巩孔正， 张 星， 陈 微， 黄鹏飞

（西安煤矿机械有限公司， 陕西 西安 710201）

引言

目前国内掘进机，截割头靠电机通过截割减速箱进行驱动，其余部件采取液压驱动。液压驱动的主要动力源就是掘进机的泵站，泵站好比掘进机的心脏，给所有运动部件提供液压动力。油泵和油泵电机共同合作，将油箱内的低压液压油转化为高压液压油，然后驱动液压油缸和液压马达的运动，进而实现掘进机各个部件的动作，最终实现煤矿巷道掘进的目的。掘进机各个动作的液压驱动，就是为了实现运动的平稳性。然而油泵电机传动到齿轮泵的动力是否平稳直接影响着掘进机各运动部件的运动。由于掘进机系统运动单元较多，设计过程中往往需要两个油泵共同分担。

某种小型掘进机设计的液压系统中（图1），一个油泵电机带动两个齿轮泵实现能量的转换。这种结构是油泵电机通过一个齿轮箱将动力分别传递给两个齿轮泵，然后将能量传递到动力元件。这种结构虽然简单可靠，运动平稳，但是齿轮箱的加工成本较高，而且齿轮的加工精度以及装配误差往往会造成齿轮啮合的不平稳，从而导致齿轮的磨损，进而导致齿轮箱以及齿轮泵的损坏。在实际使用过程中，这种液压结构常常会因为齿轮箱的损坏而造成系统的不动作。所以经过市场的验证以及系统的分析，对原有的系统结构做了改进，将油泵电机换成两端双输出轴电机，将齿轮泵布置在电机的两侧，减小了中间齿轮箱的动力损耗，保证了泵站的平稳输出，从而保证各运动部件的平稳动作。

图1 掘进机系统

1 改进前的泵站系统

1.1 泵站的工作原理

如图2 所示为泵站结构示意图，工作中，油泵电机启动后，通过一个齿轮箱将油泵电机的动力分别传递给两个齿轮泵，齿轮泵再将油箱中的低压液压油转换为高压液压油，再通过开关换向阀送到掘进机的执行机构，从而实现掘进机前后左右移动，以及截割部的上下左右动作。实现煤矿巷道的快速掘进。

图2 泵站

1.2 齿轮箱工作原理

齿轮箱在泵站中的作用就是将泵电机的输出动力平均传递给两个齿轮泵。两个齿轮泵带动相应的运动部件动作。齿轮箱的作用主要是将一个动力源分成两个动力源，不存在速度的变化。虽然泵电机简单可靠，但是齿轮箱的加工难度较大。因为齿轮泵主要是传递电机到齿轮箱的能量，里面的齿轮都在高速转动，因此在加工过程中，齿轮材料如何选择，齿轮表面的加工精度，热处理的强度，轴承间隙的选择，都会对齿轮箱造成较大的影响，从而影响齿轮箱动力传递的平稳性，进而影响整个设备的性能。另一个原因是齿轮箱的加工成本较高，对整机的成本造成一定的影响，在市场的竞争力也会降低[1-3]。

2 改进后的液压系统

2.1 泵站工作原理

针对齿轮箱对系统造成较大的误差，综合液压系统性能分析以及设备成本的问题，选用一种双输出轴的电机，这种电机两端同时伸出一个输出轴，两个输出轴分别带动两个齿轮泵工作。由于电机的转向是一定的，所以电机两端的齿轮泵需要选择旋向相反的齿轮泵，这样泵电机在启停时，两个齿轮泵能够同时工作或停止，不会出现泵的吸空现象。齿轮泵如果出现吸空现象，齿轮的高速旋转会造成高温现象，进而烧坏齿轮泵。两个齿轮泵分别向掘进机不同的运动油缸和马达提供高压液压油。这种连接方式减少了齿轮箱中间环节的误差损耗，传动效率更高。新泵站连接方式如图3 所示。

图3 泵站装配图

2.2 液压系统连接关系

整个液压系统中，双输出轴电机分别和两个齿轮泵相连，齿轮泵的主泵通过液压油管和掘进机油箱相连，将油箱中的低压液压油经过齿轮泵转换成高压油，然后通过高压油管分别送到五组单联开关换向阀和四联开关换向阀，然后控制掘进机各个运动单元的动作，最后通过开关换向阀实现各执行元件的动作。系统的液压原理图如图4 所示。

图4 液压系统原理图

3 结语

此次改进设计的双输出轴电机+两个齿轮泵的设计，减少了齿轮箱的中间转换环节，减小了系统故障，提高了系统的传动效率，降低了系统的成本；电机和齿轮泵通过弹性柱销联轴器连接，对中性好，传动效率更高。综合系统的改进，在传动效率和系统成本上都有了较大的提高。