采煤机液压系统毕业设计 精品.docx
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采煤机液压系统毕业设计精品
采煤机液压系统
新疆工业高等专科学校机械工程系毕业设计（论文）任务书
学生姓名
专业班级
机电07-8
（2）
设计（论文）题目
采煤机液压系统
接受任务日期
完成任务日期
指导教师
指导教师单位
新疆工业高等专科学校
设计（论文）内容目标
1、明确采煤机操作过程、工作特点、性能和作业环境的要求。
2、明确液压系统必须完成的动作，如何实现功能保护。
3、液压元件选型考虑液压装置重量、外形尺寸、经济性和可靠性要求。
设计（论文）要求
1、论述采煤机的工作原理以及如何实现功能保护。
2、拟定液压系统原理图，液压元件主要参数表。
3、CAD液压系统图注明元件明细，打印出图用A0幅面图纸。
论文指导记录
1、液压系统的章节安排，提出了“阐述由简单到复杂，功能逐步增加完善”的思想。
2、预先绘制CAD液压系统图，便于在每章节中根据需要插图说明。
3、调高系统的设计参考4LS-8型采煤机。
4、液压元件选型都力争有据可查，并详细注明了参考来源。
5、在文字中引用截图进行说明时，尽力做到美观准确。
参考资料
张岚，弓海霞，刘宇辉编.新编实用液压技术手册.北京：
人民邮电出版社，2008
黎启柏主编.液压元件手册.北京：
冶金工业出版社，机械工业出版社，1999
注：
此表发给学生后由指导教师填写，学生按此表要求开展毕业设计（论文）工作。
新疆工业高等专科学校机械工程系毕业设计（论文）成绩表
学生姓名
专业班级
设计（论文）题目
指导教师（签名）
指导教师单位
指
导
教
师
评
语
评阅成绩：
评阅教师签字：
年 月 日
答
辩
记
录
成绩：
提问教师签字：
年 月 日
答
辩
小
组
意
见
答辩成绩：
答辩小组组长签字：
年 月 日
摘要
采煤机的液压系统，由牵引液压系统、截煤滚筒调高系统和破碎滚筒调高系统三部分组成。
其牵引液压系统包括主油路系统、操作系统和保护系统。
采煤机的调高系统由截煤调高系统和破碎调高系统组成。
液压传动系统的设计是整机设计的一部分，它除了应符合主机动作循环和静动态性能等方面的要求外，还应当满足结构简单，工作安全可靠、效率高、寿命长、经济性好、使用维护方便等条件。
关键词：
牵引液压系统；调高系统；系统设计
Abstract
Theliquidwhichadoptcoalmachinepresssystem,fromleadaliquidtopressthesystem,piececoalrollertokeyupsystemandbrokenuprollertokeyupsystemthreepartconstitute.Itleadaliquidtopresssystemtoincludethelordoilroadsystem,operatesystemandprotectionsystem.
Adoptkeyupofcoalmachinesystemiskeyedupsystembythepiececoalwithbrokenupkeyupsystemtoconstitute.
Theliquidpresstospreadtomovesystemofdesignisthewholemachinedesignofapart,itinadditiontoshouldmatchahostactioncirculationwithquietdynamicstatefunctionetc.ofrequest,returnshouldsatisfystructuresimple,worksafetycredibility,efficiencyGao,lifespanlong,economygood,usagemaintenanceconvenienceetc.condition.
Keyword:
Leadtheliquidpresssystem;Keyupsystem;Systemdesign
第一章
牵引液压系统
采煤机的液压系统，由牵引液压系统、截煤滚筒调高系统和破碎滚筒调高系统三部分组成。
其牵引液压系统包括主油路系统、操作系统和保护系统。
一.1主油路系统
主油路系统分为主回路、补油和热交换回路。
（1）主回路
主回路是由是由主油泵1与四个并联的液压马达2a、2b、2c、2d组成的闭式回路。
改变主油泵的排量和排油方向可实现采煤机牵引速度的调节和牵引方向的改变。
如图1.1–1所示
图1.1–1主回路
（2）补油和热交换回路
辅助泵4从油箱经粗滤油器3吸油，排除的油量经滤油器5、单向阀8或9进入主回路低压侧，以补偿主回路的泄油。
油马达排除的一部分回油（热油）经整流阀10、低压溢流阀（背压阀）11、冷却器12及单向阀13回油箱，使热油得到冷却。
低压溢流阀11的调定压力为2.0MPa，以使回路低压侧即油马达的排油口维持一定的背压。
溢流阀7的调定压力为2.5MPa，以限制辅助泵的最高压力，防止因压力过高而损坏。
单向阀6（滤芯安全阀）的作用是保护滤油器。
单向阀13的作用是在更换冷却器时防止油箱的油外漏。
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1.1–2所示
图1.1–2补油和热交换回路
一.2操作系统
操作系统用于控制牵引的启动、停止、调速和换向。
有手动、液动和电气3种操作方式。
一.2.1手动操作
由牵引手把15实现。
牵引手把在中位时，开关圆盘16的缺口对零，使常开行程开关[]断开，电磁阀22断电，液压制动器24经电磁阀22回油，在弹簧作用下将液压马达制动。
同时失压控制阀26因控制口失压在弹簧作用下处于左位，于是回零液压缸与油池连通而回零，并经伺服变量机构使主液压泵处于零位。
在启动电机后，主泵、辅助泵都运转。
当顺时针或逆时针转动牵引把手，开关圆盘将常开行程开关闭合，电磁阀22通电而动作到上位，使辅助泵供油回路与液压制动器连通，制动器液压松闸；同时失压控制在液压力作用下动作到右位，辅助泵排油便经电磁阀28（电动机欠载时在左位）和失压控制阀26进入回零液压缸，于是在液压力的作用下弹簧被压缩，而使调速套18解锁；牵引手把的转角经螺旋副17转化为调速套位移，进而经伺服变量机构使主泵投入工作，最终实现采煤机的调速和换向。
如图1.2–1所示
图1.2–1手动调速和换向
一.2.2电气操作
电气操作如图1.2–2所示，是利用电信号来实现采煤机的牵引换向、调速，
包括按钮操作和无线电遥控操作，它是为电器自动控制和大倾角煤层采煤设计的。
它们发出的电信号都是通过电磁阀42转化为液压信号而使液压缸动作的，以后的过程与上述相同。
电气操作与液动操作间的连锁由交替单向阀38.、39实现的。
图1.2–2电气操作
一.2.3液压操作
液压操作是用手液动换向阀来实现采煤机的调速和换向的。
为了便于操作，在采煤机的两端分别装有2组二位三通阀36L、36R。
按动每端的牵引阀36之一的按钮，压力控制油即经此阀和交替单向阀37、38进入液动牵引油缸25的一侧。
油缸25的另一侧的油经交替单向阀38、37及另一牵引阀36回油箱。
于是油缸25的齿条活塞移动，并通过齿轮23、螺旋副17及调速套18进行换向和调速。
其换向、调速过程同手动操作。
松开牵引阀36的按钮，控制油被切断，变量油缸被锁定在一定的位置上，主油泵以一定的排量工作（即采煤机以一定的牵引速度移动）。
当需要采煤机停止牵引或减速时，先通过反向牵引使牵引油缸25的活塞回到零位，控制油经活塞中心的单向阀及油缸中部的孔道去推动牵引阀36的阀芯外移，即发出一个停车信号，指示司机停止牵引。
如图1.2–3所示
图1.2–3液动调速和换向
一.3保护系统
为保证采煤机正常工作和使用寿命，它应该具备完善的保护系统，这些保护系统包括以下几种。
一.3.1电动机功率超载保护系统
电动机功率超载保护可使电动机在额定功率下运转，即超载时自动减速，欠载时自动增速,直到恢复原来选定的牵引速度。
这样既可以避免损坏电机，又可充分发挥电动机的功率。
电动机功率超载保护是通过三位三通电磁阀（功控电磁阀）28、回零液压缸27和调速套18的协同工作实现的。
（1）工作中若电动机超载，即电动机实际功率大于110%的额定功率时，电气功率控制器发出减速讯号。
电磁阀右端线圈通电，阀心动作到右位，将回零液压缸与油池连通，于是回零液压缸活塞在弹簧作用下位移，并通过调速杆19向减速方向运动，从而实现采煤机减速。
此时由于牵引手把未动，所以将杠杆的摆角变为调速套中记忆弹簧的压缩量存储起来。
（2）当电动机超载消失后又欠载时（电动机实际功率小于90%额定功率），电磁阀28又恢复到欠载位置，回零液压缸解锁，在记忆弹簧作用下又使杠杆向原定位置运动，采煤机回到原来给定的牵引速度。
（3）电动机处于满载状态时（电动机实际功率大于90%而小于110%额定功率）电磁阀处于中位，闭锁了回零液压缸的油路，伺服变量机构便保持在给定位置上，牵引速度保持不变。
如图1.3–1所示：
图1.3–1电动机功率超载保护保护
一.3.2恒压调速系统
恒压调速系统属于液压过载保护系统，当系统压力低于15.68MPa时（牵引力小于400kN），采煤机保持给定的牵引速度；而当压力达到15.68MPa时（牵引力达到400kN），牵引速度自动减小直到停牵引。
超压消失后，牵引速度又增加到给定值，如图1.3–2所示
图1.3–2恒压控制特性曲线
恒压调速由远程调压阀43和回零液压缸27实现。
远程调压阀的恒定压力为15.68MPa，当高压油路压力达到此值时，远程调压阀动作，溢出的低压油大部分经节流回油池，一部分则进入回零液压缸，在节流形成的压力作用下，活塞位移而使杠杆19向减速方向运动，实现采煤机减速。
同时，压缩调速套中的记忆弹簧将讯号储存起来。
超压消失后，远程调压阀关闭，记忆弹簧又使杠杆19向增速方向运动，直到回到原来的位置，采煤机也回到给定的牵引速度。
如图1.3–3所示
图1.3–3恒压调速系统
一.3.3高压保护系统
采煤机运行中因牵引阻力突然增大造成高压油路压力急剧上升时，恒压调速系统因受分流阻尼影响，牵引速度下降比较缓慢，不能扼制压力的继续增高。
为此，系统中设计了高压保护系统，以限制系统的最高压力。
高压保护由高压安全阀46实现，其调定压力为16.66。
当系统压力达到此值后，高压安全阀开启，将高、低压油路以及高压油路与油池连通，使牵引速度很快降低直到停牵引，起到了液压过载保护作用。
如图1.3–4所示：
图1.3–4高压保护系统
一.3.4低压欠压保护系统
低压欠压保护系统用于使系统保持所必须的背压。
它由失压控制阀26和压力继电器47实现液压和电气双重保护。
低压油路压力（背压）低于1.47时，失压控制阀26复位，回零液压缸27与油池连通，调速套回到零位，主泵回零，采煤机停牵引。
若失压控制阀失灵，背压降低到1.27时，压力继电器47动作，切断电动机电源，使采煤机停止工作。
如图1.3–5所示
图1.3–5低压欠压保护系统
一.3.5停机主泵自动回零保护
采煤机因断电突然停机时，因电磁阀22断电复位而使失压控制阀26失压复位，于是回零液压缸使调速套回到零位，实现了主泵停机回零。
这就保证了下次开机时主泵从零位启动，避免了带负荷启动可能引起的主泵瞬时吸空，保护了主泵，如图1.3–6所示
图1.3–6主泵自动回零
一.3.6超速和差速防滑保护
防滑保护采用了4个液压制动器24，每台液压马达安装1套，它们是通过电磁阀22的控制来实现抱闸和松闸的。
采煤机正常工作时，电磁阀22通电，控制油进入制动器使之松闸，这时4台液压马达基本同步运行。
但当系统中1套牵引回路出现故障时，就可能使4台马达不同步，其中1台马达将超速运行而使主油路压力建立不起来，于是采煤机在重力作用下开始下滑，当下滑速度超过10m/min或4个牵引轮间的速度差大于2m/min时，装在马达传动齿轮上的速度传感器将发出指令而将电磁阀22的电路切断，使采煤机立即停机制动，防止机器下滑。
如图1.3–7所示
图1.3–7防滑保护
一.3.7过零保护
过零保护是为了防止采煤机降速时过头反转。
它主要依靠开关圆盘来控制行程开关在零位时将接头断开，造成电磁阀22断电，失压控制阀26失压复位，主泵回零，同时液压制动器在弹簧作用下抱闸。
另外，在用液压按钮操作时，通过液控牵引液压缸25到达零位时所连通的油路（活塞油孔与缸体油孔对齐）使控制油推动牵引阀按钮，向司机发出已停机信号；司机应立即松手，以避免出现反向牵引。
第二章调高系统
采煤机的调高液压系统包括截煤滚筒调高系统和破碎滚筒调高系统，2个系统基本相同。
其区别是：
截煤滚筒调高系统有手动、液动和电气3种操作方式，而破碎滚筒调高系统只有手动、液动2种操作方式。
此外，调高液压缸两端油路上均装有安全阀（调定压力31.36MPa），用于截煤滚筒受到过大载荷时保护调高液压缸。
左右摇臂内装有截割电动机和齿轮传动装置。
左右牵引部不仅安装了直流牵引电机及齿轮传动装置，而且装有液压泵电机、液压泵与阀组。
摇臂与牵引部通过对接板连接，对接板与摇臂用螺钉紧固为一体，与牵引部用销轴铰接，位于牵引部下部空挡内的调高液压缸活塞杆与对接板上的耳板铰接。
电气控制箱装有电缆插座、高压隔离开关和操作控制与显示装置。
二.1电器操作
当发出电信号后，电磁阀42动作，即可移动牵引油缸25的齿条活塞，通过齿轮23、螺旋副17、调速套18等来实现功能。
电信号消失后，电磁阀42复位，机器就以一定的牵引方向和速度运行。
同理，发出电信号后也可是电磁阀49、50动作，从而实现左右滚筒的调高。
如图2.1–1所示
图2.1–1电器操作滚筒调高
二.2液压操作
液压操作主要是截煤滚筒调高和破碎滚筒调高。
二.2.1调高锁紧回路
在讨论滚筒调高之前，有必要对调高系统中的“调高锁紧回路”做一个具体解释。
锁紧回路是指使液压缸能在任意位置上停留，且停留后不会在外力作用下移动位置的回路，如图2.2–1所示。
当换向阀处于左位或右位工作时液控单向阀控制口
或
通入压力油，缸的回油便可反向流过单向阀口，故此时活塞可向左或右移动。
到了该停留的位置时，只要令换向阀处于中位，因阀的中位机能为H型，控制油直通油箱，故控制压力立即消失，液控单向阀不再单向导通，液压缸因两腔油液封死便被锁。
采煤机的滚筒调高正好利用了锁紧回路，使采煤机滚筒在一定位置固定，即使短时间辅助泵不供油，也可以维持在稳定的高度，提高了采煤机的工况适应能力。
图2.2–1调高锁紧回路
二.2.2滚筒调高
调高液压缸用于控制摇臂升降，由手、液动换向电磁阀30、31、32操纵。
调高时通过专用的径向柱塞泵29、三个H机能的手动换向阀30、31、32来实现的。
其中换向阀30、31控制左右摇臂的升和降，换向阀32控制破碎装置小摇臂的升或降，如图2.2–2所示。
安全阀33的调定压力为20MPa，用于限制调高泵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（液压锁）的作用是固定调高缸的位置。
应当指出，由于采用了三个串联的H机能的换向阀，故三个油缸只能单独操作。
图2.2–2液压滚筒调高
二.2.3调高油路
电磁阀30的右端电磁铁通电时，调高液压缸的活塞腔进油，活塞杆腔回油，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→液压锁的右方单向阀（同时打开左方单向阀）→调高液压缸活塞腔。
回油路：
调高液压缸活塞杆→液压锁左方单向阀→手、液动换向阀30、31、32→油池。
手、液动换向阀30的左端手动按钮打开时，油路与上述相反，摇臂下摆。
液压锁到调高液压缸油路上的安全阀34是在滚筒割到顶板或支架顶梁以及顶板突然来压造成液压缸过载时实现保护的。
二.3卸载回路
当手、液动换向阀30、31、32不动作时，手、液动换向阀32下端油口与油缸相通，液压泵卸荷，油路是：
液压泵→手、液动换向阀30、31、32→油池。
当手、液动换向阀30、31、32动作时，手、液动换向阀32的下端油口不与油缸联通，此油路不通，保证系统正常工作。
二.4调高油缸位置锁定
同理，按动每对调高阀39、40或41之一时，即可利用液动的方法移动换向阀30、31或32的阀芯，使左右滚筒或破碎滚筒升降。
松开按钮，控制油源被切断，换向阀在弹簧作，用下复位，即被锁定在一定位置，如图2.4–1所示
图2.4–1油缸位置锁定
第三章液压系统计算
液压传动系统的设计是整机设计的一部分，它除了应符合主机动作循环和静动态性能等方面的要求外，还应当满足结构简单，工作安全可靠、效率高、寿命长、经济性好、使用维护方便等条件。
（1）用途分析
采煤机可与SGZ-730/264型刮板输送机、ZY400—18/38（或QY320—20/38）型液压支架、SZZ—730/132型转载机、PEM980
815型颚式破碎机以及SDZ—150型伸缩带式输送机等组成综采配套设备。
（2）工作环境分析
该机靠四个滑靴骑在工作面刮板输送机上工作。
靠煤壁侧两个滑靴支撑在输送机的铲煤板上；靠采空区侧的两个滑靴支撑在输送机的槽帮上，并通过齿条上的导轨为滑靴导向，使采煤机不至脱离齿轨。
采煤机可用斜切法自开锁口。
三.1液压缸的选择
（1）确定液压缸
根据液压缸作用特性，即牵引液压系统需要将液压缸的直线运动转换成齿轮的回转运动，截煤调高系统和破碎调高系统需要活塞双向运动产生推力和拉力，故牵引液压系统选用组合式齿条传动活塞液压缸，调高系统选用单活塞杆无缓冲液压缸。
液压缸无杆腔工作面积为有杆面积的两倍，活塞杆直径d与缸筒直径D的关系为d=0.707D。
（2）确定油缸面积
由各类常用设备工作压力可知，采煤机牵引液压系统工作压力小于16MPa。
选定工作压力初选工作压力P=16MPa.
确定液压缸有效工作面积A
确定缸筒内径D，活塞杆直径d
按GB/TR348-1993取D=160mm;d=0.71D=113.6mm,按GB/TR348-1993,取d=110mm.
液压缸实际有效面积计算
无杆腔面积
有杆腔面积
活塞杆面积
（3）最低稳定速度验算.最低速度为工进时υ=50mm/min,工进采用无杆腔进油，单向行程调速阀速度，查得最小稳定流量qmin=0.1L/min
满足最低速度要求。
（4）绘制液压缸工况图。
计算各工况下的压力，流量和功率汇总于表8-9，液压缸的工况见表3.11。
系统
计算公式
速度（m/s）
有效面积（M2）
最大负载（kN）
压力（MP）
牵引系统
ρ=F+ρ2A2/A1
q=υ1A1
P=ρq
0-6
A1=20096×10-6
A2=10598×10-6
A3=9499×10-6
400
16
表3.11液压缸工况表
三.2液压泵与马达的选择
根据油液流动循环路线的不同，主回路可分为开式循环系统和闭式循环系统两种基本型式。
由于与开式循环系统相比，闭式循环系统有如下优点：
油箱容积小，系统比较紧凑，系统封闭性能好；回路油有一定压力（背压），空气和灰尘很难侵入工作液体，可延长液压元件和液压油的使用寿命；液压马达的转速和转向的调节一般使用双向变量控制阀来控制，故主回路选择闭式循环系统。
三.2.1液压马达的选择
根据采煤机机械部分设计参数，液压马达外负载转
为1300N
m，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
液压马达所需要的最大流量为
式中
——液压马达机械效率，一般取
=0.9~0.97。
——液压马达的最高额定工作转速；
——液压马达的容积效率，是个不定值，随马达工作状态改变。
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3.21所示
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/r
625
额定转距N·m
1300
额定压差MPa
14
额定转速r/min
160
表3.21马达参数
三.2.2液压泵的选择
根据所选定的液压泵类型及系统工作压力，以计算出的液压泵最大工作压力和最大流量选择液压泵。
选择时，泵的额定流量不低于计算所需流量，泵的额定压力可以比系统最高工作压力高10%~30%。
先根据设计要求和系统工况确定泵的类型，然后根据液压泵的最大工作压力和最大供油量来选择泵的规格。
比较液压泵的应用及主要性能优点，轴向柱塞泵具有转速高、结构紧凑、径向尺寸小的优点，故选择轴向柱塞泵。
液压泵的最大工作流量
由于3.3.1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
为了使液压泵的工作安全可靠，液压泵应有一定的压力储备，通常泵的额定压力可比
高25%~60%。
泵的额定流量则宜与
相当，不要超过太多，以免造成过大功率损失。
根据计算结果，（查阅[]第94页）先预选ZB125型斜轴式轴向柱塞泵。
根据前面计算结果（理论排量125ml/r，最高转速2500r/min），需要检验预选泵的正确性
由此可见，经过计算后预选的ZB125型斜轴式轴向柱塞泵与手册理论参数相符，所以预选型号满足设计要求。
液压泵的具体参数如表3.22所示
主油泵
主油泵型号
ZB125
主油泵型式
斜轴式轴向柱塞泵
理论排量ml/r
125
额定压力MPa
25
最高压力MPa
32
实际工作压力MPa
16
额定转速r/min
2200
最高转速r/min
2500
最大摆角
±25°
柱塞数
7
表3.22液压泵技术参数
三.2.3辅助泵的选择
由于双作用叶片泵两个吸油区和压油区分别对称分布，压力油作用在轴承上的径向力相互平衡，这种泵的轴承寿命长，并有利于提高工作压力，所以选择YB型定量叶片泵。
排量和流量计算：
=
式中
、
——叶片泵定子表面圆弧部分的长，短半径（mm）；
——转子半径（mm）。
考虑叶片厚度和叶片倾角
为：
泵的实际输出量为：
公式3.21
一般在双作用叶片泵中，叶片底部全都接通压油腔，因而叶片在槽中作往复运动时，叶片槽底部的吸油和压油不能补偿，由于叶片厚度所造成的排量小，因此，双作用叶片泵流量必须按公式3.21计算。
当双作用叶片泵的叶片数为4的倍数时，脉动率最小，因此双作用叶片泵的叶片数一般都取12或16片
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