【《长壁采煤机摇臂升降系统设计》16000字（论文）】

PAGEPAGE2长壁采煤机摇臂升降系统设计目录TOC\o"1-3"\h\u4734摘要 III806第一章采煤机的发展及背景 1299801.1.国内外发展进程及存在的问题 1209401.1.1.采煤机国内外发展动态研究 1223241.1.2.自动调高现状 269171.1.3.液压控制系统现状 382241.1.4.当前调高液压系统存在问题 3309981.2.采煤机的类型、组成及工作原理 4265121.2.1.采煤机的类型 4229121.2.2.采煤机的组成 439111.2.3.采煤机的工作原理 5164101.3.课题研究的背景 662361.3.1.调高系统的作用 627601第二章采煤机总体方案的确定 8182902.1.采煤机参数的确定 8129292.1.1.主要技术参数确定 814255第三章调高系统 11216403.1.采煤机调高液压系统及原理 11149753.2.自动调高系统数学模型 13199713.2.1.液压油缸数学模型 1347133.2.2.采煤机滚筒高度和调高油缸行程之间的数学关系 1668663.3.液压操作 17188093.3.1.调高锁紧回路 17194103.3.2.滚筒调高 18102523.3.3.调高油路 19325063.3.4.卸载回路 19140913.3.5.调高油缸位置锁定 1964543.4.调高油缸 19206863.4.1.油缸受力的确定 20225763.4.2.确定系统工作压力 2277393.4.3.调高油缸基本长度和行程的确定 23172683.4.4.调高油缸压力参数确定 242540第四章液压系统计算 26326504.1.液压泵与马达的选择 26167254.1.1.液压马达的选择 26232854.1.2.液压泵的选择 27236164.1.3.辅助泵的选择 28277204.1.4.调高泵的选择 2917700第五章油路计算及阀门的选择 3145165.1.主油路系统 3143745.1.1.操作系统 32259485.1.2.手动操作 32113685.1.3.电气操作 3362965.1.4.液压操作 33105565.2.液压阀的选择 34276905.2.1.主要性能指标 35101175.2.2.主油路系统阀的选择 362435.2.3.滤油器的选择 39190325.2.4.主要元件一览表 4217548参考文献 443193总结 46

摘要文章主要对采煤机摇臂升降系统设计，包括调高油缸结构设计，主油路系统设计及控制系统设计。通过给定的参数对自动调高系统建立数学模型；选择相应液压元件，完成各油路设计和控制；最后调定系统工作压力，完成油缸结构设计并对相关参数进行优化。关键词：采煤机；调高系统；油缸设计采煤机的发展及背景国内外发展进程及存在的问题采煤机国内外发展动态研究十九世纪四十年代，英国和前苏联这两个煤炭开采大国，率先发展了采煤机械。1960年，采煤机调高由固定变为自由调节。2011年，国外采煤机的采掘功率不断增加。在众多采煤机中美国JOY公司做的较为出色，设计的出来的采煤机最大总功率可以达到2600kW。国内由于各种方面的原因，发展比较迟缓，但天道酬勤，最终利用国人智慧设计出属于我们国家的采煤机。1990年，上海煤炭科学研究院成功研究出了我国第一台电牵引式采煤机。从那以后，我国采煤机飞快发展，更大功率的采煤机相继被设计出来。在此期间，2009年山西的一所煤矿机械所设计出的采煤机成为国内功率最大的采煤机。进入21世纪，随着我国经济的飞快增长，我国在采煤机的研发中与日俱增，不断有大功率的采煤机被我国研究人员研发出来。如今，我国在采煤机的研发与生产上，以及煤炭的产量也位居世界前茅。从采煤机的演变中，可以看到一些发展规律：采煤机在开采过程中，采煤机滚筒截割煤的高度会受到煤层厚度的影响，经过长期研究与试验，我们发现，采煤机滚筒截割煤的高度与煤层厚度成正比，也就是说，煤层厚度越低，采煤机滚筒截割煤的高度也就越低。在这些薄煤层采煤机中，随着煤层高度递减，采煤高度越来越低，但采煤高度越低，对采煤机的要求就越高。主要问题是薄煤层与煤机高度如何相适应，从而得到更加高效的采煤机。同理，采煤机滚筒截割煤的厚度增加，就会要求与之相匹配的更高的采高，随着采高的增加，也就意味着采煤机摇臂需要承受更大的压力，这对采煤机摇臂的承载能力提出更高要求。也就是说，需要设计制造出更高强度的摇臂来承载更高的采高。面对厚煤层，选择合适的采煤机摇臂材料一直是我国采煤机发展上的难题。现在，大部分企业都是机械化采煤，不符合现在时代发展趋势，采煤机的发展应该不断向着智能化、自动化的趋势发展。目前可以采用工业智能化设备对其进行控制，方便操作。高稳定性、安全性采煤机成为研究趋势。采煤机面临的环境多变，维护保养复杂，采煤机可靠性越高，煤炭产量越高。多台采煤机的液压支架水平排列将是以后采煤机的发展趋势。多台电机水平排列是一种非常稳定的排列方式，即多台电机既可以保证独立性，又可以保证运行的稳定性。模块化控制也是目前采煤机控制的大趋势。图1.1井下开采实拍图自动调高现状从1960年开始，全世界的采煤大国开始投入到对采煤机调高技术的研究，采煤机的调高系统就如同人身体的心脏，控制采煤机摇臂截割部自动割煤，采煤机可靠稳定的调高决定采煤机的采煤效率。1970年初，我国也逐渐意识到采煤机滚筒调高技术对采煤的重要性，几所相关特色大学和研究所也在向此方向投入大量时间经历，最终，经过我国研究人员的不懈努力，终于在采煤机调高系统上取得突破性进展，总结出实践性结论。我国煤炭产量屡创新高，我国在提高采煤率，以及保障井下矿山安全方面发挥着不可缺少的作用。为了我国煤矿智能化发展，需要积极开发矿山综合智能控制系统。目前，各国不断加强、攻坚克难。从70年代末开始，我国相关矿业大学和主要煤炭设计研究院也开始致力高新技术的研究，捷报频传，得到很多很好的研究结果。由于我国进入该领域较晚，还处于理论和实验阶段，与国外采煤机的发展还存在一定的距离，所以，我国应该积极向国外学习，取其精华、弃其糟粕、寻求优势、避免劣势。在这方面与科研院所和大学相结合，并根据矿山的不同情况，掌握采煤机自动调高技术的关键。未来自动高度调节技术领域会出现新的研究成果，不仅要通过对可靠的液压控制系统的研究，还要通过不断积累经验和不断改进。液压控制系统现状液压技术是控制采煤机作业的核心，因此液压技术的发展备受瞩目。在许多发达国家，随着1980年代末以水为介质的液压传动装置的问世，液压系统也取得了长足的进步，但该系统仍然不稳定，并且存在许多缺点。多种液压元件在社会经济和技术领域的不断涌现，为液压技术的发展提供了必要条件，也为其快速发展奠定了基础：直到90年代，随着计算机技术的快速发展，液压元件的结构也逐渐得到完善。电控系统与液压系统的结合相比其他伺服系统具有很大的优势，大大提高了采煤效率。同时，国外也在研究液压技术领域方面扩大范围，为了节约成本，使阀门结构更为简，国外加大了对电液伺服阀的研究力度，改进和提高抗震性，污染效应。通用化、模块化的电液比例阀的发展方式得到了批量生产，全球化的制造过程也使制造的效率提高了很多，各元器件的互通有无，也是锦上添花。当前调高液压系统存在问题对于采煤机滚筒的高度和调节控制，在对采煤机进行采煤的操作过程中，需要通过依靠采煤机滚筒上所截割出的煤物噪声和采矿机司机的检查视线范围等因素来准确地判断一个采煤机到底是在切割上有煤层或者是岩石。此外，还需要手动控制来调整滚筒的位置。但是，由于采煤机在切割大量的煤层或者是岩石时，会使其伴随着一些较多的灰尘而产生，影响采煤机司机的视线范围，对采煤环境造成极大的困扰。矿机总输出功率达数千瓦，在采煤机运行时对操作人员影响很大，精准的滚筒高度调节会受到周围环境的影响，会造成实际的精度误差。此外，采煤机在工作时滚筒必须连续运转，在开采中，由于存在岩石的影响，采煤机截齿等主要元件就会受到磨损，元件磨损会直接造成采煤效率下降，最终导致采出的煤质量变差，这种情况发生在瓦斯浓度高的矿井还易引发爆炸，对工作人员造成严重危险。通过对油缸进行伸缩调节,实现滚筒自动升降。在我国目前整个专门应用于对煤矿工业机械进行高度调节的液压自动控制系统中,液压自动控制高度调节的煤矿工业液压自动控制是通过操作式开关的位置和估计控制阀的启动和开闭时间等因素来进行调节高度。这种设计方法对于液压传动系统的影响很大，具有一定的局限性。由于因为液压传动系统中流量或者是压力的限制，无法满足设计要求的高度限制。当采煤机从采高大的一侧切入时，需要对滚筒进行较大的振幅调整以适应煤层的高度，但在这个过程中，系统的流量低，产生的动力也不足，因此摇臂不能快速调整，反而会大大增加调节时间，降低整体采煤机的截煤能力，当振幅比较小时，需要的流量明显偏大，无法准确地控制滚轮的运行轨迹，不利于其自动化的实际需求。因此，需要将采煤机的调高液压系统工艺进行优化与先进的创新工艺相互融合，通过提升精度准确性、缩短工作时间、提升系统的性能等措施弥补其不足。采煤机的类型、组成及工作原理采煤机的类型采煤机是机械化采煤的主要设备之一，它完成了两个过程：放煤和装煤。现代煤矿机械通常使用滚筒式采煤机和刨煤机。采煤机有许多不同的分类方法：滚筒式、钻削式和链式采煤机是根据采煤机的工作机构形式进行分类的。因为滚筒式采煤机具有工作效率高，使用范围广泛等特点，所以被我国许多煤矿企业广泛使用。采煤机按照滚筒的数量可以分为：单滚筒采煤机和双滚筒采煤机，多滚筒采煤机的应用范围最为广泛。采煤机按照行走机构形式分为：钢丝绳、链、无链条牵引采煤机按照调速方式分为：机械调速、液压调速、电气调速采煤机按照机身与工作面输送机的配合导向方式分为：骑槽式和爬板式采煤机。采煤机的组成采煤机的牵引方式也早已经发生了巨大的变化，且在我国当今市场背景下主要采用滚筒采煤机：使用范围广；调高方便，免开缺口；生产率高、功率大、可靠性高；操作方便并有完善的保护、监控系统；向标准化、系列化、通用化发展。但滚筒式采煤机也存在结构复杂、价格高、割煤煤块小、含尘量高、单位体积煤能耗高等缺点。采煤机的主要结构如下图1.2所示。图1.2采煤机整体结构图整机主要由以下及部分组成：截割部：截割部是进行采煤的部分。牵引装置：将采煤机电动机的能量传递到驱动轮上，并实现调速和换向。两台交流电机带动链轮转动，使采煤机平稳移动。泵站：为采煤机的调高系统提供液压动力，为行走部的制动器提供控制制动油。调高油缸：调高油缸与采煤机的液压装置和截割部分相连，调高油缸的作为液压装置的执行元件来调节截割滚筒的高度。电控箱：控制采煤机的配电，实时检测采煤机各部分的电机。辅助部件：辅助采煤机的运行。对采煤机的工作条件进行改善，起辅助作用的部件总称。包括底托架，冷却喷雾装置和防滑装置。采煤机液压控制系统的主要功能是将机械能转化为液压能。系统的功能分为两部分。一是为采煤机的高度调节系统提供液压，二是为牵引驱动的制动器提供控制油路。采煤机的工作原理在采煤过程中，采煤机在液压支架的保护下对煤层进行切割，用刮板机和输送机将切割好的煤炭输送出去，这三台机器组合被称作“三机联动技术”。采煤机的作业主要包括割煤、落煤、装煤、支护和运输等几个过程。综合机械化采煤（综采）：采用大功率采煤机实现落煤，采用刮板输送机运煤，采用自移式液压支架支护，确保工作面采煤过程完全机械化。如下图1.3所示1.采煤机2.刮板输送机3.液压支架图1.3综合机械化采煤课题研究的背景为了保证我国经济的快速发展，煤炭资源起着至关重要的作用。我国作为煤炭生产大国，煤炭工业的进步在于机械化，是指我国对\t"/item/%E4%B8%AD%E5%9B%BD%E7%85%A4%E7%82%AD%E5%B7%A5%E4%B8%9A/_blank"煤炭资源勘探、煤田开发、煤矿生产、煤炭贮运、加工转换和环境保护的科学技术产业。其中，采矿包括煤炭开采和隧道掘进。在采煤过程中，采煤机在液压支架的保护下对煤层进行切割，用刮板机和输送机将切割好的煤炭输送出去，这三台机器的组合采用“三机”联动技术又称综合采煤技术。采煤机的作业原理是通过螺旋滚筒切割煤层，各大学和企业都在研究采煤机的可靠性和稳定性，以实现高效安全的开采。系对此高度重视，各研究人员不断升级前者的模型和类型。在工作环境上，采煤机利用控制液压缸来定位摇臂，控制滚筒的切割高度。采煤机是一个由许多大型复杂系统构成的机械。近年来，由于煤炭开采环境恶劣，煤炭在开采的过程中造成巨大的经济损失甚至人员伤亡。随着采煤机械化的发展，采煤机的功能越来越多，其自身的结构和配置也越来越复杂，所以故障的原因也很复杂。调高系统的作用调高油缸是液压系统的重要运行元件，调高油缸可以控制摇臂的升降，通过控制摇臂的升降来完成采煤的一系列过程。为了实现采煤机滚筒的调高而设计调高液压系统元部件，调高系统元部件包括电动机、齿轮泵、调高油缸、及液压控制阀等。通过采煤机的调高系统可以对采煤机的采高和挖底进行控制，极大的扩大了采煤机的工作面，提高了采煤机的采煤效率。采煤机总体方案的确定采煤机参数的确定主要技术参数确定输入转速：1460rad/min；输出转速：29.6rad/min采高：6m滚筒直径：3.5m紧固性系数：f=3牵引速度：10m/min滚筒转速滚筒转速取值：直径为0.5~0.7m，转速n=80~120r/min；直径为1.8~2.0m，转速n=30~40m/s。直径较大的滚筒选用低档转速，直径较小的滚筒选用高档转速。现在绝大多数滚筒的转速都是下减的趋势，根据上面所确定的滚筒的直径应该是3.5m,设计滚筒的转速应该是30r/min。式(2.1)式中：则：根据上述计算结果，截割速度为4.6m/s符合要求。采煤机功率预计装机功率采煤机的装机功率：式(2.2)式中：，硬煤及韧性煤取上限，软煤及脆性煤取下限。本次设计取3.0。则:式(2.3)截割功率采煤机工作机构消耗的功率占用大部分装机功率的；采煤机截割功率为：式(2.4)牵引和辅助功率故采煤机牵引功率：式(2.5)辅助装置功率:式(2.6)装机功率则采煤机实际装机功率为：式(2.7)采煤机的采煤效率与采高密切相关，有时，可以根据采煤机的采高来估算装机功率。采煤机的采煤效率还和煤的硬度有关，通常情况下，煤的硬度越高，所需要的装机功率也会随之增大。（三）采煤机牵引力一般由经验公式确定：则：式(2.8)由上述计算结果可得采煤机的主要技术参数如下表2.1所示：表2.1采煤机的主要技术参数采高m6截深mm800适应倾角适应煤层硬度滚筒转速r/min30滚筒直径mm3500牵引速度m/min10牵引力KN1260牵引方式齿轨式无链电牵引灭尘方式内外喷雾最大卧底量mm315装机功率KW2520电压V1140调高系统采煤机调高液压系统及原理右图为采煤机的调高液压系统结构图。当采煤机开始运行时，电动机带动液压齿轮泵通过油箱吸入压力油，压力油经过滤器过滤后进入液压齿轮泵提供必要的动力。在滚筒完成升降的过程下，调高换向阀处于开始操作的状态，通过控制阀回路，压力油经过调高换向阀作用到油缸，直到调节高度到达指定位置，压力油经过调高油缸排油腔回油池，此时调高换向阀停止工作。如果没有操作调高换向阀，采煤机滚筒的高度将保持不变，为了保持系统的稳定，液压油经过控制阀回路调节。在强吸引力的影响下，阀体和换向阀芯也会做出相应改变油路也会发生改变，要想活塞杆能够左右移动，那么就对油缸进油方式进行控制，两侧承受压力不等，那么滚筒就与之匹配的完成了这个升降过程。液压系统主要由控制和动力两部分组成。通过输入控制信号，对控制信号进行处理，来对一些控制元件（即各种液压阀）执行控制操作，控制元件又可以实现对动力原件（各种油泵）以及执行元件（液压缸或者马达）的控制。如图3.2所示。图3.2液压控制系统结构与其他控制系统相比，液压控制系统具有重量轻、刚度大、精度高、响应快、等比较明显的优点。重量虽然轻，但是却可以产生很大的动力，同时，在解决多余的热量上，回路中的油液能够将多余的热量散去，与此同时，液压油还能起到缓解摩擦的作用，即使煤矿井下环境恶劣，但是液压控制系统具有更高的灵敏度，可以减少调高过程对负载的影响。更适用于采煤机对滚筒的调整。在负载较大时，即大惯量负载下，具有良好的动态特性和良好的平稳性。能有效抑制控制预防状态。高度调节过程根据采煤机与顶板之间高度的整体变化，来调节不同厚度的过程。在设计采煤机高度调节液压系统时，应根据上下板的条件和要求，合理设置和安装液压元件。高度调节系统所需的液压元件主要由电动机、精滤油箱、齿轮泵、液压高度调节控制阀、换向阀、高度调节油缸、油箱压力表、冷却和过滤部件组成。如图3.3所示，高度可调泵箱基本上安装了除液压控制阀（液压锁紧装置等）以外的所有液压件和零件。高度可调泵箱体由焊接组成，箱体由油箱和电机箱组成。这个举足轻重的部件，装有对应的抽屉板去连接对应的箱体，以便操作员可以随时观察油情况。采煤机运行时，油位应达到最低油位，油箱窗口可显示油液高度。图3.3调高泵箱自动调高系统数学模型为了适应不同厚度的煤层，快速有效地进行开采作业，如图3.4所示，在高度调节过程中主要采用高度调节机构来调节采煤机滚筒。此阶段采煤机高度调节机构的工作过程主要是通过控制高度调节液压缸的活塞杆左右移动，带动摇臂进行高度调整，从而改变滚筒截割煤的位置，进而完成滚筒自动调高。图3.4采煤机调高机构简图液压油缸数学模型调高液压系统由多个液压元件组成，它们紧密相连，依靠液压介质作为动力，在各个环节互通有无，保障系统可以安全平稳的运行。由于整个系统较为复杂，且其中的非对称油缸，以及其他因素，比如连接的其他设备也会影响整个系统的稳定性，为了方便观察，故建立一数学模型：液压缸可以忽略其中的摩擦损耗，不考虑其他因素，例如液压油其他输油管道；保障缸体内工作压力平均分配；液压油各项参数视为常数；忽略外泄露，液压缸内外泄露用层流流动来表示。在此建立液压缸的压力和负载力的力平衡方程：式(3.1)式中，——调高油缸位移，m；——等效至活塞杆的当量质量，kg；——调高油缸有杆腔压力，；——活塞和负载等运动部件的阻尼系数，——调高油缸无杆腔压力，；——调高油缸有杆腔截面积，；——调高油缸无杆腔截面积，；——作用在油缸活塞上的外力，N；油缸无杆腔的流量连续性方程如式(3.2)所示：式(3.2)式中，——油缸内泄漏系数，；——无杆腔流量，；——无杆腔与液压阀之间的管道等效容积，；——工作液体的体积弹性模量，。油缸有杆腔的流量连续性方程如式(3.3)所示：式(3.3)式中，——油缸外泄漏系数，；——无杆腔流量，；——无杆腔与液压阀间的管道等效容积，。为了计算方便，取流量连续方程为(3.4)(3.5)式所示：式(3.4)式(3.5)阀控缸系统在建立模型时，关心的是液压缸的固有频率最小时的情况。固有频率与系统的弹簧刚度和质量有关，对于液压缸质量不变，弹簧刚度可以推理出：式(3.6)式(3.7)将和代入式(3.7)可得：式(3.8)式中，——油缸总行程，m；——弹簧刚度，N/m。当，此时式(3.9)由式(3.9)可得：式(3.10)式(3.11)对以上(3.10)和(3.11)两式拉式变换后，把两腔的截面面积近似为二者的平均值，即令后得到传递函数：式(3.12)由(3.12)可知系统调高油缸受到的外力扰动的影响较大，具有较强的非线性。采煤机滚筒高度和调高油缸行程之间的数学关系在采煤机调高机构关系的基础上，得出油缸活塞杆位移与滚筒高度之间的数学模型。图3.5为滚筒调高结构设计图，当调高液压缸活塞发生细微变化时，可以近似认为：图3.5采煤机滚筒调高结构设计图式(3.13)式中，——调高油虹活塞伸缩量，m；——滚筒调高机构小摇臂的长度，m；——在活塞伸缩改变量为时，大摇臂与水平面夹角的变化量。釆煤机滚筒的高度调整量为：式(3.14)式中，——在调高油缸活塞伸缩量为时，采煤机滚筒高度变化量。由式(3.14)可得：式(3.15)由式(3.15)可得：式(3.16)联立(3.15)、(3.16)可得：式(3.17)由式(3.17)可得：式(3.18)化简式(3.18)可得采煤机滚筒位置变化量和油缸活塞位移间的关系式：式(3.19)综上可得采煤机滚筒高度表达式为式(3.20)因为在实际工作中环境多变复杂，煤层的顶端也不会发生巨大变化，而且一周内的变化很少，用k来表示两者之间的关系，即大小摇臂长度之比，即：式(3.21)液压操作调高锁紧回路“调高锁紧回路”作为调高系统的重要一部分，需要对其进行系统分析。调高锁紧式回路主要是采煤机液压系统中一种能够使得液压缸中的一个活塞杆能够在任何一个位置上进行固定的回路，利用调高锁紧式回路，可以使得活塞杆在任意位置停留后也不会因为任何外力的作用而发生移动的一种液压回路，如图3.6所示。例如，如果当液压换向阀的控制口处于右位或者左位时，液控式单向阀的控制口或油液管道内通入了液压油，此时，液体以及气缸的回油就可以通过反向流经单向阀口，此时液压缸的活塞就可向左或向右地移动。当换向阀保持在一个中位时，就可以控制活塞停止，此时该阀的压力和中位传感器机能转化成为h型，所有的压力和控制油液都直接通入到换向阀的油箱，油箱的压力就会迅速减少，使得控制阀不会在一个方向导通，油缸也会因为油液不通而关闭，利用这种闭合回路，可以让采煤机的滚筒能够在所需要的地点进行固定，增强了采煤机的适应性能。图3.6调高锁紧回路就目前采煤机发展水平来看，还是需要人为控制采煤机滚筒截割煤的高度，需要采用各种换向阀进行调整。滚筒调高调高油缸可也控制摇臂升降，由手、液动换向电磁阀操纵。专用的径向柱塞泵、手动换向阀→滚筒调高换向阀30、31→控制左右摇臂升降安全阀33的额定调定压力为20MPa，被用作限制调高泵29的最大压力。安全阀34的调高压力为32MPa，用以保护调高油缸。液控单向阀35的作用是固定调高油缸的位置。由于采用了三个串联的H机能的换向阀，因此三个油缸只能单独使用。调高油路当电磁阀30右端的电磁铁通电时，调活塞杆伸出，带动摇臂上摆，油路是：进油路：调高液压泵29→手、液动换向阀30→单向阀（右方）→油缸活塞腔回油路：油缸→单向阀（左方）→手液动单向阀→油缸当手、液压换向阀30左端的按钮打开时，油路与上述相反，摇臂向下摆动。卸载回路手、液动换向阀（不动）→油缸与换向阀相通→液压泵卸荷油路是：液压泵→手、液动换向阀→油箱当手、液动换向阀（动作）→油缸不通，保证系统正常工作。调高油缸位置锁定同理，按下任意每对调高阀，即可利用液动的方法移动换向阀的阀芯，使左边右边摇臂位置发生变化，断开控制装置，导致液压油路不通，换向阀复位，保持在固定位置上。调高油缸双滚筒式采煤机的调高传动系统是一个直接决定采煤机截割滚筒和升降的一个核心元器件，采用双作用单活塞式油缸对采煤机滚筒进行了调高，由于滚筒的上升摇臂和滚筒的自重较大，导致上升滚筒的载荷远远超过了下升滚筒的载荷，因此，我们设计中的活塞杆可以伸出作用为上升，活塞杆收缩控制滚筒下降。调高油缸的设计调高油缸的设计要点液压式采煤机对于调高式油缸的各个组成部位，其结构要求是设计合理，结构简洁、紧凑，在工艺流程中要求是加工、装配、维修方便。选择适当的调高油缸，缸筒中的内径主要参数D及其活塞杆直径d。保证每个油缸都具有一个足够的输出力、速度、行程，同时也应该使其具有相当高的强度，以便于承受液压力、负荷压力、意料中的冲击力。摇臂的工作稳定性及过载保护。调高油缸的结构及工作原理采煤机油缸结构如图3.7所示。1.活塞杆2.法兰3.卡环4.导向套5.缸体6.活塞7.液压锁图3.7采煤机油缸结构图调高油缸为双作用油缸，从一个压力油缸两侧油液向前运动进液，正反2个油缸方向向前运动，都主要是在油缸压力和两侧油液的相互作用下运动完成，通过手动调整一个油缸的横向运动量和行程高度来随时调节进油滚筒高度，以便于随时适应油缸压力和控制煤层的运动改变。系统工作压力的确定载荷和装置都能够直接决定整个系统的工作压力，选择适当的工作压力对工作效率有很大提升，原件所承载的阻力也可以帮助系统更准确的调整工作压力。在清晰的知道负载的前提下，就可推导出压力与液压执行原件的大小成反比，如果传动器的工作时压力相对较高，就要尽量减小执行时压力最小的尺寸，反之，就要考虑选择更多的方式来增加执行时压力最小的尺寸；但是，由于调节系统压力油的压力越大，因此执行系统原件的生产制造技术要求也会随之得到更高，从而大大降低了经济效益。现在我国采煤发动机中普遍使用的压力油调高系统压力为12mpa左右，随着时代的发展，技术与的进步，高性能的采煤发动机也逐渐普及到各个矿业，本设计所选的压力油为10mpa。液压调高油缸活塞杆直径的计算油缸就是一种通过液压传动能量变化的装置，可以把油缸中的液压能变化成驱动采煤机滚筒调高的机械能。油缸采用很高效的结构，可以提供工作所需要的全部能量，强劲且稳定。本设计中的液压传动系统主要选择了油缸，这种是双作用的单活塞杆液压缸，当一个活塞杆进行一个往复运动时，就可以实现正反两个相反方向的运动。油缸受力的确定调高油缸拉力的确定根据摇臂截割煤的受力可以确定调高油缸的推力和拉力。采煤机摇臂在截煤过程中受到许多力的作用，主要包括截割阻力、牵引力、摇臂重力等，根据力矩平衡原理，即可确定摇臂不同位置时，调高油缸的推力和拉力。图2、图3、分别为采煤机最大卧底、最大采高时的摇臂受力图。其中，滚筒扭矩；式(3.22)滚筒截割阻力式(3.23)式中滚筒直径，。由图2可知，当滚筒推进阻力时，摇臂下降到最低位置，调高油缸的理论推力最大，根据，代入数值计算得出由图3可知，根据，代入数值计算得出确定系统工作压力在正常的工况下,由液压传动执行元件的压力油按照液压调高系统和液压缸的具体大小来确定,如图中表3-1所示:表3-1执行液压原件实际工作压力工况执行原件名称载荷KN背压力工作压力计算公式初始位置油缸3.36011.40调高锁定油缸3.46011.01截煤油缸3.58010.70式(3.24)式中，本课题为11.40Mpa。即可确定油缸的工作条件和安装位置，调高油缸基本长度和行程的确定下图为采煤机摇臂调高简图，由图可知，采煤机的采高式(3.25)式中图1中B点与工作面底板的距离；摇臂的结构参数；滚筒的直径。可得摇臂的摆角式(3.26)根据图1，利用余弦定理，可得调高油缸长度式(3.27)式中摇臂的结构参数；将式（3.26）代入式（3.27）中，即可求出采煤机调高油缸长度与采高的对应关系。式（3.26）和（3.27）中，除了采高H为变量外，其他均为采煤机摇臂和机身的结构参数，对油缸的最大长度进一步调整。式(3.28)基本长度式(3.29)式(3.30)式(3.31)式中采煤机调高油缸的行程式(3.32)调高油缸压力参数确定在进行摇臂升降的过程中，升降油缸的基础长度及其行程不但要满足对于采煤机的高度及卧底量的要求，调高油缸将摇臂升起需要克服力矩的作用。式(3.33)式中在图一中，通过正弦定理，可得到调高油缸的力臂式(3.39)由式(3.22)和式(3.33)即可求得调高油缸升起摇臂需要轴向力式(3.40)由以上公式可以设计出活塞、活塞杆、油缸等所受压力。液压系统计算在整机传动系统设计中重要的组成部分必须包括对于主机液压循环传动系统的设计，液压循环传动系统的整机设计除了必须满足传动主机的机械动作性能、液压循环及静态和动态控制性能等各个方面的最低要求外，还同时要满足相应的装机条件，只有达到基本的条件下，才能完成工况需求。用途分析采煤机可以与许多设备进行配合工作，例如刮板输送机、液压支架，构成“三机配套”，而“三机配套”与调高部、液压系统、电气系统为采煤机的正常运作提供重要保障。液压系统作为其中的一部分，对液压系统的计算及主要液压元器件的选择为本设计的重点。液压泵与马达的选择液压泵选择准则：首先按照采煤机主机的工作状况、采煤机功率大小以及系统对工作性能的要求，第一步要选择液压泵的类型，其次根据系统要求的流量、压力选择合适的规格型号。液压马达选择：根据泵的排量，及液压马达所需要的转速，来计算液压马达的排量，同时要满足液压泵的最大压力要求，不能超过马达所能允许的最大压力。液压马达的选择按照采煤机设计参数，液压马达外负载转T为1300Nm，液压马达设计实际排量625mL/r，额定转速160r/min，则液压马达的排量：式(4.1)液压马达所需要的最大流量为：式(4.2)式中端面配流型低速大扭矩液压马达具有良好的启动型，调速平稳，低速稳定，过载保护简单，重量轻等优点。查表（见163页），选择BM—ES630摆线液压马达，其具体参数如表4.1所示表4.1马达参数马达液压马达型号BM—ES630液压马达型式端面配流摆线马达排量ml/r625额定转矩N·m1300额定压差Mpa14额定转速r/min160液压泵的选择在清晰了解各种系统的工作压力后，可以更加高效的计算出本设计中应该选用何种液压泵，即按照液压泵所能承受的满载压力和满载流量进行选择，在选用时，泵的额定流量应该大于或者等于计算时的流量，一般情况下，泵的额定压力可以达到系统的最高工作压力的110%~130%。先根据工业设计实际需求和液压系统实际使用情况等来确定各种液压泵的型号种类，然后按照确定液压泵的最大时间运行工作压力和最大时间供给的油量等影响因素等来确定液压泵的各种型号。在清晰的了解各种型号的液压泵后，发现轴向液压柱塞泵在工作中的表现更好，也能应付各种工作环境，所以本设计中选择轴向液压柱塞泵。液压泵的最大工作流量由4.4.1已经算出一只液压马达所需最大流量为75000mL，所以液压泵最高流量为式(4.3)因为要求液压泵在工作中稳定性好，要求其具有一定的额定压力，一般情况下，要求比液压马达高20%~55%。但是，额定流量则要求与液压泵的额定流量接近，不能多出太多，避免功率过大，造成不必要的损失。由计算得出：（查阅第94页）先预选ZB125型斜轴式轴向柱塞泵。通过上述分析，选择的斜轴式柱塞泵符合设计要求，液压泵的具体参数如表4.2所示表4.2液压泵技术参数主油泵主油泵型号ZB125主油泵形式斜轴式轴向柱塞泵理论排量125额定压力25最高压力32实际工作压力16额定转速2200最高转速2500最大摆角柱塞数7辅助泵的选择因为辅助泵在液压设计油路特别是闭式回路中起着重要作用，可以为主回路提供补油，保持一定背压，除此之外，辅助泵一般还可以向控制元件提供一定的动力。本设计中需要要求辅助泵使用时间要久，并且要求维持工作环境压力（查选用YB型定量叶片泵）流量以及排油量的计算：式(4.4)式中考虑叶片厚度和叶片倾角为：式(4.5)泵的实际输出流量：式(4.6)一般通常情况下在双复合作用叶片泵中，叶片底部完全都认为是液体连接通了一个压力的油腔，因而当一个叶片在槽中移动作为一个流体往复运动时，由于压力的作用，叶片槽底部的气体吸入机油和底部压油并没有同时得到一个足够的压力补偿，因为此时叶片底部厚度改变了有机气体压油排量发生变化，因此，双复合作用泵型叶片泵的压油流量必须根据上面的计算公式才能进行精确计算。但是，每当双向作用叶片泵中叶片的数量均大于为4倍时，波动小，因此叶片数为12或16片为宜。则其辅助油泵所需的流量系数为式(4.7)了解齿轮泵具有诸多优点后，本设计中优选齿轮泵。查液压技术手册（见第74页），将计算流量值圆整，选择CB-32型齿轮泵，其详细参数如表4.3所示表4.3辅助泵技术参数辅助泵辅助泵型号CB-32型齿轮泵额定压力Mpa16额定转速r/min1500实际流量L/min45实际工作压力Mpa3调高泵的选择因为采煤机在工作过程中工作环境恶劣，所以要求采煤机调高系统要能够承受足够大的压力，所以要求泵的轴向尺寸大，径向尺寸小，以满足工况安全稳定，因此选择径向柱塞泵。调高泵一般在采煤机滚筒调高中使用，按照在其使用过程中的最大流量进行选型，选择过程中要根据计算结果进行取整选型。查液压技术手册，调高泵的主要参数如表4.4所示表4.4调高泵主要技术参数调高泵调高泵型号lJB19型单极离心泵额定压力Mpa32额定转速r/min1000实际流量l/min19实际工作压力Mpa18油路计算及阀门的选择在选择液压阀之前，要考虑清楚在本设计中应该选择哪种油路。高压油路是一个系统内的主回路，而低压油路一般是除主油路以外的其它油路。主油路系统主油路主油路由四个液压马达和一个液压泵组成。如图4.1所示图5.1主回路液压油补充回路和冷却回路液压油补充回路：油箱→滤油器3→滤油器5→主油路低压侧油箱→滤油器3→单向阀8（9）→主油路低压侧冷却回路：液压马达→整流阀10→背向阀11→冷却器12→单向阀13→油箱由于辅助泵只能单向工作，为了防止电机因线路错误而短时反转使泵吸空，专门设置了单向阀14，这时辅助泵可通过该单向阀从吸油泵吸油。如图5.2所示图5.2补油和热交换回路操作系统操作系统用于控制牵引的手动操作牵引装置（15）处于中间位置→开关圆盘16对零→行程开关断开→电磁阀22断电液压制动器24→电磁阀22→油箱控制阀26失压后处于左位，于是由一个不返回零的电动液压缸和一个油池相互连接而自动返回零，并经过一个伺服运动变量控制机构驱动即可从而使整个主缸和液压泵一直保持工作为零位。正常关闭开启的运动行程会使驱动器上的开关自然地自动闭合，电磁阀22通过通电而使得驱动主泵动作上位，使得整个辅助机主泵的自动供油控制回路自动连接至制动器，系统在操控液体和驱动压力的相互作用下控制动作至停止右位，辅助机主泵的自动排油便通过驱动电磁阀28和驱动进而由驱动伺服电机变量驱动装置控制使得驱动主泵全部自动投入采煤工作，最终我们可以直接实现了在采煤期间发动机的主泵自然停止调速及自动换向。如本框图5.3所示。图5.3手动调速和换向电气操作电气操作是指利用电信号来控制采煤机运行。具体：电信号→电磁阀42→液压信号图5.4电气操作液压操作液压油→（按下）牵引阀36→单向阀37（38）→牵引油缸25→压力油→单向阀37（38）及牵引阀36→油箱油缸25（活塞移动）→齿轮23→螺旋副17、调速副18→实现换向、调速。图5.5液压调速和换向液压阀的选择根据新型液压压力传动器系统的工作原理和本框图所示及其提供的实际设计应用数据情况，审查了本框图中各个类型液压传动控制阀在不同的操作工况下及其所应用能够同时达到的最高工作负载压力和最高流量，并以此数据确定所应用需要的各个类型液压传动控制阀的最高工作负载和最高流量。通常，阀的真实压力和最大流量数值应该与实际流量值相同或相似，但是对于实际最大压力阀和最大流量控制闸，允许的最大压力流量控制范围很有可能会大大高于实际设计压力载荷的10%，此外换向阀需要的最大流量还要受液压阀功率要求。也可能需要注意受到换向阀门的大功率流动性质的很大限制。用于设备能够满足安全可靠性的使用要求时，其使用压力按照其缩减值(由32Mpa缩减到20Mpa)的正常实际压力范围内确定。电液压自动换向控制阀系统正常运行的工作压力，一般从1.5~2.0Mpa。对于3~4个中等传动流量的齿轮电动泵液动阀和换向阀，可以考虑额定压力为2.5Mpa，额定流量20L/min的齿轮泵，这种传动方式齿轮泵可用来将其当作液压控制动力输送机的油源。同时这些控制动作发生次数未必是传动系统上每个动力阀和换向阀的总数。当在传动系统上重新设置了一个输入流量较大电子式液动动力换向阀时，油路控制所需流量按上面公式核算得出。式(5.1)或式(5.2)式中主要性能指标单向阀的性能指标（通径6~80mm）；公称压力：21.0~32.5Mpa；公称流量：25~2000L/min；额定流量：15.0~1600L/min；压力损失：0.4~1.5Mpa；开启压力：0.05~1.0Mpa；反向开启最低控制压力；反向关闭最高控制压力。其中，f、g两项是针对液控单向阀。电磁换向阀主要性能指标（通径6~10mm）公称压力：21.0~31.5Mpa；公称流量：38.0~100L/min；额定流量：12~40L/min；允许背压：6.3~31.5Mpa；压力损失：0.8L/min；内泄漏量：450~9270；最低控制压力：mL/min；相应时间：0.9~12.0Mpa；寿命：。电磁换向阀主要性能指标（通径16~80mm）公称压力：31.5~35Mpa；公称流量：300~4500L/min；额定流量：140~2000L/min；允许背压：6.3~25Mpa；压力损失：0.8Mpa；内泄露量：450~9270；最低控制压力：mL/min；响应时间：0.9~12.0Mpa；寿命：主油路系统阀的选择由以上知，主回路中包括的各种阀有：单向阀(6)、(8)、(9)、(13)、(14)、换向阀(10)，溢流阀(7)、(11)。对于一个精密单向阀(6)，它与一个精密过滤油器(5)并联。此阀一般都操作是常规的关闭，当阀前的油压力极限大于此阀的压力极限时，该液压阀马上就打开了，液压油随之往下流到一个压力较低的控制油路。因为精滤油器的价格昂贵，用单向阀(6)做滤芯安全阀，用它就这样可以轻松完成整个精滤油器的安全保护。对于一个单向补油阀(8)和(9)，连接在辅助泵提供压力的油液补充的油路。而这个单向阀(13)、(14)的主要功能其实就是把它当做一个单向阀的启动器由以上得到，单向阀需要承载压力4Mpa，通过实际工作流量50l/min。（查阅第267页）选择AF3型单向阀。表5.1单向阀6参数型号最大流量(L/min)通径(mm)压力调节范围(Mpa)开启压力(Mpa)AF3-Ea10B801016~200.05对于换向阀（10），需要选择液动换向阀，因为液动换向阀可以改变油液压力进而改变阀芯位置，但不能依靠电磁推力，因为油液流量较大，所以靠电磁推力改变阀芯位置就会非常困难。阀芯位于中位→油路导通→安全阀（46）、调压阀（43）关闭选择E35Y型三位四通液动换向阀。溢流阀7作用是控制调节辅助泵最高压力。溢流阀11作用是使马达排油口维持一定背压。见第309页，选择GE系列溢流阀。表5.2溢流阀技术参数型号通径（mm）压力调节范围（Mpa）额定流量（L/min）重量（kg）YF-10L100.5~6.3631.6操作系统包括单向阀、电磁阀、牵引阀、安全阀、控制阀、手动换向阀、调高阀等。因为电磁阀22排出辅助泵通过液压油，所以该阀应满足辅助泵的额定压力和额定流量。（见第217页），选择YDF系列电磁阀。其主要型号如表5.3表5.3电磁阀22主要技术参数型号调节范围（Mpa）重量（kg）额定流量（L/min）通径（mm）YDE3-10B0.5~6.33.26310而电磁阀由于管路性质的原因，都选择三位三通电磁阀（见第260页），其主要型号如表5.4表5.4三通电磁阀主要技术参数型号额定压力（Mpa）额定流量（l/min）生产厂家通径（mm）GE系列F3166~80佛山液压件厂4、6、10、16在辅助泵液压油路，实际压力为4Mpa，（见第275页），控制阀26选型如表5.5所示表5.5控制阀26主要技术参数型号额定流量（L/min）调节范围（Mpa）重量（kg）通径（mm）23YF3PAT-E10B800.6~164.710伺服阀20的选型是按照影响它的运动方式选择，（见第275页），选择三位五通液动换向阀，选型见下表5.6表5.6伺服阀20主要技术参数型号重量（kg）额定流量（L/min）通径（mm）调压范围（Mpa）35YF34.780100.6~16由于手动换向阀与调高泵属于一个油路系统，因此允许的压力和排油量也应该相同，（见第311页），选型见下表5.7表5.7手动换向阀主要技术参数型号额定流量（L/min）调压范围（Mpa）生产地通径（mm）6316长江15安全阀33的作用是限定调高泵的峰值压力，允许通过的流量比实际稍高，比能承受的最大压力低，（见第214页），选型见下表5.8表5.8安全阀33主要技术参数型号额定流量（L/min）调压范围(Mpa)卸荷压力（Mpa）重量（kg）YF3-E10L630.5~160.451.6安全阀(34)的作用是保护调高油缸，其压力值应设为32Mpa。同时，单向阀(35)也属于调高油缸回路，（见第258页），选型见下表5.9表5.9单向阀主要技术参数型号生产厂家额定流量（L/min）通径（mm）调压范围（Mpa）YAF3佛山液压件厂40~10010、2016由以上分析得：按照油路中各阀的位置及其作用，实现了对采煤机滚筒的调高，换向等。（见第267页）单向阀37、38选型如下表5.10。表5.10交替单向阀主要技术参数型号最大流量（L/min）通径（mm）压力调节范围（Mpa）开启压力（Mpa）AF3-Ea10B801016~200.05牵引阀36，调高阀39、40、41选择二位三通换向阀，（见第309页），选型见下表5.11表5.11调高换向阀主要技术参数型号通径最大流量压力调节范围生产地ZFS-L20H:T20804~16长江、锦州调压阀43（见第216页）选型见下表5.12表5.12远程调压溢流阀技术参数型号重量（kg）最大流量（L/min）压力调节范围（Mpa）通径（mm）YTF3-E6B0.920.5~166滤油器的选择一般情况下，为了使得采煤机的使用时长以，以及对机体本身的保护，避免吸进较大杂质影响采煤机使用寿命，在液压系统吸油回路中安装一个吸油过滤器，但是至于精度就没有必要很高，一般不超过45um(c)，当泵的吸油回路阻力过大时，很容易因为空气的吸入造成系统的损伤。安装油液过滤器首当其冲需要考虑的就是系统整体的流量大小，但是通过油液过滤器的流量不是定值，且在工作过程中会受到过滤精度、油液的粘度等这些不稳定因素的影响。所以，选择合适的油液过滤器应该首先考虑通过过滤器的流量的流速、以及油液的粘度，通过油液过滤器的流量不能大于过滤器允许的额定流量。因此，过滤器的标准尺寸应根据通过过滤器的额定流速、滤芯的过滤器和液压油的粘度来确定的。过滤器厂商一般会给出清洁滤芯的压差-流量特性曲线，即当油的粘度为32mm时