【正文】 = （ mm） 由計(jì)算所得的 D 與 d 值分別按表 42 和 43 圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封元件。 這里取 cm? =。 3） 液壓缸內(nèi)徑 D和活塞桿直徑 d 的確定 vdF f cDp 1 p 2F 圖 41 液壓缸簡(jiǎn)圖 Simple sketch map of the hydraulic jar 由圖可知： fcFpdDFpD ???? 22212 )(44 ?? 122212 )()(4 ppdDp FFD fc ???? ? （ 44） 式中 1p —— 液壓缸工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)工作壓力 p ； p =16Mpa 2p —— 液壓缸回油腔背壓力，初算時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算，可先根據(jù)執(zhí)行元件背壓的估計(jì)值表估計(jì) ， 取 2p =2Mpa； Dd/ —— 活塞桿直徑與液壓缸內(nèi)徑之比，可按 液壓缸內(nèi)經(jīng) D 與活塞桿直徑 d 的關(guān)系表選取 ， 取 Dd/ =； F—— 工作循環(huán)中最大的外負(fù)載 ， 已 求得 F =168500（ N） ； fcF —— 液壓缸密封處摩擦力，它的精確值不易求得，常用液壓缸的機(jī)械效率 cm? 進(jìn)遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 行估算。設(shè)計(jì)時(shí)，可用類(lèi)比法來(lái)確定。 將已知量代入公式 （ 42）得 ： 12(1 ) (1 )zjM M M M M? ? ? ??? ? ? ? ? ? =? ? 72 0 .9 8 0 .9 7 1 .6 6 1 0? ? ? ? = ? Nm （ 3）慣性力矩 / (4 )tM J t?? ? ? （ 43） 10??Nm 式中 J —— 回轉(zhuǎn)盤(pán)飛轉(zhuǎn)效應(yīng)， AB LKJNm ?,2 ； ?? —— 角速度變化值， srad/ ； t? —— 回轉(zhuǎn)盤(pán)從靜止開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)的啟動(dòng)時(shí)間， s。）。 李威：掘進(jìn)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 4 液壓缸的設(shè)計(jì) 液壓缸的主要尺寸確定 掘進(jìn)機(jī) 切割機(jī)構(gòu)升降 油缸的設(shè)計(jì)。油箱采用二級(jí)過(guò)濾，吸油粗濾器，回油精過(guò)濾器，這樣有效地控制了油液的污染，提高了油液的清潔度，減少了故障。 4） 油缸 本機(jī)共有五種油缸，截割機(jī)構(gòu)升降油缸、回轉(zhuǎn)油缸、伸縮油缸，鏟板升降油缸和支承油缸，結(jié)構(gòu)形式除伸縮油缸和升降油缸外均相同?；y的機(jī)能為 O 型，閥體為并聯(lián)型， 固此，即可以分別操作，又可以同時(shí)操作，當(dāng)同時(shí)操作時(shí)工作速度減慢。進(jìn)油閥有壓力油口 P 和回油口 O，在 P 和 O 之間裝有閥組總安全閥。若不能停機(jī)處理以上故障時(shí)，設(shè)在濾芯下部的旁通閥就會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟工作（旁通閥開(kāi)啟壓力為 ），以保護(hù)濾油器及液壓系統(tǒng)正常工作。 2） 回油過(guò)濾器 為了使流回油箱的油液保持清潔，在液壓系統(tǒng)中設(shè)置了回油過(guò)濾器，當(dāng)濾芯被污 染物堵塞或系統(tǒng)液溫過(guò)低，流量脈動(dòng)等因素造成進(jìn)出口壓差為 時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換濾芯或提高油液溫度。 主要液壓元件在系統(tǒng)中的作用 1） 吸油過(guò)濾器 為了保護(hù)油泵及其他液壓元件，避免吸入污染雜質(zhì)，有效地控制液壓系統(tǒng)污染，提高液壓系統(tǒng)的清潔度，在油泵的吸油口設(shè)置了吸油過(guò)濾器，當(dāng)更換清潔濾芯或維修系統(tǒng)時(shí)，只需旋開(kāi)濾油器端蓋（清洗蓋），此時(shí)自封閥就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，隔絕油箱油路，使油箱內(nèi)油液不會(huì)向外流出，這樣使清洗、更換濾芯及維修系統(tǒng)變得非常方便。由于掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)多為泵 —— 缸系統(tǒng)，泵 —— 缸和泵 —— 馬達(dá)組成的混合李威：掘進(jìn)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 系統(tǒng)，油泵向二個(gè)以上執(zhí)行元件供液的組成式系統(tǒng)，所以掘進(jìn)機(jī)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)成開(kāi)式系統(tǒng) [8]。 掘進(jìn)機(jī)的工作條件 是煤塵和巖粉多，通風(fēng)條件差，機(jī)器的體積受工作面空間的嚴(yán)格限制。裝載機(jī)構(gòu)停止工作時(shí)，掘進(jìn)機(jī)可以較高速行駛，以實(shí)現(xiàn)快速調(diào)動(dòng)，而當(dāng)行走機(jī)構(gòu)油馬達(dá)停止工作時(shí)，使該油路卸荷，不向裝載機(jī)構(gòu)油馬達(dá)供油 ，保證裝載工作正常進(jìn)行。 綜合上述因素和原則，本掘進(jìn)機(jī)的行走液壓馬達(dá)的調(diào)速方式為根據(jù)各執(zhí)行元件的工作程序來(lái)獲得不同的速度。但同時(shí)也并非如此，如果采用變量泵將節(jié)流調(diào)速改變成聯(lián)合調(diào)速，可以節(jié)省一個(gè)定量泵和其他一些液壓元件，設(shè)備費(fèi)用反而會(huì)降低。 2） 根據(jù)工作條件選擇 要特別注意液壓系統(tǒng)的振動(dòng)、噪音和發(fā)熱等造成的一些不良影響，節(jié)流調(diào)速會(huì)導(dǎo)致油液的嚴(yán)重發(fā)熱，在這種情況下，即使功率不大也要考慮選用容積調(diào)速，或選變量泵，節(jié)流閥的聯(lián)合調(diào)速。負(fù)載變化較大，又影響速度的穩(wěn)定性，如果要求速度的穩(wěn)定性較高，在選擇調(diào)速方法時(shí)應(yīng)該同時(shí)考慮速度穩(wěn)定的方法。從經(jīng)濟(jì)效果看，一般節(jié)流調(diào)速適用于功率在 2~3KW 以下的系統(tǒng)， 5KW 以上的用容積調(diào)速較好。 選擇調(diào)速方案要考慮 三個(gè) 原則 。 所以這里 選用工程機(jī)械用 的雙作用單活塞桿 液壓缸 [7]。 這里使用的單向節(jié)流閥的產(chǎn)品型號(hào)為： MK15G。 5）節(jié)流閥。 除此之外，還需要用到手動(dòng)換向閥來(lái)控制壓力油進(jìn)入馬達(dá)。 在系統(tǒng)中要用到 一 組 五 聯(lián) 多路 換向閥 ，每個(gè)閥為三位四通換 向閥 。 這里使用的是液控單向閥。 系統(tǒng) 單向閥 也是必不可少的元件，它用來(lái)防止油液倒流，從而使執(zhí)行元件停止運(yùn)動(dòng)，或保持執(zhí)行元件中的油液壓力。 產(chǎn)品型號(hào)為： LHK33G21180/180。 2） 平衡 閥 。 溢流閥 具體的型號(hào)和尺寸由相關(guān)廠(chǎng)家的樣本中查得。 溢流閥的基本功能是限定系統(tǒng)的最高壓力，防止系統(tǒng)過(guò)載或維持壓力近似恒定。 低速大扭矩液壓馬達(dá)的型號(hào)為： NHM600A 和 NHM1300 。如：噪音低；啟動(dòng)扭矩大，具有良好的低速穩(wěn)定性，能在很低的速度下平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)；采用平面補(bǔ)償配流盤(pán)，泄漏少，維修方便； 效率高，轉(zhuǎn)速范圍寬，可靠性好，壽命長(zhǎng)；體積小，重量輕，功率質(zhì)量比高等。 泵取 CBZ2063/2024 雙聯(lián)齒輪泵 ， 排量調(diào)節(jié)為 10 ~ /ml r?， 額定壓力 16Mpa， 轉(zhuǎn)速12020 / minr ? 。 maxQ? 發(fā)生在馬達(dá)全速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) ： m a x 6 3 .6 / 2 0 0 0 / m i nQ m l r r??? （ 33） / minL? m a x( ) 1 3 0 / m i nvpq K Q L??? （ 34） 3) 選 擇泵的規(guī)格 根據(jù)以上求得的 pP 和 pQ 值，按系統(tǒng)中擬定的液壓泵的形式，從產(chǎn)品樣本或手冊(cè)中選擇相應(yīng)的液壓泵。 ??P 的準(zhǔn)確計(jì)算要待元件選定并會(huì)出管路圖時(shí)才能進(jìn)行，初算時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。汗苈泛?jiǎn)單，流速不大的，取 M p a)(P ???? 。 液壓元件的選用 液壓泵 的選用 選用雙聯(lián)齒輪泵，這種泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、容積效率高、工作壓力高、抗污染能力強(qiáng)、抗振性強(qiáng)、噪音低、壽命長(zhǎng)、工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。目前，掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)的壓力一般為 10~20MPa。一種是用類(lèi)比法結(jié)合可能選擇的元件類(lèi)型，預(yù)先選定一個(gè)工作壓力，然后根據(jù)給定的負(fù)載算出幾何尺寸。 系統(tǒng)的工作壓力取決于液壓執(zhí)行元件的負(fù)載。適當(dāng)?shù)靥岣?系統(tǒng)的壓力，對(duì)減小系統(tǒng)尺寸和重量，是有利的，但對(duì)元件的制造精度，密封性、抗污染能力及強(qiáng)度要求提高了。流量就大；反之，壓力高則流量小。單泵的排量為 32ml/r，壓力 12Mpa，總流量 90L，該系統(tǒng)解決了井下單獨(dú)設(shè)錨桿鉆泵站的問(wèn)題，提高了工作效率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度 [6]。由齒輪泵輸出的油液經(jīng)一個(gè)手動(dòng)換向閥的動(dòng)作，來(lái)控制馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)。防滑制動(dòng)由行走減速器上的摩擦片制動(dòng)，制動(dòng)油缸的油液直接由泵的輸出油液控制，制動(dòng)安全可靠。為防止截割頭鏟板下降過(guò)速，使其運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，為使截割頭支承油缸能在任何位置上定位，不致因換向閥的漏損而改變其位置或因油管破裂造成事故，故在截割升降回路中有單向節(jié)流閥和液控單向閥，在鏟板升降回路和支撐回路裝有平衡以避免爆管子事故的發(fā)生。 掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)的主要回路分析 掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)中主要回路有油缸回路、行走回路、裝載回路、運(yùn)輸回路、錨桿鉆接口回路等。掘進(jìn)機(jī)的液壓系統(tǒng)可分為以下四部分：行走部分 、輸送部分、裝載部分及切割部分。它是以油液為工作介質(zhì)、利用液壓泵將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的各種動(dòng)作。因此，掘進(jìn)機(jī)的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足以下要求： a 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的工作可靠性要高； b 要有靈敏 的過(guò)載保護(hù)裝置，以防止掘進(jìn)機(jī)和液壓元件的損壞； c 要能適應(yīng)負(fù)載變化大的要求，過(guò)載能力強(qiáng)，同時(shí)易于無(wú)級(jí)調(diào)速； 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 d 傳動(dòng)功率要大，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕； e 控制方式簡(jiǎn)便集中，便于使用、維護(hù)和檢修。掘進(jìn)工作面空間狹窄，機(jī)器的外形尺寸受到嚴(yán)格限制，在選擇元件時(shí)，必須給予重視。 4） 液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境 環(huán)境潮濕，振動(dòng)和 沖擊較大，污染較嚴(yán)重，工作平穩(wěn)，特別要考慮潮濕、煤塵污染和防爆。 2） 掘進(jìn)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 如負(fù)載的大小和變化規(guī)律，工作速度的大小和變化范圍，生產(chǎn)率等，它們是確定系統(tǒng)功率及選擇泵和執(zhí)行元件的依據(jù)。 這里取 K =[3]。穩(wěn)定力矩 wM 與傾翻力矩 fM 之比，稱(chēng)為穩(wěn)定比，即 fwMMK? 當(dāng) K ＞ 1 時(shí)，機(jī)器穩(wěn)定；當(dāng) K ＜ 1 時(shí)，掘進(jìn)機(jī)傾翻；當(dāng) K =1 時(shí)，掘進(jìn)機(jī)處于將要傾翻而又未傾翻的臨界狀態(tài)。 極限傾翻力矩為： 32fcM R h? =15660 Nm (214) 穩(wěn)定力矩為： 4M Ga? =18790 Nm (215) 顯然，這時(shí)的穩(wěn)定條件為： cR ＜ uG 4M ＞ 3fM 式中 cR —— 截割頭的推進(jìn)阻力，若靠行走機(jī)構(gòu)推進(jìn)，取其為行走機(jī)構(gòu)的牽引力，如果靠伸縮機(jī)構(gòu)推進(jìn)，取為伸縮油缸的推力， N； 2h —— 截割頭擺動(dòng)中心至底板的距離， m。這將使截割頭產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象，造成橫向進(jìn)刀困難以致無(wú)法實(shí)現(xiàn)。其極限傾翻力矩 pM 為： pbM R f? =1167 (212) 66480 4?? =265920 Nm 式中 bR —— 截割頭 橫向截割時(shí)的阻力，取其大小與橫向進(jìn)給力相等方向相反， N； f —— 截割頭最高位置時(shí)載荷中心距底板的高度， m，即最大可掘高度 4m。但為兼顧正常工作時(shí)部 分履帶不出現(xiàn)零比壓，應(yīng)使偏前值小于六分之一輪軸中心距，即 （ ab） ＜ （ a+b） /6。顯然，機(jī)器向下截割時(shí)穩(wěn)定性不及向上截割時(shí)。 掘進(jìn)機(jī)截割煤巖時(shí)的受力圖如下： 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 a b c dR a 1R a 2G fGeR b a)縱向截割 b) 橫向截割 R cG c) 軸向鉆進(jìn) 圖 21 掘進(jìn)機(jī)截割時(shí)受力分析圖 The diagram of receive strength analysis while tunneler cutting 1） 縱向截割（上下截割） 當(dāng)截割頭向上截割時(shí)（圖 a），極限傾翻力矩為： 11faM R d? 66480 ?? =19944 Nm (28) 由機(jī)器自重產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩： )(1 cbGM ?? = ? ?310000 ?? (29) =124000Nm 當(dāng)截割頭向下截割時(shí)，極限傾翻力矩為： )(22 dcbaRM af ???? (210) ? ?6 6 4 8 0 2 .7 0 .5 3 .5 0 .3? ? ? ? ? 李威：掘進(jìn)機(jī)總體方案設(shè)計(jì)及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 =465360 Nm 這時(shí)的穩(wěn)定力矩為： 2M Ga? =1665 (211) 310000 ?? =837000 Nm 式中 1aR 、 2aR —— 分別為截割頭向上、向下截割時(shí)的阻力，其取值為：大小與截割頭縱向進(jìn)給力相等，方向相反， N； c —— 履帶前輪軸心線(xiàn)至鏟板前緣的距離， m； e—— 鏟板前緣至截割頭載荷中心的水平距離。保證了掘進(jìn)機(jī)在坡道上停留及行走的穩(wěn)定性。 使機(jī)器產(chǎn)生下滑的力 2F 是與底板平行的重力分力，即 2 sin LFG?? （ 26） 310 sin L??? 若二力平衡，即 21 FF? ，