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        掘錨機泵站系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

        2021-12-01 06:35:40金秀宇
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2021年18期
        關(guān)鍵詞:泵站

        高 生 金秀宇

        (三一重型裝備有限公司, 遼寧 沈陽 110027)

        懸臂式掘進機是煤礦巷道、公路隧道、鐵路隧道、水利隧道等隧道成型過程中最重要的設(shè)備,而掘進機的性能對整個巷道成型的速度及質(zhì)量起關(guān)鍵性作用。尤其在條件相對惡劣的井下作業(yè)時,確保掘進設(shè)備穩(wěn)定地運行,滿足掘進機的可靠性最為關(guān)鍵。液壓泵站作為整臺設(shè)備的“心臟”,為設(shè)備各執(zhí)行元件提供動力,確保設(shè)備平穩(wěn)運行,其作用毋庸置疑。

        0 背景

        目前傳統(tǒng)的液壓泵站上的油泵電機組件和油箱采用呈直線設(shè)置的布置方式設(shè)在掘進機的機體上,吸油過濾器位于油箱的內(nèi)腔中且固定在內(nèi)腔靠近油泵電機組件一側(cè)的腔壁上,吸油管的第一端與吸油過濾器連接,吸油管的第二端與油泵電機組件連接,而油泵電機組件和油箱采用前后直線布設(shè)方式,在掘進機進行下山作業(yè)時,由于油箱內(nèi)液體前傾,可能會出現(xiàn)吸油過濾器露出液體的情況,從而導致油泵電機組件上的柱塞泵無法吸入液體,不但會造成掘進機無法完成作業(yè)動作,還會使柱塞泵磨損嚴重,影響壽命。由于可能導致柱塞泵吸空問題,所以限制了掘進機適用坡度,無法完成大坡度作業(yè)。

        1 泵站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點及功能

        液壓泵站系統(tǒng)包括油箱組件、油泵電機組件、多路控制閥、平衡閥、先導閥、液壓馬達、油缸、相關(guān)油管和密封零件等。采用液壓系統(tǒng)對執(zhí)行元件進行控制。而流量控制是通過負載變量泵和負載閥共同配合完成,壓差信號由負載閥反饋給變更泵,再由斜盤傾角調(diào)節(jié),從而改變輸出流量以達到最小損耗的目的,實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)與節(jié)能。

        1.1 傳統(tǒng)泵站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點

        目前多數(shù)掘進機設(shè)備,采用油泵電機組件與油箱組件前后直線放置,空間利用上不夠緊湊,油箱組件只能通過支口及螺栓懸掛在掘進機本體側(cè)面。當掘進機高強度作業(yè)時,產(chǎn)生較大沖擊和震動,對油箱組件固定帶來很大難度。并且油泵電機組件與油箱組件前后直線放置,導致吸油管路過長,影響吸油效率。結(jié)構(gòu)特點如圖1所示。

        圖1 油泵電機組件與油箱組件前后直線布置示意圖

        1.2 優(yōu)化后泵站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點

        EBZ260M-2掘錨機泵站系統(tǒng)油箱與泵站整體設(shè)計在后支撐上,采用上下結(jié)構(gòu)設(shè)計,占用空間小,油箱布置在油泵電機上方,可有效減少吸空概率。整體結(jié)構(gòu)如圖2所示:將泵站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化后,油泵電機組件與油箱組件設(shè)計成上下安裝結(jié)構(gòu),吸油過濾器安置于油箱中間靠近底部附近,無論掘進機上坡還是下坡,吸油過濾器都不會露出液壓油面,不會出現(xiàn)油泵吸空問題;油泵吸空問題得到解決,從而減少了掘進機大坡度作業(yè)的一個限制因素;采用架體安裝結(jié)構(gòu),油箱組件豎直固定在架體上,避免懸掛掘進機本體側(cè)壁,安裝方便,受力效果好,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;吸油管豎直連接油箱與油泵,減少管路長度,吸油效率高。結(jié)構(gòu)特點如圖3所示。

        圖2 EBZ260M-2掘錨機主機結(jié)構(gòu)示意圖

        圖3 油泵電機組件與油箱組件上下布置示意圖

        1.3 泵站系統(tǒng)功能

        EBZ260M-2掘錨機采用750L液壓油箱,配合液壓輔件,對相關(guān)執(zhí)行元件進行控制:1)行走部采用軸向柱塞馬達,驅(qū)動行走減速器,實現(xiàn)驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn),完成整機行走。2)截割部的伸縮以及上、下、左、右移動是通過泵站驅(qū)動液壓油缸實現(xiàn)。3)鏟板部在泵站的作用下,驅(qū)動星輪馬達,帶動星輪旋轉(zhuǎn),完成物料裝載。4)第一運輸機利用泵站驅(qū)動一運馬達,帶動一運刮板鏈轉(zhuǎn)動,實現(xiàn)物料傳送。5)后支撐油缸在泵站的作用下,實現(xiàn)升降動作。6)行走部履帶漲緊和第一運輸機刮板鏈的張緊也是在泵站作用下完成。7)超前支護的舉升、伸縮和翻轉(zhuǎn)通過泵站系統(tǒng)控制完成。8)錨桿部的一級、二級伸縮,主臂伸縮,液壓錨桿鉆機滑動及打孔動作都是在泵站系統(tǒng)的作用下完成。

        2 泵站系統(tǒng)設(shè)計要求

        EBZ260M-2掘錨機泵站系統(tǒng)采用功率為132kW交流電機,串聯(lián)2個排量為260ml/r和190ml/r的變量柱塞泵。變量泵通過吸油管路經(jīng)過過濾器從油箱組件中吸入液壓油。經(jīng)過油泵增壓的液壓油再由多路控制閥分配給掘進機截割部,鏟板部,第一運輸機,行走部以及后支撐部中的相應(yīng)馬達、油缸等執(zhí)行元件,完成掘進機相應(yīng)動作,同時液壓回油需要進行冷卻散熱,經(jīng)由回油過濾器重新回到油箱組件,其中相關(guān)執(zhí)行元件的內(nèi)泄回油直接通過油箱組件泄油口流回。1)系統(tǒng)工作壓力25 MPa;2)截割升降、回轉(zhuǎn)油缸壓力22MPa,其他各油缸壓力25MPa;3)鏟板星輪采用進口馬達(2×1600 ml/r);4)一運驅(qū)動采用進口馬達(2×1000 ml/r);5)行走馬達減速器(18萬N·m)保證有效驅(qū)動力;6)標配油溫油位自動監(jiān)測保護裝置;7)整機標配電控,遙控和手控可切。

        2.1 泵站系統(tǒng)流量計算

        該泵站系統(tǒng)采用二聯(lián)泵,排量為(260+190 )ml/r,計算每個泵的流量及系統(tǒng)流量。

        2.2 過濾器型號確定

        EBZ260M-2泵站系統(tǒng)設(shè)有吸油過濾器、回油過濾器和空氣過濾器。2個油泵分別由2個吸油過濾器2個回油過濾器組成。

        2.2.1 吸油過濾器型號確定

        該系統(tǒng)是開式系統(tǒng),設(shè)備正常運行時從油箱吸油,2個油泵的流量總和:

        EBZ260M-2掘錨機采用2個800 L/min過濾器,型號:TF-800×100F,公稱流量:800 L/min;過慮精度:100μm;壓力損失:<0.1bar。

        2個過濾器的流量總和:800 L/min +800 L/min=1600 L/min>2.5×Q=1570 L/min,滿足流量要求。

        2.2.2 回油過濾器型號確定

        2個高壓油泵流量分別是363L/min和265L/min。在液壓回路,油箱回油口處設(shè)有3個同型號回油過濾器,每個過濾器按流量210L/min計算即可。

        元件參數(shù)如下。最大工作壓力:41bar;爆破壓力:145bar;濾芯壓潰壓力:10bar;過濾精度:12μm;系統(tǒng)流量:Q=210L/min過濾器不裝濾芯的壓降ΔP殼體:0.1bar;潔凈濾芯壓降ΔP濾芯:0.166bar;介質(zhì)黏度μ:46.5mm2/s。過濾器總的壓降如下。

        2.3 驅(qū)動電機的功率計算

        EBZ260M-2掘錨機泵站系統(tǒng)中,油泵電機功率是132 kW,下面以此為依據(jù)計算每個油泵的功率分配。

        2.3.1 第一聯(lián)油泵所消耗的功率

        第一聯(lián)油泵提供的執(zhí)行元件及所用功率的計算結(jié)果見表1。

        表1 第一聯(lián)油泵提供的執(zhí)行元件及所用功率的計算結(jié)果

        從上表1可以看出,星輪馬達和一運馬達有同時達到最大功率的可能,所以該油泵應(yīng)分配的功率:18+18+50=86kW。

        2.3.2 第二聯(lián)油泵所消耗的功率

        第二聯(lián)油泵提供的執(zhí)行元件及所用功率的計算結(jié)果見表2。

        表2 第二聯(lián)油泵提供的執(zhí)行元件及所用功率的計算結(jié)果

        從上表2可以看出,掘進機行走時的最大功率可以達到86kW,實際這種工況很少,而油缸的動作與行走不會同時達到最大工況,所以該油泵分配功率設(shè)計46kW,滿足使用要求。

        2.4 泵站系統(tǒng)發(fā)熱計算

        EBZ260M-2掘錨機泵站總功率是132kW,按照液壓系統(tǒng)總的效率是70%計算,則系統(tǒng)總的發(fā)熱功率:132×30%=39.6kW,以此為依據(jù)計算需要的散熱面積。

        散熱功率按40kW計算,根據(jù)散熱功率計算散熱面積,如公式(1)所示。

        式中:A— 散熱面積,m2;P—散熱功率,40000 W;Tmax— 液壓油最高溫度,取60℃;T0— 環(huán)境溫度,取30℃;K—傳熱系數(shù),按水冷計算,k=465W/( m2·k)。帶入公式:

        結(jié)論:散熱面積達到2.9m2時,可以滿足設(shè)計要求。

        該泵站系統(tǒng)中選擇的換熱器的散熱面積為1.25m2,所以整個系統(tǒng)必須有3組這樣的換熱器才能滿足系統(tǒng)散熱要求,為了提高散熱效果,選用4組散熱器。

        2.5 泵站系統(tǒng)中油管參數(shù)的確定

        油管直徑如公式(3)所示。

        式中:Q—系統(tǒng)流量,吸油膠管流量Q1=363L/min,吸油膠管流量Q2=265L/min;高壓管路流量Q3=363L/min,高壓管路流量Q4=365L/min;V—流速;推薦流速:吸油膠管,流速 1.2 m/s;高壓膠管,流速 6m/s;d—油管直徑(mm)。

        將上述參數(shù)帶入公式。

        吸油膠管:內(nèi)徑

        3 泵站系統(tǒng)常見故障分析

        泵站系統(tǒng)作為掘進機的“心臟”,而連接各部件的液壓管路,猶如掘進機的“血管”。作為“血液”的液壓油,無疑成為液壓系統(tǒng)最重要的部分。通常70%的液壓系統(tǒng)故障,都是由于對液壓油管理的不當造成的。為了減少液壓系統(tǒng)故障的發(fā)生,需要注意以下幾點:1)保證液壓油干凈,不能混入雜質(zhì)。2)按照說明書定期更換過濾器。3)定期檢查油質(zhì),如有不良,馬上更換。4)定期查看油液位置,保證油量。5)維修或更換液壓元件時,必須將油孔封好,防止混入雜物。除去液壓油以外,泵站系統(tǒng)中的柱塞泵、液壓油缸、溢流閥、減壓閥、多路閥、平衡閥以及液控手柄等也是故障多發(fā)位置。具體表現(xiàn):1)柱塞泵出油壓力不足或出油量不夠。可以檢查吸油管和過濾器是否堵塞;吸油管與泵的連接位置是否出現(xiàn)泄漏;再有就是檢查油液是否過于黏稠,或者液壓油溫升是否過低。2)液壓油缸運行時,出現(xiàn)爬行、推力小、鎖定和啟動不靈敏的情況。可以查看油缸端蓋的密封情況,使其不能太松也不要太緊,保證能夠用手平穩(wěn)地拉動活塞桿;檢查活塞桿和活塞是否同心;液壓油缸的缸筒是否出現(xiàn)變形;檢查油缸工作行程中,液壓缸孔徑是否出現(xiàn)腰鼓形,使油缸兩端油液互通。3)溢流閥出現(xiàn)漏油、噪聲或者振動。檢查閥組中錐閥或者鋼珠是否出現(xiàn)磨損;檢查滑閥和閥體配合時,是否間隙過大;查看閥組中彈簧是否出現(xiàn)變形;滑閥滑動是否順暢。4)減壓閥無法減壓或者壓力波動不穩(wěn)定。檢查阻尼孔是否堵塞;滑閥與閥體是否連接順暢,有無卡滯;查看減壓閥泄油口是否堵塞;主閥芯是否出現(xiàn)卡住不動的情況[5]。5)多路閥中滑閥無法換向或者漏油。檢查滑閥是否卡滯不動;閥體有無變形;彈簧是否出現(xiàn)斷裂或者損壞;控制油路是否出現(xiàn)堵塞;密封圈損壞。6)平衡閥故障導致油缸動作不平穩(wěn)。檢查平衡閥主閥芯是否卡滯;錐閥和閥座接觸不良。7)液壓控制手柄無法鎖定。帶摩擦片手柄的鎖緊螺釘是否出現(xiàn)松動。

        4 結(jié)語

        EBZ260M-2 掘錨機泵站系統(tǒng)采用油泵電機組件與油箱組件上下安裝結(jié)構(gòu),將吸油過濾器安置于油箱中間靠近底部位置,有效解決了柱塞泵吸空的困擾,為掘錨機適用大坡度環(huán)境作業(yè)提供了有力支撐。對泵站系統(tǒng)中柱塞泵、過濾器、油管及冷卻器等重要部件設(shè)計的計算分析,為整機的可靠性及先進性奠定了堅實的基礎(chǔ)。EBZ260M-2掘錨機在多個煤礦的實際作業(yè)中,經(jīng)受住各種惡劣井下條件的考驗,達到了預(yù)期的效果。

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