CN113983006A - 一种悬臂式掘进机全液压传动截割系统 - Google Patents

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郤云鹏
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张国浩
王学成
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Abstract

本发明一种悬臂式掘进机全液压传动截割系统，包括：主循环系统，用于对液压油进行加压以驱动截割头转动；补油系统，与主循环系统相连，用于对主循环系统的液压油进行补充；油箱，与补油系统相连，用于储存液压油；截止阀，安装在主循环系统和油箱之间，用于当截割系统需要检修时，将主循环系统中的液压油直接流入到油箱中；截割头，与主循环系统连接，用于截割。本发明通过电机驱动液压泵进行高压油液输出，然后通过高压油液驱动变量马达输出转速，最终使得截割头转速实时匹配最佳破岩转速，提高截割效率。

Description

一种悬臂式掘进机全液压传动截割系统
技术领域
本发明涉及悬臂式掘进机技术领域，尤其涉及一种悬臂式掘进机全液压传动截割系统。
背景技术
掘进机在实际工作过程中，往往会截割不同类型的煤层，不同煤层之间其地质特征也不尽相同。在掘进工作时，截割负载载荷分布不均匀，且变化频率较大，具有很强的非线性，使掘进机在工作时，其截割转速无法实时匹配负载所需转速，导致截割效率降低，因此掘进机若想提高负载适应能力，其截割系统必须具备良好的转速调节特性。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：目前悬臂式掘进机通常使用交流电机+减速器作为截割系统驱动源，只能以恒定的转速进行截割，极大地降低了掘进机的截割性能。若使用变频电机+减速器作为驱动源，变频器和减速器易因截割部的震动而造成损坏，生产和维修成本较高，功率密度和额定扭矩较小。
发明内容
本发明就是鉴于以上问题而完成。本发明的目的在于提供一种能够提高截割效率的悬臂式掘进机全液压传动截割系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种悬臂式掘进机全液压传动截割系统，包括：
主循环系统，用于对液压油进行加压以驱动截割头转动；
补油系统，与主循环系统相连，用于对主循环系统的液压油进行补充；
油箱，与补油系统相连，用于储存液压油；
截止阀，安装在主循环系统和油箱之间，用于当截割系统需要检修时，将主循环系统中的液压油直接流入到油箱中；
截割头，与主循环系统连接，用于截割。
进一步地，所述主循环系统包括：
液压泵，用于对液压油进行加压；
调速阀，调速阀的进口与液压泵相连；
变量马达，变量马达的进油口与调速阀的出口相连通，变量马达的输出轴与所述截割头连接，变量马达的出油口与所述油箱相连；
其中，液压泵的出油口与变量马达的进油口之间的管路为高压油路，变量马达的出油口与液压泵的进油口之间的管路为低压油路。
进一步地，所述主循环系统还包括：
第一压力传感器，安装在所述调速阀的前方，用于采集所述调速阀的进口压力；
第二压力传感器，安装在所述调速阀的后方，用于采集所述调速阀的出口压力；
第一控制模块，用于将所述调速阀的进口出口压差A与预先给定的压差值B进行比较，若A不等于B，则调节所述变量马达的排量，使A等于B。
进一步地，所述主循环系统还包括：
转速传感器，安装在所述变量马达的输出轴上，用于检测所述截割头的转速；
第二控制模块，用于将所述截割头的转速C与预先给定的最佳破岩转速D进行比较，若C不等于D，则调节所述变量马达的开口面积，使C等于D。
进一步地，所述主循环系统还包括：
压力流量传感器，数量为两个，分别安装在所述液压泵的出油口端和所述变量马达的出油口端，用于检测所述高压油路和所述低压油路中油液的压力和流量。
进一步地，所述主循环系统还包括稳压蓄能器，稳压蓄能器位于所述高压油路中，稳压蓄能器用于对流量脉动和液压冲击进行吸收平抑，使所述变量马达的油液保持平稳。
进一步地，所述主循环系统还包括第一溢流阀，第一溢流阀的进口与所述高压油路相连，第一溢流阀的出口与所述低压油路相连。
进一步地，所述主循环系统还包括第一单向阀和第二单向阀，第一单向阀安装在所述高压油路中，第二单向阀安装在所述低压油路中。
进一步地，所述补油系统包括：
补油泵，补油泵的进油口与所述油箱相连；
第二溢流阀，第二溢流阀的入口与所述变量马达的出油口相连，第二溢流阀的出口与所述油箱相连；
第三溢流阀，第三溢流阀的入口与所述液压泵的进油口相连，第三溢流阀的出口与所述油箱相连。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
1.本发明将液压传动技术引入掘进机截割系统中，实现了无极调速，通过电机驱动液压泵进行高压油液输出，然后通过高压油液驱动变量马达输出转速，最终使得截割头转速实时匹配最佳破岩转速，提高截割效率。
2.本发明省去了原有掘进机截割系统中的减速器和变频器，减轻了截割系统的重量，并且易于布置掘进机截割内喷雾系统，避免了原内喷雾系统长距离传送中易出现的密封问题，便于后期维护。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的全液压传动截割系统的结构示意图。
图中，1-主循环系统，2-补油系统，3-油箱，4-截止阀，5-截割头，61-第一压力传感器，62-第二压力传感器，63-压力流量传感器，64-转速传感器，101-液压泵，102-变量马达，103-高压油路，104-低压油路，105-第一溢流阀，106-第一单向阀，107-调速阀，108-第二单向阀，109-稳压蓄能器，201-补油泵，202-补油油路，203-第二溢流阀，204-第三溢流阀，301-回油油路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明一实施例提供一种悬臂式掘进机全液压传动截割系统，包括主循环系统1、补油系统2、油箱3、截止阀4和截割头5，其中，主循环系统1，用于对液压油进行加压以驱动截割头5转动；补油系统2，与主循环系统1相连，用于对主循环系统1的液压油进行补充；油箱3，与补油系统2相连，用于储存液压油；截止阀4，安装在主循环系统1和油箱3之间，用于当截割系统需要检修时，将主循环系统1中的液压油直接流入到油箱3中；截割头5，与主循环系统1连接，用于截割。
由此，本发明实施例提供的悬臂式掘进机全液压传动截割系统，将液压传动技术引入掘进机截割系统中，实现了无极调速，通过电机驱动液压泵进行高压油液输出，然后通过高压油液驱动变量马达输出转速，最终使得截割头转速实时匹配最佳破岩转速，提高截割效率。本实施例省去了原有掘进机截割系统中的减速器和变频器，减轻了截割系统的重量，并且易于布置掘进机截割内喷雾系统，避免了原内喷雾系统长距离传送中易出现的密封问题，便于后期维护。
具体地，主循环系统1包括液压泵101、变量马达102和调速阀107。液压泵101用于对液压油进行加压；调速阀107，调速阀107的进口与液压泵101相连；变量马达102，变量马达102的进油口与调速阀107的出口相连通，变量马达102的输出轴与截割头5连接，变量马达102的出油口与油箱3相连。其中，液压泵101的出油口与变量马达102的进油口之间的管路为高压油路103，变量马达102的出油口与液压泵101的进油口之间的管路为低压油路104。
在一些实施例中，主循环系统1还包括：第一压力传感器61、第二压力传感器62和第一控制模块，其中，第一压力传感器61，安装在调速阀107的前方，用于采集调速阀107的进口压力；第二压力传感器62，安装在调速阀107的后方，用于采集调速阀107的出口压力；第一控制模块，用于将调速阀107的进口出口压差A与预先给定的压差值B进行比较，若A不等于B，则调节变量马达102的排量，使A等于B。也就是说，调速阀107进口出口压差趋于给定的压差值，这样形成恒压差控制闭环。
在一些实施例中，主循环系统1还包括转速传感器64和第二控制模块，其中转速传感器64，安装在变量马达102的输出轴上，用于检测截割头5的转速；第二控制模块，用于将截割头5的转速C与预先给定的最佳破岩转速D进行比较，若C不等于D，则调节变量马达102的开口面积，使C等于D。预先给定的最佳破岩转速D可以是根据探测设备探出的地质条件实时给出的。这样使变量马达102的转速趋于给出的最佳破岩转速，形成恒转速控制闭环。
上述实施例中的恒压差控制闭环和恒转速控制闭环可以单独使用，也可以一起使用。
为了实现对主循环系统1的远程监控，主循环系统1还包括两个压力流量传感器63，它们分别安装在液压泵101的出油口端和变量马达102的出油口端，检测高压油路103和低压油路104中油液的压力和流量，经过转换为电流信号传输至控制系统，从而实现对主循环系统1的远程监控。
在一些实施例中，主循环系统1还包括稳压蓄能器109，稳压蓄能器109位于高压油路103中，稳压蓄能器109用于对流量脉动和液压冲击进行吸收平抑，使变量马达102的油液保持平稳。这样，在遇到负载波动变化大时便于精确调整变量马达102的输出转速。
为了限定高压油路103内油液的最高压力，保护主循环系统1的运行安全，主循环系统1还包括第一溢流阀105，第一溢流阀105的进口与高压油路103相连，第一溢流阀105的出口与低压油路104相连。
参阅图1，主循环系统1还包括第一单向阀106和第二单向阀108，第一单向阀106安装在高压油路103中，第二单向阀108安装在低压油路104中。第一单向阀106用于防止主循环系统1内的液压冲击对补油泵201造成冲击破坏。第二单向阀108用于阻止补油泵201输出的补充油液进入低压油路104后，直接流至变量马达102处，从而防止对变量马达102的正常运行造成影响。
在一些实施例中，全液压传动截割系统的补油系统2包括补油泵201、第二溢流阀203和第三溢流阀204。其中补油泵201，补油泵201的进油口与油箱3相连；第二溢流阀203，第二溢流阀203的入口与变量马达102的出油口相连，第二溢流阀203的出口与油箱3相连；第三溢流阀204，第三溢流阀204的入口与液压泵101的进油口相连，第三溢流阀204的出口与油箱3相连。
下面结合一个优选实施例，对上述实施例总涉及到的内容进行说明。
针对EBZ220型悬臂式掘进机，主循环系统1为闭式液压系统。补油系统中，补油油路202的一端与补油泵201的出油口连接，另一端与低压油路104连接。第二溢流阀203位于低压油路104和回油油路301之间。第三溢流阀204位于补油油路202和回油油路301之间。其中，回油油路301与油箱4连接。补油泵201采用变量泵结构，这样在液压泵101进口压力不稳定时，可以通过适当增大补油泵201的排量，提高输入低压油路104的油液流量，从而避免液压泵101出现吸空现象。
截止阀4位于补油油路202与回油油路301之间，当截止阀4处于连通状态时，补油油路202和低压油路104直接与油箱3连通，这样可以对整个系统的油液进行快速回油操作，方便拆装及维修。
截止阀4采用电磁截止阀结构，调速阀107采用电液调速阀结构。这样可以通过远程电流控制信号，实现对这些液压元件的远程控制，以便于实现对截割头进行快速准确的控制以及自动化控制。其中，针对EBZ220型悬臂式掘进机，本发明中的第一溢流阀105设定为23MPa，用于限定高压油路103内油液的最高压力，保护主循环系统1的运行安全。第二溢流阀203设定为1.8MPa，用于将系统内的高温油液引流至油箱3内，降低系统内的油液温度。第三溢流阀204设定为2.5MPa，用于限定补油泵201输出的油液压力。
本优选实施例中的恒压差控制闭环为：第一控制模块采集第一压力传感器61和第二压力传感器62的压力值并计算出调速阀107的前后压差，与给定的压差值进行比较，调节变量马达102的排量，使调速阀107前后压差趋于给定值，形成恒压差控制闭环，针对EBZ220型悬臂式掘进机，本发明中压力传感器61和压力传感器62之间的给定差值设定为1.5MPa。恒转速控制闭环为：根据探测设备探出的地质条件，实时给出截割头5的最佳破岩转速，采集变量马达102的输出轴转速传感器64的值，第二控制模块将截割头5的转速与最佳破岩转速进行比较，调节调速阀107的开口面积，使变量马达102的转速趋于给出的最佳破岩转速，形成恒转速控制闭环。
当悬臂式掘进机需要进行截割系统的检修时，截止阀4处于连接状态，补油泵201处于停止状态。高压油路103、稳压蓄能器109、低压油路104内的油液，经过截止阀4、回油油路301流回油箱3，实现系统油液快速回油操作。
综上所述，本发明实施例提供的全液压传动截割系统，利用恒压差+恒转速双闭环控制，比于传统液压闭式容积调速回路，调速范围更广，并提高了对截割转速的控制精度。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (9)

1.一种悬臂式掘进机全液压传动截割系统，其特征在于：包括：
主循环系统（1），用于对液压油进行加压以驱动截割头（5）转动；
补油系统（2），与主循环系统（1）相连，用于对主循环系统（1）的液压油进行补充；
油箱（3），与补油系统（2）相连，用于储存液压油；
截止阀（4），安装在主循环系统（1）和油箱（3）之间，用于当截割系统需要检修时，将主循环系统（1）中的液压油直接流入到油箱（3）中；
截割头（5），与主循环系统（1）连接，用于截割。
2.根据权利要求1所述的一种悬臂式掘进机全液压传动截割系统，其特征在于：所述主循环系统（1）包括：
液压泵（101），用于对液压油进行加压；
调速阀（107），调速阀（107）的进口与液压泵（101）相连；
变量马达（102），变量马达（102）的进油口与调速阀（107）的出口相连通，变量马达（102）的输出轴与所述截割头（5）连接，变量马达（102）的出油口与所述油箱（3）相连；
其中，液压泵（101）的出油口与变量马达（102）的进油口之间的管路为高压油路（103），变量马达（102）的出油口与液压泵（101）的进油口之间的管路为低压油路（104）。
3.根据权利要求2所述的一种悬臂式掘进机全液压传动截割系统，其特征在于：所述主循环系统（1）还包括：
第一压力传感器（61），安装在所述调速阀（107）的前方，用于采集所述调速阀（107）的进口压力；
第二压力传感器（62），安装在所述调速阀（107）的后方，用于采集所述调速阀（107）的出口压力；
第一控制模块，用于将所述调速阀（107）的进口出口压差A与预先给定的压差值B进行比较，若A不等于B，则调节所述变量马达（102）的排量，使A等于B。
4.根据权利要求2或3所述的一种悬臂式掘进机全液压传动截割系统，其特征在于：所述主循环系统（1）还包括：
转速传感器（64），安装在所述变量马达（102）的输出轴上，用于检测所述截割头（5）的转速；
第二控制模块，用于将所述截割头（5）的转速C与预先给定的最佳破岩转速D进行比较，若C不等于D，则调节所述变量马达（102）的开口面积，使C等于D。
5.根据权利要求2所述的一种悬臂式掘进机全液压传动截割系统，其特征在于：所述主循环系统（1）还包括：
压力流量传感器（63），数量为两个，分别安装在所述液压泵（101）的出油口端和所述变量马达（102）的出油口端，用于检测所述高压油路（103）和所述低压油路（104）中油液的压力和流量。
6.根据权利要求5所述的一种悬臂式掘进机全液压传动截割系统，其特征在于：所述主循环系统（1）还包括稳压蓄能器（109），稳压蓄能器（109）位于所述高压油路（103）中，稳压蓄能器（109）用于对流量脉动和液压冲击进行吸收平抑，使所述变量马达（102）的油液保持平稳。
7.根据权利要求5所述的一种悬臂式掘进机全液压传动截割系统，其特征在于：所述主循环系统（1）还包括第一溢流阀（105），第一溢流阀（105）的进口与所述高压油路（103）相连，第一溢流阀（105）的出口与所述低压油路（104）相连。
8.根据权利要求2所述的一种悬臂式掘进机全液压传动截割系统，其特征在于：所述主循环系统（1）还包括第一单向阀（106）和第二单向阀（108），第一单向阀（106）安装在所述高压油路（103）中，第二单向阀（108）安装在所述低压油路（104）中。
9.根据权利要求2所述的一种悬臂式掘进机全液压传动截割系统，其特征在于：所述补油系统（2）包括：
补油泵（201），补油泵（201）的进油口与所述油箱（3）相连；
第二溢流阀（203），第二溢流阀（203）的入口与所述变量马达（102）的出油口相连，第二溢流阀（203）的出口与所述油箱（3）相连；
第三溢流阀（204），第三溢流阀（204）的入口与所述液压泵（101）的进油口相连，第三溢流阀（204）的出口与所述油箱（3）相连。
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