鞏孔正， 張 星， 陳 微， 黃鵬飛

（西安煤礦機(jī)械有限公司， 陜西 西安 710201）

引言

目前國內(nèi)掘進(jìn)機(jī)，截割頭靠電機(jī)通過截割減速箱進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其余部件采取液壓驅(qū)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)的主要?jiǎng)恿υ淳褪蔷蜻M(jìn)機(jī)的泵站，泵站好比掘進(jìn)機(jī)的心臟，給所有運(yùn)動(dòng)部件提供液壓動(dòng)力。油泵和油泵電機(jī)共同合作，將油箱內(nèi)的低壓液壓油轉(zhuǎn)化為高壓液壓油，然后驅(qū)動(dòng)液壓油缸和液壓馬達(dá)的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)各個(gè)部件的動(dòng)作，最終實(shí)現(xiàn)煤礦巷道掘進(jìn)的目的。掘進(jìn)機(jī)各個(gè)動(dòng)作的液壓驅(qū)動(dòng)，就是為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。然而油泵電機(jī)傳動(dòng)到齒輪泵的動(dòng)力是否平穩(wěn)直接影響著掘進(jìn)機(jī)各運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。由于掘進(jìn)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)單元較多，設(shè)計(jì)過程中往往需要兩個(gè)油泵共同分擔(dān)。

某種小型掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)中（圖1），一個(gè)油泵電機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)齒輪泵實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。這種結(jié)構(gòu)是油泵電機(jī)通過一個(gè)齒輪箱將動(dòng)力分別傳遞給兩個(gè)齒輪泵，然后將能量傳遞到動(dòng)力元件。這種結(jié)構(gòu)雖然簡單可靠，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，但是齒輪箱的加工成本較高，而且齒輪的加工精度以及裝配誤差往往會(huì)造成齒輪嚙合的不平穩(wěn)，從而導(dǎo)致齒輪的磨損，進(jìn)而導(dǎo)致齒輪箱以及齒輪泵的損壞。在實(shí)際使用過程中，這種液壓結(jié)構(gòu)常常會(huì)因?yàn)辇X輪箱的損壞而造成系統(tǒng)的不動(dòng)作。所以經(jīng)過市場的驗(yàn)證以及系統(tǒng)的分析，對原有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)做了改進(jìn)，將油泵電機(jī)換成兩端雙輸出軸電機(jī)，將齒輪泵布置在電機(jī)的兩側(cè)，減小了中間齒輪箱的動(dòng)力損耗，保證了泵站的平穩(wěn)輸出，從而保證各運(yùn)動(dòng)部件的平穩(wěn)動(dòng)作。

圖1 掘進(jìn)機(jī)系統(tǒng)

1 改進(jìn)前的泵站系統(tǒng)

1.1 泵站的工作原理

如圖2 所示為泵站結(jié)構(gòu)示意圖，工作中，油泵電機(jī)啟動(dòng)后，通過一個(gè)齒輪箱將油泵電機(jī)的動(dòng)力分別傳遞給兩個(gè)齒輪泵，齒輪泵再將油箱中的低壓液壓油轉(zhuǎn)換為高壓液壓油，再通過開關(guān)換向閥送到掘進(jìn)機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)前后左右移動(dòng)，以及截割部的上下左右動(dòng)作。實(shí)現(xiàn)煤礦巷道的快速掘進(jìn)。

圖2 泵站

1.2 齒輪箱工作原理

齒輪箱在泵站中的作用就是將泵電機(jī)的輸出動(dòng)力平均傳遞給兩個(gè)齒輪泵。兩個(gè)齒輪泵帶動(dòng)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)部件動(dòng)作。齒輪箱的作用主要是將一個(gè)動(dòng)力源分成兩個(gè)動(dòng)力源，不存在速度的變化。雖然泵電機(jī)簡單可靠，但是齒輪箱的加工難度較大。因?yàn)辇X輪泵主要是傳遞電機(jī)到齒輪箱的能量，里面的齒輪都在高速轉(zhuǎn)動(dòng)，因此在加工過程中，齒輪材料如何選擇，齒輪表面的加工精度，熱處理的強(qiáng)度，軸承間隙的選擇，都會(huì)對齒輪箱造成較大的影響，從而影響齒輪箱動(dòng)力傳遞的平穩(wěn)性，進(jìn)而影響整個(gè)設(shè)備的性能。另一個(gè)原因是齒輪箱的加工成本較高，對整機(jī)的成本造成一定的影響，在市場的競爭力也會(huì)降低[1-3]。

2 改進(jìn)后的液壓系統(tǒng)

2.1 泵站工作原理

針對齒輪箱對系統(tǒng)造成較大的誤差，綜合液壓系統(tǒng)性能分析以及設(shè)備成本的問題，選用一種雙輸出軸的電機(jī)，這種電機(jī)兩端同時(shí)伸出一個(gè)輸出軸，兩個(gè)輸出軸分別帶動(dòng)兩個(gè)齒輪泵工作。由于電機(jī)的轉(zhuǎn)向是一定的，所以電機(jī)兩端的齒輪泵需要選擇旋向相反的齒輪泵，這樣泵電機(jī)在啟停時(shí)，兩個(gè)齒輪泵能夠同時(shí)工作或停止，不會(huì)出現(xiàn)泵的吸空現(xiàn)象。齒輪泵如果出現(xiàn)吸空現(xiàn)象，齒輪的高速旋轉(zhuǎn)會(huì)造成高溫現(xiàn)象，進(jìn)而燒壞齒輪泵。兩個(gè)齒輪泵分別向掘進(jìn)機(jī)不同的運(yùn)動(dòng)油缸和馬達(dá)提供高壓液壓油。這種連接方式減少了齒輪箱中間環(huán)節(jié)的誤差損耗，傳動(dòng)效率更高。新泵站連接方式如圖3 所示。

圖3 泵站裝配圖

2.2 液壓系統(tǒng)連接關(guān)系

整個(gè)液壓系統(tǒng)中，雙輸出軸電機(jī)分別和兩個(gè)齒輪泵相連，齒輪泵的主泵通過液壓油管和掘進(jìn)機(jī)油箱相連，將油箱中的低壓液壓油經(jīng)過齒輪泵轉(zhuǎn)換成高壓油，然后通過高壓油管分別送到五組單聯(lián)開關(guān)換向閥和四聯(lián)開關(guān)換向閥，然后控制掘進(jìn)機(jī)各個(gè)運(yùn)動(dòng)單元的動(dòng)作，最后通過開關(guān)換向閥實(shí)現(xiàn)各執(zhí)行元件的動(dòng)作。系統(tǒng)的液壓原理圖如圖4 所示。

圖4 液壓系統(tǒng)原理圖

3 結(jié)語

此次改進(jìn)設(shè)計(jì)的雙輸出軸電機(jī)+兩個(gè)齒輪泵的設(shè)計(jì)，減少了齒輪箱的中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，減小了系統(tǒng)故障，提高了系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，降低了系統(tǒng)的成本；電機(jī)和齒輪泵通過彈性柱銷聯(lián)軸器連接，對中性好，傳動(dòng)效率更高。綜合系統(tǒng)的改進(jìn)，在傳動(dòng)效率和系統(tǒng)成本上都有了較大的提高。