矿用掘进机截割部液压系统设计说明书

目 录第 1 章 绪论11.1 引言11.2 掘进机的分类及特点11.3 悬臂式掘进机国内外的发展状况21.4 课题的提出4第 2 章 掘进机截割部液压系统的设计42.1掘进机简介42.2 主要结构及工作原理42.3 液压系统原理设计52.4 液压系统主要参数72.5 截割部升降液压缸的控制模式72.6 液压元件的设计与选型72.6.1 液压缸设计72.6.2 液压固有频率校验82.6.3 选择液压泵92.6.4 蓄能器的确定102.6.5 伺服阀的选择112.6.6 过滤器的选择122.6.7 管件的选定132.6.8 管路的布置14第 3 章 液压系统的建模143.1数学模型的建立方法143.1.1 微分方程法143.1.2传递函数法153.1.3 状态空间法163.1.4 功率键合图法163.2 液压伺服系统的物理模型163.3 液压系统数学模型的建立173.3.1 非对称缸模型建立183.3.2 阀控非对称缸其它环节的模型的建立253.3.3 阀控非对称液压缸系统总体模型27第 4 章 结 论27参考文献28致 谢32第 1 章 绪论1.1 引言巷道掘进与掘进机的第一次尝试，从早期就有了。jahrhunderts普列依斯盾构机和Anderson钻井机（隧道掘进机英格里斯），安德森和覆盖板都可单独工作。独立工作时，利用液压缸的运动，形状符合现代机器的概念。但由于许多结构性缺点，大多主机没有得到工业应用。第二次世界大战后，机逐渐在工业上得到广泛应用。在前苏联和美国，考虑到煤的性质，单头掘进机钻柱，用于开采煤巷掘进，也逐渐发展起来12。1.2 掘进机的分类及特点 按照巷道掘进机对于切割面的截割方式可划分为两种：全断面掘进机和部分断面掘进机（如图 1.1 所示）。图 1.1 悬臂式掘进机 隧道掘进机，又称连续式掘进机，它的工作机构是通过一系列的切割机或圆盘和锥刀合成。在平行于工作平面的表面中心线旋转机构内的机器一起工作。隧道掘进机功率容量大，在整个过程中连续的工作，破碎的煤炭生产能力很高，因此，合理地分布在切削刀具上的压力均匀，硬盘机的控制系统相对简单，利于独立的工作。但是全断面掘进机也存在一些缺点34：(1) 为了对不同规格的隧道进行隧道施工，由于隧道断面尺寸和形状的不好，所以需要进行辅助破碎机构的安装；(2) 掘进半煤岩巷道时，煤、岩不能分别截割；(3) 由于巨大的圆盘式工作机构的尺寸，很难进入工件表面检查，维修和更换的工具，必要时还要离开工作面； (4) 作业线较高的投资，对轨道线路、隧道、地质的适应性差；由于该机床的使用缺陷，大大阻碍了机床的使用，因为使用全面掘进机的成本很高。 大多数的隧道掘进机，又称循环式隧道掘进机。本设备只可同时切割工作面的一部分，要切割整个岩层，必须要连续多次的工作才能完成完整面的切割。悬臂式掘进机也叫做部分断面掘进机，可以在工作面上，下，左和右的自由摆动和截割头旋转，可以是任何形式的悬臂安装切片。根据不同形式的刀头，也可以是纵轴式掘进机和横轴式掘进机。上述掘进机具有以下优点567： (1) 掘进机开挖速度快，提高了安全性，质量和生产操作；如果支护作业的工作后，可以实现连续掘进机掘进破岩，可以完成运输等方面，效率高，而且是在掘进机破岩隧道开挖和挖掘煤炭，煤岩周围光滑，减少了大量的支护量，这种方法比传统法，可以提高速度的1.52倍，避免了煤巷和岩石爆炸引起的破坏现象，有利的巷道支护，也可以减少瓦斯气体泄漏的危险，提高生产的安全性。 (2) 结构紧凑、技术先进；日前悬臂式掘进机多采用耙装式装载机构和履带式行走机构。其装载能力大、调运灵活、工作可靠。 (3) 快速巷道有利于及时发现矿区地质条件，合理部署工作面准备和更换； (4) 工作方式灵活，适应性强； (5) 经济、安全、成本低；1.3 悬臂式掘进机国内外的发展状况当今世界主要产煤国的掘进机的路线长是总长的40%至50%，近几年来，不仅应用于硬度较小的煤岩，而且在比较硬的煤巷掘进中也提高了技术和经济效益，一些重型掘进机在国外也可以切割一些坚硬的岩石切割的轨道。近年来，悬臂式掘进机的研究和发展，主要表现在以下几个方面89：(1) 截割功率稳定提高，机器的可靠性提高；(2) 配套设备多样化； 机器能力的充分发挥得到各国的重视，各国对巷道综合机械化设备进行了研究。为了缩短辅助时间和中间稳定顶板，锚杆的广泛支持，以支持并行操作的机械，液压或自己独立的盾牌掩护，但效果并不理想。经过必要的运输，通常装载机后桥带式输送机胶带设置活动煤仓。(3) 采用机电一体化技术； 国外新型掘进机具有改善工况测试和诊断系统，可以在早期发现机械故障，并快速排除故障，缩短了相应的机器停机时间，大大提高生产率；也可以确保稳定的负载切断机制，以避免手动操作不当造成的系统尖峰负荷，延长机器的使用寿命。新机器方向的部分进行切割，切割路径，循环程序，对截面轮廓尺寸的监测。（4） 研究和探索新的切割技术，如高压水射流钻孔机的发展，冲击振动式切割机等的研究； 虽然我国引进前苏联的设备，中国的掘进机的发展起步较晚，由于技术水平和条件的限制，不能广泛用于生产。“65”年以前，中国的机器状态研究还停留在轻切削阶段。科技人员经过不懈的努力通过30年的研究创新，我们取得了可喜的研究成果。使得机器从的轻型，中型和重型机械进行隧道工作时，发生了一个质的变化1516。掘进机的技术上了一个新的台阶，接近国外同行的水平，已经在新产品的开发，从切割机的功率为30千瓦提高到320千瓦，机重从13吨重增加到110吨，切割也逐渐在煤和煤岩两大系列，更多10个品种。特别是在“八五”时期至“九五”时期计划的发展，从早期的煤岩型掘进机的技术性能达到同类产品的水平，具有良好的性价比。而且高压水射流切割技术和切割技术有了新的探索和要求，可编程逻辑控制器（PLC）应用于电子机器的控制部分，在电子系统的插件中也有一个性能和故障诊断机制1413。以上阐述了国内外巷道式掘进机的发展与现状，目前我国的技术水平虽然在不断的发展和进步，但是和国外一些先进的技术相比还是有一定差距的。1.4 课题的提出随着科学技术的发展和现代化生产的需要，矿山机械技术创新是当前面临的新挑战。而且施工安全和施工质量，在很大程度上取决于人的因素，属于苦，脏，因事故伤亡人数仍占很大比例，改变这一点基本上是一个长期的任务。但是液压系统流量大，因此，液压系统在煤矿机械中最重要的之一是驱动系统。在挖掘机和煤炭切割工作是由一个液压驱动系统的设计。因此，对掘进机液压系统的设计是工作中的一个重要因素。本课题首先根据液压系统设计的要求，创造工作条件和结构分析的流量特性方程的速度，牵引液压系统各元件参数，确定液压系统示意图11。第 2 章 掘进机截割部液压系统的设计2.1掘进机简介 EBZ160掘进机是悬臂纵轴式掘进机，是一种巷道综合掘进设备，切割，供应，行走，喷雾抑尘于一体。悬臂式掘进机操作时，主机把岩石和煤岩切割，破碎机的运行至尾部由传送带或输送机运走。掘进机切割臂的上、下、左、右在预定的角度自由摆动。履带机构能适应地质条件相对复杂。该类机器主要用于采煤巷道的掘进，适用于掘进破碎煤岩断面 624 ,硬度f48平方米的煤或半煤岩巷道，也可用于其它巷道施工。2.2 主要结构及工作原理 EBZ160掘进机主要由行走、截割、装运三大机构和液压、电气、水路三大系统组成，通过各部分动作的协调和配合，完成掘进巷道的作业过程，其外形如图 2.1 所示。 图 2.1 掘进机结构图在每个气缸的发动机作用下切割，煤岩被切割头从煤壁上切下，通过控制行走部、铲煤板、铲底通过旋转星轮输送机传送到第一运输机，第一电机拖动链在铲入口处的岩石。第二皮带运往煤操作入口，第二次将煤岩运出，以确保机器的稳定性。2.3 液压系统原理设计本液压系统由油缸、泵站、油箱以及与之相联接的配管所组成。 如图2.2所示，恒压变量泵液压系统的石油供应作为动力源，通过流量自动控制阀泵的出口阀；和过度的安全作用；蓄能器吸收冲击，储能源，石油过滤器；设有过滤阀，以保证液压阀的液压油清洁度；液压缸作为执行元件驱动横臂做上下运动而工作状态和相关单位的外部结构及尺寸，管路线通过软管连接，同时，必须满足系统的响应速度。图 2.2 液压系统原理图2.4 液压系统主要参数液压系统设计任务参数参照表 2.1 所示。表2.1液压系统设计任务参数2.5 截割部升降液压缸的控制模式液压缸的控制方式主要是位移控制、力控制、速度控制、加速度控制等。在实际工作中，按照应用目的的不同，来选择不同的控制模式。切割部分采用位移控制方式来控制切割臂抬起放下，使切割头达到相应的位置，并将其切割。2.6 液压元件的设计与选型2.6.1 液压缸设计(1) 负载压力的确定根据 Pro/E 对运动仿真和运动学分析，得出 Fmax = 83000N ，同时由于截割部在整个工作过程中，速度很慢，可以忽略 F惯 ，即 F惯 = 0 。根据截割部机械部分的设计得出，整个截割部重量为 7.7t，所以重力负载为 F负 = 7.7t 。 初选系统压力为 ps=16MPa ，取负载压PL=2/3Ps=10.67MPa 。 (2) 活塞直径 D 与活塞杆直径 d 的确定取活塞杆直径 d 与活塞直径 D 之比 0.6，则： 式中：A 有效作用面积。计算得 d = 106.8mm ，D= 178.6mm 。根据 GB/T 7938-1987 选定液压缸额定压力为 18MPa；根据 GB/T 2348-1993 将液压缸内径圆整为 D = 180mm ；根据 GB/T 2348-1993 将活塞杆直径圆整为 d = 110mm 。有效作用面积 A = 3.889 × 103 mm2 。无杆腔 A2 的面积为：A2 = D2 = × 0.182 = 0.025m2有杆腔面积 A1 为：A1 = d2 = × （0.18-0.11）2 = 0.016m2(3) 液压缸行程 X 的确定根据截割高度及机械部分设计以及国标 GB2349-1980，将油缸最大行程位移 X = 700mm 。2.6.2 液压固有频率校验对于四通阀控非对称液压缸，液压固有频率为： 式中： e 液压有效体积弹性模量； Vt 总压缩容积， m3 ； mt 总负载质量，kg；液压缸有效作用面积A= 3889mm2 ；总压缩容积考虑为缸的总容积一般工程机械中取 e = 700MPa 。根据上式计算得液压固有频率转化为频率综上所述，液压固有频率大于工作频率，系统可以正常工作。2.6.3 选择液压泵(1) 确定最大流量 多液压缸同时工作时，液压泵的输出流量应为qvp k( qv max ) 液压缸最大速度取 X max = 1.2mm/s = 0.072m/min ，所以液压最大流量为 考虑泄露因素，因此取泵最大流量