掘進機內噴霧系統的改進

摘 要：對掘進機內噴霧的現狀進行統計分析，從噴嘴設計和水路系統兩方面改進了掘進機內噴霧系統。噴嘴設計上采用齒座為水路的后噴霧方式，可以降低噴嘴堵塞的概率，噴霧效果也會得到一定量的加強；通過改進水路系統，重新組織配水系統的結構設計和配水方式，對整機及內噴霧的性能提高起到了較大的作用。

關鍵詞：掘進機 內噴霧 噴嘴 技術改進

中圖分類號：TM35 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（c）-0111-01

隨著礦井作業向高產高效發展，采掘工作場所的粉塵濃度現象是越來越高的。同時采掘工作人員的身心健康不僅受到粉塵的嚴重危害，同時也對設備的工作環境遭到破壞，這樣就加速了采掘機械的磨損度，增加的各項事故的發生機率，煤塵濃度在0.75～1.00 mm的直徑范圍內達到一定程度時，就很容易發生重大的安全事故，比如：瓦斯爆炸、煤塵爆炸等事故。為了解決該問題，內噴霧降塵系統應運而生。內噴霧系統是利用安裝在截割頭上的噴嘴對著截齒的前面噴霧，用較少的水就可以達到較好的滅塵效果，是最經濟有效、操作簡便的降塵措施。

從國內各廠家生產的掘進機統計中，其內噴霧的方式基本是前側噴霧，即噴嘴的位置在截齒的前側下方一定的距離，水由噴嘴由下向上（齒尖周圍）進行噴霧，如圖1所示，此種內噴霧方式很容易產生噴嘴堵塞現象，而且受截割落料的阻礙使霧化距離大大縮短，使水的霧化程度受很大的影響，甚至不能霧化，很大程度上達不到設計的噴霧效果，無法起到滅塵、冷卻和潤滑作用。從引進掘進機技術到現在的自主開發掘進機產品，經過多次的噴霧試驗及一系列的研究、探索和現場改進后，這一問題終于得到了圓滿解決[1]。

1 改進噴嘴設計

掘進機內噴霧是將壓力水經噴嘴噴出實現，噴霧效果的好壞與噴嘴的噴射性能、噴嘴的布置有很多關系。原始內噴霧系統的基本結構如圖1所示，噴嘴的旋轉方向為順時針方向。截割頭在煤巖實體中進行掏挖工作時，截齒和煤巖之間會產生研磨力。研磨力較大時會產生較多的小塊落料和細粉塵，卡在截齒與噴嘴座之間容易造成噴嘴堵塞[2]。所以必須對原始噴嘴結構進行改進。

對噴嘴的結構優化設計可以從以下兩個個方面入手：第一，噴嘴結構和安裝方式要合理，防止作業場所周邊物料或其他物品碰到噴嘴而造成內噴霧效果降低；第二，合理布置噴嘴和噴霧目的地的相對位置，既要保證兩者之間沒有其他物品阻礙，使噴霧按規定路線送達，同時還要保證噴嘴和目的地之間的距離遠近合適，使噴嘴的起始霧化點不超過噴嘴的出水點距離要達到的目的地距離，從而使出水在到達工作目的地前能夠充分霧化。

根據上述噴嘴的結構優化設計方案，多次的試驗及實際應用后，設計了一種新的內噴霧結構，其簡圖見圖2。改進后內噴霧結構的噴嘴位置從原來的在截割頭體上改在前一個齒的齒座上，壓力水經前一個齒座傳到噴嘴，再噴到后一個齒尖周圍的特定的距離內，對挖掘機周邊的作業空間起到冷卻、潤滑和滅塵的效果。

這種結構與原結構相比具有以下的優勢：首先，改變了噴水角度，將銳角噴霧改為直角噴霧或鈍角噴霧，這樣可以使得水霧對齒尖的包圍更加充分[3]，并減少了落料在二者間的堵塞機會，使噴霧路徑更通暢無阻；其次，改變了噴嘴的安裝位置，這樣可以減少中間的落料阻擋機會；第三，在設計噴嘴的安裝保護中，噴嘴隱藏在了前一組的齒座中，其fCJfJFmdb0mh/uTZuNbTTsvEjVOPXoxITCCByO+e/ig=外平面與齒座的相關外平面重合，這樣有效的保證了噴嘴的牢固性，減少了噴嘴的磨損機會；第四，對噴嘴結構進行了全新的加工工藝，往齒座中供水，這樣使得切割頭上鉆對鉆孔的要求就降低了許多，工人在操作時有了很大的自由空間；最后，噴霧路徑的準確度得到了很大的提高，原來的結構在焊接噴水座時，即使有工裝的定位也很難使出水準確無誤的噴到指定的位置，現在通過改進后，在齒座工裝的約束下，齒座準確定位了，然后把噴水嘴直接安裝在齒座上即可達到噴水的準確定位，達到較理想的定位噴霧效果。

2 水路系統的改進

內噴霧系統在長期工作后，會引發配水裝置上的旋轉密封過度磨損，而密封件的磨損后會影響到其余配合零件的同軸度、表面粗糙度、轉動速度、硬度和密封介質等。

為了減少偏心給旋轉密封產生的附加循環應力，減少密封的偏磨現象，新改進的水路系統將配水盤設計成浮動模式。旋轉密封直接與主軸上的軸套外圓面配合，形成密封面，安裝旋轉密封的配水盤用兩個圓柱銷沿徑向方向與懸臂筒固定，圓柱銷與懸臂筒采用靜配合，而與配水盤留有一定量的間隙。這樣，一方面配水盤相對主軸有一定的浮動量，能自動調節密封面的不同心度；另一方面，能防止配水盤發生轉動偏移。為了保證泄漏的壓力水能順利排出，在懸臂段下方設計了排泄口。另外，再設計配水盤結構和材質選用時，選擇浮動量時綜合考慮其與主軸相聯的各零部件的加工安裝誤差、軸承游隙及旋轉密封的安裝要求

通過配合零件的表面粗糙度、硬度對旋轉密封的壽命有很大的影響。為防止旋轉密封與配合面的摩擦造成主軸過度磨損，在主軸上加了耐磨軸套，軸套材料為 20CMrnTi采用滲碳淬火處理，硬度達HRC55～60，與旋轉密封的配合面要求拋光處理，粗糙度為Ra0.4μm。

3 結語

經過上述一系列改進后，整機和內噴霧效果明顯增強，噴嘴堵塞的幾率顯著降低，使用壽命延長，生產制造成本大幅降低。新的系統內噴霧系統結構合理，安全可靠，使用維護方便，大大改善了礦井作業環境。

參考文獻

[1] 周曉娟.掘進工作面沖擊噴霧的試制[J].煤炭技術，2004，（3）：19-21.

[2] 煤及半煤巖巷道掘進設備研討會籌備組編.煤及半煤巖巷道掘進設備研討會會議論文[C]//上海：上海科學研究總院上海分院編印，1993，10.

[3] 吉林工業大學.工程機械液壓與液力傳動[M].北京：機械工業出版社，1979，6.