胡 昊

（山西潞安集團(tuán)機(jī)電處， 山西 長(zhǎng)治 046000）

引言

煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備是煤炭生產(chǎn)中的重要設(shè)備，其任務(wù)是在礦井內(nèi)運(yùn)輸除煤炭之外的材料、設(shè)備和人員等。煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備的生產(chǎn)和使用必須適應(yīng)煤礦輔助運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，即：運(yùn)輸線路交錯(cuò)連接，復(fù)雜多變；運(yùn)輸?shù)攸c(diǎn)分散，環(huán)節(jié)多；運(yùn)輸對(duì)象繁多，特性各異。這使得煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備具有結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性、類型多樣性和數(shù)量眾多性。隨著當(dāng)前煤礦井下大量輔助運(yùn)輸設(shè)備的應(yīng)用，能量的利用效率是人們需要關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題[1]。

1 潞安集團(tuán)漳村煤礦運(yùn)輸設(shè)備存在問(wèn)題

在潞安集團(tuán)漳村煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備中，很多的驅(qū)動(dòng)部分用到了液壓驅(qū)動(dòng)，這是由液壓驅(qū)動(dòng)本身的優(yōu)點(diǎn)決定的，比如功率質(zhì)量比大、出力大、體積小、能量傳輸比機(jī)械傳輸方便靈活，與電氣設(shè)備相比，適用于井下有瓦斯等易爆場(chǎng)合。煤礦井下輔助運(yùn)輸設(shè)備中所用的液壓系統(tǒng)，往往包含了為了滿足各種控制要求的控制閥，控制閥是采用節(jié)流原理工作的，工作當(dāng)中會(huì)有大量的能量損失，液壓系統(tǒng)效率較低，影響整機(jī)的能量利用效率，造成大量的浪費(fèi)，從目前煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備中液壓系統(tǒng)的使用情況來(lái)看，液壓節(jié)能問(wèn)題考慮的不多，尤其是幾乎沒(méi)有將節(jié)能效果非常好的二次調(diào)節(jié)靜液驅(qū)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用到具體的設(shè)備中[2-3]。

2 二次調(diào)節(jié)靜液驅(qū)動(dòng)的原理與特點(diǎn)分析

2.1 二次調(diào)節(jié)靜液驅(qū)動(dòng)的原理

二次調(diào)節(jié)靜液驅(qū)動(dòng)是指在恒壓網(wǎng)絡(luò)中對(duì)液壓能與機(jī)械能進(jìn)行互相轉(zhuǎn)換的液壓二次元件所進(jìn)行的調(diào)節(jié)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示，主要由二次元件、變量油缸、電液伺服（比例）閥、控制器、測(cè)量元件等組成。

從圖1 可知，二次元件從恒壓網(wǎng)絡(luò)獲得能量，反饋給恒壓網(wǎng)絡(luò)能量的大小與其排量直接相關(guān)，電液伺服（比例）閥輸入電流大小控制變量油缸的流量，進(jìn)而控制二次元件排量。二次元件轉(zhuǎn)速的變化情況由測(cè)量元件進(jìn)行檢測(cè)，并將信號(hào)進(jìn)行傳遞、放大，其結(jié)果決定著變量油缸左右移動(dòng)，通過(guò)二次元件的斜盤(pán)擺動(dòng)來(lái)改變二次元件的排量，使系統(tǒng)跟隨所設(shè)定的輸入信號(hào)工作在某一狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)可以是無(wú)級(jí)變化的。同時(shí)系統(tǒng)時(shí)還利用位移傳感器用來(lái)構(gòu)成內(nèi)部小閉環(huán)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。

圖1 二次調(diào)節(jié)靜液驅(qū)動(dòng)工作原理

因此，二次調(diào)節(jié)靜液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的二次元件對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)速變化的響應(yīng)是依靠自身所形成的閉環(huán)通過(guò)調(diào)節(jié)它的排量來(lái)完成的，不會(huì)改變網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的工作壓力。通過(guò)改變二次元件的斜盤(pán)擺動(dòng)方向，為能量回收和再利用提供可能性。當(dāng)二次元件在泵工況下工作時(shí)，可向系統(tǒng)饋送能量，能量可由蓄能器等形式儲(chǔ)存，也可以直接輸送給其他系統(tǒng)[4]。

2.2 二次調(diào)節(jié)靜液驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)

1）多個(gè)二次元件可以同時(shí)工作在一個(gè)恒壓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上，系統(tǒng)壓力幾乎不變，能根據(jù)負(fù)載需要從系統(tǒng)獲取能量，二次元件之間互不影響，除了電液伺服（比例）閥處可忽略的節(jié)流損失外，系統(tǒng)中其他地方?jīng)]有原理性節(jié)流損失和溢流損失，系統(tǒng)效率極高。

2）二次元件可以在泵工況狀態(tài)下工作，向系統(tǒng)饋送由制動(dòng)、高差等轉(zhuǎn)換來(lái)的能量，實(shí)現(xiàn)了能量的再利用，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的效率。

3）通過(guò)連續(xù)改變二次元件的斜盤(pán)擺角來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的無(wú)極調(diào)節(jié)，并能改變二次元件的轉(zhuǎn)向，操控方便。

4）可將二次元件送的能量?jī)?chǔ)存在蓄能器中，滿足大功率工況的需求，減小液壓泵站的裝機(jī)功率，節(jié)省能源配置。

5）回饋于蓄能器中的液壓能可輔助二次元件啟動(dòng)負(fù)載，減少啟動(dòng)時(shí)間，提高工作效率，并且不會(huì)產(chǎn)生壓力沖擊，延長(zhǎng)元件壽命。

6）二次調(diào)節(jié)靜液驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供了新的液壓控制結(jié)構(gòu)，可采用不同的控制規(guī)律實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等的單獨(dú)控制和復(fù)合控制。

3 二次調(diào)節(jié)靜液驅(qū)動(dòng)在無(wú)軌膠輪車(chē)中的應(yīng)用

3.1 概況

潞安集團(tuán)漳村煤礦位于山西長(zhǎng)治郊區(qū)，經(jīng)多次擴(kuò)建，當(dāng)前實(shí)際生產(chǎn)能力為350 萬(wàn)t/年。技術(shù)改造后，該礦井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)采用了部分WC5J 煤礦用防爆無(wú)軌膠輪車(chē)。該設(shè)備以大功率ZL4110DFB 防爆柴油機(jī)為動(dòng)力，由機(jī)械傳動(dòng)、濕式制動(dòng)、后輪驅(qū)動(dòng)組成。設(shè)備工作制動(dòng)采用液壓系統(tǒng)，安全可靠。但該無(wú)軌膠輪車(chē)耗能較高，造成了輔助運(yùn)輸成本大大增加，針對(duì)這一情況，為了有效提高能源的利用效率，降低輔助運(yùn)輸成本，決定采用二次調(diào)節(jié)靜液驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行改造，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的[5]。

3.2 二次調(diào)節(jié)靜液驅(qū)動(dòng)技術(shù)的改造

經(jīng)分析，決定以無(wú)軌膠輪車(chē)的行走和轉(zhuǎn)向兩個(gè)部分的二次調(diào)節(jié)靜液驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用進(jìn)行研究。改造原理：恒壓變量泵向液壓變壓器、二次元件和變量油缸提供恒壓油源?？刂破鲗?duì)給定信號(hào)、位移傳感器和測(cè)量元件的反饋信號(hào)，按一定算法進(jìn)行計(jì)算得到控制號(hào)，然后把控制信號(hào)經(jīng)放大后輸出給電液伺服（比例）閥，控制進(jìn)入變量油缸的油量，驅(qū)動(dòng)二次元件的斜盤(pán)擺動(dòng)，改變二次元件的排量，使二次元件的輸出轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩與給定信號(hào)相一致。轉(zhuǎn)向控制是通過(guò)液壓變壓器、轉(zhuǎn)向油缸和換向閥實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)，可改變液壓變壓器的變壓比，達(dá)到克服轉(zhuǎn)向負(fù)載所要求的驅(qū)動(dòng)力，左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的互換是通過(guò)換向閥來(lái)切換的，換向閥是在方向盤(pán)和液壓變壓器的過(guò)零位置時(shí)開(kāi)始切換的?；诙握{(diào)節(jié)靜液驅(qū)動(dòng)的行走部分和轉(zhuǎn)向部分，能隨著負(fù)載需要，從恒壓網(wǎng)絡(luò)獲取相匹配的能量，幾乎沒(méi)有能量損失，并可在減速或制動(dòng)時(shí)進(jìn)行能量回收。

4 結(jié)論

目前，對(duì)于煤礦輔助運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械設(shè)備的液壓系統(tǒng)的使用幾乎沒(méi)有考慮到節(jié)能的問(wèn)題。二次調(diào)節(jié)靜液驅(qū)動(dòng)隨著負(fù)載的需要從恒壓網(wǎng)絡(luò)中獲取匹配的能量，能量損失非常之小，并具有能量回收和重新利用的特性，從二次調(diào)節(jié)靜液驅(qū)動(dòng)在無(wú)軌膠輪車(chē)中的應(yīng)用情況來(lái)看，具有很好的節(jié)能效果。但是當(dāng)前，我國(guó)對(duì)于煤礦輔助運(yùn)輸設(shè)備的二次調(diào)節(jié)靜液驅(qū)動(dòng)的研究工作較為落后，也沒(méi)有研究成型的產(chǎn)品設(shè)備，這將是今后煤礦機(jī)械節(jié)能改造的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。