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1 緒論
1.1液壓防爆提升機(jī)概述
1.1.1引言
液壓絞車是利用液壓馬達(dá)直接或通過減速箱來拖動滾筒的一種絞車，液壓絞車的用途很廣泛，常用于船舶、港口、建筑、礦山、冶金和林業(yè)等許多行業(yè)。液壓防爆絞車則是在一般液壓絞車的基礎(chǔ)上配上全套防爆電氣設(shè)備,并在結(jié)構(gòu)上能滿足煤礦井下使用需要的一種防爆絞車。習(xí)慣把卷筒直徑< 2000mm 時(shí)的稱為絞車, 而把≥2000mm時(shí)的稱為提升機(jī),以下統(tǒng)稱為提升機(jī)。自60年代中期提升機(jī)出現(xiàn)以來,40 多年發(fā)展迅速,在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的煤礦井下已廣泛使用,從大到小,從單繩到多繩，從有極繩到無極繩,從纏繞式到摩擦式,各種品種規(guī)格比較齊全。液壓提升機(jī)主要由液壓驅(qū)動系統(tǒng)、液壓制動系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、卷筒- 負(fù)載系統(tǒng)、操作系統(tǒng)及其它如深度指示、提升超速、過卷安全保護(hù)等輔助系統(tǒng)組成。
1.1.2液壓防爆提升機(jī)的用途、工作原理、類型
（1）用途
液壓防爆提升機(jī)主要用于有沼氣、煤塵爆炸危險(xiǎn)的煤礦井下,作為提升和下放人員、煤、矸石及運(yùn)輸材料、設(shè)備之用。也可供其它有易燃?xì)怏w和爆炸危險(xiǎn),要求使用防爆電氣設(shè)備的場所作起重運(yùn)輸用.在煤礦主要是用于采區(qū)上、下山運(yùn)輸,同時(shí)也可用于井下暗立井、暗斜井和掘進(jìn)時(shí)的提升運(yùn)輸及井下輔助運(yùn)輸.
（2）工作原理
液壓防爆提升機(jī)由機(jī)械、液壓傳動、電氣部分等組成。采用鼠籠型防爆主電機(jī)驅(qū)動雙向變量主油泵；主油泵和二臺內(nèi)曲線低速大扭矩液壓馬達(dá)組成閉合回路、衡扭矩液壓調(diào)速系統(tǒng)；二臺液壓馬達(dá)分別布置在主組裝置兩側(cè)與主組聯(lián)接,拖動提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。提升機(jī)有二臺輔助油泵，一臺工作、一臺備用。輔助油泵中，其大泵作補(bǔ)油泵用，給主液壓傳動補(bǔ)油；小泵作控制用，給制動系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、調(diào)繩系統(tǒng)供油。
提升機(jī)采用遠(yuǎn)距離液控操縱方式。司機(jī)通過操作液壓式比例先導(dǎo)伐給主油泵的比例油缸輸入由低到高的壓力油，使主油泵的行程調(diào)節(jié)器動作，改變主油泵擺動的缸體的傾角來改變主油泵的流量，以改變液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，使提升機(jī)起動，加速運(yùn)轉(zhuǎn)。司機(jī)通過操作液壓式比例先導(dǎo)伐的手柄扳到不同角度，就可使主油泵輸出不同的流量，使提升機(jī)得到不同的提升速度。當(dāng)液壓式比例先導(dǎo)伐的手柄扳到最大位置時(shí)，提升速度最大。當(dāng)液壓式比例先導(dǎo)伐的手柄扳到中立位置時(shí)，提升機(jī)停車。當(dāng)手柄反方向扳動時(shí)，提升機(jī)反方向運(yùn)行。
提升機(jī)采用盤型閘制動，以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的正常和緊急制動。正常制動的制動力靠液壓傳動裝置本身產(chǎn)生的。提升時(shí)負(fù)荷成為制動力。下放重物時(shí)液壓馬達(dá)變?yōu)楸?。液壓泵變?yōu)橐簤厚R達(dá)。使電動機(jī)產(chǎn)生發(fā)電反饋制動。盤型制動器不參與工作制動。只是在提升機(jī)卷筒停止運(yùn)轉(zhuǎn)后作為保險(xiǎn)裝置來使用。提升機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)故障，保險(xiǎn)裝置自動工作，也可由司機(jī)用腳踏開關(guān)進(jìn)行緊急制動停車。
提升制動系統(tǒng)有壓力油時(shí)，盤型閘制動打開，沒有壓力油盤型閘制動。司機(jī)操作的液壓式比例先導(dǎo)閥共有4個(gè)減壓閥，其中兩個(gè)減壓閥操縱主油泵正反向供油，另兩個(gè)減壓閥控制盤型閘的開起，當(dāng)司機(jī)操作液壓式比例先導(dǎo)伐時(shí)，同時(shí)壓下兩個(gè)閥，一個(gè)閥輸出的壓力油進(jìn)主泵的比例油缸，使主泵向液壓馬達(dá)供油并使其運(yùn)轉(zhuǎn)。另一個(gè)閥輸出的壓力油供制動系統(tǒng)的液控?fù)Q向閥，使制動系統(tǒng)向盤型制動器供油，盤型閘制動打開、使提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)司機(jī)扳回液壓式比例先導(dǎo)伐的手柄扳到中立位置時(shí)，（比例油缸向中位返回）主泵流量逐漸減小到零，液壓馬達(dá)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)液控?fù)Q向閥由于沒有壓力油而復(fù)位，提升機(jī)制動。這樣就實(shí)現(xiàn)了開始提升運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，盤型制動閘同時(shí)打開，提升機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，盤型制動閘同時(shí)立刻制動，保征了提升機(jī)的安全運(yùn)行。
（3）類型
液壓防爆提升機(jī)按傳動系統(tǒng)有全液壓傳動和液壓－機(jī)械傳動液壓提升機(jī)兩大類。全液壓傳動液壓提升機(jī)工作原理如圖1.1所示,它是利用鼠籠式防爆電動
圖1.1 全液壓傳動提升機(jī)工作原理
1.電機(jī) 2.主液壓泵 3.液壓馬達(dá) 4.滾筒
機(jī)1,雙向變量液壓泵2,內(nèi)曲線低速大扭矩液壓馬達(dá)3組成閉式回路,液壓馬達(dá)直接與滾筒4聯(lián)接拖動提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；液壓－機(jī)械傳動液壓提升機(jī)工作原理如圖1.2所示, 它是利用鼠籠式防爆電動機(jī)1帶動雙向變量液壓泵2和高速液壓馬達(dá)3組成閉式回路, 液壓馬達(dá)經(jīng)行星齒輪減速箱4再帶動提升滾筒5直接拖動提升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),滾筒的正、反向運(yùn)轉(zhuǎn)依靠改變液壓泵輸出液流的方向來完成,提升機(jī)的轉(zhuǎn)速大小由改變液壓泵輸入液壓馬達(dá)油量大小來調(diào)節(jié)。
圖1.2 液壓－機(jī)械傳動提升機(jī)工作原理
1.電機(jī) 2.主液壓泵 3.液壓馬達(dá) 4.減速箱 5.滾筒
1.2液壓防爆提升機(jī)發(fā)展歷程
1.2.1國外發(fā)展歷程
國外在50年代中期，隨著新型的軸向柱塞式和徑向柱塞式液壓馬達(dá)的問世，研制出了在輪船和建筑機(jī)械上使用的液壓絞車。大約在60年代中期，研制出煤礦井下使用的液壓防爆提升機(jī)。近20液壓防爆提升機(jī)發(fā)展迅速，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的煤礦已廣泛使用，從大到小，從單繩到多繩，從有極繩到無極繩，從纏繞式到摩擦式，各種各樣規(guī)格比較齊全。
英國是研制液壓提升機(jī)較早的國家之一，60年代就有礦用液壓提升機(jī)問世。英國的Needham Brose﹠Brown LTD研制了“C”系列本機(jī)或無線電遙控的液壓提升機(jī)，功率7.5～25kw，共有20種規(guī)格，該公司制造的250KW用低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動的液壓提升機(jī)在約克夏的Barnsley礦井使用。Pikrose公司研制的輕便液壓提升機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊，井下運(yùn)輸相當(dāng)方便。采用滾輪傳力式液壓馬達(dá)和斜盤式雙向變量軸向柱塞泵，具有恒功率控制裝置。
日本三井三池制作所在1965年制造出第一臺防爆液壓提升機(jī)，以后又反復(fù)進(jìn)行了多次設(shè)計(jì)和改進(jìn)，其卷筒直徑為900㎜、1200㎜、2000㎜和2100㎜，具有手動、半自動兩種形式，可用來提升貨物和人員。
南非Easten Transfaal 的New Bosjesspruit 煤礦的副井裝有一臺大型多繩摩擦輪式液壓提升機(jī)，采用4臺液壓馬達(dá)驅(qū)動，有效載荷達(dá)到35t，特大型的罐籠可同時(shí)容納300人，可整體向井下運(yùn)送大型機(jī)械設(shè)備。
捷克斯洛伐克研制了小型液壓傳動的雙繩和4繩摩擦輪提升機(jī)，用于煤礦井下暗立井的罐籠提升。
法國Stephanoise 公司制造了電機(jī)功率為110kw最大靜張力為50kN,繩速1.8m/s的液壓提升機(jī)。瑞典Alimak公司制造了HPG型,最大靜張力為100kN的液壓提升機(jī)。西班牙TAIM－TFG公司也生產(chǎn)了單、雙滾筒防爆液壓提升機(jī)和摩擦輪防爆液壓無繩提升機(jī)。此外, 前蘇聯(lián)、波蘭和德國等國家,近幾年均研制和采用壓防爆提升機(jī)作為傾斜煤層中采煤機(jī)構(gòu)的安全防滑、同步輔助牽引設(shè)備。這些液壓提升機(jī)的液壓系統(tǒng)有開式和閉式的,采用開式液壓系統(tǒng)的有英國的PIKROSE型、波蘭的KBH－3型液壓安全絞車,采用閉式系統(tǒng)的英國AB－25型,前蘇聯(lián)的100型和日本的MSD型安全提升機(jī)。
聯(lián)邦德國、英國和前蘇聯(lián)等國家還廣泛采用液壓無極繩提升機(jī)牽引井下運(yùn)輸用的卡軌車和單軌吊。在德國這種鋼絲繩牽引方式占煤礦井下運(yùn)輸方式的70％，使用總臺數(shù)超過1500臺。其最大功率達(dá)到330kw,最大單繩牽引力達(dá)到91kN。
1.2.2國內(nèi)發(fā)展歷程
我國煤礦井下液壓防爆提升機(jī)的研制工作和應(yīng)用比歐洲、日本等大約晚了10年,我國在1980年以前還沒有直徑1.2m以上的液壓防爆提升機(jī)供煤礦使用,所以過去煤礦井下使用的直徑1.2m以上的提升機(jī)都是非防爆型的,違反了煤礦安全規(guī)程的規(guī)定,嚴(yán)重危害煤礦安全生產(chǎn),甚至因此而引起重大的瓦斯爆炸事故。
從1977年開始,由湖南省煤炭工業(yè)局液壓絞車研制組、湖南省煤炭科學(xué)研究所和湖南省煤礦機(jī)械廠共同研制BYT－1.2型防爆液壓提升機(jī),于1981年3月經(jīng)鑒定定型,轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)。隨后,該廠又研制了直徑1.6m、2m、2.5m等系列提升機(jī),并在煤礦井下得到廣泛推廣應(yīng)用。此外國內(nèi)其它單位如洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院研制了JTY系列直徑1.6m、2m、2.5m液壓防爆提升機(jī),淮南煤礦機(jī)械廠研制了JT－1200Y型防爆液壓提升機(jī),重慶礦山機(jī)械廠也研制了直徑1.2m防爆液壓提升機(jī),山西機(jī)器廠也研制了直徑1.6m防爆液壓提升機(jī),重慶煤炭研究所、雞西煤礦機(jī)械廠、徐州煤礦機(jī)械廠等也研制了多種型號、規(guī)格的液壓防爆提升機(jī),并在不同程度的煤礦得到采用。近年來,湖南株州煤礦機(jī)械廠、洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院廠等單位,在提高液壓防爆提升機(jī)產(chǎn)品性能和穩(wěn)定性、降低能耗、降低噪聲、控制漏油、提高運(yùn)行工作效率和工作可靠性等方面進(jìn)行了一系列的研究和探索, 在反饋控制系統(tǒng)和控制器的開發(fā)上進(jìn)行探索性的工作,并取得較好的成果。
近日，國內(nèi)功率最大的液壓防爆提升機(jī)在中信重機(jī)問世，如圖1.3所示，標(biāo)志著我國液壓防爆提升機(jī)設(shè)計(jì)、制造水平邁上新臺階。這臺主電機(jī)功率為680KW的2JTYB-3×1.5XP液壓防爆提升機(jī)，在自動化公司成功試車后，已發(fā)往用戶。該防爆提升機(jī)設(shè)計(jì)拉力120kN，最大提升速度5.5m/s，提升高度1028m。該提升機(jī)采用雙筒設(shè)計(jì)，可通過離合器實(shí)現(xiàn)自由調(diào)繩，并大大節(jié)約電能消耗量，起動扭矩大，提升、下放和制動過程較平穩(wěn)，具有操作簡便、可靠性高等特點(diǎn)。
圖1.3 2JTYB-3×1.5XP液壓防爆提升機(jī)
1.3技術(shù)特點(diǎn)
液壓防爆提升機(jī)由于采用液壓傳動,減小了產(chǎn)生電火花的元件,空載直接啟動,完全由液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)速,電氣控制設(shè)備簡單,便于實(shí)現(xiàn)防爆,安全可靠性好, 液壓系統(tǒng)傳遞動力均勻平穩(wěn),而且通過液壓變量泵能實(shí)現(xiàn)無級變速,起動換向平穩(wěn)低速動轉(zhuǎn)性能好,電控防爆提升機(jī)在啟動和低速提升時(shí)電阻器消耗能量,在低速重載下放時(shí)靠制動間摩擦來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。而液壓提升機(jī)調(diào)節(jié)器無電阻器消耗電能, 且在下放重載時(shí)向電網(wǎng)反饋電能。液壓提升機(jī)不像電控制提升機(jī)那樣頻繁啟動電動機(jī),與同功串的電控防爆提升機(jī)相比：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、占用碉室??；運(yùn)輸、安裝費(fèi)用低；安全保護(hù)設(shè)施齊全。
（1）防爆功能
提升機(jī)的主要使用環(huán)境是含煤塵和易燃、易爆氣體的煤礦井下或井口,防爆是其最基本的安全功能,液壓提升機(jī)電控系統(tǒng)與電控式提升機(jī)電控系統(tǒng)相比更為簡單,防爆問題更易解決。因?yàn)?液壓提升機(jī)由液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)礦井負(fù)載的提升與下放及其速度控制與調(diào)節(jié),因此驅(qū)動其主、輔助油泵的電動機(jī)只需朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn),不像電控式提升機(jī)那樣電機(jī)有正、反轉(zhuǎn)要求;液壓提升機(jī)的主、輔助油泵為空載起動,起動設(shè)備可更為簡單;兩液壓泵的起動順序是先起動輔助油泵,再起動主液壓泵,其相應(yīng)電機(jī)的磁力起動可利用控制回路中繼電器的輔助觸點(diǎn)聯(lián)鎖。
液壓提升機(jī)電氣控制系統(tǒng)主要采用隔爆型或安全火花型電氣設(shè)備,常用的防爆元器件有防爆自動饋開關(guān)、鼠籠型防爆電機(jī)、防爆磁力起動器、防爆電磁閥、防爆干式變壓器、防爆檢漏器、防爆行程開關(guān)及防爆電鈴等。
（2）超速、過卷保護(hù)功能
液壓提升機(jī)在工作過程中尤其是在下放負(fù)載過程中,容易發(fā)生跑車超速。當(dāng)速度超過額定最大速度運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),不僅機(jī)械或液壓元件如液壓馬達(dá)容易損壞,也是誘發(fā)重大事故的安全隱患。因此,液壓提升機(jī)設(shè)計(jì)中規(guī)定,當(dāng)跑車速度超過額定速度15%時(shí),系統(tǒng)必須能自動斷電。液壓提升機(jī)的超速保護(hù)裝置有機(jī)械和電氣兩種型式,電氣超速保護(hù)裝置由測速發(fā)電機(jī)和過速斷電器組成,機(jī)械超速保護(hù)裝置一般都采用離心式。
圖1.4 液壓提升機(jī)機(jī)械式超速保護(hù)裝置
圖1.4為常見的機(jī)械式離心超速保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖,安裝在液壓提升機(jī)主軸上,內(nèi)齒圈6與主軸相連,將主軸轉(zhuǎn)速輸入超速保護(hù)裝置,內(nèi)齒圈6與軸齒輪5構(gòu)成超速保護(hù)裝置增速裝置。通過增速后,軸齒輪5帶動旋轉(zhuǎn)體高速旋轉(zhuǎn),在離心力的作用于下,離心塊3被甩出,并通過杠桿4推動頂桿2;主軸轉(zhuǎn)速越高,頂桿被推動的距離越大,當(dāng)主軸速度超過額定速度15%時(shí),頂桿觸動超速保護(hù)行程開關(guān)1,使它的接點(diǎn)斷開,使主油泵電機(jī)斷電,液壓制動器緊急制動,液壓提升機(jī)停機(jī)。
電氣超速保護(hù)裝置由測速發(fā)電機(jī)、速度指示器及速度開關(guān)組成,實(shí)現(xiàn)超速保護(hù)。提升容器的提升高度超過限定位置(即過卷) 時(shí),提升容器和深度指示器頂開安裝在深度指示器頂部的過卷行程開關(guān),行程開關(guān)失電使液壓提升機(jī)停電抱閘制動,反向重新起動時(shí),必須反向扳動轉(zhuǎn)速開關(guān),控制液流換向使提升容器下降。
（3）高、低壓保護(hù)
置有高、低壓保護(hù)回路,當(dāng)液壓系統(tǒng)壓力升高超過正常工作臺壓力(1. 2～1. 25)倍時(shí),高壓溢流閥開啟,液壓油經(jīng)高壓安全閥、單向閥流入主回路的低壓側(cè)管道,而液壓系統(tǒng)壓力不會繼續(xù)升高,液壓馬達(dá)帶不動過重的負(fù)載,提升機(jī)自動停機(jī)；若輔助補(bǔ)油系統(tǒng)的補(bǔ)油壓力過低,低壓保護(hù)壓力繼電器動作,切斷電源,提升機(jī)也會自動停機(jī),且信號燈亮,報(bào)警鈴聲報(bào)警。
此外,液壓提升機(jī)還有其它安全保護(hù)功能,例如：液壓提升機(jī)有故障時(shí),不能起動；在運(yùn)行中發(fā)生故障時(shí),提升機(jī)中途自動停機(jī)；在進(jìn)行緊急制動,同時(shí)信號批示燈亮警示故障發(fā)生。
閘瓦磨損過大；卷筒- 負(fù)載系統(tǒng)在減速點(diǎn)未減速；液壓系統(tǒng)油箱油溫過高,油位過低,都會使液壓提升機(jī)的主油泵停轉(zhuǎn)、制動閘緊急制動,事故信號燈亮,報(bào)警鈴報(bào)警：
在緊急制動情況下,司機(jī)可操作腳踏制動開關(guān)(ES) ,使液壓提升機(jī)緊急停車,并斷開控制電源。一旦或下降負(fù)載時(shí)出現(xiàn)斷繩現(xiàn)象,安裝在提升容器兩側(cè)的防墮器會緊急抱緊罐道實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制停車。
圖1.5 提升機(jī)液壓主回路在液壓回路中設(shè)計(jì)
1.4液壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn)
隨著液壓技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓傳動已經(jīng)在各種各樣的機(jī)械上得到越來越廣泛的應(yīng)用，代替了許多復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
液壓傳動具有很多其它傳動方式所沒有的獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：
（1）易于獲得很大的力和力矩，使液壓傳動成為實(shí)現(xiàn)省力的有效手段。提升機(jī)往往需要產(chǎn)生很大的提升力，故這一優(yōu)點(diǎn)使液壓傳動適用于提升系統(tǒng)。
（2）可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，而且能獲得很大的調(diào)速比，還容易獲得極地的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，使整個(gè)傳動系統(tǒng)簡化。這對于工作中需要調(diào)速的提升機(jī)來說是很重要的。
（3）能容量大，用較小重量和尺寸的液壓件就可傳遞較大的功率，使機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕。礦用防爆液壓提升機(jī)由于受井下空間尺寸限制，就要求體積小。同時(shí)，液壓系統(tǒng)慣性小，啟動快，工作平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)快速而無沖擊的變速與換向。這對于提升機(jī)的頻繁啟動、換向很有利。
（4）易于獲得各種復(fù)雜的機(jī)械動作，以直接驅(qū)動工作裝置，故可用低速大扭矩液壓馬達(dá)直接拖動滾筒，而不需要減速裝置。
（5）動力傳遞很方便。由于用管道傳遞壓力油，所以液壓元件和各種機(jī)械裝置都易于布局，各元件的安裝可以隨意放在任何適當(dāng)?shù)奈恢蒙希虼吮阌谝簤禾嵘龣C(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離操縱。
（6）容易實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)，能自動防止過載，故能滿足提升機(jī)安全工作的要求，避免發(fā)生事故。
（7）液壓元件能自行潤滑，延長了使用壽命。
（8）液壓元件易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于組織專業(yè)化大批量生產(chǎn)，從而提高生產(chǎn)率，提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本。
同時(shí)液壓傳動也有一些缺點(diǎn)：
（1）液壓油易泄漏。外漏會污染環(huán)境，并造成液壓油的浪費(fèi)；內(nèi)漏會降低傳動效率，并影響傳動的平穩(wěn)性和準(zhǔn)確性。
（2）液壓油的粘度隨溫度的變化而變化，容易引起工作機(jī)構(gòu)的不穩(wěn)定。在低溫和高溫的情況下，不宜采用液壓傳動。
（3）液壓油易污染，要求液壓油經(jīng)常保持清潔干凈，使用中要防止灰塵和雜物混入。
（4）零件加工精度和質(zhì)量要求高，加工難度大、成本較高。
（5）液壓油易燃，需注意防火，如用阻燃液作為液壓傳動介質(zhì)則可避免。
由于液壓傳動具有以上許多突出的優(yōu)點(diǎn)，對提高提升機(jī)的技術(shù)性能具有很重要的作用，所以導(dǎo)致在提升機(jī)上采用液壓傳動。
1.5液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的確定
1.5.1概述
液壓絞車的液壓系統(tǒng)是液壓絞車的核心部分。液壓絞車液壓系統(tǒng)的任務(wù)是將電動機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能，再將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能對外作功拖動外負(fù)載。
液壓絞車的液壓系統(tǒng)一般由以下四個(gè)部分液壓元件組成：
(1)動力元件。液壓泵是液壓系統(tǒng)的動力元件，其作用是將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗芄┙o液壓系統(tǒng)。
(2)執(zhí)行元件。液壓馬達(dá)是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，其作用是將液壓系統(tǒng)提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，拖動外部負(fù)載做機(jī)械運(yùn)動。
(3)控制元件。液壓系統(tǒng)用閥作控制元件，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動都具有一定的力、速度和方向，這三個(gè)要素都是由閥來控制的。閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。
(4)輔助元什。除了上述三類元件外，其他元件均為輔助元件。它們主要用于液壓油的儲存、油管的連接和密封，油液的濾清、冷卻、液壓系統(tǒng)某些參數(shù)的顯示等。
液壓絞車液壓系統(tǒng)主要元件的動力傳遞關(guān)系如圖1.6所示。電動機(jī)將機(jī)械能輸入液壓系統(tǒng)，由液壓動力元件—液壓泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，通過控制元件—液壓閥凋整控制壓力油的方向、流量和壓力的大小，然后傳遞給執(zhí)行元件—液壓馬達(dá)，使其按照一定的方向、速度和出力帶動負(fù)載運(yùn)動和工作，構(gòu)成液壓系統(tǒng)。
圖1.6液壓絞車液壓系統(tǒng)的動力傳遞關(guān)系
1.5.2方案確定
液壓系統(tǒng)按照液流循環(huán)方式不同分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。礦用防爆液壓提升絞車一般常采用閉式系統(tǒng)，采煤工作面的液壓安全絞車一般常采用開式系統(tǒng)。其主要理由是：
(1)考慮到閉式系統(tǒng)能夠滿足防爆液壓提升絞車提升重物的工作要求。在提升時(shí)能可靠地支承住重物，不會自行下落，在重物下降時(shí)能有效的控制下降速度，并且能量可以通過電動機(jī)發(fā)電反饋電網(wǎng)回收。
(2)考慮到防爆液壓提升絞車的功率大，閉式系統(tǒng)比開式系統(tǒng)的效率高，可節(jié)省電耗。—般開式系統(tǒng)常用定量泵或單向變量泵，它的換向、凋速由閥或泵、閥聯(lián)合控制，壓力過高時(shí)，多余的油自溢流閥流回油箱，造成效率損失。而閉式系統(tǒng)一般采用雙向變量泵，通過改變變量泵輸出油液的方向和流量，控制液壓馬達(dá)的運(yùn)動方向和速度，回路中壓力的高低取決于負(fù)載的大小。因而沒有過剩的壓力和多余的流量，故效率較高。同時(shí)，閉式系統(tǒng)可以將開式系統(tǒng)回油背壓所造成的能量損失及工作部件換向時(shí)的能量損失回收。開式系統(tǒng)為了保證工作部件運(yùn)動的平穩(wěn)性，常常特意在液壓馬達(dá)的回油管路上用節(jié)流閥或壓力閥形成背壓。這樣回油背壓的壓力能便白白消耗在節(jié)流閥或壓力閥內(nèi)的節(jié)流損失上，并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，引起油液溫度升高。但在閉式系統(tǒng)中，液壓馬達(dá)的回油直接流入油泵的進(jìn)油腔，如果液壓馬達(dá)的排油腔有背壓P2，則油泵的進(jìn)油腔也受到油壓P2的作用，而作用在油泵吸油腔的這個(gè)壓力是幫助電動機(jī)推動油泵轉(zhuǎn)動的，因此節(jié)省了電動機(jī)的一部分動力，使液壓系統(tǒng)效率較高。
(3)考慮到防爆液壓提升絞車換向較頻繁，閉式系統(tǒng)起動，換向工作比較平穩(wěn)，效率較高。開式系統(tǒng)工作部件的換向，要靠換向閥來實(shí)現(xiàn)，換向制動過程中，工作部件的動能便完全消耗在換向閥關(guān)閉回油所產(chǎn)生的節(jié)流損失上。如果開式系統(tǒng)采用的油泵是定量泵時(shí)，工作部件換向制動時(shí)不需要油泵供給動力，但是由于油泵的流速一定，壓力一定（由溢流閥凋定），所以油泵仍然耍輸出功率，這些功率便白白浪費(fèi)在大量油液經(jīng)溢流閥流回油箱時(shí)所發(fā)生的節(jié)流損失上了。而閉式系統(tǒng)一般是采用雙向變量油泵來控制工作部件的換向，通過一定的控制方式，使油泵的斜盤或斜軸傾角從凋定的某一數(shù)值逐漸減少，一直減到零，然后逐漸向反方向增大到所需數(shù)值。這樣在換向時(shí)．油泵輸出的功率便相應(yīng)減少，工作平穩(wěn)，效率高。
(4)考慮到開式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡單，油液可在油箱中很好地冷卻和沉淀雜質(zhì)，散熱良好，故較適應(yīng)采煤工作面液壓安全絞車使用。而閉式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，為了補(bǔ)償泄漏需要設(shè)置油箱和補(bǔ)油泵；為了使液壓系統(tǒng)的油得到冷卻需要設(shè)置油冷卻器，不斷將系統(tǒng)中的一部分熱油置換出來，經(jīng)油冷卻器再回到油箱以進(jìn)行冷卻；同時(shí)又將油箱中冷卻了的油液輸入到系統(tǒng)中去。
2 鋼絲繩的選擇和卷筒尺寸的確定
2.1鋼絲繩的選擇
2.1.1鋼絲繩的結(jié)構(gòu)
礦用鋼絲繩都是絲→股→繩結(jié)構(gòu)，即先由鋼絲捻成繩股，再由繩股捻成繩。制造鋼絲繩的鋼絲是由優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)圓鋼冷拔而成的，一般直徑為0.4～4㎜，鋼絲的抗拉強(qiáng)度為1400～2000N/㎜2，我國多用1550和1700兩種。為了增加抗腐蝕能力，鋼絲表面可以鍍鋅，稱為鍍鋅鋼絲，未鍍鋅的稱為光面鋼絲。此外還可以用鋼絲韌性來標(biāo)志，分為特號，Ⅰ號和Ⅱ號三種，提升礦物用的鋼絲繩可以選用特號或Ⅰ號鋼絲來制造，提升人員用的鋼絲繩只允許用特號鋼絲來制造。
在由鋼絲捻成股時(shí)有一個(gè)股芯，在由股捻成繩時(shí)有一個(gè)繩芯。股芯一般為鋼絲，繩芯有金屬繩芯和纖維繩芯兩種，前者由鋼絲組成，后者可用劍麻、黃麻或有機(jī)纖維制成。繩芯的作用是支持繩股，使繩富于彈性，并可儲存潤滑油，防止內(nèi)部鋼絲腐蝕生銹。
2.1.2鋼絲繩的分類
提升鋼絲繩有很多種，結(jié)構(gòu)不同性能也不同。根據(jù)不同的特點(diǎn)有不同的分類方法，實(shí)際上都是從不同的角度來說明鋼絲繩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解這些特點(diǎn)，對于認(rèn)識不同鋼絲繩的性能，正確選擇和合理使用鋼絲繩都是有益的。
（1）依繩股在繩中的捻向來分，有：左捻鋼絲繩，即股在繩中以左螺旋方向捻繞；右捻鋼絲繩，即股在繩中以右螺旋方向捻繞。
（2）依鋼絲在股中和股災(zāi)繩中捻向的關(guān)系分，有：同向捻鋼絲繩，即股和繩的捻制方向相同；交叉捻鋼絲繩，即股和繩的捻制方向相反。同向捻鋼絲繩比較柔軟，表面比較光滑，彎曲應(yīng)力較小，因而壽命較長，但有較大的恢復(fù)力，容易旋轉(zhuǎn)打結(jié)；交叉捻鋼絲繩則與上述情況相反。習(xí)慣上又把以上兩種分類方法結(jié)合起來，分為右同向捻、左同向捻、右交叉捻、左交叉捻四種。
（3）依鋼絲在股中的接觸情況分，鋼絲在繩股中的接觸形式有點(diǎn)接觸、線接觸和面接觸三種。點(diǎn)接觸式鋼絲繩，股中內(nèi)外層鋼絲以等捻角不等捻距來捻制，一般以相同直徑的鋼絲來制造，鋼絲間呈點(diǎn)接觸狀態(tài)。線接觸式鋼絲繩，股中內(nèi)外層鋼絲以等捻距不等捻角來捻制，一般以不同直徑的鋼絲來制造，絲間呈線接觸狀態(tài)。兩種繩比較，線接觸繩比較柔軟，無壓力集中現(xiàn)象，壽命較長。為了改善絲間的接觸狀態(tài)，將線接觸式鋼絲繩的繩股經(jīng)特殊碾壓加工，使鋼絲產(chǎn)生塑性變形，形成鋼絲間呈面接觸狀態(tài)，然后再捻制成繩，稱為面接觸式鋼絲繩，所有線接觸鋼絲繩均可制成面接觸式鋼絲繩。面接觸式鋼絲繩結(jié)構(gòu)緊密，表面光滑，抗磨損和抗腐蝕性能好，壽命較長。
（4）依繩股斷面形狀分，種類較多，其中最常用為圓股繩，這種繩的繩股斷面為圓形。此外還有異形股繩，繩股的斷面形狀為三角形或橢圓形，提升應(yīng)用最多的三角繩股，三角繩股具有承壓面積達(dá)、抗磨損、強(qiáng)度大和壽命長等優(yōu)點(diǎn)。
（5）特種鋼絲繩。除了上面介紹的一些鋼絲繩以外，還有一些結(jié)構(gòu)比較特殊的鋼絲繩。在礦井提升中應(yīng)用的有多層股不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，這種繩由二層或三層繩股捻成，各層捻向相反，因而克服了鋼絲繩的旋轉(zhuǎn)性，適用于作鑿井提升繩或生產(chǎn)礦井提升尾繩。密封鋼絲繩和半密封鋼絲繩，屬于單股節(jié)后，最外一層是用異形鋼絲彼此互相鎖住，它的特點(diǎn)是密實(shí)、表面光滑、耐磨和耐腐蝕性能好、不旋轉(zhuǎn)、彈性伸長小，但撓性差、制造技術(shù)復(fù)雜，適用于作罐道繩，國外也有用作提升鋼絲繩的。扁鋼絲繩，這是一種扁平鋼絲繩，一般為手工編制，生產(chǎn)效率低，但這種繩由很大的撓性，又不旋轉(zhuǎn)，所以有些礦井用來作尾繩。
2.1.3鋼絲繩的選擇
提升鋼絲繩的選擇計(jì)算時(shí)提升設(shè)備選型設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，我國是按《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定來設(shè)計(jì)的，其原則是：鋼絲繩應(yīng)按最大靜載荷并考慮一定的安全系數(shù)來進(jìn)行計(jì)算，安全系數(shù)是指鋼絲繩拉斷力的總和與鋼絲繩的靜拉力之比。
由于是單繩纏繞式，且用于提升物料和升降人員，故選安全系數(shù)n＝8,所選鋼絲繩的破斷拉力應(yīng)滿足下式
≥Sn （2.1）
式中：—所選用鋼絲繩的破斷拉力，N；
S—鋼絲繩最大靜拉力，N；
則 ≥45000×8＝360000N
此外，還應(yīng)考慮的因素是此鋼絲繩主要用于斜井提升，采區(qū)上、下山運(yùn)輸?shù)龋瑢儆谝阅p為主要損壞原因，所以應(yīng)選用外層鋼絲繩較粗的鋼絲繩，如6×7、6×19或三角股等。
所以暫選用普通圓形股鋼絲繩6×19纖維芯，其鋼絲繩直徑d＝24.5㎜,鋼絲直徑§＝1.6㎜,鋼絲總斷面積S＝229.09,每米重力p＝21.65N/m,公稱抗拉強(qiáng)度為1700N/，鋼絲破斷拉力總和＝389000N。
2.1.4鋼絲繩在卷筒上的固定方式
鋼絲繩在卷筒上固定應(yīng)保證工作時(shí)安全可靠，便于檢查、裝拆及調(diào)整，且固定處不應(yīng)使鋼絲繩過分彎折。鋼絲繩常用的固定方式有：楔塊固定和壓板固定兩類。
（1）楔塊固定
鋼絲繩通過楔塊固定在卷筒上。楔塊的斜度通常取1：4~1：5，以滿足自鎖條件。這種繩端的固定方式比較簡單，但鋼絲繩允許的直徑不能太大。
（2）壓板和螺釘繩端固定裝置
鋼絲繩端從端側(cè)板預(yù)留斜孔中引出至板外，通過壓板和螺釘把繩端固定。為安全起見，壓板數(shù)目至少為兩個(gè)。這種繩端的固定方式，卷筒結(jié)構(gòu)簡單，對鑄造卷筒及鋼板焊接卷筒都適用。本設(shè)計(jì)中就采用此種固定方式。斜孔角度為45°，斜孔的邊緣倒圓角，這樣可保證鋼絲繩平緩的纏繞在卷筒上，避免了鋼絲繩的損傷。
2.2卷筒尺寸的確定
2.2.1卷筒結(jié)構(gòu)
卷筒結(jié)構(gòu)形式多樣，可按下述方法分類：
按照制造方式不同可分為鑄造卷筒和焊接卷筒。鑄造卷筒應(yīng)用廣泛。絞車卷筒大多為鑄造卷筒，成本低，工藝性好，但質(zhì)量大，適用于中小型絞車。大噸位絞車一般采用鑄鋼卷筒。鑄鋼卷筒雖然承載能力較大，但成本較高，若工藝允許，可采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)。
按照卷筒纏繞層數(shù)的不同可分為單層纏繞卷筒和多層纏繞卷筒。絞車主要使用多層纏繞卷筒。
按照卷筒內(nèi)部是否帶有筋板，可分為帶筋板卷筒和不帶筋板卷筒。無論是卷筒內(nèi)的環(huán)向筋還是縱向筋，均增加了制造難度，同時(shí)在筋板和筒壁的連接處還會引起應(yīng)力集中。
按照結(jié)構(gòu)的整體性，卷筒可分為整體式卷筒和分體式卷筒。絞車噸位比較小時(shí)，卷筒常采用整體結(jié)構(gòu)。對較大噸位的卷筒，常做成分體裝配形式，這樣可以簡化工藝，減輕重量。
按照轉(zhuǎn)矩的傳遞方式來分，常采用端側(cè)板周邊大齒輪外嚙合式和筒端或筒內(nèi)齒輪內(nèi)嚙合式。這種卷筒的特點(diǎn)是卷筒軸只承受彎矩。
2.2.2卷筒尺寸的確定
（1）卷筒直徑
選擇提升機(jī)卷筒直徑的主要原則是：使鋼絲在卷筒上纏繞時(shí)所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力不要過大，以保證提升鋼絲繩具有一定的承載能力和使用壽命。理論與實(shí)踐已證明，繞經(jīng)卷筒的鋼絲繩，其彎曲應(yīng)力的大小及其疲勞壽命取決于卷筒與鋼絲繩直徑的比值。
我國《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，對于安裝在井下的提升機(jī)，其直徑與鋼絲繩直徑的關(guān)系如下
≥80d （2.2）
≥1200 （2.3）
式中：—提升機(jī)卷筒直徑，㎜；
d—鋼絲繩直徑，㎜；
—鋼絲繩中最粗鋼絲直徑，㎜。
已選d＝24.5㎜，＝1.6㎜
則 ≥60×24.5＝1470㎜
≥900×1.6＝1440㎜
根據(jù)計(jì)算值D，選取標(biāo)準(zhǔn)卷筒直徑﹤D，故取D＝1600㎜
（2）纏繞層數(shù)
根據(jù)最大提升高度為800m，參考已有的液壓防爆提升機(jī)，暫確定最大纏繞層數(shù)為3層。
（3）滾筒支輪輪緣直徑
根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，絞車卷筒上纏繞兩層或兩層以上鋼絲繩時(shí)，滾筒邊緣應(yīng)高出最外一層鋼絲繩的高度至少應(yīng)為鋼絲繩直徑的2.5倍，暫取3倍。
＝3＋3＝6 （2.4）
式中：—支輪輪緣直徑，㎜；
D—滾筒直徑，D＝1600㎜；
d—鋼絲繩直徑，d＝24.5㎜
則 ＝6×2d＋D
＝12×24.5＋1600＝1894㎜
故取＝1950㎜
（4）滾筒寬度
在提升機(jī)卷筒上應(yīng)容納以下幾部分鋼絲繩：
1）提升高度H，m；
2）提升鋼絲繩試驗(yàn)長度，規(guī)定每半年剁繩頭一次，每次剁掉5m，按提升鋼絲繩的使用壽命為三年計(jì)，則試驗(yàn)長度為30m；
3）為了減少鋼絲繩在卷筒上固定處的拉力，鋼絲繩在卷筒上松繩時(shí)，不能全部松放，應(yīng)在卷筒表面保留三圈摩擦圈，則卷筒的實(shí)際容繩寬度為
＝（ （2.5）
其中 ＝D+ （2.6）
式中：—多層纏繞時(shí)，為了避免繩圈總在一個(gè)地方過渡，每季度要將提
升鋼絲繩錯(cuò)動1/4圈，根據(jù)提升鋼絲繩的使用壽命可達(dá)2～4年，
故?。?；
D—滾筒直徑，16m；
d—鋼絲繩最大直徑，24.5㎜；
—提升鋼絲繩圈間的間隙，一般?。?～3㎜；
i—纏繞層數(shù)；
—鋼絲繩平均纏繞直徑，m。
則 ＝1600+
＝1641㎜＝1.641m
＝（）×
＝1475㎜
故取卷筒寬度為1500㎜。
（5）各層提升高度計(jì)算
＝-30 （2.7）
＝ （2.8）
式中：—不同纏繞層數(shù)時(shí)的最大提升高度，m；
—不同纏繞層數(shù)時(shí)，鋼絲繩在滾筒上的纏繞圈數(shù)；
t—鋼絲繩在滾筒上的纏繞節(jié)距；
t＝d+（2～3）＝24.5+2＝26.5㎜
—錯(cuò)繩圈數(shù)，＝3。
1）第一層提升高度
＝
＝
＝237m
2）第二層提升高度
＝D+
＝1600+
＝1621㎜＝1.621m
＝
＝
＝509m
3）第三層提升高度
＝D+
＝1600+
＝1641㎜
＝1.641m
＝
＝
＝803m
3 液壓馬達(dá)、主液壓泵及其電機(jī)的確定
3.1液壓馬達(dá)
3.1.1概述
液壓馬達(dá)是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，并連續(xù)旋轉(zhuǎn)的執(zhí)行元件。
液壓馬達(dá)通入壓力油后，由于作用在轉(zhuǎn)子上的液壓力不平衡而產(chǎn)生扭矩，并使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。它的結(jié)構(gòu)與液壓泵相似。從工作原理上看，任何液壓泵都可以作液壓馬達(dá)使用，反之也是一樣，即液壓泵與液壓馬達(dá)有可逆性。但是有時(shí)為了更好地改善它們的性能，往往分別采用特殊的結(jié)構(gòu)，使之不能通用。例如采用配流盤配流的液壓泵，不能作液壓馬達(dá)使用。另外，液壓馬達(dá)與液壓泵技術(shù)要求的側(cè)重點(diǎn)也有所不同，一般液壓泵要求提高容積效率，減少泄漏，而液壓馬達(dá)則希望有較高的機(jī)械效率，以得到較大的輸出扭矩。在實(shí)際使用時(shí)，液壓泵通常為單向旋轉(zhuǎn)，而液壓馬達(dá)多為雙向旋轉(zhuǎn)。液壓泵的工作轉(zhuǎn)速都比較高，而液壓馬達(dá)往往需要很低的轉(zhuǎn)速，這就使得它們在結(jié)構(gòu)上不得不有所區(qū)別。
液壓馬達(dá)按結(jié)構(gòu)和工作特性分類如下：
3.1.2液壓提升絞車常采用的液壓馬達(dá)
液壓提升絞車常采用徑向柱塞式低速大扭矩液壓馬達(dá)和軸向柱塞式高速液壓馬達(dá)。
國產(chǎn)BYT系列防爆液壓提升絞車采用內(nèi)曲線徑向柱塞式低速大扭矩液壓馬達(dá)。其主要理由是：
(1)采用低速大扭矩液壓馬達(dá)可以直接拖動絞車滾筒，省去減速箱，使絞車結(jié)構(gòu)簡化。
(2)提升絞車的工作特點(diǎn)為滿載起動，且最大扭矩發(fā)生在加速階段，這就對絞車用液壓馬達(dá)的起動特性提出了一定要求。而內(nèi)曲線低速大扭矩液壓馬達(dá)的起動效率高，它的起動扭矩與其他類型的同排量的低速大扭矩液壓馬達(dá)相比是最高的，它能滿足絞車的起動需要。
(3)內(nèi)曲線低速大扭矩液壓馬達(dá)為多作用式的液壓馬達(dá)，它運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，特別是低速運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，試驗(yàn)證明可以1～2r／min的低速度穩(wěn)定運(yùn)行，而無爬行現(xiàn)象，適合提升絞車使用。
這種內(nèi)曲線徑向柱塞式低速大扭矩液壓馬達(dá)在采煤機(jī)牽引部中已見使用。但液壓絞車與采煤機(jī)相比，其液壓馬達(dá)的使用轉(zhuǎn)速高，每班運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長，工作任務(wù)繁重，同時(shí)由于液壓絞車要提升人員，故安全顯得很重要。所以要求液壓絞車的液壓馬達(dá)工作要可靠，運(yùn)轉(zhuǎn)壽命要長，對液壓馬達(dá)設(shè)計(jì)和制造工藝要求高。原有國產(chǎn)內(nèi)曲線徑向柱塞式低速大扭矩液壓馬達(dá)都滿足不了液壓絞車的需要。因此，湖南省煤炭科學(xué)研究所與湖南省煤礦專用機(jī)械廠在研制BYT系列防爆液壓絞車的同時(shí)，專門研制了NJM-E10、NJM-E12.5和NJM-E16等3種型號的內(nèi)曲線徑向柱塞式低速大扭矩液壓馬達(dá)，在液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上和制造工藝上都進(jìn)行了一些研究和改進(jìn)，以滿足液壓絞車的需要。
下面分別介紹一下BYT系列防爆液壓絞車使用的幾種液壓馬達(dá)。
1.NJM-E10型內(nèi)曲線徑向柱塞式低速大扭矩液壓馬達(dá)
該液壓馬達(dá)用在BYT-1．2型防爆液壓絞車上，直接拖動絞車滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)。NJM-E10型液壓馬達(dá)如圖3.1所示，其工作原理如圖3.2所示。柱塞在壓力油作用
圖3.1 NJM-E10型液壓馬達(dá)
下，緊緊抵住定子曲線ab段的一點(diǎn)，此時(shí)定子內(nèi)壁對柱塞產(chǎn)生反作用力N，N可以分解為兩個(gè)分力P和M。P為徑向力，它與柱塞液壓力平衡，M為切向力，它驅(qū)
圖3.2 內(nèi)曲線徑向柱塞式液壓馬達(dá)工作原理
使轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生扭矩。當(dāng)柱塞運(yùn)動到b點(diǎn)時(shí)，柱塞腔處于封油區(qū)，超過b點(diǎn)時(shí)，柱塞腔與回油相通，柱塞在曲線作用下，縮回桿塞腔。在定子內(nèi)腔有若干這樣的曲線，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)1周，使柱塞多次往復(fù)運(yùn)動，所以又稱多作用式。該液壓馬達(dá)的定子由8段曲線組成，滾輪每經(jīng)過1段曲線，柱塞副實(shí)現(xiàn)1次往復(fù)，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)柱塞就往復(fù)8次，實(shí)現(xiàn)8次進(jìn)油和8次排油。
這種內(nèi)曲線徑向柱塞式液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、扭矩大、轉(zhuǎn)速均勻、低速穩(wěn)定性好、在2r/min的情況下沒有爬行現(xiàn)象。但是它的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，要求零件精度高，制造較困難。
NJM-E10型液壓馬達(dá)由湖南省煤礦專用機(jī)械廠生產(chǎn)，主要供BYT-1．2型防爆液壓絞車配套用，也可供其它液壓傳動機(jī)械使用。其技術(shù)性能見表3.1。
表3.1 內(nèi)曲線徑向柱塞式液壓馬達(dá)技術(shù)性能
該液壓馬達(dá)型號含義如下：
NJM-12．5型內(nèi)曲線徑向柱塞式低速大扭矩液壓馬達(dá)主要用于BYT-2型防爆液壓提升機(jī)，采用雙液壓馬達(dá)直接拖動提升機(jī)滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)，其主要技術(shù)性能見表3.1。
2.NJM-El6型內(nèi)曲線徑向柱塞式低速大扭矩液壓馬達(dá)
該液壓馬達(dá)的結(jié)構(gòu)如圖3.3所示，其技術(shù)性能見表3.1。它用在BTY-1.6防爆液壓提升絞車，不經(jīng)減速箱直接拖動絞車滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)。
NJM-El6型內(nèi)曲線徑向柱塞式低速大扭矩液壓馬達(dá)，由湖南剩煤炭科學(xué)研究所和湖南省煤礦專用機(jī)械廠研制。
NJM-El6型液壓馬達(dá)的工作原理與NJM-El0型液壓馬達(dá)相同。如圖3.3所示， 來自油泵的液壓油由配油蓋13的進(jìn)油孔，流向配油軸12和配油套9，通過窗口進(jìn)入轉(zhuǎn)子8的油缸內(nèi)，推動柱塞6和滾輪橫梁組5，柱塞由下死點(diǎn)沿液壓馬達(dá)徑向移動。使?jié)L輪與定于內(nèi)曲線工作區(qū)段接觸產(chǎn)生側(cè)向分力，再通過橫梁傳遞給轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子連同輸出軸1旋轉(zhuǎn)，輸出扭矩，直至柱塞達(dá)到死點(diǎn)。
當(dāng)滾輪進(jìn)入內(nèi)曲面的回程區(qū)時(shí)，通過橫梁壓向柱塞將柱塞推至下死點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一次往復(fù)運(yùn)動，并使油缸內(nèi)的液壓油通過配油套、配油軸、配油蓋排出。某一柱塞越過下死點(diǎn)及上死點(diǎn)，是靠其中柱塞橫梁滾輪組進(jìn)去工作區(qū)段產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩時(shí)所帶動。
定子內(nèi)曲面由相同的8段組成，柱塞每往復(fù)1次，滾輪經(jīng)過1段曲線，柱塞每往復(fù)8次，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)l周。定子有8段內(nèi)曲面，而轉(zhuǎn)子上每排有14個(gè)柱塞，它們的最大公約數(shù)為2，即每7只柱塞在4段曲面內(nèi)分布，這就保證了在任一時(shí)刻每排14個(gè)柱塞中至少有6個(gè)在工作，有6個(gè)在回油，使轉(zhuǎn)子能夠連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。
這種類型的液壓馬達(dá)采用橫梁傳遞切向力，如圖3.4所示。安裝滾輪的橫梁，可在柱塞上部的槽內(nèi)滑動，橫梁在定子內(nèi)曲線和柱塞的作用下可上下滑動。滾輪與定子曲線接觸時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向力T，直接通過橫梁傳遞給轉(zhuǎn)子。由于柱塞沒有切向力，所以柱塞壽命長．可保持較高的壓力和效率。
該液壓馬達(dá)的殼體是分片組合式的。由5片組成：如圖3.3，兩片導(dǎo)軌具有
圖3.3 NJM-El6型液壓馬達(dá)結(jié)構(gòu)圖
1—輸出軸；2—密封圈；3—軸承；4—定子前蓋；5—橫梁滾輪體；6—柱塞；7—定子；8—轉(zhuǎn)子；9—配油套10—定子后蓋；11—微調(diào)螺釘；12—配油軸；13—配油蓋
圖3.4 橫梁傳遞切向力
1—定子內(nèi)曲線；2—轉(zhuǎn)子；3—橫梁；4—滾輪；5—柱塞
相同的導(dǎo)軌曲面，中間定子7，定子左右兩側(cè)的前蓋4和后蓋10，用螺栓聯(lián)成一個(gè)整體。殼體采用分片結(jié)構(gòu)，使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡化，便于鍛造和軋制，不僅提高材料的金相組織，延長使用壽命，而且便于成批大量生產(chǎn)。由于分片結(jié)構(gòu)，使關(guān)鍵部件—導(dǎo)軌可以采用優(yōu)質(zhì)合金鋼來制造(這里采用強(qiáng)度高耐磨性好的GCr15SiMn軸承鋼，而非關(guān)鍵部件—定子、前蓋、后蓋等殼體零件可以用一般球墨鑄鐵，這樣既可滿足導(dǎo)軌接觸強(qiáng)度要求(導(dǎo)軌的接觸應(yīng)力大約可達(dá)到1000kN／cm2，，又不會使材料費(fèi)用過高。同時(shí)由于分片結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子外徑可適當(dāng)增大伸入兩導(dǎo)軌之間的空槽內(nèi)．以增大橫梁和轉(zhuǎn)子之間的導(dǎo)向長度，從而消除橫梁滑移到最外點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的傾覆力矩。但是分片組合式結(jié)構(gòu)也帶來殼體剛性弱．加工量增多等缺點(diǎn)。
內(nèi)曲線徑向柱塞式液壓馬達(dá)定子導(dǎo)軌內(nèi)曲線的形狀對液壓馬達(dá)的性能有很大的影響。常用的有圓弧導(dǎo)軌曲線，余弦導(dǎo)軌曲線和等加速導(dǎo)軌曲線。圓弧導(dǎo)軌曲線是最簡單的一種曲線，它便于加工，但是它的流量不均勻系數(shù)較大，僅用于要求不高的內(nèi)曲線徑向柱塞式液壓馬達(dá)。余弦導(dǎo)軌曲線的流量比較均勻，柱塞的相對加速度按余弦規(guī)律變化，這種曲線也比較容易加工，因而也常被采用。等加速導(dǎo)軌曲線可使柱塞按等加速—等速—等減速的規(guī)律變化，它理論上可使流量不均勻系數(shù)為零，因此被廣泛采用。NJM-El6型液壓馬達(dá)設(shè)計(jì)采用等加速組合導(dǎo)軌曲線．幅角不對稱分布。這樣在加速區(qū)就降低了滾輪的加速度，降低了滾輪與導(dǎo)軌的最大接觸應(yīng)力，以便適應(yīng)高應(yīng)力、高轉(zhuǎn)速的需要。
液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)子是一個(gè)重要而復(fù)雜的零件，在轉(zhuǎn)子上有3對摩擦副。第一對摩擦副是直徑200mm轉(zhuǎn)子內(nèi)孔，它與配油副相配合，完成液壓馬達(dá)的配油。它們之間的間隙很小，只有0．06～0．07mm，接觸面又較長．所以要求轉(zhuǎn)子內(nèi)孔的尺寸精度和表面粗糙度都較高。同時(shí)，更為重要的是對轉(zhuǎn)子上直徑260mm軸頸和聯(lián)在一起的花鍵連接套上直徑220㎜軸頸與轉(zhuǎn)子直徑200mm內(nèi)孔的同軸度公差要求很嚴(yán)格。為了保證達(dá)到三者的同軸度要求，在機(jī)械加工時(shí)采取在用14條帶定位銷的螺栓把轉(zhuǎn)子和花鍵聯(lián)接套聯(lián)成一個(gè)整體以后，再精加工轉(zhuǎn)子及花鍵聯(lián)接套的軸頸和轉(zhuǎn)子內(nèi)孔的工藝路線。第二對摩擦副是柱塞與柱塞孔。14個(gè)柱塞孔均勻地分布在轉(zhuǎn)子上，柱塞與柱塞孔之間采用間隙密封，必須嚴(yán)格控制間隙大小。柱塞直徑為55mm，柱塞與柱塞孔的配合間隙范圍為0．03～0．035mm。通常采用“選配’的辦法來保證達(dá)到這個(gè)間隙范圍。第三對摩擦副是轉(zhuǎn)子上的橫梁槽與橫梁。液壓馬達(dá)在運(yùn)轉(zhuǎn)工程中，橫梁上的滾輪與導(dǎo)軌互相作用產(chǎn)生的切向力是通過橫梁和橫梁槽傳遞給轉(zhuǎn)子的，從而得到需要的扭矩。14個(gè)橫梁槽與14個(gè)柱塞孔是同軸線，其等分誤差要求達(dá)到±5′，并要從同一個(gè)起點(diǎn)劃線。
該液壓馬達(dá)的額定轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速都較高，因此選擇的配油套與配油副、柱塞與柱塞孔、橫梁與橫梁槽等3對摩擦副的配合間隙都較大。間隙稍大雖然增加了泄漏量，但由于轉(zhuǎn)速高，流量大，故容積效率并不低。否則，如果間隙過小，由于熱沖擊，高速度，可能會使相對運(yùn)動的零件卡死，而且過小的間隙會使制造復(fù)雜化，增加制造成本。
制造轉(zhuǎn)子的材料選用QT60-2球墨鑄鐵，它強(qiáng)度高，減磨性好，可以提高摩擦副的允許接觸應(yīng)力，防止運(yùn)動表面咬死。
該液壓馬達(dá)采用徑向配油方式。配油副包括配油軸套與配油軸，配油軸套的配油槽呈放射形布置，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便。根據(jù)該液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速較高的特點(diǎn)，在配油窗口設(shè)計(jì)上，把困油角度取得較小，這雖使低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)容積效率有所下降，但對中速運(yùn)轉(zhuǎn)比較好。配油軸套熱裝在配油軸上，使配油副成為一個(gè)整體。這種結(jié)構(gòu)使配油軸套與配油軸可以分別加工，把內(nèi)部油路加工好后熱裝在一起，再精加工配油軸套外部。因此可以保證配油副的尺寸精度、表面粗糙度和形位公差精度。
滾輪也是該液壓馬達(dá)上一個(gè)很重要的零件，它的質(zhì)量好壞，有時(shí)就決定了液壓馬達(dá)的壽命。滾輪實(shí)際上是一個(gè)加厚了的滾針軸承的外圈，但是采用一般的GCr15軸承外圈是不好的。因?yàn)檫@種軸承外圈承受的沖擊韌性小，在周圍重載荷的作用下壽命很短。所以NJM-E16型液壓馬達(dá)選用沖擊韌性和強(qiáng)度都較高的鎳鉻鋼90Ni2Cr4制造滾輪，而且外圈較厚。理論計(jì)算滾輪壽命可達(dá)9000小時(shí)，實(shí)際防爆液壓提升絞車并不都是滿負(fù)荷運(yùn)行，因此實(shí)際壽命要超過10000小時(shí)以上。更換滾輪也是很容易的，就像換一個(gè)滾動軸承一樣，一般的煤礦機(jī)修廠都能更換。
3.2液壓泵
3.2.1概述
液壓泵按照工作原理和基本結(jié)構(gòu)可分為齒輪泵、葉片泵、螺桿泵、柱塞泵等幾種類型。液壓絞車的主油泵常用柱塞泵，輔助油泵常用葉片泵、齒輪泵。
液壓泵按照工作壓力可分為低壓泵、中壓泵、中高壓泵、高壓泵和超高壓泵。液壓絞車常有工作壓力為中高壓8～16MPa和高壓16～32MPa。
液壓泵按照工作流量能否調(diào)節(jié)，可分為定量泵和變量泵。在轉(zhuǎn)速不變的條件下，輸出流量不可改變的液壓泵稱作定量泵，輸出流量可以改變的液壓泵稱作變量泵。液壓絞車的主油泵常用變量泵，輔助油泵常用定量泵。
3.2.2液壓提升絞車常采用的幾種液壓泵
1.IZXB740型軸向柱塞泵
該泵是ZB系列無鉸斜軸式軸向柱塞泵，它是雙向變量泵。這種類型的液壓泵具有壓力高、流量范圍大、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、耐沖擊、耐震動等特點(diǎn)。比較適合煤礦井下防爆液壓絞車使用。BYT-1．2型防爆液壓提升絞車采用12×B740型軸向柱塞泵作主油泵。
ZB系列無鉸斜軸式軸向柱塞泵的變量方式有手動隨動變量、液壓隨動變量、定壓變量、恒功率變量和液控隨動恒功率變量等。在現(xiàn)有國產(chǎn)防爆液壓絞車中多用手動隨動變量方式。該系列泵的技術(shù)性能如表3．2所示。
該系列軸向柱塞泵的額定壓力為16MPa，若工作壓力大于16MPa時(shí)，油泵的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間要相應(yīng)減少。其連續(xù)工作時(shí)間的百分率JC應(yīng)符合表3．3的規(guī)
定。連續(xù)工作時(shí)間百分率JC以1小時(shí)為工作周期，油泵承壓連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的允許時(shí)間與周期工作時(shí)間的百分比。
表3．2 ZB系列無鉸斜軸式軸向柱塞泵技術(shù)性能
表3．3 連續(xù)工作時(shí)間分率
IZXB740型軸向柱塞泵為手動隨動操縱雙向變量帶外殼的軸向柱塞泵，簡稱手動雙向變量泵。它由ZXB軸向柱塞泵和1CTQ行程調(diào)節(jié)器組成，靠手動操縱改變油泵的排量，其擺角為0°～±25°即雙向變量。
ZXB軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)如圖3．5所示，主要是由在前泵體4內(nèi)帶球窩盤的泵軸1及裝載泵軸上邊的連桿6，柱塞7和缸體9等傳動部分組成。連桿兩頭帶有球鉸，一頭與泵軸連接，一頭與柱塞相連。缸體上有7個(gè)等分圓周的孔，其軸線平行于缸體旋轉(zhuǎn)軸線，每個(gè)孔內(nèi)均裝有一個(gè)柱塞。前泵體借助推力滾子軸承5，雙列滾針軸承3及單列向心球軸承2來支撐主軸。后泵體8通過兩個(gè)滾針軸承支撐住缸體，并又通過單列圓錐滾子軸承與殼體連接在一起。后泵體繞自身的兩個(gè)耳軸可在殼體內(nèi)的單列圓錐滾子軸承上左右擺動。蝶形彈簧將缸體壓緊在配流盤10上，其預(yù)壓縮量的調(diào)整靠缸體軸線上4的調(diào)節(jié)螺桿進(jìn)行，后蓋11通過代兩個(gè)月牙形槽的配流盤把缸體支撐在軸向方向。油流通道經(jīng)過后泵體和后蓋，后泵體和后蓋間的縫隙時(shí)用耐油橡膠制成的密封環(huán)密封。
圖3．5 ZXB軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)
1—泵軸；2—軸承；3—滾針軸承；4—前泵體；5—推力滾子軸承；6—連桿； 7—柱塞；8—后泵體；9—缸體；10—配流盤；11—后蓋；12—外殼
當(dāng)泵軸旋轉(zhuǎn)其一角度時(shí)，在某一組連桿與柱塞的軸線之間組成的夾角和連桿上的錐角之半相等時(shí)，該組連桿與柱塞內(nèi)壁相接觸，迫使缸體旋轉(zhuǎn)。油泵由7組柱塞副組成，這些連桿將在不同時(shí)間內(nèi)輪流進(jìn)入工作，交替的帶動缸體旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)缸體軸線與泵軸軸線的夾角為0°時(shí)，即缸體擺角為零，此時(shí)泵軸轉(zhuǎn)動，柱塞在缸體的孔內(nèi)沒有相對的往復(fù)運(yùn)動，油泵送不出油流。
當(dāng)缸體軸線與泵軸軸線成傾斜，即缸體擺角大于0°，到±25°的某一值時(shí)，隨著泵軸的轉(zhuǎn)動，柱塞在缸體孔中進(jìn)行強(qiáng)制的往復(fù)運(yùn)動，將油從油孔b經(jīng)月牙形槽d吸入到缸體的孔中，壓力油經(jīng)孔c從月牙形槽e壓出，連續(xù)的進(jìn)行吸油和壓油的循環(huán)。由泵軸輸入的機(jī)械能便轉(zhuǎn)換為輸出的液壓能。泵軸旋轉(zhuǎn)一周七個(gè)柱塞各往復(fù)運(yùn)動一次，缸體的擺角范圍為0°～±25°。
1CTQ行程調(diào)節(jié)器為手動隨動操縱調(diào)節(jié)器，其結(jié)構(gòu)見圖3．6。它由先導(dǎo)滑閥1、隨動活塞2、殼體3、曲柄4及密封接頭8等主要零件組成?？侩S動活塞的軸向移動來帶動曲柄左右擺動，曲柄上的月牙形部分與油泵后泵體上的耳軸相連，使缸體擺動，達(dá)到改變油泵排量的目的。
1CTQ行程調(diào)節(jié)器的工作原理：如圖3．6所示位置為中間狀態(tài)，隨動活塞的A室和孔1不通，B室處于操縱油作用之下，但和A室不通，故隨動活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)。有手（或機(jī)械）將先導(dǎo)滑閥向左移動，B室經(jīng)孔4，凹槽，孔3和A室相通，同處在操縱油壓力作用之下，由于隨動活塞面積差的關(guān)系，使隨動活塞按照先導(dǎo)滑閥的位移量向左隨動。用手（或機(jī)械），將先導(dǎo)滑閥向右移動，A室和孔1相通，孔1經(jīng)孔2和回油孔連通。這時(shí)隨動活塞在操縱油壓作
圖3．6 1CTQ行程調(diào)節(jié)器
1—先導(dǎo)滑閥；2—隨動活塞；3—?dú)んw；4—曲柄；5、6—接頭；7—鍵；8—密封接頭
用下，按照先導(dǎo)滑閥的位移量向右隨動。曲柄的擺角在－25°～＋25°之間變化。
2.ZB-H915型軸向柱塞泵
該泵是手動隨動操縱雙向變量帶外殼的軸向柱塞泵。原名IZXB-750H型斜軸式軸向柱塞泵，由太原礦山機(jī)器廠研制，于1983年12月通過鑒定，定名為ZB-H915型。它是國內(nèi)目前生產(chǎn)的同類型中排量較大的泵，用在BYT-1．6型防爆液壓提升絞車上作主油泵。它由IZXB750H軸向柱塞泵和1CTQ750行程調(diào)節(jié)器組成，采用手動隨動操縱改變油泵的排量。由于該泵得排量大，在BYT-1．6防爆液壓提升絞車上使用時(shí)，只需630L/Min的流量，故采取控制油泵缸體擺角的辦法限制泵的排量。
為了滿足BYT-1．6型防爆液壓提升絞車進(jìn)行遠(yuǎn)距離液控操縱的需要，在ZB-915H型斜軸式軸向柱塞泵的行程調(diào)節(jié)器上專門設(shè)計(jì)加裝了一個(gè)比例油缸，其結(jié)構(gòu)如圖3．7所示。
該比例油缸用內(nèi)六角螺釘固定在1廠程調(diào)節(jié)CTQ750行程調(diào)節(jié)器的外殼上，比例油缸的活塞桿4與行程調(diào)節(jié)器的先導(dǎo)滑閥相連接，先導(dǎo)滑閥的位移由活塞桿的運(yùn)動來確定。油缸從絞車操縱臺上的減壓式比例先導(dǎo)閥引進(jìn)來兩根壓力油管，用來控制ZB-915H斜軸式軸向柱塞泵的缸體擺角，進(jìn)入比例油缸的油壓力越高，泵的缸體擺角越大，使排量越大，液壓絞車的轉(zhuǎn)速越高。兩根油管中的一根油管進(jìn)油，另一根油管回油。如改變進(jìn)油方向就可相應(yīng)改變活塞桿的移動方向，使缸體擺角相反，主泵油流換向，液壓絞車向反方向運(yùn)轉(zhuǎn)。如改變進(jìn)入比例油缸的油壓，就可改變主泵的排量，使液壓絞車調(diào)速。為了與活塞桿4上的液壓力平衡，專門設(shè)置了彈簧13，并有調(diào)整彈簧預(yù)壓力的套螺母8、調(diào)整套9和六角扁螺母10。比例油缸中的由壓力越高，彈簧的壓縮量越大，使活塞桿4的位移與油壓大小成正比例。
3.PV27-52D型通軸式變量軸向柱塞泵
該軸向柱塞泵用作MHW22．4-S2000-1型防爆液壓提升絞車的主油泵，由日本大金液壓件廠制造。
該泵是通軸式雙向變量泵，即缸體的傳動軸穿過斜盤的軸向柱塞泵。它的軸承在傳動軸兩端，徑向載荷由傳動軸支承，所以軸徑較大，缸體孔分布圓直徑也較大，滑履滑動速度高。它的重量輕、體積小、零件少，可以串聯(lián)輔助液壓漿。
PV27-52D通軸式雙向變量軸向柱塞泵主要技術(shù)性能：排量333．7mL／r、流量525L／Min、長時(shí)額定壓力35MPa、補(bǔ)油回路壓力1．4～1．8MPa、補(bǔ)油泵排量36．6mL／r、轉(zhuǎn)速空載2900r