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液壓驅動系統在架空乘人裝置中的研究與應用
發布時間：2017-09-01
概述
架空乘人裝置系統在煤礦井下輔助運輸工作中發揮重要作用，它主要用于運送人員上下井，是現代化礦井必不可少的運人系統。 目前協莊煤礦在井下三個生產水平分別安設五套架空乘人裝置。驅動部系統是架空乘人裝置中的重要環節，現架空乘人裝置多采用機械動系統配置變頻調速裝置，變頻調速裝置是通過改變電動機電源的頻率而達到改變驅動系統輸出轉速的目的。變頻調速裝置能夠達到軟啟動和調節速度的功能，但目前變頻器存在如下缺陷：一是產生的諧波干擾，直接影響其它電氣設備的工作，有時甚至使其它電氣設備無法正常工作；二是工作性能也不穩定，核心元件易損壞；三是調速范圍受限，且防爆變頻器及與其配套的變頻電機價格較高；四是配置變頻器的驅動裝置電機啟動時也是帶負載啟動， 不能空載啟動；五是減速機安裝方位存在一定的局限性等。
1方案提出
要解決機械驅動系統上存在的缺陷，最好的方案是采用液壓驅動系統，同時體現節能和安全性能，顯得尤為重要，對實現人員安全運輸具有重要的意義。
1．1 液壓系統方案的選擇
由于井下潮濕、高溫散熱條件差、多塵且存在易爆炸的瓦斯氣體，因此要求液壓系統具有良好的防腐性能、足夠的冷卻能力、嚴格的防塵和防爆性能，因此液壓系統必須采用閉式傳動系統。 因為傳統的開式系統在多塵環境下易污染，穩定性和可靠性較差，調速性能較差，不能空啟動(開式泵啟動時輸出流量不為零)，在啟動和換向過程中，會對系統本身形成較大的沖擊力。 而閉式系統具有很強的抗污染能力，只要換油時不被污染，則其它情況下根本不會受污染。在啟動、停止和換向過程中很平穩，不會對系統本身形成較大的沖擊力。 目前閉式液壓傳在國際上屬于成熟的先進技術。
1．2 液壓驅動系統的優點
1.2.1 液壓驅動能實現無級調速和正反轉；
1.2.2 可以實現電機空載起動，從而提高電動機和電氣元件的使用壽命；
1.2.3 可以任意設定起動和停車的加、減速特性從而提高乘坐的舒適性；
1.2.4 液壓驅動系統的單件質量較小，便于在巷道中安裝和維護；
1.2.5 可靠性高。 在惡劣工作環境（多塵、潮濕和要求防爆）條件下，液壓驅動裝置采用結構緊湊、調速方便且能適用于惡劣環境的閉式液壓傳動系統，因而不會產生吸空和不容易污染系統。另外，由于系統中沒有方向閥和流量閥，而閉式液壓泵的可靠性又非常高，故閉式液壓傳動系統的可靠性高于開式液壓傳動系統。
1.2.6 液壓馬達可以安裝于任何方位。
1.2.7 與同等功能的機械驅動裝置相比，造價偏低，使用壽命長。
1.3 液壓驅動系統的調速方式
采用電比例無級調速技術， 這種技術在液壓調速領域是最先進的。
2方案的組織實施
經過大量調研論證后，確定實施方案。 在-850 水平人行井架空乘人系統中研究應用液壓驅動系統。
液壓驅動系統的配置方式
2.1 驅動部分的組成
該驅動部分主要包括液壓站、液壓馬達總成、驅動輪、機架及聯接裝置等。
2.2 液壓馬達直接驅動
液壓馬達直接與驅動輪相聯接，要求馬達的輸出扭矩至少為負載扭矩的 1.5 倍，以保證馬達工作的穩定性和可靠性。 液壓馬達為低速大扭矩馬達。
2.3 液壓馬達加減速器驅動
液壓馬達與減速器聯接，減速器再與驅動輪相聯接，馬達的輸出扭矩與減速器的輸入扭矩相匹配。 液壓馬達則為高速小扭矩馬達，高速小扭矩馬達的工作穩定性和可靠性能高于低速大扭矩馬達。
2.4 雙動力源工作方式
驅動系統的動力部分采用雙油泵配置方式，即動力系統由兩組獨立的供油系統并聯組成。這種方式適合于大負載且高速運行的系統采用。 當架空乘人裝置高速運行時（如上下人高峰期），兩路供油系統同時啟動工作；當架空乘人裝置低速運行時（如零星人員上下時），只啟動一路供油系統工作， 這樣即可以節約能源又提高了系統工作的效率，同時保證了系統工作的穩定性和可靠性。 當一路供油系統發生故障時，另一路供油系統可以維持工作，從而保證了系統工作效率和生產效率。
3液壓驅動與機械驅動+變頻器調速裝置的性價比
3.1 性能比較
從上表可以看出, 液壓驅動裝置克服了機械驅動+變頻調速裝置的以下缺陷：一是產生諧波干擾，對附近的電氣和通訊設備影響較大；二是性能不是很穩定，內部關鍵元件容易出故障；三是電機不能空載啟動，四是惡劣環境下的可靠性低等特點，因此液壓驅動的產品先進性十分突出。
3．2 價格比較：在達到同等功能的情況下 ，液壓驅動與變頻（四象限變頻器）調速驅動價格約低 15～25 萬元。
4液壓系統的可靠性分析
4．1 液壓系統的密封
4．1.1 液壓站中的油泵和馬達采用先進的滲鉬技術，使得其內部元件（如活塞）有很好的性能，經久耐磨，因此油泵和馬達不會發生漏油現象；
4．1.2 液壓油管為多層高耐壓（≥35MPa）油管，液壓站內多半采用優質不銹鋼管，管接頭采用獨特的 24 度錐度加密封圈的聯接方式，嚴格杜絕了漏油的現象。
4．2 液壓系統的散熱
4.2.1 閉式系統主要通過散熱器散熱冷卻， 冷卻方式可以采用水冷；也可以采用風冷方式。 油箱溫度在 55℃左右
4.2.2 液壓馬達的散熱采用冷油沖洗方式降溫，馬達溫度在 75～80℃
4.3 液壓系統的抗污染能力
液壓系統采用閉式回路，主油路與外部不接觸，只要更換過濾器和液壓油時注意清潔，則液壓系統不會被污染，因此本液壓系統抗污染能力很強。
綜上所述， 采用液壓驅動系統調速具有傳統的機械傳動+變頻調速無法比擬的優點。
5工作狀況
采用液壓驅動系統后，實現無極調速和雙速運行，可以節約能源、提高系統工作的效率，同時保證系統工作的穩定性和可靠性。 使用液壓驅動系統是今后架空乘人裝置系統的發展方向， 社會經濟效益顯著，應用前景廣闊。
摘自：中國計量測控網
