采掘機械與運輸(2) - 副本

采掘機械與運輸主講人：絢麗的風鈴機電工程系礦機教研室本書《采掘機械》共5篇，22章，每章含若干小節(jié)。第一篇：液氣壓傳動基礎知識。主要講解有關于液壓泵、液壓缸、液壓馬達、液壓控制閥的結(jié)構(gòu)、工作原理及用途。

第二篇：鑿巖機械。主要講解各類鑿巖機、鑿巖臺車、鉆機的結(jié)構(gòu)、工作原理及用途。

第三篇：裝載挖掘機械。主要講各類裝載挖掘設備的結(jié)構(gòu)、工作原理及用途。

第四篇：天井豎井掘進機械。主要講天井、豎井掘進機械的結(jié)構(gòu)、工作原理。

第五章：巷道運輸。主要講礦車、礦用電機車的結(jié)構(gòu)、工作原理及相關計算。全書概述第一篇液壓傳動及液力傳動概述液體傳動液力傳動液壓傳動★液力耦合器能源部分（泵）執(zhí)行部分（缸、馬達）控制部分（閥）輔助部分（油箱、管路）液體傳動是指用油或油水混合物作為工作介質(zhì)來實現(xiàn)能量傳遞的傳動方式?？偰夸浀谝徽乱簤罕门c液壓馬達第一節(jié)齒輪泵及齒輪馬達第二節(jié)葉片泵及葉片馬達第三節(jié)軸向柱塞泵及軸向柱塞馬達第四節(jié)徑向柱塞馬達第五節(jié)液壓泵及液壓馬達的選型“容積式”常用液壓泵與

液壓馬達★齒輪式★葉片式★柱塞式

柱塞式分為軸向柱塞式徑向柱塞式

圖1—1液壓泵和液壓馬達的職能符號

a）定量泵b）單向定量泵c）雙向定量泵d）定量馬達e）單向定量馬達f）雙向定量馬達第一節(jié)齒輪泵及齒輪馬達齒輪泵：由兩個齒輪相互嚙合在一起而構(gòu)成的泵,依靠齒輪的輪齒嚙合空間的容積變化來輸送液體的，它屬于回轉(zhuǎn)泵，也可以認為屬于容積泵。分類：按嚙合方式可以分為外嚙合齒輪泵和內(nèi)嚙合齒輪;

按輪齒的齒形可分為正齒輪泵、斜齒輪泵和人字齒輪泵等。結(jié)構(gòu)：如圖1-1所示，主要有主動齒輪、從動齒輪、泵體、泵蓋和安全閥等組成。泵體、泵蓋和齒輪構(gòu)成的密封空間就是齒輪泵的工作室。兩個齒輪的輪軸分別裝在兩泵蓋上的軸承孔內(nèi)，主動齒輪軸伸出泵體，由電動機帶動旋轉(zhuǎn)。外嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、造價低、工作可靠、應用范圍廣。

外嚙合齒輪泵是應用最廣泛的一種齒輪油泵，一般齒輪泵通常指的就是外嚙合齒輪泵。圖1-1齒輪泵結(jié)構(gòu)原理一、齒輪泵的工作原理

工作原理：如圖1-2所示，齒輪泵工作時，主動輪隨電動機一起旋轉(zhuǎn)并帶動從動輪跟著旋轉(zhuǎn)。當吸入室一側(cè)的嚙合齒逐漸分開時，吸入室容積增大，壓力降低，便將吸人管中的液體吸入泵內(nèi)；吸入液體分兩路在齒槽內(nèi)被齒輪推送到排出室。液體進入排出室后，由于兩個齒輪的輪齒不斷嚙合，便液體受擠壓而從排出室進入排出管中。主動齒輪和從動齒輪不停地旋轉(zhuǎn)，泵就能連續(xù)不斷地吸入和排出液體。圖1-2齒輪泵工作原理圖1-3外齒輪泵實際內(nèi)部結(jié)構(gòu)補充知識1-吸入室2-主動齒輪3-月形件4-從動齒輪5-排出室圖1-4內(nèi)嚙合齒輪泵結(jié)構(gòu)

圖1-4所示為內(nèi)嚙合齒輪泵，它由一對相互嚙合的內(nèi)齒輪、及它們中間的月牙形件、泵殼等構(gòu)成。月牙形件的作用是將吸入室和排出室隔開。當主動齒輪旋轉(zhuǎn)時，在齒輪脫開嚙合的地方形成局部真空，液體被吸A泵內(nèi)充滿吸入室各齒間，然后沿月牙形件的內(nèi)外兩側(cè)分兩路進入排出室。在輪齒進入嚙合的地方，存在于齒間的液體被擠壓而送進排出管。圖1-5內(nèi)嚙合齒輪泵工作原理齒輪泵除具有各種自吸泵的自吸能力功能、流量與排出壓力無關等特點外，泵殼上無吸入閥和排出閥，具有結(jié)構(gòu)簡單，流量均勻、工作可靠等特性，但效率低、噪音和振動大、易磨損，用來輸送無腐蝕性、無固體顆粒并且具有潤滑能力的各種油類，溫度一般不超過70'℃，例如潤滑油、食用植物油等。一般流量范圍為0.045～30ms／h，壓力范圍為0.7—20MPa，工作轉(zhuǎn)速為1200—4000r／min。1.齒輪泵結(jié)構(gòu)上的共性問題（1）困油現(xiàn)象及消除方法圖1-8困油現(xiàn)象二、CB-F型齒輪泵的結(jié)構(gòu)因為為了保證運行平穩(wěn)，所以齒輪泵的齒輪重合度大于一，也就是說當一對齒開始進入嚙合時，另一對齒未能脫離嚙合，這也就使得在兩對齒之間形成了一個封閉區(qū)間，該區(qū)間既不與高壓壓油區(qū)相通，也不與低壓區(qū)吸油區(qū)相通，當齒輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，在高壓區(qū)嚙入的齒之間油壓迅速增加，形成超高壓，當該隊齒轉(zhuǎn)過中間點，這對齒之間空間增大，形成吸空現(xiàn)象，出現(xiàn)大量氣穴，在增壓時，使得齒輪嚙合阻力激增，對浮動側(cè)板上的滑動軸承形成很大壓力，而在低壓區(qū)形成氣蝕和較大噪音。困油現(xiàn)象通常是在浮動側(cè)板上開卸荷槽，卸荷槽開法是在高壓嚙合區(qū)開槽，使得嚙入時形成的高壓油流入壓油區(qū)，也就是壓油口，而低壓區(qū)開槽使得嚙出時形成的真空區(qū)與吸油口相通，這樣就解決困油現(xiàn)象但是原理上內(nèi)嚙合齒輪泵沒有這個問題解決辦法（2）油的泄漏及補償產(chǎn)生原因為了使齒輪在泵體內(nèi)順利轉(zhuǎn)動，齒輪端面和側(cè)板，齒輪頂與泵體間存在間隙。危害泄漏量大會使泵的壓力降低，效率降低。解決方法采用液壓補償端面間隙法降低端面泄漏（3）徑向力及其控制方法齒輪泵工作時,在齒輪和軸承上承受徑向液壓力的作用。泵的右側(cè)為吸油腔,左側(cè)為壓油腔。在壓油腔內(nèi)有液壓力作用于齒輪上,沿著齒頂?shù)男孤┯?具有大小不等的壓力,就是齒輪和軸承受到的徑向不平衡力。液壓力越高,這個不平衡力就越大,其結(jié)果不僅加速了軸承的磨損,降低了軸承的壽命,甚至使軸變形,造成齒頂和泵體內(nèi)壁的摩擦等。為了解決徑向力不平衡問題,在有些齒輪泵上,采用開壓力平衡槽的辦法來消除徑向不平衡力,但這將使泄漏增大,容積效率降低等。CB—B型齒輪泵則采用縮小壓油腔,以減少液壓力對齒頂部分的作用面積來減小徑向不平衡力,所以泵的壓油口孔徑比吸油口孔徑要小。圖1-6齒輪泵的結(jié)構(gòu)2.CB-F型齒輪泵的結(jié)構(gòu)圖1-7型號意義

三、齒輪馬達目錄齒輪馬達工作過程與齒輪泵相反。當壓力油輸入進油腔時，由于作用在齒輪上的壓力面積存在差值，產(chǎn)生扭矩，推動兩個齒輪克服負載阻力而轉(zhuǎn)動，并把油液帶到排油腔排出。不同點1.進排油口對稱布置，并且直徑相等。2.通常不采用液壓補償端面間隙法，而采用固定間隙法以減小啟動摩擦力矩。第二節(jié)葉片泵及葉片馬達葉片泵：轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的葉片與泵殼(定子環(huán))相接觸，將吸入的液體由進油側(cè)壓向排油側(cè)的泵。葉片泵的結(jié)構(gòu)較齒輪泵復雜，但其工作壓力較高，且流量脈動小，工作平穩(wěn)，噪聲較小，壽命較長，所以被廣泛應用于專業(yè)機床、自動線等中低壓液壓系統(tǒng)中。分類葉片泵分單作用葉片泵（變量泵，最大工作壓力為7.0Mpa）和雙作用葉片泵(定量泵，最大工作壓力為7.0Mpa)。一、雙作用葉片泵的工作原理

圖2.1雙作用葉片泵工作原理1-定子；2.排油口；3-轉(zhuǎn)子；4-葉片；5-吸油口雙作用葉片泵的工作原理如圖2-1所示,泵也是由定子1、轉(zhuǎn)子2、葉片3和配油盤(圖中未畫出)等組成。

轉(zhuǎn)子和定子中心重合,定子內(nèi)表面近似為橢圓柱形,該橢圓形由兩段長半徑R、兩段短半徑r和四段過渡曲線所組成。當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時,葉片在離心力和(建壓后)根部壓力油的作用下,在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)作徑向移動而壓向定子內(nèi)表,由葉片、定子的內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子的外表面和兩側(cè)配油盤間形成若干個密封空間,當轉(zhuǎn)子按圖示方向旋轉(zhuǎn)時,處在小圓弧上的密封空間經(jīng)過渡曲線而運動到大圓弧的過程中,葉片外伸,密封空間的容積增大,要吸入油液;再從大圓弧經(jīng)過渡曲線運動到小圓弧的過程中,葉片被定子內(nèi)壁逐漸壓進槽內(nèi),密封空間容積變小,將油液從壓油口壓出,因而,當轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周,每個工作空間要完成兩次吸油和壓油,所以稱之為雙作用葉片泵,這種葉片泵由于有兩個吸油腔和兩個壓油腔,并且各自的中心夾角是對稱的,所以作用在轉(zhuǎn)子上的油液壓力相互平衡,因此雙作用葉片泵又稱為卸荷式葉片泵,為了要使徑向力完全平衡,密封空間數(shù)(即葉片數(shù))應當是雙數(shù)。二、YB型雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)1.葉片泵結(jié)構(gòu)上的共性問題（1）定子內(nèi)表面的過渡曲線采用等加速等減速曲線（2）定子內(nèi)表面的圓弧區(qū)，比相鄰兩葉片所加的弧長大（3）葉片在轉(zhuǎn)子內(nèi)安裝不是徑向，而是沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向向前傾一定角度。前傾角度約為13°（4）為了使葉片始終貼緊定子內(nèi)壁，緊靠離心力明顯不足，故將壓力油引入葉片底部2.YB型葉片泵的結(jié)構(gòu)三、葉片馬達圖3葉片馬達結(jié)構(gòu)原理當壓力為p的油掖從進油口進入葉片1和葉片3之間時，葉片2因兩面均受液壓油的作用，所以不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。葉片1和葉片3的一側(cè)作用高壓油，另一側(cè)作用低壓油．并且葉片3伸出的面積大于葉片1伸出的面積，因此使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生順時針方向的轉(zhuǎn)矩。同樣，當壓力油進入葉片5和葉片7之間時，葉片7伸出面積大于葉片5伸出的面積，也產(chǎn)生順時針方向的轉(zhuǎn)矩，從而把油液的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能。工作原理第三節(jié)軸向柱塞泵及軸向柱塞馬達依靠柱塞在缸體中往復運動，使密封工作腔的容積發(fā)生變化來實現(xiàn)吸油、壓油。柱塞泵柱塞泵具有額定壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高和流量調(diào)節(jié)方便等。優(yōu)點用途應用于高壓、大流量和流量需要調(diào)節(jié)的場合，諸如液壓機、工程機械和船舶中。分類分為斜盤式軸向柱塞泵與斜軸式軸向柱塞泵柱塞泵是往復泵的一種，屬于體積泵，其柱塞靠泵軸的偏心轉(zhuǎn)動驅(qū)動，往復運動，其吸入和排出閥都是單向閥。當柱塞外拉時，工作室內(nèi)壓力降低，出口閥關閉，低于進口壓力時，進口閥打開，液體進入；柱塞內(nèi)推時，工作室壓力升高，進口閥關閉，高于出口壓力時，出口閥打開，液體排出。當傳動軸帶動缸體旋轉(zhuǎn)時，斜盤將柱塞從缸體中拉出或推回，完成吸排油過程。柱塞與缸孔組成的工作容腔中的油液通過配油盤分別與泵的吸、排油腔相通。變量機構(gòu)用來改變斜盤的傾角，通過調(diào)節(jié)斜盤的傾角可改變泵的排量。柱塞泵工作原理當缸體軸線和傳動軸軸線重合時，稱為斜盤式軸向柱塞泵；當缸體軸線和傳動軸軸線不在一條直線上，而成一個夾角γ時，稱為斜軸式軸向柱塞泵。一、斜盤式軸向柱塞泵及馬達1.斜盤式軸向柱塞泵的工作原理圖1-11滑履結(jié)構(gòu)與工作原理為了提高工作壓力和減小磨損，柱塞球頭并非直接沿斜盤滑動，而是通過滑履與斜盤接觸?；谋ё∏蝾^，通過球頭的中心小孔把壓力油引入球頭與滑履之間的環(huán)形小室，再通過滑履中心孔輸入盤狀小室。工作時壓力油作用在柱塞底部，產(chǎn)生壓向斜盤的壓緊力。它由斜盤1、柱塞2、缸體3、配流盤4、傳動軸5等主要零件組成。缸體上沿圓周均勻分布若干軸向排列的柱塞缸，柱塞可在其中靈活滑動。斜盤和配流盤固定不動，傳動軸5帶動缸體3和柱塞2一起轉(zhuǎn)動，柱塞在低壓油（由輔助泵供給）的作用下或靠機械聯(lián)接裝置使其被壓在斜盤上。缸體每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個柱塞往復移動一次，完成一次吸油和壓油。改變斜盤傾斜角度δ大小，可以改變柱塞往復運動的行程長度，從而改變了泵的排量。缸體和配流盤之間，柱塞和缸體之間，存在間隙，這會產(chǎn)生油液的泄漏，影響泵的容積效率。2.SCY型軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)圖3-16直軸式向柱塞泵結(jié)構(gòu)

1—轉(zhuǎn)動手輪2—斜盤3—回程盤4—滑履5—柱塞6—缸體7—配油盤8—傳動軸斜盤式軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)3.斜盤式軸向柱塞馬達圖3-6斜盤式軸向柱塞馬達工作原理斜盤式軸向柱塞馬達工作原理

斜盤式軸向柱塞馬達屬高速小轉(zhuǎn)矩液壓馬達，圖3-6為其工作原理。斜盤給每個柱塞的反作用力F是垂直于斜盤端面的。該反作用力可分解為兩個分力：水平分力Fξ，它和作用在柱塞上的液壓推力相平衡；另一個為垂直分力Fψ。分別由下式求得

（3—21）

（3—22）式中d—柱塞直徑；

ｐ—輸入馬達的油液壓力；

δ—斜盤的傾斜角。

垂直分力Fψ，使處于壓油區(qū)的每個柱塞都對轉(zhuǎn)子中心產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)矩，這些轉(zhuǎn)矩的總和使缸體帶動液壓馬達輸出軸作逆時針方向旋轉(zhuǎn)。若使進、回油路交換，即改變輸入油方向，則液壓馬達的旋轉(zhuǎn)方向亦隨之而改變。二、斜軸式軸向柱塞泵及馬達1.斜軸式軸向柱塞泵的工作原理

當主軸旋轉(zhuǎn)時，連桿與柱塞內(nèi)壁接觸，通過柱塞帶動缸體旋轉(zhuǎn)，同時連桿帶動柱塞在缸體柱塞孔內(nèi)作往復運動，使柱塞底部的密封容積發(fā)生周期性的變化，通過配油盤的吸、壓窗口完成吸油和壓油過程。2.ZKB型軸向柱塞泵的工作原理第四節(jié)徑向柱塞馬達徑向柱塞馬達分為：內(nèi)曲線多作用式；

靜力平衡式；曲軸連桿式。內(nèi)曲線多作用式油缸油泵油馬達，工作原理屬一家：能量轉(zhuǎn)換共同點，均靠容積來變化，出油容積必縮小，進油容積則擴大。油泵輸出壓力油，出油當然是高壓，缸和馬達與泵反，出油自然是低壓。工作壓差看負載，負載含義要記下：油泵不僅看外載，管路阻力也得加，缸和馬達帶負載，壓差只是克服它。流量大小看速度，再看排量小與大，單位位移需油量，排量含義就是它。

液壓馬達控制回路一、內(nèi)曲線多作用式馬達液壓馬達由定子1、也稱凸輪環(huán)、轉(zhuǎn)子2、配流軸4與柱塞組3等主要部件組成，定子1的內(nèi)壁有若干段均布的、形狀完全相同的曲面組成，每一相同形狀的曲面又可分為對稱的兩邊，其中允許柱塞副向外伸的一邊稱為進油工作段，與它對稱的另一邊稱為排油工作段，每個柱塞在液壓馬達每轉(zhuǎn)中往復的次數(shù)就等于定子曲面數(shù)，我們將稱為該液壓馬達的作用次數(shù)；在轉(zhuǎn)子的徑向有個均勻分布的柱塞缸孔，每個缸孔的底部都有一配流窗口，并與它的中心配流軸4相配合的配流孔相通。配流軸4中間有進油和回油的孔道，它的配流窗口的位置與導軌曲面的進油工作段和回油工作段的位置相對應，所以在配流軸圓周上有2個均布配流窗口。柱塞組3，以很小的間隙置于轉(zhuǎn)子2的柱塞缸孔中。作用在柱塞上的液壓力經(jīng)滾輪傳遞到定子的曲面上。來自液壓泵的高壓油首先進入配流軸，經(jīng)配流軸窗口進入處于工作段的各柱塞缸孔中，使相應的柱塞組的滾輪頂在定子曲面上，在接觸處，定子曲面給柱塞組一反力N，這反力N作用在定子曲面與滾輪接觸處的公法面上，此法向反力N可分解為徑向力和圓周力，與柱塞底面的液壓力以及柱塞組的離心力等相平衡，而所產(chǎn)生的驅(qū)動力矩則克服負載力矩使轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)。柱塞所作的運動為復合運動，即隨轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)的同時并在轉(zhuǎn)子的柱塞缸孔內(nèi)作往復運動，定子和配流軸是不轉(zhuǎn)的。而對應于定子曲面回油區(qū)段的柱塞作相反方向運動，通過配流軸回油，當柱塞組3經(jīng)定子曲面工作段過渡到回油段的瞬間，供油和回油通道被閉死。原理動畫原理動畫（1）二、靜力平衡式馬達液壓馬達的偏心軸5具有曲軸的形式既是輸出軸，又是配油軸。五星輪3滑套在偏心軸的凸輪上，在它的五個平面中各嵌裝一個壓力環(huán)4，壓力環(huán)的上平面與空心柱塞2的底面接觸，柱塞中間裝有彈簧(見圖)，以防止液壓馬達啟動或空載運轉(zhuǎn)時柱塞底面與壓力環(huán)脫開。高壓油經(jīng)配油軸中孔道通到曲軸的偏心配油部分，然后經(jīng)五星輪中的徑向孔、壓力環(huán)、柱塞底部的貫通孔而進入油缸的工作腔內(nèi)。在圖示位置時，配油軸上方的三個油缸通高壓油，下方的兩個缸通低壓回油。。此時在每個高壓油缸中各形成一個高壓油柱，其一端作用在缸蓋上，另一端作用在偏心輪表面上，并通過偏心輪中心，各缸形成一個合力，推動偏心輪繞著輸出軸中心轉(zhuǎn)動。輸出軸回轉(zhuǎn)時，五星輪作平面平行運動，柱塞作往復運動，產(chǎn)生容積變化，使其完成進回油。只要連續(xù)不斷供油，就能使液壓馬達連續(xù)轉(zhuǎn)動，改變液壓馬達的進、回油液流方向，液壓馬達就反向旋轉(zhuǎn)。液壓馬達轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個工作容積變化一次，所以靜力平衡式液壓馬達也為單作用液壓馬達。從以上工作原理分析中可知，柱塞和壓力環(huán)之間，五星輪和曲軸偏心輪之間，基本上不靠配合表面金屬直接接觸傳力，而是通過密封容積中的壓力油柱產(chǎn)生的作用力直接作用于偏心輪表面和缸蓋上。液壓馬達的柱塞、壓力環(huán)和五星輪等，在運動過程中僅起油壓的密封作用。為改善這些零件的受力情況，減少摩擦損失，通常將它們設計成靜力平衡狀態(tài)，所以這種馬達稱為靜力平衡式液壓馬達三、曲柄連桿式馬達第二章液壓缸第一節(jié)活塞式液壓缸第二節(jié)柱塞式液壓缸第三節(jié)回轉(zhuǎn)式液壓缸第四節(jié)液壓缸的符號表示法“容積式”常用液壓缸★活塞式★柱塞式★回轉(zhuǎn)式

●壓力能轉(zhuǎn)化為機械能●實現(xiàn)直線往復運動和

擺動第一節(jié)活塞式液壓缸一、活塞式液壓缸的結(jié)構(gòu)二、齒條傳動組合液壓缸三、增壓器第二節(jié)柱塞式液壓缸一、單級柱塞液壓缸第三節(jié)回轉(zhuǎn)式液壓缸一、螺旋式回轉(zhuǎn)液壓缸二、葉片式回轉(zhuǎn)液壓缸第四節(jié)液壓缸的表示法第三章液壓控制閥第一節(jié)方向控制閥第二節(jié)壓力控制閥第三節(jié)流量控制閥液壓控制閥：在液壓系統(tǒng)中，用來控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)液流方向、壓力高低和流量大小的液壓元件?！锔淖冮y口通斷關系和通道面積。第一節(jié)方向控制閥用途分類用來控制液壓系統(tǒng)中液流方向，以改變執(zhí)行元件的運動方向和動作順序主要有單向閥和換向閥兩類一、單向閥單向閥只允許油液從一個方向到另一個方向流動，不允許反向通過。1普通單向閥單向閥只允許液流（氣流）在一個方向上通過，而在相反方向上則完全關閉。在左側(cè)加入液壓（氣壓）后，作用在閥芯上的液壓（氣壓）力克服彈簧力和磨擦力將閥芯打開，進出氣接通。液流（氣流）從左則流向右則的流動稱為正向流動。若在出液（氣）口加入液（氣）壓，進出液（氣）不通，即液（氣）流不能反向流動2液控單向閥液控單向閥是依靠控制流體壓力，可以使單向閥反向流通的閥。這種閥在煤礦機械的液壓支護設備中占有較重要的地位。液控單向閥與普通單向閥不同之處是多了一個控制油路K，當控制油路未接通壓力油液時，液控單向閥就象普通單向閥一樣工作，壓力油只從進油口流向出油口，不能反向流動。當控制油路有控制壓力輸入時，活塞頂桿在壓力油作用下向右移動，用頂桿頂開單向閥，使進出油口接通。