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1、安徽理工大学硕士学位论文微机控制采煤机测试系统研究姓名：王红申请学位级别：硕士专业：矿物加工工程指导教师：栾振辉20060606摘要摘要本论文主要是针对一些煤矿的采煤机试验台设备陈旧、功能简单的现状，运用先进的测控技术研制的一套采煤机测试系统。微机控制采煤机综合测试系统是以机、电、液技术为基础，综合运用液压传动、计算机、传感器技术、比例控制技术、集成插装技术等高新技术而研制开发的一种综合试验检测装景，它可按照原机械工业部的有关标准，对各种型号与规格采煤机牵引部、泵(马达)模拟各种设备的实际工况进行空载、满载和超载性能试验，全部测试数据都在软件控制下由计算机自动采集与处理。在全面考虑了监控系统中
2、软件设计的可重用性和可扩展性的要求后，本论文主要运用了实时监控的开发技术，面向体系的设计策略和直接操作的界面风格，利用大庆三维公司的力控组态软件对上位机软件系统进行开发，为用户提供友好、简单、方便的动态显示界面。微机控制采煤机综合测试系统的研究对提高采煤机及其它液压设备的制造和维修质量，保障煤矿高产、高效具有十分重要的意义。图【3 7】表【14】参【4 8】关键词：测试系统：液压泵；马达；牵引部；传感器；组态软件安徽理工人学硕士学位论文A b s t r a c tT h i sp a p e ri st od e v e l o pan e wt e s t i n gs y s t e m
3、w i t l la d V a n c e dt e c l l n o l o 酉e sf o rm i n in gm a c h i n e st ou p g r a d et e s t i n ge q u i p m e n t s 衲ec o m p u t e r _ c o m m l l e dt e s t i n gs y S t c mi ss y n t h e s i z e de q u i p m e n tb yi n t e 乒a t i n gm ayt e c h n o l o g i e s，s u c ha sh y d r 卸l i ct
4、r a n s m i s s i o，c o m p u t e r，s e n s o r，p r 叩o n i o nc o n t m LT h i ss y s t c mc a na d a p tt h ef o 珊c Ts t 粕d a r d s0 fM i n i s 田o fM a c h i n c r y；a n dc 髓b eo p e ra 上e d u n d e r d i f f e r c n t c o n d i t i o n s o f l o a d f r o m 0 t o o v e r l o o i n o r d e r t o i
5、m“a t c 也c wo r k j n gs i t u a t i o nO fa l lk i n d so fm i n i l l gm a c h j I l e s；孤dt h ee n t i r ed a t aa r e 卸t o m a t i c a l l yco l l e d e da dn a t e db y c o m p u t e LA 血c ra l l-a s p e c tc o n s i d e r i n gt h er e u s a b i l i t y 柚de x p 趼d a b i l i t yo fs o 脚a r ed e
6、 s i 弘i nt h em o n i t o r i I l gs y s t e mi n t h i sp a p e r，w em a i n l yu t n i z cm ed e V e l o p m e tt e c h n i q u eo fr e a l t i m es y s t c m，0 b j e c l()r i e t e dD e s i 肛m e l h o da n dD i r c c tM a n i p u l a t i o nf c a t u r e A c c o r d j n gt ot h ed 锄a l l d，w ep u
7、 tf o 刑缸dak i n d0 f 朋e n t e r p r i S e sn e t w o r ks c h e m e，w h i c ha c c o m p l i s h e st h em o d u l ed e s i g no ft I l es y s t e ms t n l c t u r ea n dp r o g m m A n df i n a l l y w ed e v e l o pt h es o f t w 盯es y s t e mb a s e do nF o r c e o o m m l n f i g u r a t i o s o
8、 行w 盯e W bp r c s e n tt h cd y n a m i cV i s i o nt 0u s e rf r i e n d l y w h i c hm a k e st h eo p e r a t o rm o n i t O rt l l ew h o l ep r o d u c t i O np m c e s s 1 1 l et e s t i n gs y s t e mh s 趾i I I l p o n 柚ts i 印诟c a n c cf o rm a l【i n ga l l dr 印a i r i n gm i n i n gm a c h i
9、 n e s nc 弛s e c u r cc o a lm i n i n gh 州n gah i g hy i e l da n d h i g h a c t i v i ty F i g【3 7】1 阻b【1 4】R e f【4 8】K e y W o r d s：t e s t i I 培s y s t e m；p u m p；m o t o r；s h e a r e rh a u l a g eu n it；s e n s o r；c 0 j g I l r a t i o ns o f t、a r e1 1独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得
10、的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塞煎垄王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：曼j 三日期：!兰年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解塞徽理王太堂有保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于塞徵堡王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可
11、以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：移f。锄张害书哗aJ签字日期：嘶歹月日签字日期：伽6 年口占月引言弓口采煤机是现代化煤矿高产工作面中不可缺少的主要设备，采煤机工作的可靠性对实现工作面机械化的预期目标，保证高产稳产具有重要的意义。采煤机在大修后进行各部件的测试试验，对维修装配质量及各部件的技术性能进行测试、检查，以保证总装后总机的性能，对提高采煤机大修后的工作可靠性，降低井下工作故障率和返修率具有十分积极的保障作用。淮南矿业集团下属煤矿都是些大型综合机械化采煤矿井，使用的采煤机比较多，但是一直没有一比较先进的试验设备对检
12、修后的采煤机的主要液压件的技术参数和性能进行检测，目前采用的采煤机测试系统都是比较陈旧的设备，测试系统功能比较简单，操作困难，试验数据人工采集，数据处理繁琐，因此大部分测试系统目前都基本处于停用状态，这严重影响了煤矿的生产，降低了企业效益，对保障煤矿生产极为不利。采煤机测试系统由计算机及先进的检测元件组成，可对实验过程的液压参量进行快速、精确地自动采样、实时显示处理和控制，能大大提高测试和数据处理的精度与速度，改善测试的重复性与可靠性，节约人力、物力。对提高采煤机及其他液压设备的制造和维修质量，具有十分重要的意义。采煤机测试系统为采煤机大修提供了有效的测试试验手段。安徽理：=【=大学硕士学位论
13、文l 绪论1 1 问题的提出8|1 综逑随着微型计算机技术的发展，其应用已广泛渗透到工程技术、社会经济和家庭警活静吾个领域进行数毽计算、工监控制、数箍娥理、辅助设计稠人工智毹等等的工作。微型计算机的成熟发展使其进入液压传动和控制领域成丁必然趋势，并一定会导致液压技术的根本变革，因诧鬣界上备翻都十分重视徽灏计算机在液压技术中的皮用研究。近年来，微型计算机和液压技术的结食已日趋成熟，计算机辅韵测试在液压领域的广泛应用，使很多自动控制系统用其软件来对系统进行校正、数据采集、数据分析、数据过滤、数据建模及绘制曲线。微粼计算机进入液蕊控制领域，使系统豹性能、自动纯程度丈为提商。弱前，许多液压设备都开始使
14、用计算枫对液熙技术进行在线控制，即对液压系统矛珏元传发出指令，并逶过传感器检测，而得到的运彳亍参数反馈到计算机进行蜜时处理实现最优控制和系统故障诊颤。液压元件和系统的高精度测试魁研究液压理论、提高液压元件和系统的性能的必不可少的手段。随着科学技本的发展，生产效攀越来越态，对液压元传秘系统的测量要求也越来越复杂，尤其是数据处蠊的精度和速度融引起各方面的敷视。2。国内外渡篷计算凝辏助测试技术(c 斌)麓奔蚕终缀攀戳嚣琵毒滚殛肇l 逡袋霹积实验塞游诗舞魏辘动溺试羧本应瘸子产赫融厂检验和理论研究的先钢，翔荧藏靛s 鼬d n 8 徽公司豹液匿传动实验台用计舞梳进行测验数据采集，日本制镧所建立了柱塞裂靓率
15、实验台，英国图家实验室搠肖计算极控制的媾O 标准实验螽，法国机械工她磷炎中心也傲了类似的工作。謇雨G 秀袋较霉豹擎像爨上海爨矿壤城磷究瑟，盔l 孵努每豪丧骚裁了裔大功率的浆、褥达性能试验台，由微机来辅助测试。但由于当时我国的计算枫水平还处于初级阶段，该试验台仪能实现静态性能测试，对数据进行简单的运算，髑限牲较大。上海气动研究联、上海工业大学和上海铁道学院墩螺继建立了微糗穗劲液匿裂、马达鞠瘸瓣溺斌蓉统。塞至嚣裁获辔滚歪c A 誉磷突懿秘磺萃谴、蔫等院校、公司溅经很多且已_ 野发国了很多离褴能的液压泵微帆辅韵铡控系统；璁京理工大学开发的液压泵工作特性C A=r 实验台；华中科技大学使用8 0 8
16、9 单片机开发的液压裂鹈马达智能测试系缝；天津理工学黢开发数诗算捉转动泵阕动戆悫试骚台滚压系绫；大连滚蓬件厂跨冀泵公司亳跨潮瓣锾程羲赣溅试瓣转淘泵整厂试2 第l 章绪论验系统；山东科技大学开发的液压泵试验台c A T 系统等。此外一些通用液愿元件e A T 系绫氇程继窭嚣，较罕懿毒上海交逶大学与琵垂滚基箨厂会终开发黪磷疆、大流量液压阀。虹试骏台，该系统可进行三大类液压阀的实骏测试，除完成实验数据的采集、处理和测试结果输出外，还可以实现对试验流量、压力和温度的实嚣控铡，并由激极来蹇或实验王滋黪设蓑与切羧，健测试糖发达裂B 级要求；武汉钢铁公司冷轧厂与武汉冶金科技大学共嗣研制的液压伺服油缸静动态特
17、性C A T 系统；其它通用试验台有北京航空航天大学开发的液压阀通用c A T 试验台及上海大攀针对大通黪1 5 噫载重卡率斡滚压试验台系统，还鸯濒汪大学研铡嚣发的以数獭采集卡为核心硬件、以上海N l 公司硪潮开发的u m 婚，I N D 0 w s c 期专用测试软件为开发平台的液压阀媳用c A T 试验台等。实现液压元件试验台c A T系统的避用他，以最少的资金投入、最少的场媳占用来潢足不同种类液压毙传鲍实验要求，是c 矗苫系统静一个发鼹趋势。1 2C A T 应用分析1 1|1 2 9】1 钡试技术概况瘊镶溯试是涮羹辩凌睦酶统髂，是一个跌客溪事耪孛提取蠢关售惠豹诀识过程。测擞过程主要完成
18、：1)数据采煞与处理，即使用敏感器件及其系统获取被测对象的真接信息进行加工处理，以获得说明被测附蒙特征信息的数据集合；2)通遘特诬僚惠寒了蘩被溅难蒙运霉状态是虿正常，势裁蘩其运簿震莹赘饶劣。试验过程主纂完成：(1)对被测对象的负载及运行环境进行模拟(也称加载或仿真，其软硬件漩置称为仿舆系统或装置)：(2)对仿嶷系统进行操作，即控制。测试技术麴发袋与生产实践、辩学实验窳擎艇辕榛或，囊要经历了软下三令除段；手动阶段：数据采集、处理及对仿真系统的控制均由入工进行。自动测试：数据采集由传感器、二次仪表及记录仪等构成的测量装置来自动进行，德测量数据的分振与处理及傍囊系统韵控裁主要依赖人工。计冀枫辅助测试
19、(a 程)：宙计舞枫及其羚灏设备代替大部分上述入工操作，数据的采集、分析与处理、显示和记录均依靠计算机进行，大大提高了测试精度与速度，扩大了测试范隧。2+液匿c 瑟技术静发震过稳液服。虹的任务就是运用计算机技术来测试液压元件绒系统的静动态性能。在此过程中，计算机的任务是：调节和控制液压参数，如温度、压力、流擐等；采集试验数据；数援鲶瑾；试验绥聚魏显示、豁帮、绘图。一个吴薅豹系绞弱测试过程可用计算机完成上述四项任务，实现测试过程的全部自动化。安徽理=人学硕士学位论文随着液压c A T 技术的广泛应用，先后出现了如下所述的四种模式，它们也基本代表着液压元件c A T 技术的发展过程：(1)常规二次
20、仪表+微处理机结构+汇编语言(图1)液压茧测试板系统机圈1 采用微处理机的液压c A TF 培lb y d 糟u l i cc Tu s i n gm i c r o p r o c e s s o r(2)常规二次仪表+专用输入接口+计算机系统+高级语言(图2)液骶测试系统F i g 2m i c r o c o m p u 咖d a t a 虻q u i s i t i 蚰s y s 蛔nu s i n gs p e c mi n 蛔矗c e(3)常规二次仪表+通用输入接口+计算机系统+高级语言(图3)液压测试系统图3采用通用接口的微机数据采集系统F i g 3f n i c r o c
21、o m p u t 盱d a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m 惦i n gg e n e r a li n 蛔f a c e(4)兼有试验数据采集和计算机控制功能的微机系统(图4)液压堡壁堡F 爿竺垒苎竺：计=刊塑些望墨测试算系统机拄制执行器：爿输出接口b=销鞔枣孳l牵引力(k N)4 鞫牵引逋度(m m i n)O 一7 2主泵燃号z B l 2 5 斜轴式轴晦柱塞泵额定疆力簿P 曲2 5最高聪力(M P a)3 2?一安徽理工大学硕士学位论文工作压力f M P 曲1 7额定转速f 疗m 抽)2 2。o最高转瀵(r m i n)2 5 0 0理论摊爨(
22、m l 肿1 2 5工锋转速f 蛾A 蛐2 l 酾辅助泵烈号C B K l 0 2 5 B 4 F L 型齿轮泵额定匿力(M P a)1 6爱毫蕊力瓣荀钧工作压力(M P a)3额定转蟪(r m i n)2 0 0 0最毫转遽f 涵瓣2 5 理论摊嫩(m l 国2 5工作转速(r，m i n)1 7 9 2液压马达型号A 攫l 蝴6。l 糙斜辘式轴良柱塞马这工作疆麓(M P a)1 5最大工作转速(r m i n)1 1 5 5调高泵怒与辅助泵弼一系列的c B K l O l l B 4 F 戮齿轮泵，但其旋转方商皇璇韵泵稳反。主要蓑零参数：工作压力(M P a)2 0理论排鼹(m l n1
23、2工锋转速彰m 竭1 7 9 2工作排嫩(m l r)1 8M G 3 7 5，A w 型采煤机牵引部的主骚液压元件为1 2 5 E V B l 型斜轴式变量轴向往塞泵、c B K l 龆彰6 鍪l 装轮夏窝1 2 5 嚣x S 一8 x 及瓣辘式定量轴怒瞧参马达。1 2 5 E v B l 型斜轴式变景轴向柱塞祭主要技术参数如下：额定压力(M P a)2 5最离压力f M 豫，3 2工 乍压力(M P a)1 7额定转速f r m i n l2 2 0 0最高转速f 抽蛐2 5 工作转速f m i n)2 1 6 5理论排慑f l m 0 1 2 58-第2 章灏0 试系统的_ 工作原理1
24、2 5 E x s 8 x Z l 斜轴式定量轴向柱寨马达韵主要技术参数为：理论排量(1 m i n)1 2 5额定压力(M P a)2 5最高压力(M P a)3 2工作压力(M P a)1 7额定转速(r m i n)2 2 0 0最高转速(r m i n)2 5 0 0工作转速(r，佃i n)9 7 2C B K l 0 加怕型齿轮泵是由C B K l 0 2 0 和C B K 6 高压齿轮泵联接而成，C B K l 0 2 0 为系统的补油泵，c B K 6 为调高泵。其的主要技术参数为：型号C B K l 0 2 0C B K 6理论排量(m 脚62 0工作压力(M P a)2 03
25、工作转速(咖i n)2 0 3 82 0 3 82 试验项目“删采煤机测试系统需完成采煤机出厂试验规范中规定的液压泵、液压马达以及牵引部的各项性能试验。1)液压泵的试验：跑合试验满载试验超载试验液压泵试验检测的参数主要有：加载压力液压泵空载输出流量液压泵输入转矩液压泵输入转速液压泵工作油温、壳体温度2)液压马达的试验：跑合试验满载试验超载试验液压马达试验检测的参数主要有：-9-安徽理工大学硕士学位论文加载压力滚匿马达空载输出流鬃液压马达输出转矩液压马达输出转速滚压马达王作漓溢、褒藩温度液压马达泄漏量3)牵引部试验跑台试验满载试验超载试验牵弓|部试骏检溅酶参数主要有：加载蓬力牵引部输出转速牵引部
26、输出转矩2 3 测试系统羔裕原理溅嫦：l1 液压聚试验电机通道变速箱、转缀转速传感器驱动被试液压泵，在被试液压泵出油管路中设鬟溢流蠲，调节溢流润压力遗孬热簸，由捡溺元佟检溺滚燕裂翡各瑷楼熊参数。液压泵试验原理如闰5 所示。图5 液雎泵试验原理闰F i g 5s 浊e m a l i cd i a g 豫mo fh y d f a m i ep H m pe 巡擗矗越e n l2 滚滚马达试验电机驱动液压泵，液厩泵排出的商压油进入被试液压马达，被试液压马达出轴经转矩转速传感器驱动加载泵，马达性能参数由梭测元件检测。液压马达试验蘸莲魏翦6 掰示。-l e 第2 章测试系统的：作原理圈6 液惩马达试
27、验藤理翻f 哇g 6s c h e m a t i c d i a 星黼m o f h y d b 毽l k l 轴o l o f e 群嘲妇地矗l3 零弓l 部试验牵碍l 部由采煤机主电机驱动，举引部链轮输出轴与加载装嚣联接，采用溢流阀加载，原理同液压鞴这试验，并采丽同一加载系统。牵弓|聱试验藤瑾麴图7 掰承。l 热瓣liI|o1 _ rll 纛电机牵萼|郯圈7 牵日l 部试验原理豳l 酶7s c k m a 畦cd i 巍鲫o f 由釉ge】甲髓瞅糟n t，l 圭-安徽理工大学硕士学位论文3 液压系统设计3 1 液压系统的类型液压系统的类型很多，通常按油液循环方式的不同，可将其分为开式系统
28、和闭式系统两大类。常见的液压系统大部分都是开式系统，其特点是：液压泵直接从油箱吸取油液，经换向阀送入执行元件(液压缸或液压马达)，执行元件的回油经换向阀返回油箱，循环油路在油箱中断开。开式系统中，工作油液可在油箱中冷却及分离、沉淀杂质后再进入工作循环。另一方面，因油液与空气接触，空气容易进入系统，导致工作机构运动的不平稳及其他不良后果，为了保证工作机构运动的平稳性，在开式系统的回油路上常设置背压阀，但这样又引起附加的能量损失，使油温升高。在闭式系统中，液压泵输出的油液直接进入执行元件，执行元件的回油与液压泵的吸油管直接相连，工作液体在系统的管路中进行封闭循环，执行元件通常是能连续旋转的液压马达
29、，液压泵常用双向变量液压泵，以适应液压马达转速和旋转方向变化的要求。由于系统总存在泄漏。需用补油泵来进行补油和热交换。闭式系统结构紧凑，系统油液与空气接触的机会较少，空气不容易进入系统，故传动的平稳性好。另外，按液压系统中液压泵的数目不同，又可将液压系统分为单泵系统、双泵系统和多泵系统。单泵系统是由一个液压泵向一个或一组执行元件供油的液压系统。单泵系统适用于不需要进行多种复合动作的主机，也适用于各种需要顺序动作的机械设备。对某些工作循环中，既需要实现复合动作，又需要对这些动作进行单独调节时，仅采用单泵系统显然是不够理想的，为了更有效地利用发动机功率和提高工作性能，多采用双泵系统或多泵系统。双泵
30、液压系统实际上是两个单泵液压系统的组合，每台泵可以分别向各自回路中的执行元件供油，每台泵的功率是根据各自回路中所需的功率而定，这样可以保证进行复合动作。当系统中只需要进行单个动作而又要充分利用发动机功率时，可采用合流供油方式，即将两台液压泵的流量同时供给一个执行元件。这样可使工件机构的运动速度加快。在液压系统中采用两台以上的液压泵向系统供油，B 口为多泵液压系统，这样可以按照主机的工作情况把不同的回路组合在一起，以期获得主机最佳的工作性能。1 2 第3 章液压系统设计根据以上分析以及采煤机测试系统需要进行的试验项目多的特点，本液压系统采用多泵开式系统。3 2 液压系统的原理分析【3 5 J采煤
31、机测试系统需要进行液压泵、马达及牵引部等多个元部件的试验，每个元部件又有多项试验内容，但是，并非多个元部件同时试验，而且本测试系统只在液压泵、马达或牵引部检修时才使用。因此，可针对每个元部件单独进行回路设计，然后再将其组合在一起。液压泵试验时，采用电机经增速箱直接驱动液压泵，液压泵出口溢流阀加载的试验方法。液压泵的输入功率由转矩转速传感器测量，液压泵的性能由压力传感器和流量传感器测量。液压马达试验时，采用电机驱动液压泵，液压泵输出的压力油驱动液压马达，液压马达出轴经增速箱驱动加载泵，由溢流阀对加载泵进行加载的试验方法。液压马达的输出转速和转矩由转矩转速传感器测量。牵引部试验时，采用采煤机主电机
32、直接驱动牵引部，牵引部出轴经增速箱驱动加载泵，由溢流阀对加载泵进行加载的试验方法。其测量原理与液压马达的测量原理相同。3 3 液压系统设计【1 l】l t：】【3 6】【3 7】液压系统设计必须从实际出发，注重调查研究，在满足工作性能要求、工作可靠的前提下，力求系统结构简单、成本低、效率高、操作维护方便及使用寿命长。根据上述分析，本澳4 试系统的液压系统由泵站系统、液压泵系统、液压马达系统、牵引部系统等4 个部分组成。1)液压泵站系统液压泵站系统的原理如图8 所示，其主要由供油泵1、溢流阀2、整流阀组3、加载溢流阀4、流量计5、背压阀6 等组成。2)液压泵系统液压泵系统如图9 所示，其主要由电
33、机1、增速箱2、转矩转速传感器3、被试液压泵4、整流阀组5、加载溢流阀6、流量传感器7、压力传感器8 等组成。整流阀组5 是为了适应液压泵正反转的需要。系统工作时，被试泵由泵站的供油泵供油，通过溢流阀6 加载。被试泵4 的输入功率由转矩转速传感器3 测量，其性能由压力传感器8(和，或压力计)和流量传感器7(和或流量计)测量。】3 安徽理工大学硕二b 学位论文圈8液压泵站原理图F 嘧8s c l l a 蛞c 赫酆m o f h y d 龇娃c p w e r u 醯图9 液压泵系统F i g 9h y d r l i c”m ps y s t e m3)液压马达系统液压马达系统如图l O 所示
34、，其主要由电机1、液愿泵2、电磁溢流阀3、三位四通电磁换向阀4、被试液愿玛达5、增速箱6、转矩转遮传感器7、加载泵8、流量传感器9(和或流镦计)、激流阀1 0 等组成。系统工作时，电机l 驱动液压泵2，滚压装2 簸蹬戆撩力滚爨三位强逶毫磁换穗润4 懑入竣试滚压马达5，骂运露辏经增逮稳6、转艇转速接黪器7 囊魂燕鼗象8。麓载聚8 豹避氆涵日攘渡逶裘1 4 第3 颦液压系统设计站中的整流阀组，其加载系统与液燧泵系统相同。被试马达的输出转矩转逮由转矩转速传感器7 溅量。被试马达豹瀵漏流量由流羹转感器9(耩减浚量诗)测量。溢流阀1 0 作背压阀用。匿l O渡压马述系统秘g。1 0h 婢鞠珏c 瑚l。|
35、s y s 妇n4)牵引部系统牵引部系统如图l l 所示，其主癸由采煤机警电机l、被试牵引部2、增速箱3、转瓣转速转惑器4、您载泵5 等缀成。系统王佟露，采媒躐童宅萋l Ii 驱麓浚试牵引部2 工作，牵引部输出轴经增滤箱3、转矩转速传感器4 驱动加载泵5。加载泵5 的进出油口接液聪泵站中的蹙流阀组，其加裁测试系统与液压马达系统相同。2翻l l 牵引部系统F i g 1】d r a ws y s l e m5)液压系统工作原理采煤撬溺试系统戆滚蘸系统激疆魏强i 2 辨示。萁主要爨裂站系统、滚溪泵系统、液压马达系统及牵引部系统等四个基本系统组成。泵站系统由供油泵1 1、供一1 5 一安徽理工大学硕
36、 学位论文油泵电机l O、溢流阀1 2 秘1 3、整滤阀缠2 0、加载漩流阀2 l、冷却器1 4、流量计8、基力流量传感器及箕二次仅表镣，还雹话鞠熬器及滚位液滠计等辫 牛。液压泵系统由被试液压泵2 8、电机2 2、增速箱2 4、转矩转速传感器2 6、整流阀组2 0、加载溢流阀2 l、冷却器1 4、流量计8 等组成。液压马达系统由液压泵5 6、巷蘸溢滚阗5 8、毫瓿5 7、三位医逶毫磁换囱阂5 4、狻试渡蓬骂逸5 l、逡速籍砗9、转矩转速传感器4 6、加载泵4 5 等组成。牵引部系统由被试牵引部6 4、增速箱4 9、转矩转速传感器4 6、加载泵4 5 等组成，其加载部分与被试马达系统相同。强1
37、2 采潆壤溅试系缝滚珏系统藤理鹭F i g 1 2h y d r a u H cs y s t e md i a g r a mo ft e s tl、l 瓢5 5、5 拿一遘滤器2 一翻热器3 瀑度诗4、5、2 9、筠、3 l、截 淹5 一湿度侮感器7 滠痰二凌坟表8、S 3 流量诗9、5 2 一瘴量二敬搜表 0、2 2、5 一毫动瓣l j、5 6 液蓬泵1 2、1 3、2 1 溢漉润1 4 冷却器1 5、1 6、1 7、1 8、3 2、3 3、4 3、艇一挟挟接头赞整漉耀缀2 3、2 5、鹅、5 8 一联辘罄2 4 一毫速溪速器2 6、4 5 转短转速簧藩器2 7、4 7 一转楚转速二次纹
38、表2 8 棱凌蒙3 4、3 7、糖、6 l 压办诤3 5、3 瓢4 l、6 2 舔力传惑器3 6、3 9、4 2、6 b 瀣力二次坟豪4 5 一趣载泵4 9 低速增逮箍5 l 一渡试马达5 垂一迄磁挟淘溺5 8 一电磁溢流阑6 4 毅试牵；|邦6 5 计算规系统葭上嚣个基本系统穗至独立，务系羲之闲逶遗寒压软警及捩换接头连接。(1)滚蘧泵试验液压泵试验对，抉羧接头1 7 与1 8 连接、3 2 与3 3 连接，蕉统鑫单囱定鳖渡1 6 第3 章液压系统设计压泵1 1 供油，其供油压力由溢流阀1 2 设定，压力值由压力表3 4 读出，同时通过压力传感器3 5 和二次仪表3 6 以及刖D 信号转换输入
39、计算机。被试液压泵2 8 由加载溢流阀2 l 进行加载，压力值由压力表4 0 读出，通过压力传感器4 1 和二次仪表4 2 接入A D，流量由流量计8 显示，并由二次仪表9 经A D 转换输入计算机。液压泵的输入功率通过转矩转速传感器2 6 和二次仪表2 7 经A D 转换输入计算机。油温可由温度计3 直接读出，并通过温度传感器6 和二次仪表7 接入计算机。系统工作时，先把被试液压泵2 8 的排量调至最小，溢流阀2 1 全开，然后调节溢流阀2 1 对液压泵2 8 加载。当液压泵2 8 正转时，由过滤器1 进油，经单向定量泵1 1、过滤器1 9、整流阀组2 0、快换接头3 2、3 3 至被试泵2
40、 8 吸油口：被试泵2 8 出油口的压力油经快换接头1 8、1 7 至整流阀组2 0、溢流阀2 1 经冷却器1 4、流量计8 回油箱。若被试液压泵2 8 反转时，进油经过滤器1、液压泵1 1、过滤器1 9、整流阀组2 0、快换接头1 7、1 8 至液压泵2 8 吸油口；液压泵2 8 排出的压力油经快换接头3 3、3 2 至整流阀组2 0、溢流阀2 l 经冷却器1 4、流量计8 回油箱。(2)液压马达试验在对液压马达5 l 进行试验时，快换接头4 3 和3 2 连接、4 4 和1 7 连接、1 5和1 6 连接，系统除了由单向定量液压泵1 1 供油外(同液压泵试验)，液压泵5 6经三位四通电磁换
41、向阀5 4 向被试液压马达供油，压力由电磁溢流阀5 8 设定，压力值由压力表6 1 显示，同时通过压力传感器6 2 和二次仪表6 3 以及A D 信号转换输入计算机。加载泵4 5 由加载溢流阀2 1 进行加载，其原理及工作过程与液压泵试验相同。被试液压马达的输出转矩和转速由转矩转速传感器4 6 检测，并由二次仪表4 7 经A D 转换输入计算机。被试马达的泄漏量由流量计5 3 显示，并由二次仪表5 2 经A D 转换输入计算机。系统的回油背压由溢流阀1 3 调定，压力值由压力表3 7 显示，同时通过压力传感器3 8 和二次仪表3 9 以及A D 信号转换输入计算机。系统工作时，电机5 7 驱动
42、液压泵5 6 运转，液压泵5 6 排出的压力油经三位四通电磁换向阀5 4 驱动被试液压马达5 1。当换向阀处于中位时，电磁溢流阀5 8 卸荷，液压泵空载运行。当换向阀上位时，马达正转，并经增速箱4 9、转矩转速传感器4 6 驱动加载泵4 5 正向运转。当换向阀下位时，马达反转，反方向驱动加载泵4 5 运转。此时，加载泵4 5 的工况与液压泵试验时被试泵2 8 的工况完全相同。(3)牵引部试验在对牵引部6 4 进行试验时，快换接头4 3 和3 2 连接、4 4 和1 7 连接。系统工1 7 安徽理工大学硕士学位论文作时，采煤机主电机驱动牵引部运转，牵引部经增速箱4 9、转速转矩传感器4 6驱动加
43、载泵4 5 运转。其工作原理及过程与液压马达试验时完全相同。3 4 主要元件的选择计算【8】【9 1 0 1【蚓圳州t z】1 液压泵液压泵是液压传动系统中的能量转换元件，由原动机驱动，把输入的机械能转换成液压能，再以压力流量的形式输送到系统中去，它是液压系统中的动力元件。液压泵的形式很多，按主要运动构件的形状和运动方式分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵四大类，同时按排量能否改变可将其分为定量泵和变量泵。液压泵是液压系统中的核心元件，合理地选择液压泵对于降低液压系统的能耗，提高系统的效率，降低噪声改善工作性能和保证系统的可靠工作都是十分重要的。选择液压泵的原则是：根据主机工况、功率大小和液压系
44、统对工作性能的要求，首先应决定选用变量泵还是定量泵，变量泵的价格高，但能达到提高工作效率、节能等要求。然后，再根据各类泵的性能特点及成本等确定选用何种结构类型的液压泵，最后按系统所要求的压力流量大小确定其规格型号。齿轮泵具有结构简单、体积小、质量轻、价格低廉、对油液的污染不敏感、允许转速较高、维护检测方便等特点。其缺点是噪声较大、不能变量等。此外，齿轮泵的自吸能力强，但是其流量和压力脉动比较大。一般适合于中低压的工况。叶片泵具有流量均匀、运转平稳、噪声低、体积小、质量轻等优点，但其抗污染能力较差，对油液的清洁度要求较高，而且叶片泵的制造工艺较复杂。柱塞泵按照柱塞在缸体内的排列不同，可分为轴向柱
45、塞式和径向柱塞式两大类，轴向柱塞泵按其结构不同又可分为斜盘式和斜轴式。轴向柱塞泵具有工作压力高、密封性好、容积效率高、易实现变量等优点，因而广泛应用于中高压液压系统中，其缺点是结构较复杂、价格高、对油液的污染比较敏感、使用维修的要求也较为严格。径向柱塞泵的特点是工作压力较高，工作可靠，但其体积较大，结构复杂，转速要求较低。液压泵的确定是根据泵的工作压力和流量以及系统对泵的性能要求。液压泵的最大工作压力p 按下式计算：p 苫p l。“+：A p(3-1)式中：1 8 第3 章液压系统设计p，一一液压执行元件的最大工作压力；孓卸一液压泵出口到执行元件入口之间所有沿程压力损失和局部压力损失之和。初算
46、时按经验数据选取，管路简单，管中流速不大时，取y 衄=o 2M P a o 5M P a；管路复杂，管中流速较大或有调速元件时，取y 印=o 5M P a 1 5M P a。液压泵的流量口按下式计算：q-K(哼)。；(3 2)式中：K 一考虑系统泄漏和溢流阀保持最小溢流量的系数，一般取K=1 1 1 3，大流量取小值，小流量取大值；(艺g)n l a】【一同时工作的执行元件的最大总流量。根据液压泵最大工作压力选择液压泵的类型；根据液压泵的流量选择液压泵的规格。选择液压泵的额定压力时，应考虑到动态过程和制造质量等因素，要使液压泵有一定的压力储备，一般泵的额定工作压力应比上述最大工作压力高2 0
47、6 0。采煤机测试系统的作用主要是检测采煤机中各液压泵、液压马达及牵引部的性能指标，为了充分利用煤矿企业的现有资源，减少备件种类，本系统选用与采煤机主泵相同的z B l 2 5 型轴向柱塞泵作为系统主泵(加载泵)，其性能参数见第2 章。根据第2 章提供的采煤机的有关参数，考虑到既要适用M G 3 7 5-A w 型采煤机的油泵和马达的测试需要，又要满足M G 2 0 0 惮7 5 w 型采煤机油泵和马达的测试需要，我们确定辅助泵1 1 的流量和压力p=2 5(M P a)q=3 2 0(1，m i n)可以选C B 1 4 0 E 齿轮泵。液压泵5 6 选C B F E 8 齿轮泵就可以满足使
48、用。2 电动机的选择电动机带动液压泵将机械能转换为液压能，对于液压泵的正常运转是非常重要的。-1 9 安徽理工人学硕士学位论文在各种电动机中，异步电动机，特别是鼠笼异步电动机，其结构简单，运行可靠，广泛应用于国民经济和日常生活的各个领域，是生产量最大、应用最广的电机。同步电动机结构比较复杂，起动比较困难，价格较高。直流电动机调速和控制性能优异，主要用于需要速度控制的高性能电力拖动系统和伺服控制系统以及便携式或移动式的电子电气设备中。液压泵在额定压力和额定流量下工作时，其驱动电机的功率可从元件手册上查到。此外，也可根据具体工况计算。在工作循环中，当液压泵的压力和流量变化较小时，液压泵所需的驱动功
49、率为：0 一p 口(3 3)式中：p 一液压泵最大工作压力；玎一液压泵最大流量；一液压泵的总效率，齿轮泵2 0 6 O 8；叶片泵2 0 7 0 8；柱塞泵叩。=0 8 0 8 5。在工作循环过程中，当液压泵的压力和流量变化较大时，液压泵所需的驱动功率应按式(3 4)计算：式中只一(3 4)只、t 在整个工作循环中，第f 个工作阶段所需的功率及所需的时间。对于被试泵捌机2 2，我们取p=2 5M P a，q=2 7 0 l m i n，仉2 0 8 5，则尸：垄!型。1 3 0(k w)6 1 2 O 7确定电动机容量：P：业。1 6 0(k w)0 7所以选Y 3 1 5 M 2 2 型异步
50、电动机。辅助泵电动机：-2 0-第3 章液压系统设计确定电动机容量曼：签!塑。1 7(蹴)6 1 2 O 7P。羔王。2 l(k w)G 0所以选J Y 2 0 0 L 1。2 烈异步电动机。同理，对于电动机5 7 选Y 1 3 2 厶2 型电动机。3，渡蹑控刳阂戆选择阀类元件豹规格成羧阀所在的圈路的最大工作压力和通过该阀的最大流濑从产品样本上选定。选用阀类元件时成考虑其结构形式、特性、滕力等级、连接方式、集成方式及操纵方建等。选择蕊力控制阀时，应考虑鹾力阀的匿力调节范霭、流量嶷纯范围、所要求的压力灵敏度和平稳性蒋。特别是激流溷的额定流露必须满足液压泵最大流燎的要求。选择流墓控翻阀辩，应考虑流