防爆动力驱动巷修机液压系统的设计

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1、 毕业设计（论文） 设计（论文）题目：防爆动力驱动巷修机液压系统的设计 系 部 名 称： 机 电 工 程 系 学 生 姓 名： 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 号： 指 导 老 师： 填 表 时 间： 2012 年 5 月 17 日 摘 要煤矿井下巷道维护一直是井下作业的难题，其根本原因是井下空间狭小，巷道维护所需要的设备种类繁杂且更换频繁，从而导致在巷修中投入了大量的人力物力，但效率非常低下。因此，能够完成各种巷修任务的巷修设备可有效解决上述问题。现有的巷修工作普遍采用锚索、锚杆联合支护技术进行主动支护，降低材料消耗和人工消耗，完成巷修工作，但该方式存在诸多安全和可靠性问题，

2、不能完全满足巷修任务需求。提高巷道施工的安全性和修复后巷道的安全性，保证生产，提高经济效益是对巷修工作的主要要求。本文主要设计了多功能煤矿巷道用巷修机的液压系统，并对该机的液压系统进行了性能分析和维护。该机采用静压传动技术和机具快换技术，可实现一机多用、原地整周自转、无级变速等功能，可在狭小的井下空间内快换各种附具并完成多样化的巷修任务，极大提高了井下巷修工作的效率和经济效益。本文分析了液压传动系统的应用特点及所存在的不足，针对所存在的问题，进行了比较详细的解决，设计出了相对完善的液压传动系统。整个液压传动系统由矿井专用的防爆发动机提供动力，经过双联液压泵采用静液压传动将动力传输到执行机构，可

3、实现机器原地整周自转，减小了回转半径，并能通过两个液压马达来实现转向。本研究对液压传动系统的推广具有重要的理论价值和应用意义。 ABSTRACT目 录1 绪 论1.1 研究背景和意义1.2 国内外液压传动系统研究现状1.3 本文研究的主要内容1.4 巷修机主要技术参数1.5 液压系统设计要求2 煤矿巷道用巷修机液压系统设计2.1 液压系统的简介2.1.1 液压系统的工作原理2.1.2 液压系统的组成部分2.1.3 液压系统传送的优点2.1.4 液压系统传送的缺点2.2 确定液压系统的类型2.2.1 选液压系统的工作压力2.2.2 液压系统原理图 2.2.3 选定液压系统类型2.3 液压缸和液压

4、马达的选型2.3.1 液压缸的选型2.3.2 液压马达的选型2.4 双联柱塞泵的选型2.5 液压阀的选型2.6 整体液压系统 2.7 液压附件和液压油的选取 2.7.1 液压附件的选取2.7.2 液压油的选用3 巷修机液压系统性能分析3.1 液压系统压力损失3.2 液压系统的发热温升计算3.3 计算液压系统的散热功率4 液压系统冲击压力4.1 压力冲击的原因4.2 消除或减少压力冲击的措施5 液压传动系统的安装与维护5.1 液压元件的安装5.2 液压元件的维护6 本论文结论与展望6.1 设计结论6.2 未来展望7 参考文献 1 绪论1.1 研究背景和意义 煤矿井下的巷道维护是煤矿开采工作中必须

5、且至关重要的环节，通过巷道维护操作，开通巷道，清除巷道障碍物，保障运煤通道畅通。但是巷道维护工作环境复杂，对设备要求高，其原因包括三点：（1）在煤矿井下运行的设备，首先必须要保证煤矿井下的安全，即设备运行带有防爆措施；（2）作业空间狭小，普通设备很难满足煤矿井下狭小空间内运行和操作的要求；（3）维护过程更换设备较多且频繁，对狭小空间内的设备操作提出了更高的要求。基于巷修机工作的特殊环境，展开对本文有关煤矿巷道用巷修机的研究，以使煤矿巷道用巷修机具备以下三个特点：（1）设备的动力系统具备防爆功能；（2）机器转弯半径小，可实现原地360度转向；（3）功能多样化，通过更换煤矿巷道用巷修机所配备的各种

6、附具（附属用具）可实现多种维护工作。具备上述三项突出特点的煤矿巷道用巷修机可完全满足矿井巷修机工作环境要求。巷修机的主要特点包括：（1）滑移转向，机动灵活，可在狭小场地工作；（2）一机多用，可安装多种工作装置；（3）工作装置采用快换接头，更换方便快捷；（4）全液压驱动，操纵灵活舒适、可靠；（5）最大的特点是整机外形尺寸小，且可实现原地转向；可在作业现场随机快速更换或挂接各种工作装置。本文所设计的巷修机属于小型多功能机械，是目前工程机械领域相对先进的一种。煤矿巷道用巷修机与普通工程机械不同，它可实现原地360度转向。其中，液压系统是煤矿巷道用巷修机的关键组成部分，通过液压系统驱动整车行走及各种动

7、作。因此，液压系统的性能直接影响煤矿巷道用巷修机的整机水平。该系统主要由液压缸、马达、换向阀、蓄能器等部件及导向与密封装置组成。液压系统对提高煤矿巷道用巷修机工作效率，降低能源消耗，节省装机容量，改善设备的操作性能具有重要意义。1.2 国内外液压传动系统研究现状相对于机械传动，液压传动是一门新的技术。液压传动起源于1654年帕斯卡提出的静压传动原理，1795年英国第一台水压机问世，1905年，将工作介质有水改为油后，性能得到很大改善。液压传动的推广应用，得益于19世纪崛起并蓬勃发展的石油工业。最早成功应用液压传动装置的是舰艇上的炮塔转位器；第二次世界大战期间，由于军事工业需要反应快、精度高、功

8、率大的液压传动装置有进一步推动了液压技术的发展；战后，液压技术迅速转向民用，在国民经济的各个行业中逐步得到推广。20世纪60年代后，随着原子能、空间技术、计算机技术的发展，液压技术也得到了很大发展，并渗透到各个工业领域中去。当前液压技术正向高速、高压、大功率、高效率、低噪声、长寿命、高度集成化、复合化、数字化、小型化、轻量化等方向发展；同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助测试（CAT）、计算机直接控制（CDC）、机电一体化技术、计算机仿真和优化设计技术、可靠性技术、基于绿色制造的水介质传动技术以及污染控制方面，也是当前液压技术的发展和研究的方向。 我国的液压技术开始于1952年，液压元件最

9、初应用于机床和锻压设备，后来应用于工程机械。1964年我国从国外引进了一些液压元件生产技术，同时自行设计液压产品，经过多年的艰苦探索和发展，特别是20世纪80年代初期引进美国、日本、德国的先进技术和设备，是我国的液压技术水平上了一个新的台阶。目前，我国已形成门类齐全的标准化、系列化、通用化液压元件系列产品。同时我国在消化、吸收国外先进技术的同时，大力研制、开发国产液压新产品，加强产品质量可靠性以及新技术应用的研究，积极采用新的国际标准，不断调整产品结构，对一些性能差的液压产品，采用逐步淘汰的措施。由此可见，随着科学技术特别是控制技术和计算机技术的发展，液压传动与控制技术将得到进一步发展，应用将

10、更加广泛。1.3 本文研究的主要内容液压系统方案设计：根据动作和性能的要求先分别选择和拟定基本回路，然后将各个回路组合成一个完整的系统。主要包括以下几个方面：1、确定系统类型系统类型指的是开式系统或闭式系统，它主要取决于主机的类型，作业环境及液压系统的调速方式和散热要求。2、选择液压回路 选择液压回路是根据系统的设计要求和工况从众多的成熟方案中评比挑选出来的。选择时要从对主机主要性能起决定性作用的调速回路开始，然后根据需要考虑调压、平衡、换向、顺序动作、动作互锁等其它辅助回路。如对有垂直运动部件的系统要考虑平衡回路，有快速运动部件的系统要考虑缓冲和制动回路，有多个执行元件的系统要考虑顺序动作、

11、同步或互不干扰回路，有空转要求的系统要考虑卸荷回路等等。同时也要考虑节省能源、减少发热、减少冲击、保证动作精度等问题。对可能出现的多种方案要进行反复对比谨慎抉择。3、确定控制方式控制方式主要根据主机的要求确定，如果要求系统按一定顺序自动循环，可使用行程控制或压力控制。采用行程阀控制可使动作可靠；若采用电液比例控制、可编程控制器控制和微机控制，可简化油路改善系统的工作性能，而且使系统具有较大的柔性和通用性。4、组合液压系统 组合液压系统是把挑选出来的各种液压回路综合在一起，进行归并整理，增添必要的元件或辅助油路，合并作用相同或相近的元件或回路使之成为完整的系统。整理后，务必使系统结构简单、紧凑，

12、工作安全可靠，动作平稳，效率高，使用和维护方便。并且尽可能采用标准元件，以降低成本，缩短设计和制造周期。对可靠性要求特别高的系统来说，需要在系统中设置一些备用的元件或回路，以便在元件或回路发生故障时以解燃眉之急，确保系统的正常工作不受影响。1.4 巷修机主要技术参数额定载荷980侧翻载荷2000铲斗容积.发动机功率发动机转速行驶速度.工作臂举升时间工作臂降落时间铲斗前倾时间工作系统压力行走系统压力前转弯半径轮胎型号.轮毂型号.液压系统额定流量液压系统最大流量 1.5 液压系统设计要求液压传动系统设计是液压设备主机设备的重要组成部分，应从必要性、可行性和经济性等几个方面对机械、电气、液压和气动等

13、传动形式进行全面比较和论证，决定采用液压传动系统后，液压传动系统设计和主机设计往往同时进行。其设计要求为从实际出发，重视调查研究，注意吸取国内外先进技术，为力求做到所设计的液压传动系统在满足主机拖动、工作循环要求的前提下，符合结构组成简单、体积小、重量轻、工作安全可靠、使用维护方便、经济性好等公认的设计原则。液压传动系统的设计主要分为两大部分：一是系统的功能原理设计，它包括系统功能设计、组成元件设计和液压系统验算等三个环节，其目的是以液压系统原理图的方式，确定完成主机任务要求的液压传动系统方案。二是系统的结构设计也称为施工设计，它包括液压装置及电气控制装置的设计，其设计的成果是液压传动系统产品

14、的工作图样和有关技术文件，为制造、组装和调试液压系统提供依据。液压系统是多功能煤矿巷道用巷修机的核心模块，煤矿巷道用巷修机行走及操作的动力都由静液压传动提供，因此首先要明确煤矿巷道用巷修机的整体设计对液压系统的要求。（1） 主机的概况。包括设备用途（工艺目的）、结构布局（卧式、立式等）、使用条件（连续运转、间歇运转、特殊液体的使用）、技术特性（工作负运载的性质及大小；运动形式；位移、速度、加速度等运动参数的大小和范围）、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等。由此确定哪些机构需要采用液压传动，所需执行元件形式和数量及其工作范围、尺寸、质量和安装等限制条件。多功能煤矿巷道用巷修机通过液压源提供的动

15、力驱动附具实现井下巷道的各种维护工作。（2） 明确液压系统需要控制的动作、顺序及彼此联锁关系。对煤矿巷道用巷修机行走机构的控制：发动机通过对变量泵的控制最终实现对执行机构马达的驱动，执行机构的运动形式为回转式马达，根据实际需要，选取低速大扭矩径向柱塞马达，采用容积调速、闭式循环方式，油箱占用空间少，因此结构紧凑且与不易与空气接触，系统传动平稳且效率高。煤矿巷道用巷修机工作机构的变速和换向通过调节泵的变量机构实现。工作机构的动作包括工作臂举升、附件挂架倾斜等，执行件为油缸，附具外输出接头件采用串联式多路阀，可实现三组回路的协同动作。（3） 原动机的类型，液压驱动机构的运动形式，运动速度。（4）

16、各机构的载荷大小及其性质。行走机构所要克服载荷包括克服地面的摩擦力和插入阻力，工作机构的载荷主要来自所承载货物以及附件所承受的各种载荷。（5） 自动化程序、操作控制方式的要求。操作方式采用机械式拉杆直接操纵以节约成本。（6） 对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求。防爆严格执行国家队矿井下施工设备的标准，其他方面按照一般小型工程机械的要求。（7） 对效率、成本等方面的要求。行走的闭式回路的效率较高，工作的开式回路的效率较低，成本方面，在满足使用性能的前提下尽量的降低成本。（8） 经济性要求，如投资费用、运行能耗和维护保养费用等。2 煤矿巷道用巷修机液压系统设计2.1 液压系统的简介211

17、液压系统的工作原理 液压系统是由各种液压元件（包括液压泵、液压阀、执行元件及辅助元件等）按一定需要合理组合而成。他的工作原理是：液压泵由电动机带动旋转后，从油箱中吸油。油液经滤油器进入液压泵，当它从泵中输出进入压力管后，通过开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸一腔，推动活塞和上作台运动。这时，液压缸另一腔的油经换向阀和回油管排回油箱。由此可知: （1）液压传动是以液体作为上作介质来传递能量的；(2) 液压传动用液体的压力能来传递动力，它与利用液体动能的液力传动是不相同的； (3) 液压传动中的上作介质在受控制、受调节的状态下进行上作的，因此液压传动和液压控制常常难以截然分开。2.1.2液压系统的组

18、成部分 液压传动主要山以下四部分组成：(1) 能源装置把机械能转换成油液液压能的装置，最常见的形式就是压泵它给液压系统提供压力油；(2) 执行装置把油液的液压能转换成机械能的装置，它可以是作直线运动的液压缸，也可以是作回转运动的液压马达；(3) 控制调节装置对系统中油液压力、流量或方向进行控制或调节的装置，例如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。这些元件的不同组合形成了不同功能的液压系统；(4) 辅助装置上述三部分以外的其它装置，例如油箱、滤油器、油管等，他们对保证系统正常上作也有重要作用。2.1.3 液压传动的优点液压系统具有如下优点： (1)在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更大的动

19、力，因为液压系统中的压力可以比电枢磁场中的磁力大3040倍。在同等功率的情况下，液压装置的体积小，重量轻，结构紧凑。液压马达的体积和重量只有同等功率电动机的12%左右。 (2) 液压装置的上作比较平稳。液压装置由于重量轻、惯性小、反应快、易于实现快速启动、制动和频繁的换向。液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达每分500次，它实现往复自线运动时可达每分钟1000次。(3) 液压装置能在大范围内实现无级调速(调速范围可达1:2000)，还可以在液压装置进行的过程中进行调速。 (4) 液压传动易于实现自动化，因为它是对液体的压力、流量和流动方向进行控制或调节，操纵很方便。当液压控制和电气控制

20、或气动控制结合在一起使用时，能实现复杂的顺序动作和远程控制。(5) 液压装置易于实现过载保护。液压元件能自行润滑，因此使用寿命较长。(6) 由于液压元件己实现标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造和使用都比较方便。液压元件的排列布置也有较大的机动性。(7) 用液压传动来实现自线运动远比用机械传动简单。2.1.4 液压传动的缺点液压系统具有如下缺点： (1) 液压传动不能保证严格的传动比，这是山液压油的，可压缩性和泄漏等因素造成的(2) 液压传动在上作过程中常有较多的能量损失(摩擦损失、泄漏损失等)，用作远距离传动时更是如此。(3) 液压传动对油温的变化比较敏感，它的上作稳定性很易受到温度

21、的影响，因此它不宜在很高或很低的温度条件下上作。(4) 为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求都较高，因此它的造价较贵，而且对油液的污染比较敏感。(5) 液压传动要求有单独的能源。(6) 液压传动出现故障时不易找出原因。总的说来，液压传动的优点是突出的，它的缺点将随着科技的发展而逐渐得到克服。2.2 确定液压系统的类型 为了设计适合巷修机工况的液压系统，有必要了解一下巷修机的适用条件。巷修机的适用条件如下。a) 巷修机是在矿井环境下进行工作的，对于不同的地带和季节，气温变化是非常大的。所以液压系统中冷却和加热就成为不可忽视的问题。b) 负载繁重，并且负载的范围也很大。由于巷修机冲击力的作业多

22、，液压系统可能承载过大的负载。如果在设计中不考虑过载的话，就可能使系统由于压力冲击而损坏。c) 在工地上空气中含灰尘量极大，对液压系统有较高的密封要求，否则降低液压元件的使用寿命。根据巷修机工作装置主要运动和使用条件，其基本要求如下:工作性能好。应保证工作装置具有较高的生产率，在运动过程中平稳，尽量减少冲击。寿命长、可靠性高。应特别注意防止油液污染问题，以及保证液压元件和辅助装置在高温或低温条件下工作的可靠性和提高使用寿命。此外，还应考虑压力成倍的增加和频繁的急剧变化等。 操作性能好。巷修机与机床不同，机床是自动运转和用电磁阀间接地进行操纵巷修机是靠人的手来直接操纵的。所以必须具有良好的操作性

23、能。 工作安全可靠。 易于安装、维修和保养。2.2.1 选液压系统的工作压力压力的选择要根据载荷的大小和设备类型而定。还要考虑执行元件的装配空间，经济条件及元件供应情况等的限制。在载荷一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的结构尺寸，对某些设备来说，尺寸要受到限制，从材料消耗角度看也不经济；反之压力选的太高，对泵 缸 阀等元件的材质 密封 制造精度也要求很高，必然要提高设备成本。具体选择可考虑表2-1和表2-2表2-1 按载荷选择工作压力载荷/KN50工作压力/MPa0.811.522.5334455表2-2 各类设备常用的工作压力设备类型 机 床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液

24、压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/MPa0.82352881010182032有以上的数据查表和根据巷修机参数可得：选定工作压力P = 20 MPa。2.2.2 液压系统原理图由工作要求，和系统压力要求可初步确定，用到的主要液压元件有： 液压泵 -为执行元件提供动力。 液压缸 -执行元件，使巷修机构完成既定动作。 油箱 -储存和冷却压力油。 由工作的条件可确定液压系统原理图为：图2.1 液压系统原理图2.2.3 选定液压系统类型1 从不同的角度出发，可把液压系统分成不同的形式。按油液的循环方式，液压系统可分为开式系统和闭式系统。开式系统是指液压泵从油箱吸油，

25、油经各种控制阀后，驱动液压执行元件，回油再经过换向阀回油箱。这种系统结构较为简单，可以发挥油箱的散热、沉淀杂质作用，但因油液常与空气接触，使空气易于渗入系统导致机构运动不平稳等后果。开式系统油箱大，油泵自吸性能好。闭式系统中液压泵的进油管直接与执行元件的回油管相连，工作液体在系统的管路中进行封闭循环。其结构紧凑，与空气接触机会少，空气不易渗入系统，故传动较平稳。工作机构的变速和换向靠调节泵和马达的变量机构实现，避免了开式系统换向过程中所出现的液压冲击和能量损失。但闭式系统较开式系统复杂，因无油箱，油液的散热和过滤条件较差。为补偿系统中的泄漏，通常需要一个小流量的补油泵和油箱。由于单杆双作用油缸

26、大小腔流量不等，在工作过程中会使功率利用下降，所以闭式系统中的执行元件一般为液压马达。按系统中液压泵的数目，可分为单泵系统和多泵系统。单泵系统由一个液压泵供油给动力转向和工作装置。该系统有一定的功率损失，仅适用与小型巷修机上使用。多泵系统有两个或两个以上液压泵供油给动力转向和工作装置。大、中型巷修机为了更合理地利用功率，缩短作业循环时间，提高生产率，目前多采用多泵系统。一般由工作装置液压泵、转向泵和辅助泵组成两个液压回路：工作装置液压回路和转向液压回路。而这两个回路是通过辅助泵联系起来的，它通过流量控制阀把油液分配给转向或工作油路。按所用液压泵形式的不同，可分为定量泵系统和变量泵系统。变量泵的

27、优点是在调节范围之内，可以充分利用发动机的功率，但其结构和制造工艺复杂，成本高，可分为手动变量、伺服变量、压力补偿变量、恒压变量、液压变量等多种方式。按向执行元件供油方式的不同，可分为串联系统和并联系统。串联系统中，上一个执行元件的回油路即为下一个执行元件的进油，每通过一个执行元件压力就要降低一次。在串联系统中，当主泵向多路阀控制的各执行元件供油时只要液压泵的出口压力足够，便可以实现各执行元件的运动的复合。但由于执行机构的压力是叠加的，所以克服外载荷能力将随执行元件数量的增加而降低。并联系统中，当一台液压泵向一组执行元件供油时，进入各执行元件的流量只是液压泵输出流量的一部分。流量的分配随各件上

28、外载荷的不同而变化，首先进入外载荷较小的执行元件，只有当各执行元件上外载荷相等时，才能实现同时动作。初拟系统方案时，应注意以下几点。 系统应力求简单可靠。系统越复杂，产生故障的机会越多，系统本身消耗的功率也就越大。 要注意防止回路间的相互干扰。尤其在单泵多油缸系统中，要考虑某一回路工作时，压力和流量对其他回路会有什么影响，并采取措施防止干扰。 要考虑提高系统工作效率，防止过热。效率低的液压系统，不但浪费动力，而且无效的功将使系统发热，油温升高。油温一般限制在70以下，油温过高会使系统容积效率降低，油液变质。应尽量采取效率高、发热少的回路。系统压力：巷修机液压系统的压力是液压系统的一个最基本的参

29、数，它决定了巷修机使用中的经济性和可靠性，是选择和设计液压元件的主要依据之一。系统压力选择的合理与否将直接影响到液压传动装置的工作性能好坏、体积和质量的大小。目前，液压系统所采用的工作压力逐渐提高，高压化已成为液压传动发展的趋势。高压液压系统的优缺点，见表2-3（巷修机）。 表2-3（巷修机）优点1）泵、阀、马达、油箱等元件体积小、质量轻2）整机结构紧凑，易于布置和维护管理3）流量减少，可相对减少管路和热损耗4）节约钢材、降低成本缺点1）机器的耐久性和可靠性降低2）油封和软管质量要求更高3）元件的制造和装配精度要求严格4）对工作油污染的敏感性增加5）噪声较大2. 工作装置液压系统巷修机主要用来

30、对散装物料进行铲装、搬运、卸载及平整场地等作业，也可用来进行轻度铲掘工作，是使用十分广泛的一种工程机械。其主要工作装置是动臂与铲斗。巷修机的基本动作是：将铲斗插入物料，向后翻转铲斗，保持载荷，提升物料到一定的高度，将载荷运输到卸荷的地点，倾卸，然后再回到装料处，如此循环作业。巷修机工作装置应能有效地完成物料的提升和铲斗的翻转；当需要钻孔时，可换用钻头来实现,并可安装多种工作装置实现巷道的维护和清理。3 液压系统形式 液压系统的形式，是根据设计对象的用途、工作条件和性能要求来确定的。例如，工作负载的性质和大小；执行机构的数目、运动形式及其运动的速度、精度和平稳性的要求；各执行机构之间的同步、随动

31、、连锁和顺序动作等关系。此外，还需考虑工作安全可靠方面的措施等。 从前面对巷修机液压系统分析中可以看到，巷修机一般多采用开式多泵定量系统。全液压巷修机行走机构采用闭式变量系统。开式系统结构简单，散热充分。大中型巷修机为改善转向性能，充分利用液压能和提高生产率，使转向油路与工作装置油路组合。由于巷修机调速范围要求不太宽，使用换向阀节流调速可满足工作需求，故多采用定量泵，加以目前采用组合油路的多泵系统进一步扩大了调速范围。液压缸的选型液压缸巷修机在作业时尘土大，液压缸往复运动频繁，油缸活塞杆暴露在外面，并直接承受冲击，故对液压缸的耐压、耐磨、耐热和密封都有较高要求。另外要求液压缸的内、外泄漏要少。

32、外部泄漏使工作装置运动迟缓，并且容易使尘土侵入，内部泄漏则造成工作装置软弱无力、铲斗位置自动倾斜，特别是巷修机在满载运输时，由于动臂液压缸内部泄漏使动臂下落，造成铲斗中物料的撒落。液压缸的流量q=6Av式中，q为液压缸所需的流量，L/min；A为液压缸有效作用面积，cm2；v为活塞（柱塞）与缸体的相对速度，m/s。马达根据发动机功率参数及单排量、带制动器、内置冲洗阀等要求，选择德国力士乐公司生产的MCR5系列的单排量带制动马达（排量为470mL/r），该马达具备专用的链轮输出端。马达液压原理如图4.2所示。图3.3 马达液压原理图图中，A、B油口为主油口，A口进油、B口回油时马达正转，B口进油

33、、A口回油时马达反转。Z口为制动口，机械（弹簧）制动，液压松闸，当制动口电磁阀关闭或发动机停止工作时，由于无法给Z口提供足够的压力油时，因此马达处于制动状态。L口为内泄回油口。图中的阀为回路冲换向阀，当A口进油时，冲洗换向阀受压自动滑至下位，当回油背压超过后面的顺序阀设定压力时低压口B口（回油口）与泄油口L接通，使低压侧的部分高温油（约总流量的10%）流出系统，然后由补油泵从油箱补充吸入低温油。有以上可知：1）最高行驶速度煤矿巷道用装载机液压系统中双联柱塞泵单泵的最大流量，其中，VB表示双联柱塞泵的单泵最大排量，VB=46ml/r；n0表示发动机最高转速，n0=2500r/min。计算可得ml

34、。马达最高转速，其中VM表示马达排量，MCR5470马达排量为470ml/r。由于双联柱塞泵和柱塞马达组成闭式系统，容积效率可相互抵消。计算可得马达最高转速r/min。由于大小链轮的传动比为，因此轮胎的最高转速r/min。机器行驶速度(Km/h)，式中D表示轮胎直径，12-16.5轮胎最大直径为848mm。最终计算得机器最高行驶速度Km/h。2）马达扭矩煤矿巷道用装载机行走最大牵引力F=24964N，轮胎输出轴的扭矩为，式中R表示轮胎半径，R=424mm，计算可得。马达输出扭矩为，式中R表示大链轮分度圆半径，R=334.01mm，R为小链轮分度圆半径，R=112.7mm，为机械传动的总效率，根

35、据实际情况取0.9，计算可得，因此单边马达的最大扭矩应大于1589.73，最终选定力士乐MCR5470马达，其额定扭矩为3130，符合条件。3）链条抗拉强度链条所受的最大拉力F= T/ R=10470N*m/334.01mm=31.35KN，煤矿巷道用装载机所使用的链条型号为20A单排链，由标准GB/T1243-2006得此型号链条的抗拉强度为87KN，符合条件，选用合理。4）工作系统输出（附具）理论流量工作系统输出流量，其中，n表示发动机最高转速，n=2500r/min，V表示齿轮泵排量（ml/r），副齿轮泵排量为25ml/r，计算可得流量ml/min，主齿轮泵排量为30ml/r，标准流量Q

36、为75ml/min，因此合流后理论大流量为ml/min。2.4 双联柱塞泵的选型液压泵:叶片泵运动平稳、噪音小，容积效率高，但其工作压力低，吸油能力差，对液压油的污染比较敏感，仅用在小型巷修机上。柱塞泵由于工作压力较高，转速高和容积效率高，在结构上容易实现变量等优点，在大型巷修机上得到应用。齿轮泵成本低、体积小、工作可靠、对液压油污染不太敏感，广泛采用在各种类型上的巷修机。巷修机用液压泵除了要满足防空穴、耐压、高效等要求外，特别对低速稳定性有特殊要求，这是由于巷修机作业时的转速变化范围较大，尤其是在低速时往往要求高压，因而要求液压泵在最低工作速度、最高使用压力和最高工作油温下，必须保证正常工作

37、，以免发生容积效率过低和轴承烧损的现象。双联泵是煤矿巷道用巷修机液压系统中关键的部件之一，本文采用美国sauer-danfoss产品40系列轴向柱塞泵M46PT双联轴向柱塞泵，（简称M46双联泵），单泵排量为46mL/r。M46双联泵采用MDC控制（手动伺服控制），所谓手动排量控制（MDC）就是通过一个弹簧对中的三位四通转阀将手动机械输入信号转换为液压控制信号。在此差压信号作用下，双作用伺服活塞动作进而带动斜盘角度变化实现排量改变。MDC控制模块提供给伺服活塞的控制液压油与控制手柄的角度变化呈比例对应关系。通过控制斜盘的角度实现泵排量在正向最大排量与负向最大排量之间无级变化。选用M46双联泵M

38、DC控制，集成补油泵排量22.9mL/r，补油溢流阀设定压力3.5MPa，高压溢流阀设定压力35MPa，过滤形式为吸油过滤，输入轴连接方式为SAE19齿花键，16/32径节。手动排量控制转阀的阀套通过一个机械式反馈连杆与斜盘相连，控制主阀芯开口量同时受手动输入信号和斜盘位置反馈信号共同控制进而实现排量的闭环控制。正常工况下，斜盘角度因负载压力变化偏离初始设定位置的误差信号反馈到控制模块，进而触发相应控制油路，通过泵排量闭环调节到预设值。控制方法：调节手动排量控制为高增益控制方式。通过手柄位置（输入信号）微小变化即可推动伺服阀主阀芯至全开口位置，进而将最大流量的控制油引入到伺服油缸。系统具有低输

39、入力下的高响应特性。机械反馈机构对因负载引起的斜盘角度变化反应敏感。采用紧密元件，确保了泵排量控制的高可重复性。双作用伺服活塞及伺服控制阀设置有弹簧对中机构，无输入信号时主伺服控制阀芯回中位实现伺服缸两侧与壳体相通（斜盘自动回中位确保系统安全）。M46双联泵具有多重优点。设计简单、成本低，泵输出稳定，与负载无关。原动机停止运转后，泵斜盘自动回中位。外部控制手柄连接机构失效或补油压力损失时，泵斜盘自动回中位。因此，本文选择M46双联泵，其液压回路原理如图3.2所示。该液压系统为闭式系统，容易实现换向操纵，体积小、结构紧凑且传动效率高，对工作环境的要求低，因此适用于煤矿巷道用巷修机上。图3.2 双

40、联泵液压原理图选择齿轮泵的原因： 液压系统的工作压力并非越高越好。当工作压力超过40MPa, 机重不是继续下降，相反将逐渐增加。巷修机的工作压力一般多在20MPa左右。如果压力的数值增加在一定的界限内，由于油缸、油管等元件的尺寸和自重力减小的程度将大于由于壁厚增加而带来的重力增加。因此，整个装置的总重量仍然是减轻的。如果压力的数值超过了一定的界限，则油缸、油管等尺寸减小的重量将弥补不了壁厚增加的重量，其重量随压力增高，反而增大（其大小与元件所用材料的强度有关）。总之，过高的工作压力，并非是经济的，这是由于高压将要求采用较好的材料、提高制造和装配精度，同时，高压油泵寿命较低，从而提高了装置的成本

41、。所以确定液压系统工作压力，要结合液压系统的工作条件、机械情况和工艺水平来综合考虑。油泵种类： 在巷修机液压系统中，多采用齿轮油泵。齿轮油泵过去曾被认为是低压、低性能泵。后来经过结构上的改进和加工工艺上的提高，从而进入高性能油泵的行列。现在使用压力已达到20MPa 左右，并正在向30MPa发展。巷修机广泛使用齿轮泵的原因如下。 巷修机系统压力级，为目前齿轮泵所能胜任，又因巷修机系统一般多为定量系统，同时又是多泵系统，采用齿轮泵比较合适。齿轮泵具有体积小、质量轻、操作简单、价格低等优点。既能满足机械要求，又能降低机械成本。 采用齿轮泵易于布置，特别是对于大型巷修机，油泵多达78个，如果采用其他种

42、类的油泵，在总体布置上非常困难。齿轮泵可用双联或多联，使机械结构紧凑。 齿轮泵比较经得起恶劣的环境、较差的工作条件、较大的负载变化、较大的冲击和振动等。 齿轮泵对液压油污染的敏感性较小，这点对巷修机来说是非常重要的。巷修机工作环境中灰尘很大，对油液污染是很严重的，由于它敏感性小，就不太容易损坏，这是它的最大优点。 由于齿轮泵结构简单，维护保养容易。随着齿轮泵的大批生产，成本就比较便宜，损坏时更换一个即可。配管问题：为了降低液压振动，巷修机液压系统配管的直径不宜过大。油液在管道中的流速，一般按5.4m/s考虑。回转机构的惯性大，管径应减小，以降低振动频率，一般定为8m/s。尽可能将各元件集成一体

43、，既简化管路减少发热，又可提高机构刚性，减少自然振动频率，改善控制特性。2.5 液压阀的选型控制元件的类型和安装方式，在拟定液压原理图时已经确定，这里要做的是根据阀所需要的最大工作压力和流量来选择标准阀类的规格。通常所选阀的额定压力必须大于最大工作压力，流量必须大于通过阀的实际最大流量，同时要注意以下几点：1）溢流阀或卸荷阀的额定流量不得小于泵的最大流量。2）流量控制阀的额定流量除需大于调速范围内的最大流量外，阀的最小稳定流量必须小于低速时要求的最小稳定流量，即 (7-15)式中 qvmin阀的最小稳定流量，L/min；vmin 执行元件的最低速度，m/s；A液压缸工作腔的有效面积，m2。多路

44、阀是整个系统中最重要的阀组，不仅控制液流的方向，同时通过阀杆开度控制流量大小，而且每个油口均装有防冲击和背吸的阀组。本文选择美国HUSCO生产的AX30574多路阀。其原理如图3.4所示。该多路阀每个主油口上的防冲击振动和气穴现象的工作原理：以A1口和B1口为例，由系统原理图可知A1口连接的是举升油缸的无杆腔，B1口连接的为举升缸的有杆腔，（可以忽略铲斗调平阀）当第一组换向阀的阀杆处于下一位时，B口进油，A口回油，此时工作臂下落，当换向阀忽然回到中位时，B口停止进油，A口停止回油，但是由于工作臂和载荷的重量，在重力的影响下，工作臂会继续下滑，这是A口会产生很大的冲击压力这是A口的抗冲击的溢流阀

45、（打开压力大于系统压力设为23.5Mpa）会打开，一部分压力油会通过此溢流阀回到回油路，此时有杆腔内势必会形成真空，为了防止有杆腔内形成真空，以防止再次运行时出现空行程，B口上的抗气穴用的单向阀会从回油路中吸取一部分液压油以填充有杆腔内的空间。阀的操纵全部是拉杆式的手动操作，这样更加有利于井下防爆。图3.4 多路阀原理图在中小型巷修机上方向控制阀大多采用手动式直接操纵。在大型巷修机上，由于液压系统压力高、流量大，所需操纵力甚大，多采用先导控制式。采用先导控制可改善系统调速性能，易于把先导阀布置在驾驶员操纵方便的地方，而换向阀则布置在任意适当的地方以减少管路。提高系统效率。换向阀必须具有防空穴性

46、能和防止工作装置产生点头现象。当铲斗前倾及动臂下降时，由于重力作用液压缸一腔回油量很大，如液压泵对液压缸另一腔供油量不足，液压缸中将出现“真空”，它既影响工作装置的作业速度和作业力的发挥，使铲掘作业不能正常进行，同时由于存在空穴作用引起绝热压缩，造成液压缸的活塞杆密封烧损，因而要求换向阀具有充分的放真空性能。换向阀一般均采用负封闭，以防换向过程中阀前油压瞬时过高，但在换向过程的某一短时间内将出现进、回油口与工作油口相同的浮动状态。当操纵动臂换向阀以提升动臂时，由于动臂液压缸下腔原有油压较大，该腔的压力油会通过进油腔与回油口流回油箱，造成动臂提升前的点头现象。为此在进油道上应设单向阀，它还能防止

47、油泵发生故障时油液倒流回泵。此外换向 阀应具有微调性能，以实现工作装置的微动。由于液压控制系统应用环境的特殊性，系统中所采用的元件必须采取防爆措施，因此，采用带有防爆功能的电磁阀增大了成本，所以所有换向阀均采用手动换向阀。铲斗调平阀的作用是使铲斗在工作臂举升过程中保持水平，以免铲斗倾斜导致所铲装物料散落。铲斗调平阀的工作原理为：工作臂起升时起升油缸无杆腔进油，有杆腔回油，有杆腔的回油经过铲斗调平阀的重新分配进入倾斜油缸的无杆腔。工作臂起升时，倾斜油缸外伸，铲斗向前倾斜，因此保持了铲斗处于水平姿态。当多路阀B1口出油时铲斗调平阀的主换向阀处于上位，压力油直接进入举升缸的有杆腔，无杆腔的回油直接通

48、过多路阀A1口回到回油路，相当于工作臂下降时，铲斗调平阀没有任何作用。铲斗调平阀的原理如图4.4所示（其中B口和R口分别接倾斜缸的无杆腔和有杆腔）。In口接多路阀B1口，out口接举升油缸的有杆腔。图2.5 铲斗调平阀原理图2.6 整体液压系统根据液压泵、马达及多路阀选型设计结果，结合煤矿巷道用巷修机结构和工作特点，设计煤矿巷道用巷修机液压原理如图2.6所示。图2.6 煤矿巷道用巷修机液压系统总图煤矿巷道用巷修机液压系统包括行走液压系统和工作液压系统。行走液压系统采用容积式调速、闭式回路的液压系统，将双联轴向柱塞变量泵通过弹性联轴器直接连接在发动机的飞轮盘上。A、B口直接与马达的A、B口连接，

49、通过双联泵上的变量机构使用机械式手柄、连杆来控制马达的转向和转速。工作液压系统采用多路换向阀进行控制，节流调速开式回路，速度控制通过多路阀阀杆的开度实现，采用二位三通换向阀控制合流回路进而增大附件输出口流量。2.7 液压附件和液压油的选取2.71液压附件的选取1.油箱的设计与计算（1）结构的设计油箱在系统中的功能，主要是出油和散热，也起沉淀污物的作用。根据系统的具体条件，合理选用油箱的容积、型式和附件，以使油箱充分发挥作用。油箱有开式和闭式两种，开式油箱应用广泛，箱内液面与大气相通，为防止油液被污染，在油箱顶部设置空气滤清器，并兼作注油口用。闭式油箱一般指箱内液面不直接与大气相通，而将通气孔与

50、具有一定压力的惰性气体相接。油箱的形状一般采用矩形、而容量大于2的油箱采用圆筒形结构比较合理，设备质量轻，油箱内部压力大0.05MPa。过滤器设置：油箱的进油口一般都设置系统所要求的过滤精度的回油过滤器，以保持返回油箱的油液具有允许的污染等级。油箱的排油口及泵的吸油口为了防止意外落入油箱中的污染物，也可以设置吸油网式过滤器。设置油箱主要的油口时，油箱的排油口和回油口之间的距离应尽可能大一些。管口都应插入最低油面之下，以免发生吸空或回油冲溅产生气泡。管口制成45的斜角，以增大吸油和回油的截面，使油液流动时速度不至于过大，管口应面向箱壁。吸油管离箱底距离H2D(D为管径)，距箱边不小于3D。回油管

51、离箱底距离h3D。设置隔板将吸、回油管隔开，使液流循环，油液中的气泡与杂质分离和沉淀，隔板结构有溢流式标准式，溢流式，回流式。另外还可根据需要在隔板上设置滤网。放油口要设置在油箱的最底部，使换油时油液和污物从放油孔流出。在设计油箱时，从结构应考虑清洗换油时的方便，设置清洗孔，以便与油箱内积淀物的及时清洗。当液压泵和电动机安装在油箱盖板上时，必须设置安装板。安装板在油箱盖上通过螺栓加以固定。为了能够观察向油箱注油的油位上升情况和在系统过程中看见液位高度，必须设置液位计。按GB/T 37661983中5、2、3a规定：“油箱的底部应离地面150mm以上，以便于搬移、放油和散热”。为了防止油液可能落

52、在地面上，可在油箱下部或上盖四周设置油盘。油盘必须有排油口，以便于油盘的清洁。油箱的内壁应进行抛丸或喷砂处理，以清除焊渣和铁锈。待灰砂处理干净后，按不同工作介质进行处理或者涂层。（2）液压油箱的有效容积的计算可以根据使用情况，使用下面的经验公式计算： （3-1）式中：经验系数，见表3.6.1； 油箱的有效容积；液压泵的额定流量；表3.6 .1经验系数经验系数行走系数低压系数中压系数冶金系数12243510整个液压系统共用一个油箱，因此液压泵的额定流量取两个液压泵之和。根据计算结果选取AB40-33不带支撑脚的油箱，机械设计手册17-745，用规格为1500型，重量为510kg，工作容量为167

53、6L。2.过滤器过滤器是液压系统中的重要元件。它可以清除液压油中的污染物，保持系统元件清洁度，确保系统元件工作的可靠性。滤油器在系统中的安装与应用。安装方式：装在液压泵吸油管路上，如所示：图3.6.2 过滤器的安装方式应用与要求：保护液压泵要求通油能力大（为油泵流量的2倍以上），阻力小（不超过0.010.02MPa）。一般多用粗过滤网（网式或线隙式）。选择过滤器的依据是：过滤精度、通油能力、工作压力、允许压降、过滤器的类型等。过滤器的类型是指它在系统中的安装位置不同，有吸油过滤器、压力油过滤器、回油过滤器、通气过滤器等。选过滤器时，通油能力通常为实际通过流量的1.52倍以上系统总流量 选过滤器

54、的通油能力为本设计选用吸油过滤器和回油过滤器的型号如下所述：（1）吸油过滤器WU型网式过滤器在液压泵站中，泵的吸油口应该设置一个粗滤油器。网式过滤器一般安装在液压泵吸油管端部，起保护泵的作用，具有结构简单，通油能力大，阻力小，易清洗等优点。缺点过滤精度低。1）技术规格由流量和过滤精度（10m）选的吸油过滤器的技术规格为：WU-400180FWU-400180F型吸油过滤器主要参数过滤精度：180m压力损失为0.01MPa，流量：400L/min通径：65mm联接形式：螺纹联接。2）外形如下图图8 吸油过滤器（2）回油过滤器在油路的回油口设置一个回油滤油器，降低油液污染程度1)技术规格由流量和过

55、滤精度（5m）选的回油过滤器的技术规格为：ZU-A40010S型号说明:ZU纸质过滤器A压力：16MPa400流量（L/min）10过滤精度，这里我们选过滤精度为10m（精过滤）S带发信号装置ZU-A40010S型回油过滤器主要参数通径：168mm流量为400 L/min压力：16 MPa压降为0.12MPa。2）、外形如下图 图9 回油过滤器4.管道及管接头的选择（1）泵站及流量较大的管路可以使用硬管，硬管内径可按下式计算：管道内径mm通过管道的最大流量L/min管道内液流允许流速m/s，通常=5m/s则 管子壁厚的计算： 管子壁厚可用公式得到取整5.5mm式中 -工作压力 -管子内径-许用

56、应力（2）管接头的选择图10 螺母联结管接头在选择管接头的原则是，必须使它具有足够的通流能力和较小的压力损失，同时做到装卸方便，联结牢固，密封可靠，外形紧凑。软管接头处选用快换接头，根据机械手册查表20857选用公称流量63L/min,软管内径为36mm，工作压力为16MPa的A型快换接头。钢管管道接头采用螺纹联结接，螺纹尺寸是M221.5。2.7.2液压油的选用 液压系统中的工作油液具有双重作用，一是作为传递能量的介质，二是作为润滑剂润滑运动零件的工作表面，因此油液的性能会直接影响液压传动的性能：如工作的可靠性，灵敏性，工况的稳定性，系统的效率及零件的寿命等。选择液压油首先要考虑的是粘度的问

57、题。在一定条件下，选用的油液粘度太高或太低，都会影响系统的正常工作。粘度高的油液流动时产生的阻力较大，克服阻力所消耗的功率较大，而此功率损耗又将转换成热量使油温上升。粘度太低，会使泄漏量加大，使系统的容积效率下降。一般液压系统的油液粘度在40=（1060）106m2/S之间，更高粘度的油液应用较少。此外，还要综合考虑其它因素，巷修机必须可以在极低的温度下起动（如冬天露天作业时），可选用低凝点液压油。在选用液压油时，还应考虑密封材料、涂料、金属材料等和液压油的相容性，液压设备的精密程度及液压油的价格及供应情况等，如需和静压导轨系统合用，可选用液压-导轨油。本系统选用L-HV型液压油。 3 液压系

58、统的性能验算液压系统初步设计时在某些估计参数情况下进行的，当各回路形式、液压元件及连接管路等完全确定后，针对实际情况对所设计的系统进行各项性分析。对一般液压传动系统来说主要是进一步确切地计算液压回路各个段压力损失、容积损失及系统效率，压力冲击和发热升温等。根据分析计算发现的问题对某些不合理的系统进行调整，或采取其它的必要措施3.1液压系统压力损失压力损失包括管路的沿程损失p1过路的局部压力损失p2和阀类元件的局部损失p3，总的压力损失为： (7-18) (7-19) (7-20)式中 l管道长度，m。l=5m； d管道内径，m； v液流平均速度，m/s； 液压油密度，kg/m3。=928 kg

59、/m3； 沿程阻力系数； 局部阻力系数。选用20号机械油，正常运转后油的运动黏度=2.710-5m2/s，油的密度=928 kg/m3，计算得沿程压力损失p1=0.04MPa。 (7-21)式中 Qn阀的额定流量，m3/s； Q通过阀的实际流量，m3/s； pn阀的额定压力损失，Pa。局部压力损中，管路局部压力损失p2相对控制阀的局部压力损失要小得多，只计算通过阀的局部压力损失。根据发的选择，经计算，通过各阀的局部压力损失之和p3=1.5MPa。 对于泵到执行元件间的压力损失，如果计算出p比选泵时估计的管路损失大得多时，应该重新调整泵及及其他相关元件的规格尺寸参数。系统的调整压力 (7-22)式中 pT液压泵的工作压力或支路的调整压力，1.5MPa。因为额定压力还有一定的压力裕度所以泵的选择是合适的。3.2 液压系统的发热