专利名称：一种井下作业用液压气动驱动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种液压气动装置，具体涉及一种井下作业用液压气动驱动装置。
背景技术：
在煤矿开采的井下环境中，当工作面上积聚的瓦斯达到一定浓度时遇明火或电火花就会发生爆炸，造成极大的人员伤亡和财产损失，因此在井下作业中不能带电作业。由于煤矿开采属于重体力劳动，而电气设备又不能在井下使用，这使得开采工作的规模和效率受到限制。目前解决这一困难的办法有使用防爆电机，由于防爆电机的价格通常以百万计， 只有刮板机、采煤机和破除机等重要的机械设备才能应用，而其他如扳手等小型机械仍需人工操作。井下巷道通常采用液压支撑架来支持，液压支撑架周围布满了乳化液管道以及管道接口，管道内的高压乳化液将支撑架撑住。乳化液管道通过煤矿外部设置的液压泵提供压力，通常管道内部压力在20-38兆帕范围内。乳化液马达通常利用巷道内现成的乳化液管道中的高压乳化液作为动力源，驱动乳化液马达，将高压乳化液的动能转换为可以驱动设备的机械能，以驱动一些井下小型机械作业。常规的乳化液马达采用乳化液作为工作介质存在很多问题，首先乳化液性质接近于水，在管道中难以形成具有密封作用的水膜，由于乳化液马达直接从乳化液管道中接出支管连接马达终端，使输液管路很长，且管接头很多，增大了乳化液泄露的可能性；其次， 由于乳化液支管中的分压减小，乳化液动能降低，则转化成的机械能也较小，同时液压马达将液力压力能直接转化为动能的转化率很低，因此只能提供100匪左右的扭矩(与人力差不多)，作业效能同样很低，因而无法从实质上减轻矿工的负担；再次，由于乳化液中存在很多杂质，而乳化液马达通常采用带有行星齿轮的轮系将乳化液动能转换为机械能，乳化液中的杂质很容易在齿轮间积累，造成轮系的堵塞，因此马达必须经常清洗，否则很容易损坏。中国专利申请一种非圆轮系乳化液马达(申请号CN200610088465. 2)，提供了一种包括由一个心轮、一个周轮和一组行星齿轮的非圆轮系的乳化液马达，其中心轮为椭圆形，行星齿轮的个数等于心轮与周轮的边数之和；非圆轮系设置在乳化液马达的工作腔中，行星齿轮分别与周轮和心轮紧密啮合；乳化液从入口进入工作腔，推动周轮转动，周轮通过行星齿轮带动心轮转动，将力矩传递到与行星齿轮的中心固定连接的装置中，完成动能向机械能转换。由于乳化液马达采用行星齿轮、周轮和心轮啮合的轮系结构，乳化液中的杂质在齿轮间积累，一段时间后就会造成轮系的堵塞，因此需要定期清洗马达内腔，这样就很难实现持续作业，且为操作者带来额外的劳动负担。
发明内容本实用新型针对现有技术的不足，提出了一种可将井下现有的高压乳化液的动能转换为高压气体的动能，之后再转化成气动设备的机械能的井下作业用液压气动驱动装置，本装置能为井下中小型机械设备提供足够的扭矩，大大提高作业效能，且工作液体可反复使用，节约运行成本。本实用新型的技术方案如下一种液压气动驱动装置，其特征在于包括液压泵、一组或一组以上的叶轮机和空气压缩机，所述液压泵的输入口与水箱相连，输出口连接井下液压支撑架周围设置的乳化液管道的输入接口，所述叶轮机的动力输出装置与空气压缩机的动力输入装置相连，驱动所述空气压缩机输出高压空气，所述叶轮机的水流入口与所述乳化液管道的输出接口相连，所述叶轮机的水流出口与所述水箱连接。所述叶轮机的动力输出装置为其输出轴，所述空气压缩机的动力输入装置为输入轴，所述输出轴和输入轴通过一联轴器连接。所述联轴器和叶轮机之间设置行星齿轮增速器。所述叶轮机的入口处设置可拆卸的过滤器。所述叶轮机的扭矩为3000 4500匪；额定转速为10 18r/min，最大转速为30r/
mirio所述空气压缩机为螺杆式空气压缩机。所述液压泵设置在井外。本实用新型的技术效果如下本实用新型的液压气动驱动装置包括液压泵、一组或一组以上的叶轮机和空气压缩机，其中液压泵的输入口与水箱相连，输出口连接井下液压支撑架周围设置的乳化液管道的输入接口，叶轮机的动力输出装置与空气压缩机的动力输入装置相连，驱动空气压缩机输出高压空气，叶轮机的水流入口与乳化液管道的输出接口相连，叶轮机的水流出口与水箱连接。由于乳化液管道中是具有一定压力的水和乳化液的混合物，叶轮机的水流入口与乳化液管道的管道接口相连，这样高压水和乳化液混合液体即可推动叶轮机的叶轮旋转，驱动叶轮机的动力输出装置转动，带动与之联动的空气压缩机的输入轴旋转，从而输出携带足够动能的压缩空气，用以驱动井下中小型机械设备。本实用新型利用井下现有的乳化液管道，以乳化液和水的混合液作为工作介质， 完成了由乳化液的液体压力能到压缩空气的动能的转换，由于叶轮机的动能转换率大大高于液压马达，因此能够驱动空气压缩机形成压缩空气。空气在空气压缩机中的升压能力远高于水压，大大提升了输出的空气速度，因而可以驱动更大扭矩的机械设备，扭矩力可达 3000-5000NM，克服了由于管道接口压力不足而难以带动大扭矩机械设备的问题。由于本实用新型中乳化液并不直接作用于驱动目标，而是先驱动叶轮机旋转，将能量传递到空气压缩机中，且叶轮机中的部件间隙较大，乳化液中的杂质不易在设备中淤积，因而不需要对设备进行经常性的清洗除垢，保证了液压气动驱动装置的可持续作业。乳化液管道内高压混合乳化液由井外的液压泵提供，液压泵的运行状态不会影响到井下的环境。且乳化液管道深入到巷道内部，且在巷道的液压支撑架处设置管道接口，该管道接口可直接通过管路连接叶轮机的水流入口，叶轮机的水流出口与液压泵的输入口连接同一个水箱，保证了乳化液在系统内的闭环循环，有效提高了材料的利用率，节约了运行成本。
图1是本实用新型的气动驱动装置的原理示意图图2是本实用新型的气动驱动装置的结构示意图1-液压泵；11-乳化液管道；12-截止阀；13-过滤器；2_叶轮机；3_空气压缩机； 31-温控器；32- ；4-水箱；5-联轴器；6-变速器；7-电磁阀。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进行说明。如图1、图2所示，本实用新型的液压气动系统包括气动设备和用于驱动气动设备的液压气动驱动装置，液压气动驱动装置包括液压泵1、一组或一组以上的叶轮机2和空气压缩机3。其中液压泵1将水箱4中的乳化液泵入井下液压支撑架周围设置的乳化液管道 11，叶轮机2的水流入口与乳化液管道11的管道接口相连，叶轮机2的水流出口与水箱4 相连，保证乳化液在系统中能够循环流动；叶轮机2的动力输出装置为输出轴，空气压缩机 3的动力输入装置为输入轴，输出轴和输入轴之间通过联轴器5连接，在联轴器5和叶轮机 2之间还可设置变速器6 ；空气压缩机3将常压空气压缩为高压空气向气动设备输出，气动设备可为气动扳手、气动夹具、气动钻具或气锤等井下常用工具，使得在无带电作业的前提下实现全自动或半自动的机械化作业，解放劳动力，提高工作效率。空气在状态变化的过程中对外放热，导致空气压缩机3内部温度升高，当超过标称温度时，空气压缩机3会受到不同程度的损坏。因而为了对空气压缩机3进行超温保护， 本实用新型在空气压缩机3的出口处设置温控器31，温控器31将控制指令均输入电磁阀7 中；在液压泵1和叶轮机2之间的乳化液管道11上设置由电磁阀7控制的截止阀12。当空气压缩机3的内部温度超过标称温度时，温控器31向电磁阀7输出控制指令，电磁阀7接到控制指令后即关闭截止阀12，并使空气压缩机3停机。为了使叶轮机2可在含有杂质的乳化液工质条件下正常工作，可在叶轮机2的入口处加设可拆卸的过滤器13，这样可避免乳化液中的杂质进入叶轮机2壳体。当过滤罩上的杂质积累到一定程度时，可将过滤罩拆卸下来进行清洗，之后再装回叶轮机2的入口处。本实施例中的乳化液成分为水95 %、乳化液5%，压力为20Mpa 38Mpa ；储气罐 7的标称压力为0. 8Mpa，容积为0. 04 0. 4m3 ；叶轮机2的扭矩为3000 4500NM ；额定转速为10 18r/min，最大转速为30r/min ；变速器6为行星齿轮增速器，速比为50，功率为 3 5kw0本实施例的空气压缩机3为螺杆式空气压缩机，标称温度为100°C ；空气压缩机3 所需功率Pe = kpQ (kw)(1)式中Pe为压气机所需功率；k为功率系数；ρ为储气罐压力；Q为容积流量；根据已知条件P = 0. 8Mpa ；Q = 0. 4m3/min ；k值范围6. 5 8. 5，按最大选取k = 8. 5代入方程 (1)得Pe = 2. 72 (kw)。上述液压气动驱动装置可带动所需流量为1. 4m3/min的气动设备。应当指出，以上所述具体实施方式
可以使本领域的技术人员更全面地理解本实用新型创造，但不以任何方式限制本实用新型创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本实用新型创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本实用新型创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型创造专利的保护范围当中。
权利要求1.一种液压气动驱动装置，其特征在于包括液压泵、一组或一组以上的叶轮机和空气压缩机，所述液压泵的输入口与水箱相连，输出口连接井下液压支撑架周围设置的乳化液管道的输入接口，所述叶轮机的动力输出装置与空气压缩机的动力输入装置相连，驱动所述空气压缩机输出高压空气，所述叶轮机的水流入口与所述乳化液管道的输出接口相连，所述叶轮机的水流出口与所述水箱连接。
2.如权利要求1所述的一种液压气动驱动装置，其特征在于所述叶轮机的动力输出装置为其输出轴，所述空气压缩机的动力输入装置为输入轴，所述输出轴和输入轴通过一联轴器连接。
3.如权利要求2所述的一种液压气动驱动装置，其特征在于所述联轴器和叶轮机之间设置行星齿轮增速器。
4.如权利要求1或2或3所述的一种液压气动驱动装置，其特征在于所述叶轮机的入口处设置可拆卸的过滤器。
5.如权利要求1或2或3所述的一种液压气动驱动装置，其特征在于所述叶轮机的扭矩为3000 4500NM ；额定转速为10 18r/min，最大转速为30r/min。
6.如权利要求4所述的一种液压气动驱动装置，其特征在于所述叶轮机的扭矩为 3000 4500NM ；额定转速为10 18r/min，最大转速为30r/min。
7.如权利要求1或2或3或6所述的一种液压气动驱动装置，其特征在于所述空气压缩机为螺杆式空气压缩机。
8.如权利要求4所述的一种液压气动驱动装置，其特征在于所述空气压缩机为螺杆式空气压缩机。
9.如权利要求5所述的一种液压气动驱动装置，其特征在于所述空气压缩机为螺杆式空气压缩机。
专利摘要本实用新型涉及一种井下作业用液压气动驱动装置，包括液压泵、一组或一组以上的叶轮机和空气压缩机，液压泵的输入口与水箱相连，输出口连接井下液压支撑架周围设置的乳化液管道的输入接口，叶轮机的动力输出装置与空气压缩机的动力输入装置相连，驱动空气压缩机输出高压空气，叶轮机的水流入口与乳化液管道的输出接口相连，叶轮机的水流出口与水箱连接。上述装置可将井下现有的高压乳化液的动能转换为高压气体的动能，能为井下中小型机械设备提供足够的扭矩，大大提高作业效能，且工作液体可反复使用，节约运行成本。
文档编号F03B13/02GK201991682SQ201120122428
公开日2011年9月28日 申请日期2011年4月22日 优先权日2011年4月22日
发明者慕雷, 贾纬民 申请人:北京科路工业装备有限公司