CN104131945A - 等分布角液压缸式马达 - Google Patents

Abstract

本发明属于矿用液压马达领域，特别是公开一种等分布角液压缸式马达；所要解决的技术问题为提供一种结构简单、操作方便、安全系数高、使用寿命长且能够有效降低煤矿井下事故率的等分布角液压缸式马达；包括箱体、三个液压缸、曲轴、箱体前端组件、控制系统，箱体整体为壳体结构，箱体内部并排设置有三个液压缸，箱体的前端设置有安装曲轴的箱体半圆座，箱体前端组件与箱体固定连接将曲轴固定，液压缸活塞端头与曲轴通过活塞端头盖连接，液压缸往复运动带动曲轴做旋转运动，曲轴带动控制系统运动，控制系统控制三个液压缸的往复运动从而带动曲轴做连续的回转运动，采用液压缸驱动曲轴转动，转速较低，扭矩较大，适合煤矿井下设备使用的要求。

Description

等分布角液压缸式马达

技术领域

本发明属于矿用液压马达领域，特别是涉及一种等分布角液压缸式马达，主要应用于煤矿采矿工作面的采煤机、刮板运输机、牵引机车和吊车等上的动力输入。

背景技术

煤炭行业是我国的支柱产业，煤矿开采中的安全又是重中之重。由于煤矿井下经常会存在瓦斯，瓦斯的主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。如遇明火，即可燃烧，发生“瓦斯”爆炸，直接威胁着矿工的生命安全。为了减少和预防发丝爆炸事故的发生，对井下作业安全系数的要求必须要高。

随着高新技术和现代化生产的发展，煤矿的产量也在一年一年的上升，煤矿设备对于煤矿的发展也就显得更为重要，已经成为一个制约煤矿发展的重要因素，煤矿设备的效率直接影响着矿井的生产效率。因此发展高效快捷安全的煤矿设备是我国煤矿工业建设的一项重要任务。

煤矿的常用设备包括采煤机、刮板运输机、牵引机车及单轨吊车等。其中采煤机是以旋转工作机构破煤，并将其装入输送机或其他运输设备的采煤机械，采煤机刮板运输机的动力源均为电缆带动电动机在工作面运行，这样采煤工作面存在不安全因素，危险系数极高。

目前的矿用井下刮板输送机，其动力系统为由电机带动减速器，减速器带动设备的链轮轴组工作，由于链轮轴组需经常调速并频繁启停，电机频繁启停对电网的冲击大，且启停时的大扭矩对刮板输送机的链轮轴组造成很大的冲击振动，链轮轴组使用寿命短。

而单轨吊车由于不受底板条件的影响，其运输巷道布置方便节省空间且运输效率高。但单轨吊车技术在国内还处于发展阶段，单轨吊机车行走在悬挂于巷道顶部的轨道上，由柴油机提供动力，依靠来行走驱动轮与轨道间的摩擦力驱动单轨吊车行走。柴油机在工作过程中需消耗大量的柴油，且其排出大量的高温热气存在安全隐患。

上述几种煤矿机械，主要由于动力输入采用传统的电机或者是柴油机，这种动力输入方式不适合煤矿机械设备使用，在煤矿设备使用的过程中会存在很大的安全隐患，造成矿下工作人员的安全系数偏高，因此现有的动力输入设备已经严重的制约了煤矿井下设备的发展。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为提供一种结构简单、操作方便、安全系数高、使用寿命长且能够有效降低煤矿井下事故率的等分布角液压缸式马达。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：等分布角液压缸式马达，包括箱体、三个液压缸、曲轴、箱体前端组件、控制系统，所述箱体整体为壳体结构，箱体内部的后端并排设置有三个用于安装液压缸的耳环，所述耳环上设有液压缸安装孔，箱体的前端设置有安装曲轴的箱体半圆座，所述箱体半圆座上设置有与箱体前端组件连接的螺纹孔；所述箱体前端组件与箱体固定连接将所述曲轴固定，所述三个液压缸耳环与箱体内部的液压缸安装孔固定连接，液压缸活塞端头与曲轴通过活塞端头盖连接，液压缸往复运动带动曲轴做旋转运动同时曲轴带动控制系统运动，所述控制系统控制三个液压缸的往复运动从而带动曲轴做连续的回转运动。

优选的是，所述曲轴包括三组并排设置的结构相同的第一活塞曲柄连接装置、第二活塞曲柄连接装置、第三活塞曲柄连接装置，中间轴，输出轴和尾轴，所述第一、第二和第三活塞曲柄连接装置均包括两个整体为圆形的夹板，所述夹板的中心设置有轴安装孔，在所述轴安装孔周围的夹板上设置有三个呈120度均匀分布的销轴孔，两个夹板之间通过单个曲柄销与夹板上销轴孔过盈配合将两个夹板固定连接；

所述夹板的外侧面均设置有凸轮，所述凸轮由两个同心的不等径的小半圆环和大半圆环组成，每个活塞曲柄连接装置的两个夹板上的凸轮呈反向设置，凸轮的小半圆环和大半圆环的分界线与曲柄销的中心线以及轴安装孔的中心线位于同一平面内；

所述第二活塞曲柄连接装置通过中间轴与夹板上的轴安装孔过盈配合分别与第一活塞曲柄连接装置、第三活塞曲柄连接装置固定连接，第一活塞曲柄连接装置、第二活塞曲柄连接装置和第三活塞曲柄连接装置的曲柄销以轴安装孔为中心呈120度均匀分布；

所述输出轴与第一活塞曲柄连接装置外侧夹板的轴安装孔固定连接，所述尾轴和第三活塞曲柄连接装置外侧夹板的轴安装孔固定连接。

优选的是，所述小半圆环和大半圆环之间设置有过渡连接段，所述过渡连接段与小半圆环和大半圆环圆滑过渡。

优选的是，所述凸轮与夹板之间可以采用螺钉加过盈配合连接，也可以采用凸轮与夹板一体成型设置。

优选的是，所述输出轴、尾轴与轴安装孔之间通过键和过盈配合相连接。

优选的是，所述箱体前端组件包括前端本体，所述前端本体的两端设置有箱体前端半圆座，所述箱体前端半圆座上设置有与箱体连接的螺纹孔，箱体前端半圆座和箱体半圆座螺纹连接将曲轴的输出轴和尾轴固定，所述箱体前端半圆座之间并排设置中间轴支撑座，所述中间轴支撑座为对开结构，中间轴支撑座将曲轴的两个中间轴固定，所述箱体前端半圆座和中间轴支撑座之间的前端本体上设置有用于安装挺杆的导向孔。

优选的是，所述输出轴、尾轴和中间轴上均设置有轴瓦。

优选的是，所述控制系统包括结构相同的第一磕头装置、第二磕头装置和第三磕头装置，所述第一磕头装置、第二磕头装置和第三磕头装置并排设置在磕头座上并通过磕头座与箱体前端组件固定连接，第一、第二和第三磕头装置的前方均设置有控制阀，所述控制阀用于控制液压缸往复运动。

优选的是，所述第一磕头装置、第二磕头装置和第三磕头装置均包括左磕头、右磕头和挺杆，所述左磕头和右磕头通过销轴活动设置在磕头座上，所述左磕头和右磕头的上部与磕头座之间设置有弹簧，左磕头和右磕头的下部与设置在箱体前端组件导向孔内的挺杆接触，所述挺杆的另一侧活动设置有滚轮，所述滚轮与凸轮始终接触并驱动挺杆按照凸轮的运动轨迹做往复运动，左磕头与右磕头的前方与所述控制阀的阀芯接触。

优选的是，所述导向孔内设置有导向套。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

第一，本发明利用三个通用液压缸，驱动三个120度均匀分布的曲柄，从而将液压缸的直线运动转化为曲轴的回转运动，再通过控制系统控制控制阀从而自动控制液流方向，实现曲轴的连续运转，采用三曲柄均匀分布的结构减小回转运动的曲轴的转速和输出转矩的脉动，使曲轴的输出转速和转矩平稳，这样就能够作为采煤机、刮板运输机、牵引机车和单轨吊机车的动力输入装置。

第二，本发明改变了传统的使用电机或者柴油机作为动力输入设备的现状，采用矿井下常用的乳化液作为液压缸的液源，控制系统同样采用机械和液压结合的结构，不使用电器设备，通过这种设置方式就能够有效解决采煤工作面的防爆问题，降低了生产成本，提高了生产安全系数。

第三，本发明采用箱体式结构，安装简单，维修方便、快捷。由于采用液压缸驱动曲轴转动，所以转数较低，扭矩较大，适合煤矿井下设备使用的要求，另外本产品能够大大地降低机械事故率，增加更多的有效工作时间。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的俯视结构示意图。

图3为箱体的结构示意图。

图4为曲轴的结构示意图。

图5为图4的主视结构示意图。

图6为图4的左侧结构示意图。

图7为凸轮的结构示意图。

图8为控制系统与箱体前端组件的连接结构示意图。

图9为本发明的曲轴的输出转速和转矩图。

图中：1为箱体，11为耳环，12为液压缸安装孔，13为箱体半圆座，2为液压缸，21为液压缸耳环，22为液压缸活塞端头，23为活塞端头盖，3为曲轴，31为第一活塞曲柄连接装置，311为夹板，312为轴安装孔，313为销轴孔，314为曲柄销，315为凸轮，3151为小半圆环，3152为大半圆环，3153为过渡连接段，32为第二活塞曲柄连接装置，33为第三活塞曲柄连接装置，34为中间轴，35为输出轴，36为尾轴，4为箱体前端组件，41为前端本体，42为箱体前端半圆座，43为中间轴支撑座，44为导向孔，45为导向套，5为控制系统，51为第一磕头装置，511为左磕头，512为右磕头，513为挺杆，52为第二磕头装置，53为第三磕头装置，54为磕头座，55为弹簧，56为滚轮，6为控制阀。

具体实施方式

如图1—图3所示，等分布角液压缸式马达，包括箱体1、三个液压缸2、曲轴3、箱体前端组件4、控制系统5，所述箱体1整体为壳体结构，箱体1内部的后端并排设置有三个用于安装液压缸2的耳环11，所述耳环11上设有液压缸安装孔12，箱体1的前端设置有安装曲轴3的箱体半圆座13，所述箱体半圆座13上设置有与箱体前端组件4连接的螺纹孔；所述箱体前端组件4与箱体1固定连接将所述曲轴3固定，所述三个液压缸耳环21与箱体1内部的液压缸安装孔12固定连接，液压缸活塞端头22与曲轴3通过活塞端头盖23连接，液压缸2往复运动带动曲轴3做旋转运动同时曲轴3带动控制系统5运动，所述控制系统5控制三个液压缸2的往复运动从而带动曲轴3做连续的回转运动。液压缸2的内壁和活塞杆均采用不锈钢材质，这样能够增加液压缸的防锈功能，延长液压缸2的使用寿命。另外液压缸2采用乳化液作为液流，减少了使用成本。

如图4-图7所示，所述曲轴3包括三组并排设置的结构相同的第一活塞曲柄连接装置31、第二活塞曲柄连接装置32、第三活塞曲柄连接装置33，中间轴34，输出轴35和尾轴36，所述第一、第二和第三活塞曲柄连接装置31、32、33均包括两个整体为圆形的夹板311，所述夹板311的中心设置有轴安装孔312，在所述轴安装孔312周围的夹板311上设置有三个呈120度均匀分布的销轴孔313，两个夹板311之间通过单个曲柄销314与夹板311上销轴孔313过盈配合将两个夹板311固定连接；

所述夹板311的外侧面均设置有凸轮315，所述凸轮315由两个同心的不等径的小半圆环3151和大半圆环3152组成，每个活塞曲柄连接装置的两个夹板311上的凸轮315呈反向设置，凸轮315的小半圆环3151和大半圆环3152的分界线与曲柄销314的中心线以及轴安装孔312的中心线位于同一平面内；

所述第二活塞曲柄连接装置32通过中间轴34与夹板311上的轴安装孔312过盈配合分别与第一活塞曲柄连接装置31、第三活塞曲柄连接装置33固定连接，第一活塞曲柄连接装置31、第二活塞曲柄连接装置32和第三活塞曲柄连接装置33的曲柄销314以轴安装孔312为中心呈120度均匀分布；

所述输出轴35与第一活塞曲柄连接装置31外侧夹板的轴安装孔312固定连接，所述尾轴36和第三活塞曲柄连接装置33外侧夹板的轴安装孔312固定连接。

曲轴3的工作过程：三个液压缸2分别于第一活塞曲柄连接装置31、第二活塞曲柄连接装置32和第三活塞曲柄连接装置33的曲柄销314连接，由于第一活塞曲柄连接装置31、第二活塞曲柄连接装置32和第三活塞曲柄连接装置33的曲柄销314以轴安装孔312为中心呈120度均匀分布，这样曲轴3就能够在三个液压缸2的驱动下做连续的回转运动，从而能够提供稳定的转速和转矩输出。

优选的是，所述小半圆环3151和大半圆环3152之间设置有过渡连接段3153，所述过渡连接段3513与小半圆环3151和大半圆环3152圆滑过渡。

优选的是，所述凸轮315与夹板311之间可以采用螺钉加过盈配合连接，也可以采用凸轮315与夹板311一体成型设置。

优选的是，所述输出轴35、尾轴36与轴安装孔312之间通过键和过盈配合相连接。

如图8所示，所述箱体前端组件4包括前端本体41，所述前端本体41的两端设置有箱体前端半圆座42，所述箱体前端半圆座42上设置有与箱体1连接的螺纹孔，箱体前端半圆座42和箱体半圆座13螺纹连接将曲轴3的输出轴35和尾轴36固定，所述箱体前端半圆座42之间并排设置中间轴支撑座43，所述中间轴支撑座43为对开结构，中间轴支撑座43将曲轴3的两个中间轴34固定，所述箱体前端半圆座42和中间轴支撑座43之间的前端本体41上设置有用于安装挺杆56的导向孔44。

优选的是，所述输出轴35、尾轴36和中间轴34上均设置有轴瓦,。

优选的是，所述控制系统5包括结构相同的第一磕头装置51、第二磕头装置52和第三磕头装置53，所述第一磕头装置51、第二磕头装置52和第三磕头装置53并排设置在磕头座54上并通过磕头座54与箱体前端组件4固定连接，第一、第二和第三磕头装置51、52、53的前方均设置有控制阀6，所述控制阀6用于控制液压缸2往复运动。

优选的是，所述第一磕头装置51、第二磕头装置52和第三磕头装置53均包括左磕头511、右磕头512和挺杆513，所述左磕头511和右磕头512通过销轴活动设置在磕头座54上，所述左磕头511和右磕头512的上部与磕头座54之间设置有弹簧55，左磕头511和右磕头512的下部与设置在箱体前端组件4导向孔44内的挺杆56接触，所述挺杆56的另一侧活动设置有滚轮56，所述滚轮56与凸轮315始终接触并驱动挺杆56按照凸轮315的运动轨迹做往复运动，左磕头511与右磕头512的前方与所述控制阀6的阀芯接触。左右磕头511、512与磕头座54之间设置有弹簧55，在弹簧力的作用下滚轮56与凸轮315始终接触，所以滚轮56会按照凸轮315的运动轨迹做往复运动，从而带动左右磕头511、512做往复运动，从而控制控制阀6阀门的开闭，第一磕头装置51中左磕头511和右磕头512分别由第一活塞曲柄连接装置31的两个夹板311外凸轮315控制，第一活塞曲柄连接装置31中两个夹板311外侧的凸轮315是相对设置的，这样由第一磕头装置51的左磕头511和右磕头512控制的控制阀6的阀门刚好处于相反的开闭状态，这两个控制阀6用于控制与第一活塞曲柄连接装置31连接的液压缸2的液流方向，使液压缸2做往复的伸缩运动。第二磕头装置52、第三磕头装置53和第二活塞曲柄连接装置32、第三活塞曲柄连接装置33的控制过程与第一磕头装置51和第一活塞曲柄连接装置31相同，控制系统5、曲轴3和液压缸2共同作用组成了一个闭环系统，使曲轴3能够做连续的回转运动。

优选的是，所述导向孔44内设置有导向套45。

本发明的工作过程为：三个液压缸2分别与曲轴3上的第一活塞曲柄连接装置31、第二活塞曲柄连接装置32、第三活塞曲柄连接装置33的曲柄销314连接，液压缸2的活塞杆、曲柄销314和曲轴3组成了一个连杆机构，这样液压缸2的活塞杆做伸缩运动，带动曲柄销314绕夹板311上轴安装孔312转动，从而带动夹板311及整个曲轴3做回转运动，由于夹板311的外侧面设置有凸轮315，凸轮315会随着夹板311绕轴安装孔312转动，这样凸轮315就会带动控制系统5的顶杆56做前后往复运动，顶杆56的另一端就会控制左、右磕头511、512，从而控制控制阀6的开闭，控制阀6用于控制液压缸2液流方向，从而控制液压缸2的伸缩，这样就构成了一个完整的闭环系统。通过三个等分布的液压缸2驱动曲轴3转动，每个液压缸2由控制系统5的第一磕头装置51、第二磕头装置52和第三磕头装置53控制，保证三个液压缸2能够驱动曲轴3做连续的回转运动。

如图 9所示，曲轴的输出转速和转矩的曲线，输出转速和转矩平稳，转速小且转矩大，适合作为井下设备的动力输入设备。

本发明采用箱体式结构，安装简单，维修方便、快捷。由于采用液压缸驱动曲轴转动，所以转速较低，扭矩较大，适合煤矿井下设备使用的要求，另外本产品能够大大地降低机械事故率，增加更多的有效工作时间。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.等分布角液压缸式马达，其特征在于：包括箱体（1）、三个液压缸（2）、曲轴（3）、箱体前端组件（4）、控制系统（5），所述箱体（1）整体为壳体结构，箱体（1）内部的后端并排设置有三个用于安装液压缸（2）的耳环（11），所述耳环（11）上设有液压缸安装孔（12），箱体（1）的前端设置有安装曲轴（3）的箱体半圆座（13），所述箱体半圆座（13）上设置有与箱体前端组件（4）连接的螺纹孔；所述箱体前端组件（4）与箱体（1）固定连接将所述曲轴（3）固定，所述三个液压缸耳环（21）与箱体（1）内部的液压缸安装孔（12）固定连接，液压缸活塞端头（22）与曲轴（3）通过活塞端头盖（23）连接，液压缸（2）往复运动带动曲轴（3）做旋转运动同时曲轴（3）带动控制系统（5）运动，所述控制系统（5）控制三个液压缸（2）的往复运动从而带动曲轴（3）做连续的回转运动。

2.根据权利要求1所述的等分布角液压缸式马达，其特征在于：所述曲轴（3）包括三组并排设置的结构相同的第一活塞曲柄连接装置（31）、第二活塞曲柄连接装置（32）、第三活塞曲柄连接装置（33），中间轴（34），输出轴（35）和尾轴（36），所述第一、第二和第三活塞曲柄连接装置（31）、（32）、（33）均包括两个整体为圆形的夹板（311），所述夹板（311）的中心设置有轴安装孔（312），在所述轴安装孔（312）周围的夹板（311）上设置有三个呈（120）度均匀分布的销轴孔（313），两个夹板（311）之间通过单个曲柄销（314）与夹板（311）上销轴孔（313）过盈配合将两个夹板（311）固定连接；

所述夹板（311）的外侧面均设置有凸轮（315），所述凸轮（315）由两个同心的不等径的小半圆环（3151）和大半圆环（3152）组成，每个活塞曲柄连接装置的两个夹板（311）上的凸轮（315）呈反向设置，凸轮（315）的小半圆环（3151）和大半圆环（3152）的分界线与曲柄销（314）的中心线以及轴安装孔（312）的中心线位于同一平面内；

所述第二活塞曲柄连接装置（32）通过中间轴（34）与夹板（311）上的轴安装孔（312）过盈配合分别与第一活塞曲柄连接装置（31）、第三活塞曲柄连接装置（33）固定连接，第一活塞曲柄连接装置（31）、第二活塞曲柄连接装置（32）和第三活塞曲柄连接装置（33）的曲柄销（314）以轴安装孔（312）为中心呈（120）度均匀分布；

所述输出轴（35）与第一活塞曲柄连接装置（31）外侧夹板的轴安装孔（312）固定连接，所述尾轴（36）和第三活塞曲柄连接装置（33）外侧夹板的轴安装孔（312）固定连接。

3.根据权利要求2所述的等分布角液压缸式马达，其特征在于：所述小半圆环（3151）和大半圆环（3152）之间设置有过渡连接段（3153），所述过渡连接段（3513）与小半圆环（3151）和大半圆环（3152）圆滑过渡。

4.根据权利要求2所述的等分布角液压缸式马达，其特征在于：所述凸轮（315）与夹板（311）之间可以采用螺钉加过盈配合连接，也可以采用凸轮（315）与夹板（311）一体成型设置。

5.根据权利要求2所述的等分布角液压缸式马达，其特征在于：所述输出轴（35）、尾轴（36）与轴安装孔（312）之间通过键和过盈配合相连接。

6.根据权利要求1所述的等分布角液压缸式马达，其特征在于：所述箱体前端组件（4）包括前端本体（41），所述前端本体（41）的两端设置有箱体前端半圆座（42），所述箱体前端半圆座（42）上设置有与箱体（1）连接的螺纹孔，箱体前端半圆座（42）和箱体半圆座（13）螺纹连接将曲轴（3）的输出轴（35）和尾轴（36）固定，所述箱体前端半圆座（42）之间并排设置中间轴支撑座（43），所述中间轴支撑座（43）为对开结构，中间轴支撑座（43）将曲轴（3）的两个中间轴（34）固定，所述箱体前端半圆座（42）和中间轴支撑座（43）之间的前端本体（41）上设置有用于安装挺杆（56）的导向孔（44）。

7.根据权利要求6所述的等分布角液压缸式马达，其特征在于：所述输出轴（35）、尾轴（36）和中间轴（34）上均设置有轴瓦。

8.根据权利要求1所述的等分布角液压缸式马达，其特征在于：所述控制系统（5）包括结构相同的第一磕头装置（51）、第二磕头装置（52）和第三磕头装置（53），所述第一磕头装置（51）、第二磕头装置（52）和第三磕头装置（53）并排设置在磕头座（54）上并通过磕头座（54）与箱体前端组件（4）固定连接，第一、第二和第三磕头装置（51）、（52）、（53）的前方均设置有控制阀（6），所述控制阀（6）用于控制液压缸（2）往复运动。

9.根据权利要求8所述的等分布角液压缸式马达，其特征在于：所述第一磕头装置（51）、第二磕头装置（52）和第三磕头装置（53）均包括左磕头（511）、右磕头（512）和挺杆（513），所述左磕头（511）和右磕头（512）通过销轴活动设置在磕头座（54）上，所述左磕头（511）和右磕头（512）的上部与磕头座（54）之间设置有弹簧（55），左磕头（511）和右磕头（512）的下部与设置在箱体前端组件（4）导向孔（44）内的挺杆（56）接触，所述挺杆（56）的另一侧活动设置有滚轮（56），所述滚轮（56）与凸轮（315）始终接触并驱动挺杆（56）按照凸轮（315）的运动轨迹做往复运动，左磕头（511）与右磕头（512）的前方与所述控制阀（6）的阀芯接触。

10.根据权利要求9所述的等分布角液压缸式马达，其特征在于：所述导向孔（44）内设置有导向套（45）。