制活塞 的导 向长度 、直 径、锥度 、 边配 台 间隙两和 侧压 力 l I 1 _ 』 式可矧 ，F引乞值 ／ △ 耵 很大关系 ，图 3为F／ L D p 一 ， 与比值 t ／ , r 的关系 I} I { ， 、 线． 可以 看出， 当【 0 ． 9 时，硝 最大液压卡紧力 F 0 ． 2 7 L D I 一 。 。而 按此式计 算的液压卡紧力 是相当大 的 ，尤 其 住压差较高场合 因而 必须 设法降低 一般 采 用开 设均压 槽 的方法，此时液压卡紧力 _F 。 可表示为 F “一0 ． 2 7 ； ．K L D p 一 。式中 为卡 紧力系 数 如开 设一、三 七条 均压 槽其戗分别 为 0 ． 4 0，0． 0 6 和0 ． 0 2 7 ． 设计 时 按F ． 计算 。 ’ 2 “ - ＼ f t A r 圈 3 圈 4 T ． 3 单边 蕾合 闻障 的确 定 在一定范围内单边配台间隙△ ， {’冉 增大可降低液雎卡紧力 ，使话塞移动轻巧 但另一方 面 ， 的增大 ，却 又大大增加 广 控制 活塞的泄漏 量 ，有下面关 系Qo c A r ．所 以 ， 单 边配 合 间隙△r 的确定 要综 合地、全面 地考虑 ，以求得卡紧力与泄漏 量的最佳 匹配 。实际设计时可根 据图 4 所示姆威特希 6 b a i m o w i t c h曲线来确定 。在该图中．最大 间隙曲 线表示受泄漏量 限制 所给 出的间隙堆大 值 ，最小 间隙 曲线 表示 保证 活塞 动作可靠性所给 出的间隙最小值 。_ 由 于采煤机液压锁动作可靠性较泄漏量重要．因而在确定单边配合间隙时，取接近最大问隙曲 线值 。 T ． 4 两个 尺寸关 系的确 定 桩进行液压锁总体没计时．必须处丑 I【 好两个关键的尺寸关系 ，才 能保证 滚筒 具．自 浮 动”功能 1 ． 4． 1 活塞直 径D 与锥 阀阍 口直径D 的关 系 对于锁紧状态的液压锁进行解锁，是靠控制压力推动控制活器顶开锥阀阀苗，沟通调高 油 缸两腔 进行的 因 此 ，必 须有 P D 一d ； P I D； F 式中，P J 为控制压力； 为液压锁出口闭锁 力； 为活塞轴颈直径 ；F为其它阻力 。 也就 是 要求 控制压力 有足 够力 髓推 开锁紧 的锥阀阀芯 ，才能解锁 ． 1 ． 4． 2 控 制油 r 】 直径 D。 与控制 }舌塞 最大位移 量s ． 。 的关 系 ； 维普资讯 埭1 3 箍第6 期 田 波等设薄煤层采煤机液压锁的研制及实验分析8 9 要使采煤机滚筒从锁紧状态转换为浮动状态 ，除 _r 应有足够控制压力外 ．还必须满足 D 2 S 图5 口 为澉 压锁两控制活塞 处 于巾位 时的情揽 ，活塞 1 ． 2 的移 动可操纵滚 筒的升降 。 6 为调 整滚筒位置 时控制 活塞产 生最 大位移s 的情 ，此时Do ≥ 2 s ，只 要通 入控制压力油 即可 解锁 。 为调整滚 筒时出现 的另一种情况 ，此时D o ≤2 s 控制 压力油 已不能进入两活 塞 之间，滚筒 就无法转 为 “ 浮动”状态 2 j ． } 3 一 l L 1 I广 1 l r J a 图 6试 验 系统 原 理 图 由于该液压锁 为新结构 ，必须进行实 验以考察其性能 是否达 到要求 根据液雎锁试 验规 范及采煤机 的使 用要求 ， 需 要进行 开启压力 、 压力损失 、 泄漏 量 和控 制 压 力等 几 方面测 试 ．因而设计 了如 图 6所 示的液压 锁实验 系统 。 液压锁 的开 启压力 和压 力损 失都 是利 用压力传感器 来测试的 一 般希望 有尽 可能小 的开 启压力 和压力 损失 。泄漏量为液压锁 主要测试项 目之～ ．采 煤机工 作时要求液压锁泄 漏量尽 可能小 ，才能 保证 正常 - E I E ，且液压锁 醺受 的载荷可分 为静态 载荷 和动态载荷 ．根据 滚筒 式采煤机试验规范 ．静态载荷性能试验是考察采煤机未工作时锁紧系统对滚筒和摇臂韵锁 紧情况 ．动态载荷性 能试 验灶考 察采煤机 工作 时锁 紧系统对脉动 的 切割 阻力 作用下的锁紧情 况 。静 动态载荷 分别 由泵～ 缸加载系 统和泵一 马 达加载系统进 行加载 ， ， 泄漏量 用量杯 在阗 维普资讯 重庆大学学报 l 9 9 0 互 的进 口端 进行 测试 ．控制压力是j l J 来 打开处于锁紧 状态 的液压锁 ．它不仅要克服液压锁出 口 闭锁压力 两 且还受克服控制话 张 n 三 卡 紧力 。 { I 4 6 试 时 咐压 力传感器 来进行 ，观察其 锁 紧压力 发生突降仆 卡 对 的控制 { 力 _ l l】 样 地 ，控制压 电 r 静态动控制 儿 { 力羽I 动态控制 力 之分 8 实验 结果 分析 3． 1 开启压 力 对该液 压锁的 f ； { 力逃暂 多次1 刚试 取 平均 做 作为谚 锁 蚋开 瞄压 。 实验结球 见 麦 l。 表1 开 窟压 力 1 0 P t 该 液压锁两锥 阀的开启 力分别 为o 2 5 1 0 8 p 和O． 2 7 l O P ． ．根姑有关 标准 ．要 求液 压锁 开启压力 不得大于0． B 51 0 。因而 ，该阀 的开 启压 力 符台要 求 ． 3 ． 2 压 力掼戋 力 搅失的 实测结果见袭 2 襄 2 镶 ■压 力扭 失 1 0 P 撒 数 1 2 3 1 5 I 6 f 7 8 I 9 }1 0 一 平 均 一～一一⋯ ～ ～ ～一． ．． ． ． 锥阎1 1 ． 9 2 l 9 3 1 ． 91 1 ． 08 1 8 6 l 0 1 1 ． 9 2 1 ． 9 4 1 ． 8 9 1 ． 9 4 1 ． 9 锥闽- 2 3 ． 0 5 2 ． 9 0 3． 1 0 3 ． 3 0 2 ． 9 5 2 ． 9 7 2 ． 9 7 2 ． 9 7 3 ． 2 5 3 ． O ff 3 ． 0 5 惭侧锥阀握力损失 分别为 1 ． 9 2 1 0 P ．3 ． 0 5 1 0 j P 。 其 不等原 因 是因过 渡活 塞 和 弹 簧所 致 根据 有关标 准 液压锁压力损失 不得大于5 l D - ，因而 ，该阀的压 力损失 符合要求 ． ‘ 3． 3泄蔫 量 首先考察该液 压锁 在静态 载荷 作 下的泄舔 情况 。前面 已经 提到 ，静态 载衙 由摇 臂和滚 筒 的重 量引起 。该阀主 要用在MG1 5 0 一 WD型 极薄煤 层采煤机上 ，参考其有 关 资料 可知 作 用 在该液 压锁 上的静 载为 】 T ． 5 8】 o P “。为考察该阀 在不 『 司载荷 作用 下的泄 漏情 况 ，实 验时静态 载荷取下列值 1 0 】 0 P ． ， o l 0 P ． ．3 0 1 0 。 。结果表明， 在三种静态载荷 作用 下 ，该 液压锁 两进油端 在五分 冲内均 无泄漏 达到 了采煤机 试验规范 规定的 五分钟 无 泄漏 标准 ，说明谈液 压锁静态性 能 良好 。 采煤机滚筒 田割 时 ，承受脉动 找荷 ．因而考 察 液艟 锁在动载 作用 密封性 能具 有重 的 意义 。但 至今 阳家 有关 部闷还 没 删定 Ⅲ动卷 泄漏标 准 ． 此 ， 实验 q 一 作 为参考 仍采用 在 垃油端 观察五 分钟内蚺 泄黼情 况 来 开价动惫 性能实验 结粜表叫 ．该 液压锁 在 动载 力 维普资讯 奄1 3 卷第6 期 田 波等 极薄 煤层采 煤机液压锁的 研制及实验分析 9 7 9 6 6 s i n c o t 1 0 作用下对不 I 可 频率 。均能保证五分钟 内无泄漏现象 。 3 ． 4控斜压 力 静态载荷作用下的』 _ JJ 变化 曲线J l 图 ，曲班①为静载压力曲线，曲线④为控制压力曲 线 ．该 图定性地 、直 观地显示了解锁 时压力变 化情 况 对液压锁上 静载压力为 7 2 t 0 ． 时 进 行解锁实验 ，结果 见表 3．平 均控制 压力 为2 6 ． 91 0 5 Pa ，它 为静载 压力 的3 7 ． 历 ． 功态载荷作用下的压力变化曲线见图 8一曲线 为动态 载荷压力抽线 ，曲线 国为控制压 力 曲线 。从 实验 曲线上 看出 ，动 载解 锁 总 是 在 m抑处 ．对动载 T 96 n ∞ 1 o s i 时 的 液 压锁进行解锁 ， 多次测试的控 制压力结果 见表 4。 试验的最小 动 态载荷P mi n 1 3 1 0 s Fa 。 得平均控制 压力 控4 ． 7 3 O Pd ．它为最小动态 载荷的 3 6 ． 4 q o ． 嘲 7 静 粒 时控 制压 力 曲线 圈 8 动粒 时控制 压 由 曲线 襄 5 ■t按翻压 力 1 o ‘ P 次 数 l j 3 I 4 5 6 7 8 I 9 1 0 平 均 控 制 压 力 2 6． 9 2 7 ． 3 2 7 ． 1 2 6 ． 4 2 6 ． 7 2 6 ． 9 2 7 ． 0 2 7． 3 2 6 ． 8 2 6 ． 6 2 5 ． 勺 裹 4 动态控翻压力 1 o n P ． 控 制 压 力 根据液控单 向阀设计原 则 ．控制压 力应为工 作压力 的3 0 4 o 缅 ．试验结 果表明 ，无论静 载控制压力 ，还是动 载控制压力 均能满足 要求 ． 4 结论 通过对新研制 的液压 锁的结构分 析和实验考察 ．可以得 出以下几点结论 1 ． 该液压锁设计台理，能用以实现极薄煤层采煤机滚筒的 “ 锁紧”和 “ 浮动 ”．从而 减少了采煤机 “ 卡死 的可能性 ．提高了极薄煤层采煤机的通 过能力 ． 2 ． 该 液压锁的性能指 标 ．尤其是泄 漏量和控制压力 指标 ，均达 到有关标准 ，能满 足使 用 要求 。 3 ． 该诚 压锁外形 尺寸小 ．能适 应极薄煤层采煤机 的要求 ． 逃 维普资讯 庆大学学报 1 自 9 O 年 参考文献 [1 阴正锡’爬 底板双滚筒采煤 机调 高、调斜 系 统 的探讨 ．重庆 大学学报 ， 1 9 8 7 1 0 8 6 1 6 6 2] 何存兴 ，液压元件 ．北 京机械 工业 出版社 ，1 9 8 2 [ 3 ] 束 鸿尧，丁忠尧，液压阀设计与计算，北京．机械工业出版社，1 9 8 j 4】 C O n wa y ，H．G．F l u i d Pr e s s u r e Me * h a n i s ms l 9 7 4 5 煤 炭工 业部标准 。MT 8 l - 8 4 滚筒式采煤 机试 验技术规范 ， 。 神． 。i ’ 掣尊 I ’ 矗 再 矗 。 l _， 维普资讯