煤矿刮板输送机液压驱动系统

刮板输送机是煤矿井下运煤关键设备，其驱动装置作为刮板输送机的动力系统，设计的合理性及可靠性至关重要。目前刮板输送机常采用双速电机驱动、单速电机加液力偶合器驱动及变频电机驱动等形式，其应用上各有利弊。液压驱动由于其功率质量比大、运行平稳、大范围无级调速、控制维护方便等优点，在各种机械行业得到了广泛应用，而在刮板输送机上的应用尚属空白，因此对其进行可行性研究具有重要意义。

1液压驱动基本组成

刮板输送机工作时，负载在空载、满载、超载之间不断变化，持续时间无规律，且需要频繁启动和重载启动，因此刮板输送机可控启动、制动、运行平稳、过载保护等特性是设计的重点。针对刮板输送机的工作特点，设计其液压驱动装置，如图1所示。

图1 液压驱动装置

该驱动装置中液压马达可以与链轮轴伸直接联接，也可以在液压马达与链轮之间加装一级行星减速器，以满足链轮对转速及转矩的匹配要求。电动机、液压泵及控制阀组可以作为独立部件，布置于设备列车上，用高压胶管与马达相连。电控系统可以实现远程操作及工作状态监控，以提高系统智能性和工作安全性。

2液压驱动工作原理

1.液压马达2、5.梭阀3.安全阀4.双向平衡阀6.比例换向阀

7.负载敏感阀8.压力切断阀9.变量活塞10.变量泵11.电动机

图2 液压驱动系统原理图

图2为液压驱动系统原理图，采用变量泵作为驱动元件，由负载敏感阀7、压力切断阀8、变量活塞9、变量泵10组成泵控负载敏感系统。其基本特征是：泵供给系统的流量只和输入的控制信号有关，而不受负载压力变化和电动机转速波动的影响；且泵出口压力仅比负载压力高出一个定值，在最高压力限定范围内泵始终能自动适应负载的变化，没有溢流损失，具有明显的节能效果。

该系统的原理及可实现的功能特性如下：

(1)流量控制

该系统执行元件为定量马达，其速度大小取决于系统流量大小，故流量控制即为速度控制。图2中负载压力经过梭阀5作用于负载敏感阀的右腔，使泵出口压力高于负载压力一个定值，即比例换向阀6前后压差恒定，系统流量只与其开口大小有关，而不受负载压力变化的影响。刮板输送机工作时，系统流量保持恒定，马达转速亦恒定，保证了工作面三机配套中对刮板输送机链速的要求。调节比例换向阀开口大小，系统流量相应变化，实现液压马达在一定范围内无级调速，使刮板输送机可以在不同速度下运行，如正常运行时的速度调整，日常维护中的验链速度调整。切换比例换向阀工作位置，实现电动机不停机而马达正、反转运行。当遇到卡链停转情况时，尝试马达低速反转-正传-反转-正转，直到正常运行，有效地解决了卡链问题。由于液压马达转速可调，该系统兼顾紧链功能，即可以将驱动系统和紧链系统合二为一，使系统得到简化，提高了系统可靠性和经济性。

(2)启动特性

该系统不工作时，在弹簧力作用下，负载敏感阀和压力切断阀均工作于右位机能，变量泵斜盘位于最大排量处。电动机启动，控制液体推动负载敏感阀向右移动，液体进入变量活塞右腔，推动变量活塞使变量泵排量迅速减小至接近零，对系统不供液。此时，泵出口压力维持在负载敏感阀设定压力值上，此压力仅有几十到几百千帕，变量泵处于“低压待命状态”，电动机相当于空载启动。按照设定的启动时间开启比例换向阀，系统流量亦按照预定的特性曲线逐渐平缓增加，液压马达达到额定转速，系统转入正常运行。该过程实现了刮板输送机的“软启动”，动负荷较小，减小了对刮板链及链轮的启动冲击。

(3)制动特性

该系统采用双向平衡阀制动回路。当换向阀处于左位或右位时，高压液体通过单向阀进入马达，同时通过平衡阀4内部油路打开回油管路，实现其运动。由于平衡阀的自身结构，在回油侧形成一定的背压，保证了液压马达平稳运动。特别是在下运倾斜煤层，刮板和煤的自重在平行于中部槽方向上的分量作为刮板运动的超越负载，使刮板链产生向前运动的趋

势，平衡阀在回油侧的背压用来平衡此超越负载，使刮板平稳、匀速运动。另外，双向平衡阀还可以保证液压马达不会自由转动，起到闭锁作用。

(4)过载保护

该液压驱动系统在设计上可以实现对刮板输送机的双重过载保护。其一为液压泵变量保护，过载时系统压力升高，当达到压力切断阀8的设定压力时，回路打开，液体推动变量活塞使液压泵排量减小至接近零，马达停转，实现了电动机的安全脱离。此时变量泵工作于“高压待命状态”，当故障排除，系统压力能够克服负载时，变量泵排量逐渐增大，系统转为正常运行。其二为安全阀卸荷保护，当负载突然增大，如遇到压溜或卡链情况，系统压力迅速升高，系统流量来不及做出调整，高压液体经过梭阀2，由安全阀3卸荷，对系统起到了过载保护作用。

(5)拆装方便、维护简单

刮板输送机传统的驱动方式都是将电动机、传动装置与链轮联接，悬空而置，联接强度和对中性要求较高，机头（机尾）体积庞大，对于井下狭小的空间，其拆装较为困难。对于液压驱动系统，只需将液压马达固定于机头（机尾），其它元件独立布置，较为灵活，降低了对空间的要求，拆装、维护简单。

3 液压驱动系统优化

通过以上分析可见，从系统原理和功能特性上，液压驱动可以满足刮板输送机的工作要求，下面从功率匹配方面进行分析。

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PQ N

（1） 式中 N — 功率（kW ） P — 压力（MPa ）

Q — 流量（L/min ）

式(1)给出了液压驱动系统功率、压力和流量的换算关系。以功率N =400 kW 为例，取工作压力P =26 MPa ，则系统流量Q =924 L/min 。

由以上计算可知，当功率为400 kW 时，系统所需流量达到了924 L/min ，目前刮板输送机驱动装置功率已达到了上千千瓦，并随着国内外煤矿综采产量的提高，刮板输送机向着大运量、大功率方向发展，对系统流量的需求将不断提高。

可见，当刮板输送机装机功率较大时，系统流量需求很大，由于普通滑阀式结构控制阀受流通能力的限制，不能工作于大流量系统，而插装式结构控制阀即插装阀具有流阻小、流通能力大、密封性好、适于水介质、响应快、抗污染能力强等优点，广泛应用于高压、大流