EBZ200型遠控掘進機集中潤滑系統的設計與分析

張 磊，王清峰

(1.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400039;2.瓦斯災害監控與應急技術國家重點實驗室，重慶 400039)

由于煤礦井下巷道掘進工作面地質結構復雜，經常出現裂隙斷層，矸石硬度變化范圍大，掘進機在鉆進掏槽和掃落煤巖的過程中所受的振動沖擊大，設備抖動幅度和頻率大，空氣煤塵含量極高，巷道積水和頂板漏水現象頻發，工作環境十分惡劣。潤滑系統是否具有良好的出脂性和運行的可靠性是保障掘進機關鍵回轉和連接部件不被磨損和被水電解質氧化腐蝕的關鍵所在。

EBZ200型懸臂式遠控掘進機具有多功能性和出色的機動性，投資少，見效快，施工前設備組裝和配套場地的建設準備工作迅速，機器再利用率高，是中型煤巷、半煤巖巷道綜掘工作面的理想自動化掘進設備［1－3］。

由于掘進機在鉆進掏槽和掃落煤巖的巷道開拓過程中會產生大量煤矸粉塵，加之綜合考慮掘工作面煤與瓦斯的安全問題，因此迫切需要研制一種具有除塵和自動注脂集中潤滑功能兼備的新型掘進裝備。

1 EBZ200型遠控掘進機

EBZ200型遠控掘進機項目的研究目的是在煤與瓦斯安全問題嚴重的危險巷道實現遠距離可視化無人操縱控制掘進機進行自動斷面成型并開拓巷道，并保證后續巷道支護人員遠離巷道掘進工作面。這對保護煤礦一線工人人身安全、有效減輕煤礦粉塵對工人身體的侵蝕和保障煤礦安全具有極其重要的意義。

如圖1所示，EBZ200型遠控掘進機由11部分組成，即“五部一機五個系統”。“五部”即截割部、鏟板部、本體部、后支承部和行走部;“一機”指第一運輸機;“五個系統”即電氣系統、液壓系統、水系統(內外噴霧除塵系統)、遠程可視化控制系統和集中潤滑系統。

2 集中潤滑系統的作用

集中潤滑系統是指從一個潤滑油供給源通過分配器分送管道和油量計量件，按照一定的時間把需要的潤滑油脂準確地供給到多個潤滑點的系統［4－6］。

集中潤滑給油系統解決了傳統人工潤滑的不足之處，在無人值守的掘進機開拓巷道時能夠定時、定點和定量地給各個潤滑點注入潤滑油脂，使每個連接轉動副的磨損量降至最低，大大減少了潤滑油脂的使用量，在環保和節能的同時降低了機件的損耗和保養維修時間，最終達到提高營運收益的效果。

圖1 EBZ200型遠控掘進機結構

3 集中潤滑系統型式的選擇

3.1 集中潤滑系統的型式

集中潤滑給油系統按潤滑泵供油方式，可分為手動供油系統和自動供油系統;按潤滑方式可分為間歇供油系統和連續供油系統;按潤滑功能可分為抵抗式集中潤滑系統和容積式集中潤滑系統。

集中潤滑系統在機械設備中應用廣泛，類型眾多，大致可分為以下7種:

1)節流式，即利用流體阻力分配潤滑劑，所分配的潤滑劑量與壓力及流孔尺寸成正比。供油壓力范圍為0.2～1.5 MPa，潤滑點可多至300處以上。

2)單線式，即潤滑劑在間歇壓力(直接的或延遲的)下通過單線的主管路送至注油嘴，然后送至各個潤滑點。供油壓力范圍為0.3～21 MPa，潤滑點可多至200以上。

3)雙線式，即潤滑劑在壓力作用下通過由一個方向控制閥交替變換流向的兩條主管路送至定量分配器，依靠主管路中潤滑劑壓力的交替升降來操縱流量分配器，使定量潤滑劑供至各潤滑點。供油壓力范圍為 0.3～40 MPa，潤滑點可多達2000個。

4)多線式，即多頭油泵的多個出口各有一條管路直接將定量的潤滑劑送至相應的潤滑點。管路的布置可以是并聯或串聯。供油壓力范圍為0.3 ～40 MPa，潤滑點多達2000 個。

5)遞進式，即由壓力升降操縱定量分配器按預定的遞進程序將潤滑劑送至各潤滑點。供油壓范圍為0.3～40 MPa，潤滑點在800個以上。

6)油霧/油氣式，即將壓縮空氣與潤滑油液混合經凝縮嘴或噴嘴后呈現油霧或微細油滴送至潤滑點。該種方式供油量可以調整，但必須采用經過除水和凈化過的壓縮空氣，同時，潤滑油需添加必要的抗氧化劑。

7)混合式，即由上述多種潤滑方式組合而成的集中潤滑系統。

3.2 EBZ200型遠控掘進機集中潤滑方式的選擇

3.2.1 集中潤滑系統的工作原理

由于掘進機用途和工作環境(空氣濕度大，煤塵含量高，瓦斯濃度高，維修保養難度大)的限制，用在EBZ200型遠控掘進機上的集中潤滑系統與一般掘進機上的潤滑系統有較大差異。潤滑油泵的動力源采用液壓驅動裝置。掘進機遠程可視化控制系統發出潤滑注油指令給置于電控箱中的PLC，PLC接受指令控制電磁閥動作，最終實現對各個注油點潤滑油脂的供給。在掘進機遠程控系統閉鎖的情況下，也可由操作人員直接控制設在掘進機操作面板上的潤滑脂供油觸摸按鈕來實現自動注油潤滑。

該潤滑系統屬自動潤滑，潤滑供油時間由主控程序設定。一旦啟動潤滑供油指令，潤滑系統將自行運轉。當供油時間達到程序設定值時，潤滑系統將自動關閉，停止供油，無需人工干預。若在供油過程中潤滑系統出現漏油、爆管和堵管等機械故障時，故障自動診斷系統也會向PLC發出停止供油指令。

3.2.2 集中潤滑系統的方式

鑒于掘進機潤滑系統所處的特殊工況和掘進機特殊的構造，目前較為成熟的可以用在掘進機上的集中潤滑方式有雙線遞進式潤滑系統和多線遞進式潤滑系統2種。

遞進式集中供脂潤滑系統的優點在于由遞進式分配器分往各潤滑點的油脂量可定制，各潤滑點可實現一次性同步供脂。

為了考量2種潤滑方式在EBZ200型遠控掘進機上的工作可靠性、有效性和實用性，本研究小組在2臺樣機上分別設計和安裝了雙線遞進式和多線遞進式2套不同的集中潤滑系統。

4 集中潤滑系統的設計

4.1 EBZ200型遠控掘進機潤滑注油點分布

EBZ200型遠控掘進機主要潤滑注油點見表1，注油點在掘進機上的分布見圖2。

表1 EBZ200型遠控掘進機主要潤滑注油點

圖2 EBZ200型遠控掘進機潤滑注油點分布

EBZ200型遠控掘進機集中潤滑系統主要是針對銷軸和軸承的潤滑，而其他部件潤滑所使用的潤滑油種類不同，且每個部件一次加注相應的潤滑油就可長期運行，一次注油量大且注油時間間隔長，無需集中頻繁潤滑。

4.2 雙線遞進式集中潤滑系統的設計

雙線遞進式集中潤滑系統的控制原理如圖3所示。雙線遞進式集中潤滑系統主要由電控系統、液動潤滑泵、雙線遞進式分配器、主管路、分支管路和壓力繼電器等附件組成［7］。其優點在于每個遞進式分配器所占據的安裝空間小，這對于安裝空間有限的掘進機來說是十分有利的。缺點是分配器數量多，系統故障點多，且供脂管路過于分散，不便于集中管理和快速排查故障，在掘進機拆解回廠大修時對管路的梳理以及各油管油口的清理和維護工作量大。

4.3 多線遞進式集中潤滑系統的設計

多線式集中潤滑系統的控制原理如圖4所示。

圖3 雙線遞進式集中潤滑系統的控制原理

圖4 多線遞進式集中潤滑系統的控制原理

多線式集中供脂潤滑系統由電控系統、液動潤滑泵、遞進式油量分配器、主供脂管路和分支管路等組成。其優點在于減少了油量分配器的數量和系統故障點數量，增加了系統的可靠性;供脂管路集中，便于集中管理和迅速排故。但每個油量分配器所占據的安裝空間較大，加之油路過于集中，管路所占據的空間大，供脂管路與掘進機動力供油管路干涉相對嚴重。

4.4 集中潤滑系統主要設計參數的確定

1)各潤滑點供脂量的確定

連接銷軸與支承耳和油缸轉動副處的供脂量Q1滿足

式(1)中:Q1為連接銷軸與支承耳和油缸轉動副處的供脂量(mL);D為軸孔或油缸連接耳孔的直徑(mm);d為銷軸直徑(mm);L1為銷軸和軸孔或銷軸和油缸連接耳孔的配合面長度(mm);K1為系數。

潤滑油脂在銷軸連接轉動副處的作用除潤滑之外，還起到密封和防塵的作用，在供脂量Q1的計算過程中K1應取上限值(即K1=1)。銷軸與軸孔之間的配合是間隙配合，銷軸或油缸在轉動過程中與軸孔或軸之間并非緊密貼合，對油脂的擾動現象時刻存在。因此，K1應在0.5～1.0取值，推薦 K1=0.75。

回轉軸承處的供脂量Q2為

式(2)中:Q2為回轉軸承處的供脂量(mL);d為軸承外徑(mm);i為滾動軸承列數;l為滾動軸承寬度(mm);K2為系數，單列軸承取 1.5 ～2.5，雙列軸承取2.5 ～5.0。

2)液動供脂泵最小出脂量Q的計算

式(3)中:v1為連接銷軸與支承耳和油缸轉動副處的總供脂量(mL);v2為回轉軸承處的總供脂量(mL);T為集中潤滑系統每個工作循環的工作時間(min);K3為系數，考慮到系統不可避免地存在漏油和滲油現象，1.0 ＜K3≤1.2。

本項目所采用的液動供脂泵的儲油量為5 L，可以滿足潤滑系統集中潤滑的供脂量需要。

3)集中潤滑系統每個工作循環工作時間T的確定

式(4)中:Qcyk為所有潤滑點出油口出脂總量(mL);Qzfyg為主油管和分支油管的潤滑脂總儲脂量(mL);Qmin為液動供脂泵單位時間供脂量(mL/min);K4為系數，鑒于主油管和分支油管內的油脂長期處于壓縮狀態，K4一般取油管總容量的1.5%。

4)集中潤滑系統潤滑脂的選擇

據統計，國內絕大多數煤礦井下掘進巷道常年最低溫度保持在20～25℃之間。在干油(油脂類潤滑油)集中潤滑系統中，鋰基潤滑脂因其具有良好的抗水性、機械安定性、防銹性和氧化安定性等特點而得到廣泛應用。

極壓鋰基潤滑脂是由脂肪酸鋰皂稠化礦物潤滑油并加入抗氧劑和極壓劑制得的抗極壓型潤滑脂，使用工作溫度在－20～120℃之間，特別適合掘進機等高負荷機械設備軸、軸承及花鍵軸的單體潤滑和集中潤滑。

5)集中潤滑系統潤滑周期的確定

集中潤滑系統潤滑周期的確定是由銷軸、回轉軸承、花鍵軸和截割電機減速器的潤滑需求決定的。考慮到掘進機長期工作在高空氣濕度、高粉塵濃度、高瓦斯濃度和持續承受高強度沖擊載荷的環境下，掘進機集中潤滑系統的工作時間要短，潤滑頻率要高。經過試驗驗證:每8 h(即每個工作班)開啟潤滑系統對掘進機主要潤滑點集中潤滑一次就可以有效延長銷軸、軸承和花鍵軸的使用壽命。實際應用情況表明:掘進機在有水環境下連續開拓掘進1741 m，返廠大修時未發現銷軸、軸承和各花鍵軸有明顯腐蝕跡象，各部件磨損量均在設計和預測范圍內，銷軸可從軸孔中順暢取出并可再次使用。

4.5 集中潤滑系統的日常維護措施

1)在系統運行時應仔細檢查各分配器的動作、液壓換向閥的動作壓力是否正常、各個潤滑出脂點是否有新鮮油脂溢出等。

2)為防止煤塵、煤矸顆粒和煤泥等雜質混入液動潤滑泵的儲油器，應適時采用加油泵加注油脂。

3)液動潤滑泵自身的潤滑要嚴格按照產品說明書上的規定加油量和注油點注油。

4)定期檢查和清洗干油過濾器，清洗劑可選用煤油或柴油，清洗干凈后用壓縮空氣吹干。

5)由于掘進機工作環境十分惡劣，煤粉極易通過微小間隙或通氣孔進入集中潤滑系統各元器件內部，尤其是在打開檢查或分解檢修時情況會更加嚴重。煤粉的進人會直接影響系統的集中潤滑效果。為防止粉塵進入，要注意保持油站周圍環境的清潔，保證系統的密封性，保證通氣裝置處于工作狀態，在檢修和更換零部件時應特別注意清洗工作［8］。

5 手動輔助潤滑

在巷道開拓掘進過程中，為保證當班掘進尺量，當掘進機集中潤滑系統中潤滑泵、油量分配器等元器件因損壞而失效時，掘進機是不可能停機的。損壞元器件如果更換不及時，在長時間沒有潤滑的情況下，掘進機很容易出現突發故障。人工手動輔助潤滑系統可以臨時使用傳統人工潤滑方式對掘進機進行潤滑。這種設計必不可少而且實用，能充分保障掘進機正常工作。

6 結束語

集中潤滑系統對EBZ200型遠控掘進機各轉動副的日常維護至關重要，在集中潤滑系統設計過程中應當充分考慮煤礦井下掘進巷道工作面的實際工作環境。為防止集中潤滑系統在運行過程中發生較大的故障而無法使用，掘進機潤滑系統的設計應當考慮自動集中潤滑和人工單點注油潤滑2種方式共存。無論是雙線式還是多線式集中潤滑系統，其工作可靠性均能滿足EBZ200型遠控掘進機的潤滑需求。集中潤滑系統能否長時間穩定工作離不開維修班組對潤滑系統元器件的日常維護和保養。

［1］支建燊，胡建華，王文耀，等.掘進機自動集中潤滑系統設計［J］.煤礦機械，2011，32(6):183 －184.

［2］高翔.掘進機用集中潤滑系統的改進設計［J］.山西科技，2011，26(5):105 －106.

［3］馮彥偉.綜掘機在半煤巖巷道中的推廣［J］.煤礦機械，2007，28(9):164 －165.

［4］權毅，陳志輝，白云華，等.雙線式自動干油集中潤滑系統在18500t油壓機中的應用［J］.礦山機械，2011，39(7):141－144.

［5］于勵民.振動篩集中潤滑系統設計［J］.礦山機械，2008(11):92－95.

［6］向思遇.高爐BISCHOFF煤氣凈化系統干油集中潤滑的設計與應用［J］.冶金設備，2010(3):71－74.

［7］李寶良，黃新.雙線式干油集中潤滑系統的設計［J］.一重技術，2007(5):20 －23.

［8］敖紅霞.智能集中潤滑在起重機上的應用［J］.浙江冶金，2006(2):43－45.