掘進機水系統的改進設計與應用

摘要：介紹一種掘進機水系統，分析了它的工作原理、結構以及關鍵技術，其特征是采用反沖洗過濾器以保證水質純凈；內噴霧采用密封材料補償設計，解決掘進機使用內噴系統承壓小、易磨損導致泄漏的問題，同時介紹了使用水系統達到的效果

關鍵詞：水系統 反沖洗 自動補償

1.引言

在煤礦掘進作業中，由于掘進機截割時會產生大量的粉塵，嚴重一線工人的職業健康，因此降塵技術顯得尤為重要，目前噴霧降塵是最為常見的除塵方法之一。掘進機的噴霧系統一般由內、外噴霧系統兩部分組成，外噴霧系統因其工藝簡單、安裝方便，在掘進工作中得到普遍應用，但滅塵效果不佳；而內噴霧系統的噴嘴布置在截割頭上，除能夠第一時間降塵外，還可以為截齒降溫，具有良好的使用效果。但是，內噴霧系統工藝復雜、維護困難，密封要求較高。現階段絕大部分掘進機采用格來圈式密封或U型密封圈對配水盤上的進水通道兩側密封，該種密封結構承受壓力小，易磨損，運行一段時間磨損后沒有補償能力，導致內噴霧用水泄漏嚴重，無法使用。這一直是阻礙掘進機實現長效內噴霧的一個難題，同時保證水質的純凈也是保證水系統長效使用的基本保障，鑒于此，設計一種保證掘進機長效噴霧的水系統是一個值得我們探討的課題。

2.設計方案

本次掘進機水系統與現使用掘進機水系統不同點在于：一是進水處選用反沖洗過濾器，保證了水質的純凈，避免了噴嘴的堵塞；二是內噴霧采用自動補償結構設計，能在密封介質磨損的情況下借助巧妙的設計實現自動補償，達到長效噴霧的效果，具體設計如下：

2.1.進水處反沖洗設計

掘進機水系統要想保證長效使用，需要在水質、水壓密封上做文章，掘進機水系統外接水源為防塵水，水質一般較差，灰塵顆粒一旦進入噴嘴易造成堵塞，不僅使內噴霧系統霧化效果差，而且會使高水基密封填料持續承受高壓，容易造成泄漏。因此本次設計選用反沖洗過濾器，外接防塵水通過反沖洗過濾器濾芯對水中雜質進行物理過濾，當水流通過進水接頭進入過濾器內，然后通過分流到兩個轉向球閥，通過球閥進入過濾腔，經過濾芯過濾后匯流到出水口接頭，達到水質要求后進入管路，設計要求進水壓力不得低于。

2.2.內噴霧系統設計

內噴霧系統是掘進機水系統的核心部分，如何使內噴長效噴霧也一直是困擾業界的難題。本次內噴設計采取 密閉殼體密封自動補償式內噴霧裝置。 它是一種承壓能力高、具有密封自動補償功能的內噴霧裝置，能使內噴霧密封在出現泄漏的情況下實現狀態可逆，從而使整個內噴霧系統實現長效使用，為掘進工作面的滅塵提供了可靠保障。該裝置在掘進機截割臂內的主軸上采用10×10高水基復合密封填料環作為密封件。密封填料環的兩端加設兩個環形油缸活塞對密封材料進行磨損補償，油缸的單側補償量為5mm，補償總量為密封填料寬度的1/4。主軸轉動時，高水基復合密封填料環可起到有效密封作用，防止高壓內噴霧水泄漏。當運行一段時間或在漏水檢測口發現漏水后，通過單向閥注油嘴經配水盤筒體上與環形油缸活塞缸體相通的軸向通道，打入油脂，推動兩環形油缸向內側相向運動，對高水基復合密封填料施加壓力，補償磨損部分，從而達到繼續密封的效果

綜上所述，防塵水經過反沖洗過濾器過濾后分兩路分別進入內、外噴霧系統，進水壓力3-8Mpa，外噴霧系統通過減壓后進入冷卻器，經過截割電機后至外噴霧頭噴嘴實現噴霧；內噴水經過主軸達到截割頭腔室內，通過噴嘴實現噴霧降塵。水系統原理圖如下：

3.應用

此設計也在協莊煤礦得到應用，通過實踐證明，經過反沖洗過濾器過濾后的水質確保符合噴霧要求；式內噴霧裝置是一種設計理念科學、使用效果可靠的掘進機內噴霧裝置，為使本系統正常發揮作用，應在使用維護中做到以下幾點：

3.1.正確設定和控制水壓。內噴水壓過高會對密封填料造成損害甚至產生泄漏。水壓過低霧化不充分，降塵效果差。密封填料的承壓能力一般在30～40bar，當外來水壓低于30～40bar時，應設升壓泵將壓力提高。而當外來水壓高于30～40bar時，則應設減壓閥將水壓降低。

3.2.確保噴嘴密封良好、通道暢通。內噴霧的滅塵效果與噴霧水的霧化效果和噴射距離成正比，當噴嘴與螺紋密封不好時，會產生大量滴漏，影響霧化效果。而當噴嘴堵塞不通時，不僅使內噴霧水無法霧化，而且會使高水基密封填料持續承受高壓，容易造成泄漏。因此，在生產過程中應及時檢查噴嘴的狀態，及時檢漏、及時疏通，確保噴霧水霧化正常。

3. 3.堅持正常使用內噴霧，內噴霧的正常使用是一個良性循環的結果。當掘進機工作，截割頭旋轉時，主軸與高水基密封填料之間會產生劇烈摩擦和大量高溫。正常使用內噴霧，水會對主軸和密封填料進行潤滑和降溫，從而延長高水基密封填料的使用壽命。而當主軸在沒有內噴霧水的狀態下旋轉時，與密封填料之間產生的高溫在長時間作用下，會使高水基密封填料硬化、剝落，從而影響密封效果和使用的持久性。

結語：

綜上所述，掘進機水系統的改進設計有效保證了內外噴霧的正常使用，尤其是內噴的設計使用效果良好，既能夠對內噴高壓水進行有效密封，又能按要求對填料密封進行有效補償，保證內噴連續使用的降塵效果保障了一線工人的職業健康，在煤礦生產中有很好的推廣前景。

參考文獻：

[1]《機械設計手冊》北京： 機械工業出版社

[2]《新編液壓工程手冊》北京 北京理工大學出版社