專利名稱：一種井下作業(yè)用液壓氣動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種液壓氣動(dòng)裝置，具體涉及一種井下作業(yè)用液壓氣動(dòng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在煤礦開采的井下環(huán)境中，當(dāng)工作面上積聚的瓦斯達(dá)到一定濃度時(shí)遇明火或電火花就會(huì)發(fā)生爆炸，造成極大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，因此在井下作業(yè)中不能帶電作業(yè)。由于煤礦開采屬于重體力勞動(dòng)，而電氣設(shè)備又不能在井下使用，這使得開采工作的規(guī)模和效率受到限制。目前解決這一困難的辦法有使用防爆電機(jī)，由于防爆電機(jī)的價(jià)格通常以百萬計(jì)， 只有刮板機(jī)、采煤機(jī)和破除機(jī)等重要的機(jī)械設(shè)備才能應(yīng)用，而其他如扳手等小型機(jī)械仍需人工操作。井下巷道通常采用液壓支撐架來支持，液壓支撐架周圍布滿了乳化液管道以及管道接口，管道內(nèi)的高壓乳化液將支撐架撐住。乳化液管道通過煤礦外部設(shè)置的液壓泵提供壓力，通常管道內(nèi)部壓力在20-38兆帕范圍內(nèi)。乳化液馬達(dá)通常利用巷道內(nèi)現(xiàn)成的乳化液管道中的高壓乳化液作為動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)乳化液馬達(dá)，將高壓乳化液的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為可以驅(qū)動(dòng)設(shè)備的機(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)一些井下小型機(jī)械作業(yè)。常規(guī)的乳化液馬達(dá)采用乳化液作為工作介質(zhì)存在很多問題，首先乳化液性質(zhì)接近于水，在管道中難以形成具有密封作用的水膜，由于乳化液馬達(dá)直接從乳化液管道中接出支管連接馬達(dá)終端，使輸液管路很長，且管接頭很多，增大了乳化液泄露的可能性；其次， 由于乳化液支管中的分壓減小，乳化液動(dòng)能降低，則轉(zhuǎn)化成的機(jī)械能也較小，同時(shí)液壓馬達(dá)將液力壓力能直接轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的轉(zhuǎn)化率很低，因此只能提供100匪左右的扭矩(與人力差不多)，作業(yè)效能同樣很低，因而無法從實(shí)質(zhì)上減輕礦工的負(fù)擔(dān)；再次，由于乳化液中存在很多雜質(zhì)，而乳化液馬達(dá)通常采用帶有行星齒輪的輪系將乳化液動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，乳化液中的雜質(zhì)很容易在齒輪間積累，造成輪系的堵塞，因此馬達(dá)必須經(jīng)常清洗，否則很容易損壞。中國專利申請(qǐng)一種非圓輪系乳化液馬達(dá)(申請(qǐng)?zhí)朇N200610088465. 2)，提供了一種包括由一個(gè)心輪、一個(gè)周輪和一組行星齒輪的非圓輪系的乳化液馬達(dá)，其中心輪為橢圓形，行星齒輪的個(gè)數(shù)等于心輪與周輪的邊數(shù)之和；非圓輪系設(shè)置在乳化液馬達(dá)的工作腔中，行星齒輪分別與周輪和心輪緊密嚙合；乳化液從入口進(jìn)入工作腔，推動(dòng)周輪轉(zhuǎn)動(dòng)，周輪通過行星齒輪帶動(dòng)心輪轉(zhuǎn)動(dòng)，將力矩傳遞到與行星齒輪的中心固定連接的裝置中，完成動(dòng)能向機(jī)械能轉(zhuǎn)換。由于乳化液馬達(dá)采用行星齒輪、周輪和心輪嚙合的輪系結(jié)構(gòu)，乳化液中的雜質(zhì)在齒輪間積累，一段時(shí)間后就會(huì)造成輪系的堵塞，因此需要定期清洗馬達(dá)內(nèi)腔，這樣就很難實(shí)現(xiàn)持續(xù)作業(yè)，且為操作者帶來額外的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種可將井下現(xiàn)有的高壓乳化液的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為高壓氣體的動(dòng)能，之后再轉(zhuǎn)化成氣動(dòng)設(shè)備的機(jī)械能，并為井下中小型機(jī)械設(shè)備提供足夠的扭矩，大大提高作業(yè)效能，節(jié)約運(yùn)行成本的井下作業(yè)用液壓氣動(dòng)系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種液壓氣動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于包括液壓泵、一組或一組以上的葉輪機(jī)、空氣壓縮機(jī)和儲(chǔ)氣罐；所述液壓泵的輸入口與水箱相連，輸出口連接井下液壓支撐架周圍設(shè)置的乳化液管道的輸入接口 ；所述葉輪機(jī)的水流入口與所述乳化液管道的輸出接口相連，所述葉輪機(jī)的水流出口與所述水箱連接；所述葉輪機(jī)的動(dòng)力輸出裝置與空氣壓縮機(jī)的動(dòng)力輸入裝置相連，驅(qū)動(dòng)所述空氣壓縮機(jī)輸出高壓空氣；所述空氣壓縮機(jī)的輸出端連接所述儲(chǔ)氣罐的輸入端，所述儲(chǔ)氣罐的輸出端連接的一個(gè)或一個(gè)以上的氣動(dòng)設(shè)備。所述葉輪機(jī)的動(dòng)力輸出裝置為其輸出軸，所述空氣壓縮機(jī)的動(dòng)力輸入裝置為輸入軸，所述輸出軸和輸入軸通過一聯(lián)軸器連接。所述聯(lián)軸器和葉輪機(jī)之間設(shè)置行星齒輪增速器。所述空氣壓縮機(jī)的出口處設(shè)置溫控器，在所述儲(chǔ)氣罐中設(shè)置壓控器，所述溫控器和壓控器均連接二位二通閥；并在所述液壓氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的液壓泵和葉輪機(jī)之間的乳化液管道上設(shè)置由所述二位二通閥控制的截止閥。所述葉輪機(jī)的入口處設(shè)置可拆卸的過濾器。所述葉輪機(jī)的扭矩為3000 4500匪；額定轉(zhuǎn)速為10 18r/min，最大轉(zhuǎn)速為30r/ min ；所述儲(chǔ)氣罐的容量為0. 04 0. 4m3。所述空氣壓縮機(jī)為螺桿式空氣壓縮機(jī)，所述氣動(dòng)設(shè)備包括氣動(dòng)扳手、氣動(dòng)夾具、氣動(dòng)鉆具或氣錘。本實(shí)用新型的技術(shù)效果如下本實(shí)用新型的井下作業(yè)用液壓氣動(dòng)系統(tǒng)包括液壓泵、一組或一組以上的葉輪機(jī)、 空氣壓縮機(jī)和儲(chǔ)氣罐；液壓泵的輸入口與水箱相連，輸出口連接井下液壓支撐架周圍設(shè)置的乳化液管道的輸入接口 ；葉輪機(jī)的水流入口與乳化液管道的輸出接口相連，葉輪機(jī)的水流出口與水箱連接；葉輪機(jī)的動(dòng)力輸出裝置與空氣壓縮機(jī)的動(dòng)力輸入裝置相連，驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)輸出高壓空氣；空氣壓縮機(jī)的輸出端連接儲(chǔ)氣罐的輸入端，儲(chǔ)氣罐的輸出端連接的一個(gè)或一個(gè)以上的氣動(dòng)設(shè)備。本實(shí)用新型的液壓氣動(dòng)系統(tǒng)將乳化液的液體動(dòng)能轉(zhuǎn)換成到壓縮空氣的動(dòng)能，并通過壓縮空氣驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)設(shè)備，將壓縮空氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成氣動(dòng)設(shè)備的機(jī)械能。由于礦井中的乳化液管道中是具有一定壓力的水和乳化液的混合物，葉輪機(jī)的水流入口與乳化液管道的管道接口相連，這樣高壓水和乳化液混合液體即可推動(dòng)葉輪機(jī)的葉輪旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)葉輪機(jī)的動(dòng)力輸出裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)與之聯(lián)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)的輸入軸旋轉(zhuǎn)，從而將壓縮空氣儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐中。由于氣體攜帶的雜質(zhì)量遠(yuǎn)小于液體攜帶的雜質(zhì)量，因而乳化液中的雜質(zhì)不能進(jìn)入氣動(dòng)設(shè)備中，氣動(dòng)設(shè)備內(nèi)部不易積垢，無需定期清洗。由于液壓氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置可以驅(qū)動(dòng)更大扭矩的機(jī)械設(shè)備，因而液壓氣動(dòng)系統(tǒng)中氣動(dòng)設(shè)備的選擇更加寬泛，大大節(jié)約了人力成本，提高了工作效率。本實(shí)用新型利用井下現(xiàn)有的乳化液管道，以乳化液和水的混合液作為工作介質(zhì)， 完成了由乳化液的液體壓力能到壓縮空氣的動(dòng)能的轉(zhuǎn)換，由于葉輪機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換率大大高于液壓馬達(dá)，因此能夠驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)形成壓縮空氣?？諝庠诳諝鈮嚎s機(jī)中的升壓能力遠(yuǎn)高于水壓，大大提升了輸出的空氣速度，因而可以驅(qū)動(dòng)更大扭矩的機(jī)械設(shè)備，扭矩力可達(dá) 3000-5000NM，克服了由于管道接口壓力不足而難以帶動(dòng)大扭矩機(jī)械設(shè)備的問題。[0018]由于本實(shí)用新型中乳化液并不直接作用于驅(qū)動(dòng)目標(biāo)，而是先驅(qū)動(dòng)葉輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，將能量傳遞到空氣壓縮機(jī)中，且葉輪機(jī)中的部件間隙較大，乳化液中的雜質(zhì)不易在設(shè)備中淤積，因而不需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行經(jīng)常性的清洗除垢，保證了液壓氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的可持續(xù)作業(yè)。乳化液管道內(nèi)高壓混合乳化液由井外的液壓泵提供，液壓泵的運(yùn)行狀態(tài)不會(huì)影響到井下的環(huán)境。且乳化液管道深入到巷道內(nèi)部，且在巷道的液壓支撐架處設(shè)置管道接口，該管道接口可直接通過管路連接葉輪機(jī)的水流入口，葉輪機(jī)的水流出口與液壓泵的輸入口連接同一個(gè)水箱，保證了乳化液在系統(tǒng)內(nèi)的閉環(huán)循環(huán)，有效提高了材料的利用率，節(jié)約了運(yùn)行成本。本實(shí)用新型的液壓氣動(dòng)系統(tǒng)為了對(duì)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行超溫保護(hù)，同時(shí)對(duì)儲(chǔ)氣罐進(jìn)行超壓保護(hù)，設(shè)置了由溫控裝置、壓控裝置和二位二通閥組成的過溫過壓保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)空氣壓縮機(jī)的溫度超過標(biāo)稱溫度，或者儲(chǔ)氣罐中的壓力超過標(biāo)稱壓力時(shí)，二位二通閥即啟動(dòng)截止閥并使空氣壓縮機(jī)停機(jī)，從而有效保證了系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

圖1是本實(shí)用新型的液壓氣動(dòng)系統(tǒng)的原理示意圖圖2是本實(shí)用新型的液壓氣動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖1-液壓泵；11-乳化液管道；12-截止閥；13-過濾器；2_葉輪機(jī)；3_空氣壓縮機(jī)； 31-溫控器；32- ；4-水箱；5-聯(lián)軸器；6-變速器；7-儲(chǔ)氣罐；71-壓控器；8- 二位二通閥。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說明。如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型的液壓氣動(dòng)系統(tǒng)包括液壓泵1、一組或一組以上的葉輪機(jī)2和空氣壓縮機(jī)3。其中液壓泵1將水箱4中的乳化液泵入井下液壓支撐架周圍設(shè)置的乳化液管道11，葉輪機(jī)2的水流入口與乳化液管道11的管道接口相連，葉輪機(jī)2的水流出口與水箱4相連，保證乳化液在系統(tǒng)中能夠循環(huán)流動(dòng)；葉輪機(jī)2的動(dòng)力輸出裝置為輸出軸，空氣壓縮機(jī)3的動(dòng)力輸入裝置為輸入軸，輸出軸和輸入軸之間通過聯(lián)軸器5連接，在聯(lián)軸器5和葉輪機(jī)2之間還可設(shè)置變速器6 ；空氣壓縮機(jī)3將常壓空氣壓縮為高壓空氣儲(chǔ)存在儲(chǔ)氣罐7中，由儲(chǔ)氣罐7向氣動(dòng)設(shè)備輸出壓縮空氣，將壓縮空氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為氣動(dòng)設(shè)備的機(jī)械能。氣動(dòng)設(shè)備可為氣動(dòng)扳手、氣動(dòng)夾具、氣動(dòng)鉆具或氣錘等井下常用工具，使得在無帶電作業(yè)的前提下實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)或半自動(dòng)的機(jī)械化作業(yè)，解放勞動(dòng)力，提高工作效率?？諝庠跔顟B(tài)變化的過程中對(duì)外放熱，導(dǎo)致空氣壓縮機(jī)3內(nèi)部溫度升高，當(dāng)超過標(biāo)稱溫度時(shí)，空氣壓縮機(jī)3會(huì)受到不同程度的損壞；同時(shí)儲(chǔ)氣罐7通常設(shè)置一標(biāo)稱壓力，儲(chǔ)氣罐7內(nèi)部壓力不能夠超過這個(gè)標(biāo)稱壓力，否則就會(huì)損壞設(shè)備。因而為了對(duì)空氣壓縮機(jī)3進(jìn)行超溫保護(hù)，以及對(duì)儲(chǔ)氣罐7進(jìn)行超壓保護(hù)，本實(shí)用新型在空氣壓縮機(jī)3的出口處設(shè)置溫控器31，在儲(chǔ)氣罐7中設(shè)置壓控器71，溫控器31和壓控器71將控制指令均輸入二位二通閥8 中；在液壓泵1和葉輪機(jī)2之間的乳化液管道11上設(shè)置由二位二通閥8控制的截止閥12。 當(dāng)空氣壓縮機(jī)3的內(nèi)部溫度超過標(biāo)稱溫度和/或儲(chǔ)氣罐7的內(nèi)部壓力超過標(biāo)稱壓力時(shí)，溫控器31和/或壓控器71向二位二通閥8輸出控制指令，二位二通閥8接到控制指令后即關(guān)閉截止閥12，并使空氣壓縮機(jī)7停機(jī)。[0027]為了使葉輪機(jī)2可在含有雜質(zhì)的乳化液工質(zhì)條件下正常工作，可在葉輪機(jī)2的入口處加設(shè)可拆卸的過濾器13，這樣可避免乳化液中的雜質(zhì)進(jìn)入葉輪機(jī)2殼體。當(dāng)過濾罩上的雜質(zhì)積累到一定程度時(shí)，可將過濾罩拆卸下來進(jìn)行清洗，之后再裝回葉輪機(jī)2的入口處。本實(shí)施例中的乳化液成分為水95 %、乳化液5%，壓力為20Mpa 38Mpa ；儲(chǔ)氣罐 7的標(biāo)稱壓力為0. 8Mpa，容積為0. 04 0. 4m3 ；葉輪機(jī)2的扭矩為3000 4500NM ；額定轉(zhuǎn)速為10 18r/min，最大轉(zhuǎn)速為30r/min ；變速器6為行星齒輪增速器，速比為50，功率為 3 5kw0本實(shí)施例的空氣壓縮機(jī)3為螺桿式空氣壓縮機(jī)，標(biāo)稱溫度為100°C ；空氣壓縮機(jī)3 所需功率Pe = kpQ (kw)(1)式中Pe為壓氣機(jī)所需功率；k為功率系數(shù)；ρ為儲(chǔ)氣罐壓力；Q為容積流量；根據(jù)已知條件P = 0. 8Mpa ；Q = 0. 4m3/min ；k值范圍6. 5 8. 5，按最大選取k = 8. 5代入方程 (1)得:Pe = 2. 72 (kw)。上述液壓氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置可帶動(dòng)所需流量為1. 4m3/min的氣動(dòng)設(shè)備。應(yīng)當(dāng)指出，以上所述具體實(shí)施方式
可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本實(shí)用新型創(chuàng)造，但不以任何方式限制本實(shí)用新型創(chuàng)造。因此，盡管本說明書參照附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型創(chuàng)造已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本實(shí)用新型創(chuàng)造進(jìn)行修改或者等同替換，總之，一切不脫離本實(shí)用新型創(chuàng)造的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型創(chuàng)造專利的保護(hù)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種液壓氣動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于包括液壓泵、一組或一組以上的葉輪機(jī)、空氣壓縮機(jī)和儲(chǔ)氣罐；所述液壓泵的輸入口與水箱相連，輸出口連接井下液壓支撐架周圍設(shè)置的乳化液管道的輸入接口 ；所述葉輪機(jī)的水流入口與所述乳化液管道的輸出接口相連，所述葉輪機(jī)的水流出口與所述水箱連接；所述葉輪機(jī)的動(dòng)力輸出裝置與空氣壓縮機(jī)的動(dòng)力輸入裝置相連，驅(qū)動(dòng)所述空氣壓縮機(jī)輸出高壓空氣；所述空氣壓縮機(jī)的輸出端連接所述儲(chǔ)氣罐的輸入端，所述儲(chǔ)氣罐的輸出端連接的一個(gè)或一個(gè)以上的氣動(dòng)設(shè)備。
2.如權(quán)利要求1所述的一種液壓氣動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述葉輪機(jī)的動(dòng)力輸出裝置為輸出軸，所述空氣壓縮機(jī)的動(dòng)力輸入裝置為輸入軸，所述輸出軸和輸入軸通過一聯(lián)軸器連接。
3.如權(quán)利要求2所述的一種液壓氣動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述聯(lián)軸器和葉輪機(jī)之間設(shè)置行星齒輪增速器。
4.如權(quán)利要求1所述的一種液壓氣動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述空氣壓縮機(jī)的出口處設(shè)置溫控器，在所述儲(chǔ)氣罐中設(shè)置壓控器，所述溫控器和壓控器均連接二位二通閥；并在所述液壓氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的液壓泵和葉輪機(jī)之間的乳化液管道上設(shè)置由所述二位二通閥控制的截止閥。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種液壓氣動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述葉輪機(jī)的入口處設(shè)置可拆卸的過濾器。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種液壓氣動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述葉輪機(jī)的扭矩為3000 4500匪；額定轉(zhuǎn)速為10 18r/min，最大轉(zhuǎn)速為30r/min ；所述儲(chǔ)氣罐的容量為 0. 04 0. 4m3。
7.如權(quán)利要求5所述的一種液壓氣動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述葉輪機(jī)的扭矩為3000 4500匪；額定轉(zhuǎn)速為10 18r/min，最大轉(zhuǎn)速為30r/min ；所述儲(chǔ)氣罐的容量為0. 04 0. 4m3。
8.如權(quán)利要求1或2或3或7所述的一種液壓氣動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述空氣壓縮機(jī)為螺桿式空氣壓縮機(jī)，所述氣動(dòng)設(shè)備包括氣動(dòng)扳手、氣動(dòng)夾具、氣動(dòng)鉆具或氣錘。
9.如權(quán)利要求5所述的一種液壓氣動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述空氣壓縮機(jī)為螺桿式空氣壓縮機(jī)，所述氣動(dòng)設(shè)備包括氣動(dòng)扳手、氣動(dòng)夾具、氣動(dòng)鉆具或氣錘。
10.如權(quán)利要求6所述的一種液壓氣動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于所述空氣壓縮機(jī)為螺桿式空氣壓縮機(jī)，所述氣動(dòng)設(shè)備包括氣動(dòng)扳手、氣動(dòng)夾具、氣動(dòng)鉆具或氣錘。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種井下作業(yè)用液壓氣動(dòng)系統(tǒng)，包括液壓泵、一組或一組以上的葉輪機(jī)、空氣壓縮機(jī)和儲(chǔ)氣罐；液壓泵的輸入口與水箱相連，輸出口連接井下液壓支撐架周圍設(shè)置的乳化液管道的輸入接口；葉輪機(jī)的水流入口與乳化液管道的輸出接口相連，葉輪機(jī)的水流出口與水箱連接；葉輪機(jī)的動(dòng)力輸出裝置與空氣壓縮機(jī)的動(dòng)力輸入裝置相連，驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)輸出高壓空氣；空氣壓縮機(jī)的輸出端連接儲(chǔ)氣罐的輸入端，儲(chǔ)氣罐的輸出端連接的一個(gè)或一個(gè)以上的氣動(dòng)設(shè)備。本實(shí)用新型的液壓氣動(dòng)系統(tǒng)將乳化液的液體動(dòng)能轉(zhuǎn)換成到壓縮空氣的動(dòng)能，并通過壓縮空氣驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)設(shè)備，將壓縮空氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成氣動(dòng)設(shè)備的機(jī)械能。
文檔編號(hào)F03B13/00GK201982233SQ201120121520
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者慕雷, 賈緯民 申請(qǐng)人:北京科路工業(yè)裝備有限公司