立方井下铲运机桥液压系统集成优化及可靠性提升研究

摘要：本研究针对立方井下铲运机桥液压系统效率低、能耗高、可靠性差等问题，提出液压泵马达优化选型、液压油科学选择、多级压力智能控制及变频调速能量回收等优化策略，同时实施高质量元件采用、冗余系统构建、热平衡精确设计及科学检测保养等可靠性提升措施；这些方法为井下铲运机性能优化提供理论指导与技术支持。

关键词：立方井下铲运机；桥液压系统；集成优化；可靠性提升

引言：随着矿业开采深度的不断增加，井下作业环境日益复杂，对井下铲运机的工作性能提出了更高的要求。作为井下铲运机的关键组成部分，桥液压系统的稳定性和可靠性直接影响到铲运机的整体工作效率和安全性。因此，对立方井下铲运机桥液压系统进行集成优化及可靠性提升研究，具有十分重要的现实意义和应用价值。

一、立方井下铲运机桥液压系统概述

立方井下铲运机桥液压系统概述涵盖系统组成与工作原理等关键方面，该系统主要由液压泵、液压缸、液压阀、管路及附件等构成，运行原理基于能量转换过程：液压泵将机械能转为液压能，液压缸再将液压能转回机械能，从而实现铲运机桥的升降、转向等基本动作；液压阀在系统中扮演控制角色，负责调节液压油的流向、压力和流量，确保整个系统按预定逻辑和参数稳定运行[1]。

实际应用环境中，立方井下铲运机桥液压系统面临多项挑战：系统效率低、能耗高、可靠性差等问题普遍存在，这些缺陷不仅直接影响铲运机工作效率，还会增加维护成本并埋下安全隐患；随着矿业开采深度不断增加和井下作业环境日益复杂化，对铲运机桥液压系统进行集成优化和可靠性提升研究变得极为必要，具有重要现实意义和应用价值。

二、立方井下铲运机桥液压系统优化策略

（一）合理选择液压泵和马达

铲运机桥实际工作负载与流量需求特性决定液压泵马达选型关键点，性能匹配度最大化成为选择核心原则；伺服泵或变量泵凭借智能调节能力跃居首选行列，这类泵能根据负载变化实时调整流量参数，大幅降低能量消耗同时提升系统运行效率；应用过程中需结合设备工况特点、负载波动规律以及环境限制条件进行全面评估，液压泵与马达间匹配协调性也必须充分考虑，避免因性能不协调引发额外能耗或加速部件磨损；选型决策还应兼顾后期维护便捷性与备件供应链稳定性，确保系统长期可靠运行。

（二）选择合适的液压油

工作环境温度、系统压力与负载特性共同影响液压油选择标准，井下特殊环境条件对油品品质提出更高要求；液压油粘度指标尤为关键，过高会导致流动阻力增大能耗上升，过低则降低润滑效果加速元件磨损；抗氧化性、抗乳化性等特性也需重点评估，以适应井下高湿高粉尘恶劣环境；科学检测与更换机制建立同样重要，包括定期监测油品清洁度、粘度变化趋势、含水量等核心指标，确保系统始终保持最佳工作状态；高品质液压油不仅能延长系统使用寿命，还能显著降低设备整体维护成本和故障率[2]。

（三）多级压力控制

智能化压力管理技术通过动态调整实现系统能效最大化，核心机制依靠实时负载感知自动调节压力参数；比例压力控制阀、电液比例溢流阀等先进元件构成压力自适应控制网络基础，轻载工况时自动降低系统工作压力减少能量损失，重载情况下适当提升压力满足额外功率需求；这种智能调节机制在保证性能前提下大幅降低能耗，同时减轻元件过载风险延长设备使用周期；与负载感应技术结合应用能产生更显著优化效果，特别适合工况变化频繁的井下铲运机环境，系统整体效率提升幅度可达15%-25%。

（四）变频调速技术

能量回收系统结合变频调速技术为液压系统节能增效开辟新途径，蓄能器或液压马达/发电机等装置能有效捕获溢流阀调节过程中释放的能量并加以利用；回收能量既可储存于蓄能器待系统需要时再次投入使用，也可通过液压马达带动发电机转化为电能供其他部件消耗；该技术不仅显著降低整体能耗，还能减少热量产生改善系统工作温度环境，有效延长液压元件使用寿命；应用于频繁启停、升降工况的铲运机场景中，能量回收技术实现的能量节约率达10%-30%，经济效益与环保价值兼具，对提升设备整体竞争力具有重要意义。

三、立方井下铲运机桥液压系统可靠性提升措施

（一）选用高质量元件

液压系统元件质量直接决定整体可靠性水平，市场验证且知名品牌产品通常具备更稳定性能表现；高质量元件加工精度优良、材料选择严格、性能波动小，能有效应对井下环境复杂工况挑战；选型过程需重点关注元件精密度、耐磨性、耐腐蚀性等关键指标，特别针对液压泵、马达、阀组等核心部件更需严格把关，同时考虑品牌技术支持与备件供应链稳定性；实践证明高品质元件虽前期投入成本较高，但长期运行维护费用大幅降低，系统故障率显著减少，停机损失明显减少，整体经济效益更为突出；采购标准制定时应结合井下特殊环境需求进行针对性评估和选择。

（二）冗余设计

液压系统冗余设计理念主要通过增设备用回路或关键元件提升整体可靠性，实现方式包括配置备用油泵、增设油腔或采用多泵并联供油系统等；冗余方案能有效应对单点故障风险，当主要元件发生异常时备用部件立即接管工作，确保系统持续运行不中断；设计时需平衡冗余程度与成本增加之间关系，针对铲运机最关键功能区域实施重点冗余保护；井下环境恶劣情况下冗余设计价值尤为突出，能避免因系统突发故障导致的人员被困或救援困难等安全事故；现代冗余系统还融合智能监测技术，实现故障自动诊断与应急切换，大幅提升系统整体容错能力与作业连续性[3]。

（三）热平衡设计

热平衡设计作为液压系统可靠性保障关键环节，通过合理规划散热装置确保油温始终维持在理想工作范围；井下环境空间狭小、通风条件有限情况下液压系统散热难度更大，需采用高效散热器、增大换热面积、优化油路布局等综合措施；油温异常升高会导致液压油粘度变化、密封件加速老化、元件间配合间隙变形等一系列问题，直接威胁系统使用寿命；科学设计包括风冷、水冷或复合式散热系统，同时配置温度监测预警机制，实现油温自动调控；热平衡设计还需考虑系统启动阶段预热和极端工况下的散热保障，确保各类运行状态下系统温度均处于最佳区间。

（四）定期检测与保养

科学完善的检测保养制度是维持液压系统长期稳定运行的基础保障，需建立覆盖液压油品质、关键元件状态的全面监测体系；定期检测液压油清洁度、黏度、含水量等核心指标，发现异常及时进行过滤或更换处理；关键元件如液压泵、各类阀组、管路接头、密封件等需按照规定周期进行状态评估，观察磨损程度、泄漏情况和动作准确性；预防性维护理念尤为重要，通过油液分析技术提前发现潜在问题，避免小故障发展为大事故；同时建立详细维护记录档案，积累数据支持预测性维护模型构建，逐步实现从定期维护向状态监测维护转变，既提高系统可靠性又降低维护成本。

结论：立方井下铲运机桥液压系统集成优化与可靠性提升研究解决了实际应用中长期存在的技术难题，优化策略与可靠性措施相互支撑形成完整技术体系；本研究所提技术方案在理论上能有效降低系统能耗，减少故障发生率，延长设备使用寿命；该研究成果不仅适用于立方井下铲运机，还可推广至其他类似井下液压设备，对矿业装备技术进步及安全高效开采具有重要理论价值。

参考文献：

[1]张迎香.3m～3蓄电池式井下铲运机传动系统节能方法研究[D].长沙：中南大学，2023（2）：23-24.

[2]周圆.一种纯电动地下铲运机的双电机动力输出系统：CN202210813595.7.

[3]万林海.一种改进型井下出矿遥控铲运机：CN202122220578.6.