[00124142]基于水压传动技术的煤矿井下凿岩系统关键技术研究

本技术研究成果是中北大学承担的太原市科技明星项目“煤矿井下岩石开采专用设备研制”（项目编号：09121010）和阳煤集团阳泉华越机械有限责任公司项目“高水基液压凿岩机研制”（项目编号：2008005354）中的主要内容。 随着水压传动系统关键元件—水压柱塞泵和水压控制阀的研究取得长足进步,水压传动的实用范围也迅速扩大。在采矿业,随着开采深度的不断增加,尤其是在煤矿深井采掘中,需从地面或高中段引入清洁水去为作业面降尘降温。如能充分兼用这部分水因落差产生的水力势能去驱动凿岩机及其它作业机械,则可大幅度降低生产成本,节省能量消耗。 水压凿岩机冲击机构承受高频冲击载荷,不仅要解决与水压柱塞泵等同样面临的因水粘性低带来的泄漏与润滑性极差的问题,还要研究能承受冲击载荷作用、耐腐蚀、耐摩擦磨损的冲击活塞一缸体（套）及密封部件等材料。课题选定水压冲击机构的关键技术开展了研究工作,取得以下创新性成果： 1)基于水压传动技术理论,首次建立了水压凿岩机冲击机构的线性模型,提出了基于线性模型的活塞运动二段分析法和三段分析法;首次建立了变加速模型的活塞运动方程;建立了冲击机构非线性模型的若干基本方程,为进一步计算机仿真提供了理论基础。 2)基于水压传动技术理论,课题研究了水润滑条件下材料的摩擦磨损机理,并深入研究了水压凿岩机关键件的设计理论、方法、结构和用材,并通过试验研究得到了其综合优化技术的解决方案。 3)基于MATLAB软件分析了水压凿岩机液压缸的泄漏量、压力差与间隙高度之间的关系。研究了间隙高度对泄漏量的影响,而当间隙高度取值为0～0.05mm时,泄漏量基本维持在一个较低的稳定水平,为活塞与缸体之间的间隙取值提供了理论依据。 基于以上的深入研究,本课题优化了冲击器设计参数及工作参数,试制了水压凿岩机。测试结果表明：该机冲击压力9.124MPa,冲击能≥85J,能量利用率≥20%,凿岩速度≥420mm/min,达到了设计要求。当冲击压力为9.61MPa,同时保持较高推进压力（0.95MPa）和较高钎杆转速（157.4r/min）时,得到最大凿速449mm/min。