风能液压动力转换装置

导语

煤矿井下风能资源丰富，如果能把风能转换为液压能源并为井下其他大型液压设备提供液压能源，则可以减少其他能源消耗。本期转化果平台推荐的《风能液压动力转换装置》，通过一系列设计，将风能转换为液压能，并能实现能量存蓄，设备移动方便，组合方便，可应用于井下狭小空间的积煤清理、挖掘等，减轻工人劳动强度。

一、研究背景

液压站又称液压泵站，电机带动油泵旋转，泵从油箱中吸油后打油，将机械能转化为液压油的压力能，液压油通过集成块（或阀组合）被液压阀实现了方向、压力、流量调节后经外接管路传输到液压机械的油缸或油马达中，从而控制了液动机方向的变换、力量的大小及速度的快慢，推动各种液压机械做功。煤矿井下风能资源丰富，如果能把风能转换为液压能源并为井下其他大型液压设备提供液压能源，则可以减少其他能源消耗。

二、技术内容

该液压动力转换装置，包括风动马达、液压泵和油箱，油箱上安装有蓄能器组，蓄能器组包括若干组并列设置的蓄能器，蓄能器顶部设置连接油口，蓄能器上部设置出油口，下部设置进油口，出油口与上旋转二通阀连通，进油口与下旋转二通阀连通，蓄能器内部设置有活塞，活塞与蓄能器底部之间设置有回位弹簧，活塞下端连接活塞杆，活塞杆伸出蓄能器，活塞杆伸出端安装有齿条，齿条通过传动结构驱动连接上旋转二通阀和下旋转二通阀，并列设置的第一个蓄能器的进油口通过其下旋转二通阀与液压泵连接，液压泵由风动马达驱动，第一个蓄能器的出油口通过其上旋转二通阀与油箱连接，前一个蓄能器的连接油口与后一个蓄能器的上旋转二通阀和下旋转二通阀连接，并以此连接方式一直连接到最后一个蓄能器。

传动结构包括与齿条啮合的齿轮I，齿轮I与齿轮II和下旋转二通阀同轴设置，齿轮II通过链条与齿轮III连接，齿轮III与上旋转二通阀同轴设置。

风动马达、液压泵、蓄能器和油箱安装在支撑架上，支撑架安装在底座上，底座上设置有由行走马达驱动的行走履带。支撑架一侧铰接有挖掘装置。

1-行走履带，2-底座，3-行走马达，4-蓄能器，5-支撑架，6-风动马达，7-液压泵，8-油箱，9-上旋转二通阀，10-链条，11-下旋转二通阀，12-齿条，13-齿轮I，14-齿轮II，15-齿轮III，16-连接油口，17-挖机大臂，18-大臂千斤顶，19-小臂千斤顶，20-挖机小臂，21-挖斗千斤顶，22-挖斗，4.1-活塞，4.2-回位弹簧，4.3-活塞杆。

图1 气动液压站整体图

三、技术优势

与现有技术相比，本技术主要作用在于为井下其他大型液压设备提供液压能源，实现风能向液压能的转换。挖掘装置由井下的压缩空气提供原始动力，风动马达带动液压泵工作，将压力油先储存在大容量蓄能器中，挖机的动力油直接由蓄能器提供。当蓄能器的压力油耗尽时风动马达带动液压泵随时补充。还可应用于井下狭小空间的积煤清理、挖掘，代替体力劳动。如井下巷道开口积煤清理、输送机里帮积煤清理、小型水仓煤泥清理等。其上部气动液压泵站部分可拆卸，由移动气动液压泵站供液，这样体积可进一步缩小。亦可根据生产实际将其做大点，依然由外部泵站供液。可灵活应用于矿井生产的各个领域。

四、应用方案

1. 风动储存装置－蓄能器

图2 气动液压站应用方案图

如图所示，支撑架5一侧铰接有挖掘装置。挖掘装置由挖机大臂17、大臂千斤顶18、小臂千斤顶19、挖机小臂20、挖斗千斤顶21和挖斗22组成，其中各个千斤顶的液压能源来自于蓄能器组。

风动储存装置－蓄能器设置4个。四个进油口直接与液压泵相连，四个出油口直接与油箱相连。如图所示，蓄能器I的液压油刚好使用完毕。此时由于活塞杆上安装的齿条传动作使齿轮旋转，从而带动链轮链条副的传动，使得旋转二通阀导通从而使蓄能器II开始进油。蓄能器II进油过程中，蓄能器III、蓄能器IV依次进油。当蓄能器IV满油时，上旋转二通阀导通，这时蓄能器I开始排油，排油过程中旋转二通阀导通但不进油，蓄能器II此时已满油。蓄能器I油排尽后上旋转二通阀导通，此时蓄能器II开始排油，排油过程中蓄能器I进油完毕。同理依次使蓄能器III、蓄能器IV依次排油，排油过程中使前置蓄能器进油，虽然进油二位二通阀导通，但由于后置蓄能器已满油故不再进油。上述过程为一个循环，通过活塞杆的齿条带动齿轮旋转，齿轮带动链轮链条机械传动从而带动二通阀导通，从而实现逻辑控制。

2. 煤矿胶带输送机底部积煤清理装备

利用上述储能装置通过液压泵转化为机械能，从而实现煤矿胶带输送机底部积煤清理。

（1）解决长距离、可移动、大功率能源问题

对于几千米长的胶带输送机动辄，要想实现伴随输送机移动作业，不可能拉几千米长的电缆跟机作业，一般内燃机虽然功率上能达到要求，但不适用于煤矿高瓦斯环境。

（2）狭小空间、复杂工况下大功率设备

小型大功率集铲、运、推为一体的特种小推车。该小推车一端设计为蟹爪式铲斗，中间为一部小型输送带，另一端为推斗，两端机构均可自由调节高度，全车采用液压履带行走，适用于坑洼不平的底板环境，详细结构见图3。优点是能在狭小的空间尽量少转弯或者不转弯的情况下将积煤从机架下推到宽敞的路面。

图3 特种小推车

（3）提升机

该提升机采用与小推车类似的结构，区别在于少了推斗，而是直接将提升上来的煤炭放到输送带上拉走。如下图。

图4 提升机