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        采煤機液壓制動系統(tǒng)的研究分析

        2018-11-28 08:41:10張選奎
        機械管理開發(fā) 2018年11期
        關鍵詞:油液采煤機管路

        張選奎

        (山西汾西礦業(yè)集團有限責任公司雙柳煤礦, 山西 呂梁 033300)

        引言

        采煤機作為煤礦綜采三機配套中最重要的設備之一,肩負著采煤和落煤的任務,隨著煤炭開采深度的不斷增加,煤炭開采的難度不斷加大,大傾角的煤層不斷涌現(xiàn),當采煤機在大傾角的巷道內(nèi)開采時一旦其制動系統(tǒng)發(fā)生故障,導致采煤機沿著傾斜的巷道下滑,輕則導致設備的損壞,重則會導致嚴重的人員傷亡事故,造成惡劣的社會影響[1],因此采煤機的液壓制動系統(tǒng)對確保煤礦的安全生產(chǎn)具有十分重大的意義。采用AMESim仿真分析軟件對采煤機液壓系統(tǒng)的工作情況進行仿真分析,對影響液壓制動系統(tǒng)的各參數(shù)進行分析,對優(yōu)化采煤機制動系統(tǒng)具有十分重要的意義。

        1 采煤機液壓制動系統(tǒng)的工作原理

        以某采煤機的液壓制動系統(tǒng)為分析對象,其液壓系統(tǒng)的組成如圖1所示。可知采煤機液壓制動系統(tǒng)中,采煤機的制動裝置設置在牽引電機軸的端部,采煤機在工作過程中如果遇到故障或者忽然停電等事故時,控制系統(tǒng)會給電磁閥一個信號,控制電磁閥斷電,使制動裝置內(nèi)的液壓油和油箱連通,儲存在制動裝置內(nèi)的高壓油液迅速流回油箱內(nèi),使制動裝置在碟簧的作用下壓緊摩擦片,產(chǎn)生一個制動的力矩,從而控制采煤機的下滑[2]。當采煤機的故障排除后,啟動液壓系統(tǒng),向制動裝置的油箱內(nèi)供油,使制動系統(tǒng)的制動盤的碟簧壓縮,使摩擦片和采煤機脫離,控制采煤機向前運行。

        2 采煤機下滑時受力分析及制動時間要求

        采煤機在大傾角巷道內(nèi)下滑時的受力如圖2所示。

        由圖2可知,要制止采煤機的下滑,所需要的最小制動力F可表示為:

        圖1 采煤機液壓制動系統(tǒng)原理圖

        圖2 采煤機下滑時的受力簡圖

        式中:F為采煤機所需的制動力;f1為采煤機的下滑力;f2為輸送機和采煤機間的摩擦力;μ為輸送機和采煤機間的摩擦系數(shù),取0.18;θ為巷道傾斜角,取30°。

        該采煤機的質(zhì)量為110 t,計算可得,要制止其下滑,所需的最小制動力需達到363.1 kN以上。

        在制動機構執(zhí)行制動動作時,其制動盤上的制動扭矩Tz可表示為[3]:

        式中:T1為制動時的制動扭矩,900 N·m;i為傳動比,250.29;φ為制動時的傳動效率,0.876.

        液壓系統(tǒng)在制動時的總的制動力FZ可表示為:

        式中:r為制動輪半徑,260 mm。

        代入數(shù)據(jù)計算得FZ=1517.91 kN。

        由此可得采煤機在制動情況下的安全系數(shù)SZ為:

        代入數(shù)據(jù)計算得SZ=4.2。

        假設采煤機在傾斜度為30°的傾斜巷道內(nèi)工作時,由以上分析可知,采煤機在下滑時的制動加速度a可表示為:

        代入數(shù)據(jù)計算得a=10.99 m/s2。

        采煤機在下滑力作用下的加速的可表示為:

        代入數(shù)據(jù)計算得t2=0.3 s。

        當采煤機的制動系統(tǒng)開始工作時,采煤機的下滑時間可以表示為:

        式中:V為制動器油箱內(nèi)液壓油的體積,取120 mL;Q為制動時的排液流量,取400 mL;

        代入數(shù)據(jù)計算得a1=3.45 m/s2。

        在制動過程中制動器的排液時間t2可表示為:

        式中:V0為采煤機運行時的最大速度,取0.83 m/s。

        代入數(shù)據(jù)計算得t1=0.17 s。

        由此可計算出采煤機制動時所需的時間t=t1+t2=0.2 s。

        3 采煤機液壓制動系統(tǒng)仿真模型的建立

        在建立液壓制動系統(tǒng)的仿真模型時,各液壓制動系統(tǒng)元器件的參數(shù)設置如表1所示。

        表1 液壓制動系統(tǒng)的仿真參數(shù)

        利用AMESim仿真軟件建立采煤機液壓制動系統(tǒng)的仿真分析模型,如圖3所示。

        4 采煤機液壓制動系統(tǒng)仿真分析

        管路是連接液壓系統(tǒng)各組成元器件的通道,是供液壓油在系統(tǒng)中流動的血管,不同的管路直徑在工作中對液壓油的液阻不一樣,因此為了研究管路的直徑對液壓系統(tǒng)工作特性的影響,利用AMESim仿真分析軟件,在保持其他仿真參數(shù)不變的情況下,分別對管路直徑為8 mm、15 mm、25 mm、35 mm時的液壓系統(tǒng)運行情況進行仿真分析[4]。結果如圖4所示,當管徑為15~35 mm時,其在執(zhí)行制動動作時,管路內(nèi)油液的壓力下降為0的時間隨著管徑的增加而增加,即液壓系統(tǒng)制動時間會隨著液壓系統(tǒng)中管路直徑的增加而增大,在管路直徑為8 mm時液壓系統(tǒng)壓降為0時的時間最長,這是因為在管路直徑過小時,其內(nèi)部油液在流動過程中所受的液阻增加,導致油液流動速度降低導致的,由此可知,管路直徑對液壓系統(tǒng)的響應時間有巨大的影響,為了確保系統(tǒng)具有較高的制動響應速度,需要合理的選擇管路的直徑。

        圖3 采煤機液壓制動系統(tǒng)的仿真模型

        圖4 不同管路直徑下液壓缸制動壓力曲線

        為了驗證管路的長度對液壓系統(tǒng)工作特性的影響,利用AMESim仿真分析軟件,在保持其他仿真參數(shù)不變的情況下,分別對管路長度為1 m、2 m、4 m、8 m時的液壓系統(tǒng)的運行情況進行仿真分析[5]。結果如圖5所示,隨著管路連接長度的增加,液壓制動系統(tǒng)在制動時所需要的時間就越長,特別是當管路長度為4 m時,其制動時間約為0.29 s,當管路長度為8 m時,其制動時間為0.5 s,已經(jīng)超過了煤礦安全規(guī)程規(guī)定的0.3 s的極限,因此該液壓制動系統(tǒng)在選擇管路長度是需要確保管路長度在4 m以內(nèi),由此可知,管路長度對液壓系統(tǒng)的響應時間有巨大的影響,為了確保系統(tǒng)具有較高的制動響應速度,需要合理的選擇管路的長度。

        圖5 不同管路長度下液壓缸活塞桿位移曲線

        5 結論

        采煤機液壓系統(tǒng)的管路長度和直徑對采煤機液壓系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和制動時的響應速度具有重要的影響,合理地選擇管路的直徑和長度能夠極大地提高液壓制動系統(tǒng)的響應速度和工作穩(wěn)定性,對確保采煤機的正常工作具有十分重要的意義。

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