左崗永
(中國煤炭科工集團(tuán) 太原研究院有限公司, 山西 太原 030006)
煤礦井下巷道支護(hù)方式多種多樣,其中錨桿支護(hù)是一種快速、安全、經(jīng)濟(jì)的巷道支護(hù)方式,可顯著提高支護(hù)效果,降低成本,減輕工人勞動強(qiáng)度,改善作業(yè)環(huán)境,保證安全生產(chǎn),有利于采煤工作面快速推進(jìn)[1-2]。錨桿鉆車為支護(hù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的主要載體,是煤礦井下生產(chǎn)至關(guān)重要的支護(hù)設(shè)備[3],液壓控制行走是履帶設(shè)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(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。設(shè)備長距離移動時,功率損失大,發(fā)熱嚴(yán)重,制約整機(jī)的性能。行走和轉(zhuǎn)向功率是整機(jī)使用性能評定的主要指標(biāo)之一。
整機(jī)液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件多,動作復(fù)雜,各執(zhí)行元件對力和速度的要求差別大,且動作頻繁,整機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計時選用負(fù)載敏感開式變量系統(tǒng)。開式變量系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn):
1) 實(shí)現(xiàn)恒功率控制,節(jié)約能源。
2) 通過壓力切斷,實(shí)現(xiàn)過載保護(hù),減少系統(tǒng)發(fā)熱。
3) 通過負(fù)載敏感控制,實(shí)現(xiàn)流量和壓力的匹配,減少系統(tǒng)發(fā)熱,實(shí)現(xiàn)多個執(zhí)行元件同時動作時的無干擾控制[4]。
負(fù)載敏感也稱負(fù)載反饋,主要是依靠負(fù)載壓力控制泵變量的一種閉環(huán)控制系統(tǒng)[5],該系統(tǒng)控制方式的優(yōu)先級為:壓力切斷優(yōu)先于恒功率控制,恒功率控制和壓力切斷優(yōu)先于負(fù)載敏感[6]。
某型履帶式錨桿支護(hù)設(shè)備液壓系統(tǒng)主要由負(fù)載敏感開式變量泵、錨鉆控制系統(tǒng)模塊、行走控制系統(tǒng)模塊、除塵控制模塊、卷纜控制模塊、油缸、馬達(dá)等組成,可完成較為復(fù)雜的錨護(hù)、履帶行走、卷電纜、除塵、加油、工作臺升降、前后穩(wěn)定、臨時支護(hù)等動作。
行走液壓系統(tǒng)主要由負(fù)載敏感變量泵、負(fù)載敏感多路閥、左右側(cè)行走馬達(dá)和行走先導(dǎo)操作閥組等組成。履帶式設(shè)備行走系統(tǒng)參數(shù)如表1所示。
表1 行走系統(tǒng)參數(shù)
行走試驗(yàn)系統(tǒng)主要是對行走系統(tǒng)的功率損失進(jìn)行測試,具體是對行走液壓系統(tǒng)中各主要元件的壓力和流量進(jìn)行監(jiān)測,包括:液壓泵出口壓力和流量、行走閥進(jìn)出口壓力和流量、行走馬達(dá)進(jìn)出口壓力和流量。該系統(tǒng)主要由行走液壓系統(tǒng)、壓力傳感器、流量傳感器、測溫儀、卷尺、秒表、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和微機(jī)系統(tǒng)等組成。
行走試驗(yàn)系統(tǒng)原理如圖1所示,液壓泵排出的高壓油經(jīng)過濾器過濾后進(jìn)入行走閥,通過壓力傳感器7和流量傳感器6進(jìn)行液壓泵出口壓力和流量的檢測,油液經(jīng)行走閥進(jìn)入到左右側(cè)行走馬達(dá),通過相應(yīng)的壓力傳感器和流量傳感器進(jìn)行馬達(dá)進(jìn)油壓力和流量的檢測,通過相應(yīng)的壓力傳感器對馬達(dá)回油壓力和行走系統(tǒng)回油壓力進(jìn)行檢測。操作行走先導(dǎo)控制手柄控制行走閥,實(shí)現(xiàn)整機(jī)行走。
行走系統(tǒng)的功率損失包括4個部分:液壓泵的功率損失,行走馬達(dá)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(dǎo)操作閥組;4-右側(cè)行走馬達(dá);5-左側(cè)行走馬達(dá);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(tǒng)液壓泵輸出壓力;qZ為行走系統(tǒng)液壓泵輸出流量;ηp為液壓泵的總效率。
行走馬達(dá)的功率損失p2:
p2=pZ1qZ1(1-ηZm)
(2)
式中:pZ1為行走馬達(dá)壓力;qZ1為行走馬達(dá)流量;ηZm為行走馬達(dá)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(tǒng)的功率損失為28.8 kW。
行走系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)如表2所示。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可計算得到行走液壓系統(tǒng)的實(shí)際功率損失為29.2 kW。
表2 行走系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)
通過測試數(shù)據(jù)可以看出,實(shí)際功率損失與理論計算基本吻合。行走系統(tǒng)功率損失中,液壓泵、液壓馬達(dá)、液壓閥的功率損失大小相當(dāng),在行走系統(tǒng)功率損失中占絕大部分,管路損失占比小。
通過對行走試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計和測試,并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計算進(jìn)行對比,驗(yàn)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(tǒng)功率損失,可減小液壓泵、液壓馬達(dá)和液壓閥的功率損失,提高液壓泵和液壓馬達(dá)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。