采掘机械第1篇5章-牵引部

第五章行走部行走部担负采煤机工作时的移动和非工作时的调动。行走部包括行走机构(又称牵引机构)和行走驱动装置两部分。第五章行走部行走机构是直接移动采煤机的装置，分钢丝绳牵引、链牵引及无链牵引。行走驱动装置用来驱动行走机构，并实现牵引速度的调节。按调速传动方式有机械传动、液压传动和电传动，分别称机械牵引、液压牵引和电牵引。行走驱动装置位于采煤机上的称内牵引，位于工作面两端的称外牵引。第一节对行走部基本要求1)牵引力大2)传动比大传动装置的总传动比在300左右。3)能实现无级调速4)不受滚筒转向的影响5)能实现正反向牵引和停止牵引6)有完善可靠的安全保护7)操作方便第二节液压牵引系统行走驱动装置按调速传动方式有机械传动、液压传动和电传动(机械牵引、液压牵引和电牵引)。液压牵引部是利用容积式液压传动的调速特性来实现调速性能的行走部。液压牵引系统通过液压泵排出的压力油，驱动液压马达，液压马达经齿轮传动或直接带动驱动轮。改变液压泵的流量和排油方向(或利用换向阀改变油流方向)来改变液压马达的转速和转向，从而实现牵引速度的调节和牵引方向的变换。第二节液压牵引系统一、主回路型式按液压系统主油路液流的循环方式，有开式液压系统和闭式液压系统两种。1．开式系统开式系统特点：液压泵从油箱吸油，液压缸(或液压马达)的回油直接回油箱；执行元件(液压缸)的开停和换向由换向阀控制。优点：系统简单、油液散热条件好。缺点：所需油箱容积较大，油液与空气长期接触，空气和杂质容易混入。第二节液压牵引系统2.闭式系统特点：统结构复杂，油液散热条件差。油箱体积小，系统较紧凑；系统的封闭性能好，工作液体不易污染，延长液压元件和油液的使用寿命。泵1排出压力油直接进入马达2，马达2回油直接返回到泵的吸油口——工作液体在泵和马达之间循环流动。系统减少的油液由辅助泵3进行补充。溢流阀8限制系统最高压力，与辅助泵并联的低压溢流阀4调定压力略高于背压阀6，以保证热交换正常进行油温上升。设置换向阀5使马达回油中的小部分液体经低压溢流阀6(背压阀)和冷却器7流回油箱。第二节液压牵引系统闭式液压系统按液压泵-液压马达的组合方式分变量泵-定量马达和变量泵-变量马达两种。多数采煤机液压行走部采用变量泵-定量马达系统。二、主液压泵和主液压马达滚筒采煤机多用轴向柱塞泵作为主液压泵，具有工作压力高，效率高，转动惯量小，便于调节排量，径向尺寸较小等优点。径向柱塞泵径向尺寸较大，配流表面受不平衡的径向力→液压泵工作压力和流量受到限制。叶片泵对油液污染较敏感，靠叶片离心力封隔高压腔和低压腔，工作压力和流量受到限制。叶片泵和径向柱塞泵曾在小功率采煤机上用过。第二节液压牵引系统三、主回路参数确定液压牵引部传动模型电动机经液压泵→液压马达→减速齿轮R→驱动链轮S或驱动轮。根据总体设计的牵引力和牵引速度，确定主液压泵和液压马达的工作压力、排量和流量，作为选型的依据。第二节液压牵引系统1．液压马达输出转矩mN20maxnqqmiDTMTmax——每台液压马达分担的最大牵引力，kN；D0——链牵引主动链轮节圆直径或无链牵引齿轨轮节圆直径，mm；iq——液压马达输出轴至主动链轮或齿轨轮的总传动比；ηq——液压马达输出轴至主动链轮或齿轨轮的总传动效率；ηn——牵引机构啮合效率。无链牵引可取1，链牵引nlnηl——链传动效率，可取0.95；n——牵引链张紧段在主动链轮和导向链轮上的弯曲次数。第二节液压牵引系统2．液压马达排量mL/r2mmmpMVΔp=p1-p2——液压马达的有效工作压力，MPa；p1——液压马达进口压力，MPa；p2——液压马达出口压力，MPa。闭式系统要有1.0～1.5MPa背压，以使液压马达运转平稳和利于主液压泵吸油；ηm——液压马达的机械效率。柱塞式液压马达为0.9～0.95，叶片式液压马达为0.8～0.90。第二节液压牵引系统3．液压马达最大转速无链牵引r/min10000maxDivnqqmvqmax——采煤机最大牵引速度，m/min。链牵引r/min21000maxZtivnqqmZ——主动链轮齿数；t——牵引链的链节距，mm。第二节液压牵引系统4．液压马达理论流量minmL/mmmnVq5．主液压泵流量minmL/mKqqK——考虑液压系统泄漏损失和流量裕度的系数，取1.1～1.3。6．主液压泵有效工作压力MPa1pppΣΔp——系统压力损失，初步估算时可取0.5～1.0MPa。第二节液压牵引系统根据q和p选用或设计主液压泵，根据qm和p1选用或设计液压马达。液压牵引部总效率一般只有60%～65%。设计时验算管路压力损失和整个液压系统的热平衡，保证液压马达得到需要的工作压力和足够的油箱容积。必要时装备冷却设备，使系统温升不超过限度。采煤机液压牵引部油箱的热平衡温升不应超过45℃，最高工作温度不超过75℃。第二节液压牵引系统四、补油和热交换回路闭式主回路散热条件较差，渗漏，需要强化冷却和补充工作介质——配置补油和热交换回路。第二节液压牵引系统五、安全保护回路(一)压力保护1．高压保护2．低压保护(二)“反链敲缸”保护内曲线径向柱塞式液压马达特有问题第二节液压牵引系统六、液压伺服系统伺服系统中，输出量(位移、速度、加速度、力等)能够自动、快速而准确地复现输入量的变化规律。液压伺服系统：由液压元件作动力元件所构成的伺服系统。液压伺服系统用于采煤机液压牵引部的调速机构。七、牵引部调速系统根据煤质情况及时调整牵引速度，使采煤机满载运行，既能发挥效能，又能保护采煤机防止过载。第二节液压牵引系统液压牵引部调速系统：手动调速系统、无线电控制离机操作调速系统和自动调速系统。前两者通过手动或离机控制给牵引部输入给定位移，并通过比较元件送入机液伺服系统的输入端，经机液伺服系统输出位移去调节液压泵排量。自动调速系统按反馈信号不同分为电动机恒功率自动调速和牵引力自动调速。1．电动机恒功率自动调速根据电动机负载功率的大小来自动调整牵引速度，使电动机保持在接近满载(额定功率)的工况下工作。第二节液压牵引系统调速原理主电动机功率由电流互感器测得→整流器整流→电压检测器→电压U与额定功率时的整定电压U0比较→偏差信号Ue送入控制器→控制器根据输入信号进行判断后即输出控制信号到信号转换器→电信号转换成机械信号→放大器放大后→表征电动机负载功率大小的位移xN反馈到比较器1，并与手把调速的整定值x0比较→偏差信号xi输入到机液伺服系统进行调速。第二节液压牵引系统2．牵引力自动调速根据主回路高压侧压力因牵引力而变化时，通过压力反馈元件将压力信号变换成机械位移并反馈到比较元件，通过机液伺服系统自动调速。按调速特性分，牵引力自动调速分恒功率、限压和恒压调速。1)恒牵引功率自动调速牵引功率为恒值，即qqTvpqN常数第二节液压牵引系统2)限压调速采煤机整定速度vq，在软煤中工作，工作点为1点——牵引力小于限压特性线，但手把位置已固定，速度不可能升到0点；遇到中硬煤，牵引力加大，工作点由1→2→3，稳定在3点工作；遇硬煤，工作点移到4点；若煤质又变中硬，工作点由4→5→3，并固定在3点；又遇软煤，工作点由3→6→1，并固定在l点。即使煤更松软，牵引速度也不可能超过手把给定的整定值。在整个牵引速度范围内，其牵引速度随最大牵引力增大而减小。第二节液压牵引系统3)恒压调速牵引速度整定值足够大时，牵引力始终保持最大的固定值。将牵引速度整定为vq(e点)，当牵引力小于最大值Tc时，采煤机在ed线上运行；当牵引力大于Tc时，牵引速度沿da线下降，直到零为止；当随着牵引速度下降而牵引力又减小到小于Tc时，牵引速度又沿ad线上升，直到整定值。第三节电牵引系统电牵引部由专用牵引电动机经传动装置带动驱动轮，利用电气调速装置改变电动机的旋转方向和旋转速度，实现牵引方向的变换和牵引速度的调节。德国Eickhoff公司于1976年制造出第一台电牵引采煤机。电牵引采煤机代表采煤机的发展方向，近年来高产高效的世界记录都是电牵引采煤机创造的。电牵引采煤机优点：①具有良好牵引特性采煤机前进时提供牵引力；采煤机下滑时进行发电制动，向电网反馈电能。②可用于大倾角煤层牵引电动机轴端装停机时防止采煤机下滑的制动器。设计制动转矩为电动机额定转矩的1.6～2.0倍，电牵引采煤机可用在40°倾角的煤层。第三节电牵引系统③运行可靠，使用寿命长电牵引采煤机除电动机的电刷和整流子有磨损外，其它件无磨损→使用可靠，故障少，寿命长，维修工作量小。④反应灵敏，动态特性好电子控制系统能将多种信号快速传递到调节器中，以便及时调整各参数，防止机器超载运行。⑤效率高电牵引采煤机将电能转化为机械能只做一次转换，效率可达0.9；液压牵引由于能量的几次转换，再加上存在的泄漏损失、机械摩擦损失和液压损失，效率只有0.65～0.7左右。第三节电牵引系统⑥结构简单机械传动系统结构简单，尺寸小，重量轻。⑦有完善的检测和显示系统采煤机在运行各参数如电压、电流、温度、速度等均可检测和显示。当某些参数超过允许值时，便会发出报警信号，严重时可以自行切断电源。按电气调速传动的类型不同分直流电牵引和交流电牵引两种。①直流电牵引采用直流调速传动，通过直流调速装置来改变直流电动机电枢电压及励磁电压的大小和方向，从而调节电动机的转速和变换转向。直流电动机分串激直流电动机和他激直流电动机，以他激电动机应用最多。第三节电牵引系统②交流电牵引采用交流调速传动广泛应用交流变频调速技术，依靠交流变频调速装置改变交流电动机的供电频率和供电相序，实现电动机转速的调节和转向的变换。一、直流他激电动机的牵引调速特性直流他激电动机的电枢绕组和励磁绕组分别供电、分别控制，其机械特性是硬特性。直流他激电动机的机械特性方程esKIRUnM=KmKeφI第三节电牵引系统esKIRUnM=KmKeφIn电动机转速；M电动机转矩；U电枢端电压；I电枢电流；Rs电枢电阻；φ励磁磁通；Km，Ke电动机常数。利用晶闸管整流和触发电路控制晶闸管的导通与截止来调节电枢电压U，以此来调节电动机转速n；同时保持磁通φ和电枢电流I不变，实现恒转矩自动调速特性。若调节磁通φ来调节电动机转速n，同时保持U和I不变，并使M和n乘积不变，实现恒功率自动调速特性。第三节电牵引系统二、直流串激电动机的牵引调速特性直流串激电动机的机械特性方程esKIRUnM=KmKeφI方程与直流他激电动机的机械特性方程一样，但电枢绕组和励磁绕组是串联的。励磁磁通φ随电枢电流I变化，当电枢电压U一定，负载转矩增大时，磁通增大，电动机转速n下降；当负载转矩下降时，磁通减弱，转速n上升。M和n的乘积变化不大→直流串激电动机调速属于恒功率调速，其特性属软特性，特性曲线为双曲线。第三节电牵引系统直流串激电动机的机械特性方程esKIRUnM=KmKeφI直流串激电动机的软特性具有起动转矩大，过载能力强，电路简单的特点。截割功率增大时，牵引力随之增大，同时牵引速度急剧下降，负载功率随着下降，有利于过载保护。串激电动机空载时牵引速度急剧升高，易出现“飞车”危险，但采煤机空运行负载也不小，不会出现此现象。直流串激电动机采用晶闸管整流和触发电路控制晶闸管的调速系统，其调电枢电压U的方法与直流他激电动机基本一样。第三节电牵引系统三、交流电动机的牵引调速特性交流电动机转速方程)1(60spfnf定子电源频率，Hz；p电动机的磁极对数；s转差率。调节供电频率f就可调节转速n。f在工频以下变化时，气隙磁通φq为fUKqU定子端电压。第三节电牵引系统fUKqf升高，若U不变→φq下降，导致电动机转矩下降。为保持φq不变，通常采用同时调节U和f，并使压频比恒定fU常数φq基本不变，转矩基本不变。在工频以下属压频比恒定、恒转矩的调频调速控制。第三节电牵引系统在频率f很低时，U(定子端电压)并不与E(电动势)基本近似相等，而是E下降更多，使φq减少，保持不了φq恒定→电动机的转矩M和Mmax下降。为提高低频的转矩，采用提高U来提高M→U与f比值增大，不