采掘机械与运输(2) - 副本

采掘机械与运输主讲人：绚丽的风铃机电工程系矿机教研室本书《采掘机械》共5篇，22章，每章含若干小节。第一篇：液气压传动基础知识。主要讲解有关于液压泵、液压缸、液压马达、液压控制阀的结构、工作原理及用途。

第二篇：凿岩机械。主要讲解各类凿岩机、凿岩台车、钻机的结构、工作原理及用途。

第三篇：装载挖掘机械。主要讲各类装载挖掘设备的结构、工作原理及用途。

第四篇：天井竖井掘进机械。主要讲天井、竖井掘进机械的结构、工作原理。

第五章：巷道运输。主要讲矿车、矿用电机车的结构、工作原理及相关计算。全书概述第一篇液压传动及液力传动概述液体传动液力传动液压传动★液力耦合器能源部分（泵）执行部分（缸、马达）控制部分（阀）辅助部分（油箱、管路）液体传动是指用油或油水混合物作为工作介质来实现能量传递的传动方式。总目录第一章液压泵与液压马达第一节齿轮泵及齿轮马达第二节叶片泵及叶片马达第三节轴向柱塞泵及轴向柱塞马达第四节径向柱塞马达第五节液压泵及液压马达的选型“容积式”常用液压泵与

液压马达★齿轮式★叶片式★柱塞式

柱塞式分为轴向柱塞式径向柱塞式

图1—1液压泵和液压马达的职能符号

a）定量泵b）单向定量泵c）双向定量泵d）定量马达e）单向定量马达f）双向定量马达第一节齿轮泵及齿轮马达齿轮泵：由两个齿轮相互啮合在一起而构成的泵,依靠齿轮的轮齿啮合空间的容积变化来输送液体的，它属于回转泵，也可以认为属于容积泵。分类：按啮合方式可以分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮;

按轮齿的齿形可分为正齿轮泵、斜齿轮泵和人字齿轮泵等。结构：如图1-1所示，主要有主动齿轮、从动齿轮、泵体、泵盖和安全阀等组成。泵体、泵盖和齿轮构成的密封空间就是齿轮泵的工作室。两个齿轮的轮轴分别装在两泵盖上的轴承孔内，主动齿轮轴伸出泵体，由电动机带动旋转。外啮合齿轮泵结构简单、重量轻、造价低、工作可靠、应用范围广。

外啮合齿轮泵是应用最广泛的一种齿轮油泵，一般齿轮泵通常指的就是外啮合齿轮泵。图1-1齿轮泵结构原理一、齿轮泵的工作原理

工作原理：如图1-2所示，齿轮泵工作时，主动轮随电动机一起旋转并带动从动轮跟着旋转。当吸入室一侧的啮合齿逐渐分开时，吸入室容积增大，压力降低，便将吸人管中的液体吸入泵内；吸入液体分两路在齿槽内被齿轮推送到排出室。液体进入排出室后，由于两个齿轮的轮齿不断啮合，便液体受挤压而从排出室进入排出管中。主动齿轮和从动齿轮不停地旋转，泵就能连续不断地吸入和排出液体。图1-2齿轮泵工作原理图1-3外齿轮泵实际内部结构补充知识1-吸入室2-主动齿轮3-月形件4-从动齿轮5-排出室图1-4内啮合齿轮泵结构

图1-4所示为内啮合齿轮泵，它由一对相互啮合的内齿轮、及它们中间的月牙形件、泵壳等构成。月牙形件的作用是将吸入室和排出室隔开。当主动齿轮旋转时，在齿轮脱开啮合的地方形成局部真空，液体被吸A泵内充满吸入室各齿间，然后沿月牙形件的内外两侧分两路进入排出室。在轮齿进入啮合的地方，存在于齿间的液体被挤压而送进排出管。图1-5内啮合齿轮泵工作原理齿轮泵除具有各种自吸泵的自吸能力功能、流量与排出压力无关等特点外，泵壳上无吸入阀和排出阀，具有结构简单，流量均匀、工作可靠等特性，但效率低、噪音和振动大、易磨损，用来输送无腐蚀性、无固体颗粒并且具有润滑能力的各种油类，温度一般不超过70'℃，例如润滑油、食用植物油等。一般流量范围为0.045～30ms／h，压力范围为0.7—20MPa，工作转速为1200—4000r／min。1.齿轮泵结构上的共性问题（1）困油现象及消除方法图1-8困油现象二、CB-F型齿轮泵的结构因为为了保证运行平稳，所以齿轮泵的齿轮重合度大于一，也就是说当一对齿开始进入啮合时，另一对齿未能脱离啮合，这也就使得在两对齿之间形成了一个封闭区间，该区间既不与高压压油区相通，也不与低压区吸油区相通，当齿轮继续旋转，在高压区啮入的齿之间油压迅速增加，形成超高压，当该队齿转过中间点，这对齿之间空间增大，形成吸空现象，出现大量气穴，在增压时，使得齿轮啮合阻力激增，对浮动侧板上的滑动轴承形成很大压力，而在低压区形成气蚀和较大噪音。困油现象通常是在浮动侧板上开卸荷槽，卸荷槽开法是在高压啮合区开槽，使得啮入时形成的高压油流入压油区，也就是压油口，而低压区开槽使得啮出时形成的真空区与吸油口相通，这样就解决困油现象但是原理上内啮合齿轮泵没有这个问题解决办法（2）油的泄漏及补偿产生原因为了使齿轮在泵体内顺利转动，齿轮端面和侧板，齿轮顶与泵体间存在间隙。危害泄漏量大会使泵的压力降低，效率降低。解决方法采用液压补偿端面间隙法降低端面泄漏（3）径向力及其控制方法齿轮泵工作时,在齿轮和轴承上承受径向液压力的作用。泵的右侧为吸油腔,左侧为压油腔。在压油腔内有液压力作用于齿轮上,沿着齿顶的泄漏油,具有大小不等的压力,就是齿轮和轴承受到的径向不平衡力。液压力越高,这个不平衡力就越大,其结果不仅加速了轴承的磨损,降低了轴承的寿命,甚至使轴变形,造成齿顶和泵体内壁的摩擦等。为了解决径向力不平衡问题,在有些齿轮泵上,采用开压力平衡槽的办法来消除径向不平衡力,但这将使泄漏增大,容积效率降低等。CB—B型齿轮泵则采用缩小压油腔,以减少液压力对齿顶部分的作用面积来减小径向不平衡力,所以泵的压油口孔径比吸油口孔径要小。图1-6齿轮泵的结构2.CB-F型齿轮泵的结构图1-7型号意义

三、齿轮马达目录齿轮马达工作过程与齿轮泵相反。当压力油输入进油腔时，由于作用在齿轮上的压力面积存在差值，产生扭矩，推动两个齿轮克服负载阻力而转动，并把油液带到排油腔排出。不同点1.进排油口对称布置，并且直径相等。2.通常不采用液压补偿端面间隙法，而采用固定间隙法以减小启动摩擦力矩。第二节叶片泵及叶片马达叶片泵：转子槽内的叶片与泵壳(定子环)相接触，将吸入的液体由进油侧压向排油侧的泵。叶片泵的结构较齿轮泵复杂，但其工作压力较高，且流量脉动小，工作平稳，噪声较小，寿命较长，所以被广泛应用于专业机床、自动线等中低压液压系统中。分类叶片泵分单作用叶片泵（变量泵，最大工作压力为7.0Mpa）和双作用叶片泵(定量泵，最大工作压力为7.0Mpa)。一、双作用叶片泵的工作原理

图2.1双作用叶片泵工作原理1-定子；2.排油口；3-转子；4-叶片；5-吸油口双作用叶片泵的工作原理如图2-1所示,泵也是由定子1、转子2、叶片3和配油盘(图中未画出)等组成。

转子和定子中心重合,定子内表面近似为椭圆柱形,该椭圆形由两段长半径R、两段短半径r和四段过渡曲线所组成。当转子转动时,叶片在离心力和(建压后)根部压力油的作用下,在转子槽内作径向移动而压向定子内表,由叶片、定子的内表面、转子的外表面和两侧配油盘间形成若干个密封空间,当转子按图示方向旋转时,处在小圆弧上的密封空间经过渡曲线而运动到大圆弧的过程中,叶片外伸,密封空间的容积增大,要吸入油液;再从大圆弧经过渡曲线运动到小圆弧的过程中,叶片被定子内壁逐渐压进槽内,密封空间容积变小,将油液从压油口压出,因而,当转子每转一周,每个工作空间要完成两次吸油和压油,所以称之为双作用叶片泵,这种叶片泵由于有两个吸油腔和两个压油腔,并且各自的中心夹角是对称的,所以作用在转子上的油液压力相互平衡,因此双作用叶片泵又称为卸荷式叶片泵,为了要使径向力完全平衡,密封空间数(即叶片数)应当是双数。二、YB型双作用叶片泵的结构1.叶片泵结构上的共性问题（1）定子内表面的过渡曲线采用等加速等减速曲线（2）定子内表面的圆弧区，比相邻两叶片所加的弧长大（3）叶片在转子内安装不是径向，而是沿转子旋转方向向前倾一定角度。前倾角度约为13°（4）为了使叶片始终贴紧定子内壁，紧靠离心力明显不足，故将压力油引入叶片底部2.YB型叶片泵的结构三、叶片马达图3叶片马达结构原理当压力为p的油掖从进油口进入叶片1和叶片3之间时，叶片2因两面均受液压油的作用，所以不产生转矩。叶片1和叶片3的一侧作用高压油，另一侧作用低压油．并且叶片3伸出的面积大于叶片1伸出的面积，因此使转子产生顺时针方向的转矩。同样，当压力油进入叶片5和叶片7之间时，叶片7伸出面积大于叶片5伸出的面积，也产生顺时针方向的转矩，从而把油液的压力能转换成机械能。工作原理第三节轴向柱塞泵及轴向柱塞马达依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作腔的容积发生变化来实现吸油、压油。柱塞泵柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等。优点用途应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，诸如液压机、工程机械和船舶中。分类分为斜盘式轴向柱塞泵与斜轴式轴向柱塞泵柱塞泵是往复泵的一种，属于体积泵，其柱塞靠泵轴的偏心转动驱动，往复运动，其吸入和排出阀都是单向阀。当柱塞外拉时，工作室内压力降低，出口阀关闭，低于进口压力时，进口阀打开，液体进入；柱塞内推时，工作室压力升高，进口阀关闭，高于出口压力时，出口阀打开，液体排出。当传动轴带动缸体旋转时，斜盘将柱塞从缸体中拉出或推回，完成吸排油过程。柱塞与缸孔组成的工作容腔中的油液通过配油盘分别与泵的吸、排油腔相通。变量机构用来改变斜盘的倾角，通过调节斜盘的倾角可改变泵的排量。柱塞泵工作原理当缸体轴线和传动轴轴线重合时，称为斜盘式轴向柱塞泵；当缸体轴线和传动轴轴线不在一条直线上，而成一个夹角γ时，称为斜轴式轴向柱塞泵。一、斜盘式轴向柱塞泵及马达1.斜盘式轴向柱塞泵的工作原理图1-11滑履结构与工作原理为了提高工作压力和减小磨损，柱塞球头并非直接沿斜盘滑动，而是通过滑履与斜盘接触。滑履抱住球头，通过球头的中心小孔把压力油引入球头与滑履之间的环形小室，再通过滑履中心孔输入盘状小室。工作时压力油作用在柱塞底部，产生压向斜盘的压紧力。它由斜盘1、柱塞2、缸体3、配流盘4、传动轴5等主要零件组成。缸体上沿圆周均匀分布若干轴向排列的柱塞缸，柱塞可在其中灵活滑动。斜盘和配流盘固定不动，传动轴5带动缸体3和柱塞2一起转动，柱塞在低压油（由辅助泵供给）的作用下或靠机械联接装置使其被压在斜盘上。缸体每转一转，每个柱塞往复移动一次，完成一次吸油和压油。改变斜盘倾斜角度δ大小，可以改变柱塞往复运动的行程长度，从而改变了泵的排量。缸体和配流盘之间，柱塞和缸体之间，存在间隙，这会产生油液的泄漏，影响泵的容积效率。2.SCY型轴向柱塞泵的结构图3-16直轴式向柱塞泵结构

1—转动手轮2—斜盘3—回程盘4—滑履5—柱塞6—缸体7—配油盘8—传动轴斜盘式轴向柱塞泵结构3.斜盘式轴向柱塞马达图3-6斜盘式轴向柱塞马达工作原理斜盘式轴向柱塞马达工作原理

斜盘式轴向柱塞马达属高速小转矩液压马达，图3-6为其工作原理。斜盘给每个柱塞的反作用力F是垂直于斜盘端面的。该反作用力可分解为两个分力：水平分力Fξ，它和作用在柱塞上的液压推力相平衡；另一个为垂直分力Fψ。分别由下式求得

（3—21）

（3—22）式中d—柱塞直径；

ｐ—输入马达的油液压力；

δ—斜盘的倾斜角。

垂直分力Fψ，使处于压油区的每个柱塞都对转子中心产生一个转矩，这些转矩的总和使缸体带动液压马达输出轴作逆时针方向旋转。若使进、回油路交换，即改变输入油方向，则液压马达的旋转方向亦随之而改变。二、斜轴式轴向柱塞泵及马达1.斜轴式轴向柱塞泵的工作原理

当主轴旋转时，连杆与柱塞内壁接触，通过柱塞带动缸体旋转，同时连杆带动柱塞在缸体柱塞孔内作往复运动，使柱塞底部的密封容积发生周期性的变化，通过配油盘的吸、压窗口完成吸油和压油过程。2.ZKB型轴向柱塞泵的工作原理第四节径向柱塞马达径向柱塞马达分为：内曲线多作用式；

静力平衡式；曲轴连杆式。内曲线多作用式油缸油泵油马达，工作原理属一家：能量转换共同点，均靠容积来变化，出油容积必缩小，进油容积则扩大。油泵输出压力油，出油当然是高压，缸和马达与泵反，出油自然是低压。工作压差看负载，负载含义要记下：油泵不仅看外载，管路阻力也得加，缸和马达带负载，压差只是克服它。流量大小看速度，再看排量小与大，单位位移需油量，排量含义就是它。

液压马达控制回路一、内曲线多作用式马达液压马达由定子1、也称凸轮环、转子2、配流轴4与柱塞组3等主要部件组成，定子1的内壁有若干段均布的、形状完全相同的曲面组成，每一相同形状的曲面又可分为对称的两边，其中允许柱塞副向外伸的一边称为进油工作段，与它对称的另一边称为排油工作段，每个柱塞在液压马达每转中往复的次数就等于定子曲面数，我们将称为该液压马达的作用次数；在转子的径向有个均匀分布的柱塞缸孔，每个缸孔的底部都有一配流窗口，并与它的中心配流轴4相配合的配流孔相通。配流轴4中间有进油和回油的孔道，它的配流窗口的位置与导轨曲面的进油工作段和回油工作段的位置相对应，所以在配流轴圆周上有2个均布配流窗口。柱塞组3，以很小的间隙置于转子2的柱塞缸孔中。作用在柱塞上的液压力经滚轮传递到定子的曲面上。来自液压泵的高压油首先进入配流轴，经配流轴窗口进入处于工作段的各柱塞缸孔中，使相应的柱塞组的滚轮顶在定子曲面上，在接触处，定子曲面给柱塞组一反力N，这反力N作用在定子曲面与滚轮接触处的公法面上，此法向反力N可分解为径向力和圆周力，与柱塞底面的液压力以及柱塞组的离心力等相平衡，而所产生的驱动力矩则克服负载力矩使转子2旋转。柱塞所作的运动为复合运动，即随转子2旋转的同时并在转子的柱塞缸孔内作往复运动，定子和配流轴是不转的。而对应于定子曲面回油区段的柱塞作相反方向运动，通过配流轴回油，当柱塞组3经定子曲面工作段过渡到回油段的瞬间，供油和回油通道被闭死。原理动画原理动画（1）二、静力平衡式马达液压马达的偏心轴5具有曲轴的形式既是输出轴，又是配油轴。五星轮3滑套在偏心轴的凸轮上，在它的五个平面中各嵌装一个压力环4，压力环的上平面与空心柱塞2的底面接触，柱塞中间装有弹簧(见图)，以防止液压马达启动或空载运转时柱塞底面与压力环脱开。高压油经配油轴中孔道通到曲轴的偏心配油部分，然后经五星轮中的径向孔、压力环、柱塞底部的贯通孔而进入油缸的工作腔内。在图示位置时，配油轴上方的三个油缸通高压油，下方的两个缸通低压回油。。此时在每个高压油缸中各形成一个高压油柱，其一端作用在缸盖上，另一端作用在偏心轮表面上，并通过偏心轮中心，各缸形成一个合力，推动偏心轮绕着输出轴中心转动。输出轴回转时，五星轮作平面平行运动，柱塞作往复运动，产生容积变化，使其完成进回油。只要连续不断供油，就能使液压马达连续转动，改变液压马达的进、回油液流方向，液压马达就反向旋转。液压马达转一转，每个工作容积变化一次，所以静力平衡式液压马达也为单作用液压马达。从以上工作原理分析中可知，柱塞和压力环之间，五星轮和曲轴偏心轮之间，基本上不靠配合表面金属直接接触传力，而是通过密封容积中的压力油柱产生的作用力直接作用于偏心轮表面和缸盖上。液压马达的柱塞、压力环和五星轮等，在运动过程中仅起油压的密封作用。为改善这些零件的受力情况，减少摩擦损失，通常将它们设计成静力平衡状态，所以这种马达称为静力平衡式液压马达三、曲柄连杆式马达第二章液压缸第一节活塞式液压缸第二节柱塞式液压缸第三节回转式液压缸第四节液压缸的符号表示法“容积式”常用液压缸★活塞式★柱塞式★回转式

●压力能转化为机械能●实现直线往复运动和

摆动第一节活塞式液压缸一、活塞式液压缸的结构二、齿条传动组合液压缸三、增压器第二节柱塞式液压缸一、单级柱塞液压缸第三节回转式液压缸一、螺旋式回转液压缸二、叶片式回转液压缸第四节液压缸的表示法第三章液压控制阀第一节方向控制阀第二节压力控制阀第三节流量控制阀液压控制阀：在液压系统中，用来控制和调节系统液流方向、压力高低和流量大小的液压元件。★改变阀口通断关系和通道面积。第一节方向控制阀用途分类用来控制液压系统中液流方向，以改变执行元件的运动方向和动作顺序主要有单向阀和换向阀两类一、单向阀单向阀只允许油液从一个方向到另一个方向流动，不允许反向通过。1普通单向阀单向阀只允许液流（气流）在一个方向上通过，而在相反方向上则完全关闭。在左侧加入液压（气压）后，作用在阀芯上的液压（气压）力克服弹簧力和磨擦力将阀芯打开，进出气接通。液流（气流）从左则流向右则的流动称为正向流动。若在出液（气）口加入液（气）压，进出液（气）不通，即液（气）流不能反向流动2液控单向阀液控单向阀是依靠控制流体压力，可以使单向阀反向流通的阀。这种阀在煤矿机械的液压支护设备中占有较重要的地位。液控单向阀与普通单向阀不同之处是多了一个控制油路K，当控制油路未接通压力油液时，液控单向阀就象普通单向阀一样工作，压力油只从进油口流向出油口，不能反向流动。当控制油路有控制压力输入时，活塞顶杆在压力油作用下向右移动，用顶杆顶开单向阀，使进出油口接通。