掘进机液压系统工作原理分析

段建宏 吴 军

（中煤平朔集团有限公司，山西 朔州036000）

0 引言

掘进机是用于开凿平直地下巷道的工矿机器，是平朔公司各井工矿进行井下巷道成形作业的核心设备，目前平朔公司共有在册掘进机设备47台。

行走机构、工作机构、装运机构和转载机构这4 个部分组成了掘进机，其中行走机构和工作机构在技术的推进下，发挥着关键性的作用。掘进机的九大主要功能动作中，除截割头旋转切割动作为电机驱动外，其余如一运溜槽拉动、铲板星轮转动、行走履带转动、截割部升降及左右摆动、铲板部支撑及伸缩等关键功能动作均为液压系统驱动。掘进机采用液压系统设计，具有如下优点：便于调速且调速范围较大；体积小、重量轻、结构紧凑，能传递较大的力和扭矩；工作平稳、反应快，便于操作；可实现过载保护，确保安全生产等。

通过上述分析我们可以发现，在掘进机操作、保养维护以及维修工作中，液压系统是相当重要的部分。下面我们以平朔公司目前常用的三一重装EBZ160型掘进机为例，就掘进机液压系统的工作原理、各液压元件的工作原理以及日常维护事项进行分析研究。

1 掘进机液压系统的组成

本文以三一EBZ160型掘进机为例，就其主要结构功能和技术参数这两个部分来分析液压系统，具体情况如下：

（1）液压油箱的设计容积量为500L，其中的液压辅件包括呼吸器、主回油过滤器、液位液温计等。

（2）行走马达为轴向柱状，在行走减速器的作用下驱动整机行走。

（3）驱动油缸的主要功能为上、下、左、右移动及伸缩作用。

（4）在压力油的驱动下，星轮马达带动星轮转动，装载物料。

（5）在压力油的驱动下，一运马达带动一运转动，运输物料。

（6）驱动油缸的主要作用是实现铲板的升降和后支承腿的升降。

（7）完成一运刮板链的涨紧和履带的涨紧。

（8）主泵在原装进口的变量斜盘式柱塞双泵的作用下，为主油路及控制油路提供液压油源。

（9）在先导阀的操作控制下，位于操作台内的主阀使各个执行机构产生相应动作。

掘进机液压原理如图1所示。

2 掘进机各液压元件功能

2.1 液压泵及液压马达

2.1.1 液压泵

图1 掘进机液压原理

液压泵是靠密封容积的变化来实现吸油和压油功能的，通过吸油和压油的过程，将外部机械能转化为液压能，为液压系统提供动力，液压泵是整个液压系统的关键。目前平朔公司使用的三一掘进机大多采用德国力士乐品牌的变量泵，其具有性能好、功能多，负载敏感、恒功率、压力截断、待命压力（低压小功率卸荷），使用寿命长、效率高、故障率低等优点，从而为整个液压系统的高效可靠运行奠定了基础。

2.1.2 液压马达

液压马达的工作原理可以视为液压泵反过程，其作用是在相关机械工作部件上实现液压力对轴产生转矩。液压泵把机械能转化为流体的能量，液压马达则利用流体的能量去推动机械做功，输出机械能，实现机械能向液压能的转化。

2.1.3 液压泵的能量输入和输出

EBZ160 型掘进机液压泵需要电机驱动，驱动功率为75kW，其在油泵的作用下将压力油分别送到截割部、铲板部、第一运输机、行走部、后支承部的各液压马达和油缸。整机共有9个油缸，都装有安全平衡阀。液压系统空载运行时，液压泵轴端轴承处在摩擦的作用下温度会达到55～80 ℃，这属于正常现象。

2.2 液压先导操作台

2.2.1 操作台

液压操作台是掘进机进行工作的控制部分。其上装有两组五联换向阀，通过手柄完成各油缸及液压马达的动作，并可实现无级调速；操作台上有两个压力表可显示各系统的压力值。

2.2.2 液压控制阀组

EBZ160掘进机上装有两组五联换向阀，一大一小，小五联阀安装在大五联阀上部。大五联阀的5组阀片从左到右依次控制一运马达转动、回转台转动、截割升降油缸伸缩、左行走马达转动及右行走马达转动；小五联阀的5组阀片从左到右依次控制后支撑油缸伸缩、铲板部升降、左铲板星轮转动、右铲板星轮转动及截割伸缩油缸伸缩。

控制阀的工作原理：当阀芯处于中位时，马达或油缸两腔与回油连通，制动器处于制动状态，马达或油缸不动作。当阀芯处于上或下位（工作位置）时，压力液体进入马达或油缸，制动器解除制动，马达正转或反转，油缸伸出或缩回。以行走马达为例，若左、右行走马达同时朝一个方向转动可使机器前进或后退，若左、右行走马达只有一个转动可使机器转大弯，若左、右行走马达一正一反转动可使机器转小弯。为了使各油缸运动平稳，在各油缸的进出油口处都设置了平衡阀，以减少各油缸工作过程中的振动。

2.2.3 液压系统图

掘进机简化液压系统控制示意图如图2所示。

图2 掘进机简化液压系统控制示意图

2.3 液压油缸

2.3.1 液压油缸

液压油缸是液压系统的执行元件之一，是掘进机中的重要液压动作执行部件，它与液压马达统称为液动机。液压油缸用来执行直线往复运动，其特点是质量轻、功率大、结构简单、维修方便、运动惯性小，可以频繁换向，易于实现远程控制。为了防止油缸过负荷而造成的损坏，在各换向阀内部都附带有过载溢流阀。

掘进机设备中多使用单杆油缸，即只在活塞一边有杆，其具有供油流量相同、往返速度不同，供油压力相同、往返出力不同，可组成差动缸，出力大、强度高、活塞杆外露、适应恶劣环境等优点。

2.3.2 安全阀件

压力阀件是液压系统中的重要组成元件，在这样一个大的整体系统中，压力控制阀简称压力阀，指的就是控制油液压力高低的液压阀。它是利用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡这个原理来工作的，其主要作用为对液压系统定压及进行安全保护。而溢流阀的最大作用是维持定压，它常用于节流调速系统中，和流量控制阀配合以调节进入系统的流量，并保持系统的压力基本恒定。用于过载保护的溢流阀一般称为安全阀，它具有定压精度高，灵敏度高，工作稳定，密封性能优良、泄漏小等优点。

2.4 液压油箱及过滤器

2.4.1 液压油箱

液压油箱是整个液压系统工作中所需流体介质的储存部件，与液压泵相连接，并配备有液压辅助元件。其具备贮存供系统循环所需的油液，散发系统工作时所产生的热量，释放混在油液中的气体，为系统中元件的安装提供位置等功能。

2.4.2 液压油

掘进机液压系统出现故障受到诸多因素的干扰，但主要原因是对液压油管理不善，这就要求工作人员加强对液压系统的管理，从而有效避免液压系统故障的发生。以下总结了几点管理办法：

（1）避免液压油内出现任何杂物。

（2）油质问题导致的后果较为严重，一旦发现，应尽快更换新油。

（3）按指示规定及时更换过滤器。

（4）在油量方面，要保证油箱内的油达到规定油量。

（5）保证油冷却器内有足够的冷却水通过，以防止油温异常上升。

（6）为了实现防杂质进入的目标，在拆卸的过程中，液压元件（泵、阀、高压胶管）必须用螺塞将油口堵住或用洁净的塑料袋包好。更换油泵或拆泵吸油管时，必须将吸油过滤器滤芯拔出一段，使吸油过滤器中自封阀封闭，以免油箱中油液从吸油口流出。

2.4.3 液压过滤器

过滤器安装在液压油箱内，主要起滤去杂质，保护油的清洁，进而保护液压元件和系统的功能，是重要的液压系统组成元件。根据回路和系统特点，掘进机设置有吸油过滤、系统进油过滤、系统回油过滤、旁路过滤等。

3 液压系统原理总结

根据上述关于掘进机液压系统原理的分析和研究，经过长期现场工作经验总结，笔者整理出了一套学习和维护液压系统的口诀：

液压传动原理要点

泵阀管路缸马达，形成容积且密封，

绝对密封不现实，存在泄漏情理通。

油泵供油进其中，去掉泄漏有余剩，

流量积累生压力，马达油缸负载动，

液体受压还流动，正是液压在传动。

对缸马达多供油，运动加快意料中，

压力流量同作用，液压传动两特征。

液体流动有阻力，克服阻力压差生。

流量压力和压差，弄清关系特有用，

掌握原理并不难，深造当然能成功。