猴车用液压驱动技术

煤矿架空乘人装置用液压驱动技术

摘 要：架空乘人装置（俗称“猴车” ）用于矿井运输矿工，已经得到矿山企业的普遍使用。本文介绍了液压驱动技术在“猴车”驱动上的应用方案，液压驱动技术在“猴车”驱动上的应用，提高了“猴车”的技术水平、安全性能和乘坐时的舒适感。

1 架空乘人装置用液压驱动技术的现状

1.1 国外现状

国外生产煤矿架空乘人装置的，有美国的玖一公司和德国的DBT、沙尔夫公司，均采用先进的液压驱动技术，即生产的全部是“液压猴车”；并在90年代后期出口到中国使用，有“济宁二号井”和大屯能源的矿井使用较为典型。

东南亚产煤国印度有煤炭矿井350多个，有“猴车”30多部，全部采用液压驱动装置，对一个煤炭工业和机械制造工业比中国非常落后的国家，而在“猴车”技术的应用上显然我国。

从出口到中国的“液压猴车”的使用情况看，其控制系统的技术水平明显低于国内“液压猴车”的智能化自动控制水平，属于国外同类产品的低端产品，例如：故障自诊断和报警、安全保护等明显落后我国现有的“液压猴车”技术，但价格比国产“液压猴车”贵3倍以上。

1.2 国内现状

我国从2008年开始自主研发液压驱动在“猴车”上的应用技术，取得了较大的突破，2008年10月通过了省级科技鉴定：其综合技术具有国际水平，填补了国内空白，并具有自主知识产权。

国产“液压猴车”成功运行后，至今为止，国内再也没有进口过一台“液压猴车”，即全部国产化了。国产的“液压猴车”的性能全部优于国外产品，目前有300多个煤矿用户，其使用效果得到了用户的认可。

2 液压驱动技术在“猴车”上应用的优点

2.1 停车安全自锁功能

液压驱动系统自带刹车功能，当“猴车”停车时，马达不能转动，驱动轮主轴被锁住，在外力作用下驱动轮不能转动，这样避免了当轮边制动器制动力不足时而造成索道打滑或飞车的危害发生。

2.2 空载启动功能

电动机无负载启动，即空载启动，提高了电动机的使用寿命；

2.3 无级调速功能

液压驱动能实现无级调速和正反转运动，可以在很低的速度（可以任意设定）下正

反转，以便检查钢丝绳；又能根据需要提高索道的运行速度，提高运输效率。

2.4 软启动、软停车功能

可实现“贵州猴车”缓慢加速启动和缓慢减速停车功能。

2.5 工作平稳、冲击小

液压油具有弹性，可吸收冲击，故液压传动传递运动均匀平稳。

2.6 无控制信号干扰

避免防爆变频器调速时，对索道或周边设备的控制信号产生谐波干扰、电网污染和发热大等问题。

2.7 安装方位不限

由于液压件体积小且没有倾斜角度的限制，故安装方位不限。

2.8 性价比高

与同等功能的防爆变频器比较，性价比高。

3 技术介绍

3.1 液压驱动的工作原理

3.1.1液压驱动原理图

3.1.2技术路线

采用闭式传动系统，电机驱动闭式循环液压泵，给液压马达提供相应流量的液压油，使液压马达工作，液压马达带动驱动轮转动，从而使“猴车”运行，“猴车”运行的速度可通过调节供给液压马达的液压油流量来调节，实现速度的无级可调。

3.1.3关键技术：

煤矿井下使用的闭式液压传动系统必须具备防爆功能，由于目前还没有用于煤矿井下防爆的电比例泵，使得煤矿进口的“液压猴车”都用非电的方式来调节速度，这就限制了“液压猴车”的自动化控制功能。

关键技术：在防爆环境下，闭式液压传动系统的电比例调速技术

3.2 功能的实现

3.2.1停车自锁功能

系统停车后，主回路中充满了液压油，由于油泵斜盘处于中位，输出油口A/B之间隔断，液压油不会循环流动，因此，马达不会转动。

3.2.2空载启动功能

启动电机1时，变量泵2处于零排量状态，因此，变量泵2没有压力油输出，马达6不会转动，即电机无负载启动；

以90KW的液压站为例，补油泵的排量为38ml/r，启动电机时，补油泵开始工作，输出约2.5MPa的压力油，补油泵的输出流量为：

38ml/r ×1480r/min÷1000=56.24L/min

补油泵的输出功率为:

2.5MPa ×56.24L/min÷60=2.34KW

此功率相对于电机功率可以忽略不计，另由于主油泵无压力油输出，马达未动，因此，可以认为电机空载启动。

3.2.3无级调速功能

通过调节马达6的流量来调节其转速，由于电机转速相应，因而，通过调节变量泵2的输出流量来调节马达6的流量；

变量泵2采用的是斜盘式双向变量泵，其排量的大小与斜盘的摆角有关，摆角大排量就大，输出的流量就大；因此，通过调节变量泵2的斜盘摆角，就可以调节马达6的转速；

因为变量泵2的排量可以从0到大值之间任意调节，所以马达6的转速可以从0到大值之间任意调节。从而实现了无级调速功能。

3.2.4软启动、软停车功能

3.2.4.1 软启动功能

当启动主油泵2工作时，其排量将呈线性递增，给马达6输出相应增加的流量，马达6的转速也呈线性递增；

当马达6的转速增加到设定的运行速度时，主油泵2的排量不再增加，此时速度稳定在设定值。

3.2.4.2 软停车功能

当停止主油泵2工作时，其排量将呈线性递减，给马达6输出的流量也相应的递减，马达的转速也呈线性递减，直至为零。

3.2.4.3启动加速和停车减速时间一般为8～10S，也可以根据需要任意设定。

3.3 结构型式

3.3.1单泵站驱动式

3.3.1.1 单泵液压站

a)由单电机、单油泵组成的动力系统

b)主要用于短线路、低负载架空乘人装置

c)对于每天运行时间不长，如每班运行时间3～4小时，则可使用单泵液压站。

3.3.2双泵站驱动式

3.3.2.1双泵液压站

a）由双电机、双油泵组成的动力系统

b)适用于长线路、大负载和高速架空乘人装置

c)双泵液压站具有一用一备功能，也可两台同时使用。

3.3.3 架空驱动方式

3.3.4 落地驱动方式

3.3.5 子母驱动式

3.3.5.1 什么是子母驱动

即机头和机尾同时安装液压驱动，机头为主驱动，机尾为子驱动。主要用于长线路（如长达3500m）“猴车”。

3.3.5.2 子母驱动的作用

a) 加大驱动力，提升运输能力

b) 有效解决尾部张紧问题

当线路长，运量大（乘人间距小）时，面临的问题有驱动力不够，钢丝绳与驱动轮之间易打滑，同时尾部钢丝绳不容易张紧。针对此情况可采用机头机尾同时驱动的方案解决。

3.3.5.3 液压驱动技术用于子母驱动的优点

a) 可实现主驱动和子驱动的同步启动；

b) 运行中的速度同步性好，无拖动现象。

4 “猴车”用液压驱动系统的可靠性

4.1 液压系统的密封

4.1.1 油泵和马达均为德国进口件（见图八）

其较好的制造材料、先进的制造工艺和热处理技术等，

使得油泵和马达有很好的性能，经久耐磨，密封良好；

4.1.2 液压油管及其联接方式

采用多层高耐压（≥35MPa）胶管和不锈钢管；

采用H型接头的联接方式，严格了漏油的现象。

4.2 液压系统的管道清洁度

4.2.1液压站中的不锈钢管酸洗镀锌；

4.2.2不锈钢管和高压胶管均经过高温、高压冲洗，确保液压系统的清洁度；

4.2.3装配前经清洁处理的液压管全密封。

4.3 液压系统的散热

4.3.1闭式系统主要采用风冷方式散热冷却，油箱高温度在55℃左右；

4.3.2液压马达可采用冷油冲洗方式降温，马达温度不超过80℃。

4.4 马达和油泵的使用寿命

马达和油泵的寿命取决于马达和油泵的质量、运行参数以及使用当中的维护。

4.4.1马达和油泵为进口的，选型时按极端负荷计算，再考虑了相应的富余量；

4.4.2马达和油泵的工作压力较高，高可达42MPa，设计选型时，计算压力一般都低于

20MPa；

4.4.4有效的维护。按照使用要求定期更换过滤器和液压油，保证液压系统油液清洁度达

到规定要求，确保液压驱动系统的可靠运行。

4.5 液压系统的抗污染能力强

闭式回路中主油路与外部不接触，系统不会被污染，只要更换过滤器和液压油时注意清洁即可。

4.6 对电气控制系统无谐波信号干扰。

4.7 对电网无污染。

综上所述，“猴车”用液压驱动系统不仅满足现代化矿井乘人装备的需要，更能提高“猴车”的安全性能。

5 应用举例

5.1 油泵、马达选型计算举例：

某架空乘人装置的较大负载扭矩为T_f=8560N.m

5.1.1马达选型计算

5.1.1.1、要求液压马达的额定输出扭矩为:T=1.8×T_f=15408N.m

5.1.1.2、液压马达的较大排量

V_g1=2πT/（△Pη₁）

=2×3.14×15408/(16×0.9)=6720mL/r

V_g1- 液压马达较大排量（mL/r）

T- 液压马达的输出扭矩(Nm)

△P-液压马达进出口压力差（MPa），取16MPa

η₁- 液压马达的机械效率，齿轮及柱塞马达取0.9。

因此，马达的排量不小于6720 mL/r，工作压力不低于16MPa，但实际选型时，工作压力选不低于25MPa。

5.1.2 液压油泵选型计算

5.1.2.1 液压马达的较大转速

n_max=60υ/kπD

=60×1.2/（0.98×3.14×1.4）= 16.8r/min

n_max—液压马达的较大转速(r/min)

υ—钢丝绳较大运行速度（m/s）

D—驱动轮直径（m）

K_μ—钢丝绳蠕动系数，取0.98

5.1.2.2 液压马达的较大工作流量q_max。

q_max=V_g1 n_max/1000

=6720×16.8/1000=112.9L/ min

5.1.2.3 液压泵的较大工作流量Q_max

Q_max=K_L q_max

K_L-考虑系统泄漏和容积效率下降的系数，一般为1.1～1.3，取K_L =1.3，则

Q_max =1.3×112.9=146.8L/min

5.1.2.4 液压泵的较大排量V_g2

V_g2=1000×Q_max/1480=99.2 mL/r

5.1.2.5 液压泵的较大工作压力P_2max

P_2max=K（P_1max+△P′）

=1.1×（16+2.4）=22.34MPa

P_1max -液压马达较大工作压力（MPa）

K –系统压力备用系数，取1.1

△P′-油泵的回油压力损失，对闭式回路取△P′=2.4MPa

选用液压油泵的排量不小于100mL/r ，工作压力不低于23MPa。

在实际应用中，油泵的选型都要考虑足够的富裕量，排量大于100mL/r ，工作压力不低于25MPa，以满足工况变化的需要。

5.2 液压驱动在吊箱式架空乘人装置上应用（见附图九）

6 “猴车”用液压驱动技术在我国科技领域的地位

6.1 列为国家重大科技成果转化项目

6.2 全国第七届发明创新奖

6.3 全国发明博览会银奖

6.4 国家创新基金项目

6.5 国家火炬计划项目

6.6 湖南省首台（套）重大技术装备奖励项目

6.7 湖南省第四届科技博览会科技创新金奖

6.8 湖南省首届职工科技创新三等奖

6.9 湖南省科技进步三等奖

7 “猴车”用液压驱动技术具有我国自主知识产权

7.1 共申请专利25项

7.2 PCT国际专利1项(已进入8个产煤大国的专利保护)，发明专利4项，实用新型专利17项，外观专利3项。