采煤機(jī)液壓系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

朱信平

(中國煤炭科工集團(tuán) 上海有限公司， 上海 200030)

0 引言

滾筒式采煤機(jī)在煤礦井下工作面采煤過程中，主要由升降搖臂來滿足采高和臥底的要求，其功能需要由采煤機(jī)液壓系統(tǒng)來完成。由于提高采煤機(jī)液壓系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性直接關(guān)系到礦井的生產(chǎn)效率，對此針對液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性的不足問題進(jìn)行深入的探討研究。

1 采煤機(jī)現(xiàn)有液壓系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)

采煤機(jī)液壓系統(tǒng)原理如圖1所示，采煤機(jī)液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中采煤機(jī)油路系統(tǒng)的調(diào)高泵為齒輪泵，它以一定的排量為系統(tǒng)提供動(dòng)力，閥組為電磁換向閥組合的形式。管路連接采用MT 79—1984煤礦快接標(biāo)準(zhǔn)，即快速插頭和U形卡的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)具有拆裝方便的優(yōu)點(diǎn)，成為井下綜采工作面設(shè)備普遍采用的結(jié)構(gòu)。

1-泵電機(jī); 2-齒輪泵; 3-MT快接接頭; 4-開關(guān)閥組; 5-粗過濾器。圖1 采煤機(jī)液壓系統(tǒng)原理

2 液壓系統(tǒng)常見故障現(xiàn)象

該采煤機(jī)液壓系統(tǒng)為現(xiàn)有采煤機(jī)通用的配置，總體使用效果尚可，但使用過程中主要存在以下3方面的問題：

圖2 采煤機(jī)液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1) 膠管接頭密封容易損壞，漏油。不同的工作面條件使用效果各異，在硬度較高或矸石含量較大的工作面，密封損壞頻率較大，嚴(yán)重的甚至每天損壞數(shù)次。為了保證生產(chǎn)，工人有時(shí)會(huì)冒著齒輪泵因缺油而吸空的風(fēng)險(xiǎn)，在漏油的狀態(tài)下工作。

2) U形卡斷裂時(shí)有發(fā)生?？焖俳宇^的結(jié)構(gòu)形式如圖3所示，主要為U形卡串起膠管和接頭。如果U形卡發(fā)生斷裂，膠管瞬間就會(huì)斷開，液壓油會(huì)在短時(shí)間內(nèi)被排出，齒輪泵也會(huì)相應(yīng)吸空而燒掉，嚴(yán)重影響礦井生產(chǎn)。

3) 系統(tǒng)發(fā)生堵塞，調(diào)高不正常。采煤機(jī)液壓系統(tǒng)齒輪泵、閥組和各油缸閥塊的故障常有發(fā)生，檢查結(jié)果是系統(tǒng)發(fā)生了堵塞。此類故障排查難度較大，一般會(huì)采取大面積更換零部件的措施才能解決，影響較為嚴(yán)重。

3 液壓系統(tǒng)故障分析

針對上述故障情況發(fā)現(xiàn)，其采煤機(jī)液壓系統(tǒng)在原理上不存在問題，但在如何避免系統(tǒng)油壓沖擊的考慮上略有欠缺。在液壓系統(tǒng)不調(diào)高時(shí)，調(diào)高泵一直處于供油狀態(tài)，油液基本無壓力直接回油箱；而在采煤機(jī)調(diào)高時(shí)，電磁換向閥通電控制手液動(dòng)換向閥動(dòng)作，主控閥變到工作位置，工作管路瞬間接通，系統(tǒng)油液在很短時(shí)間內(nèi)提高了工作壓力。在這個(gè)過程中，各管路會(huì)出現(xiàn)明顯的脈沖，最終作用于接頭和U形卡。

如圖3所示在快速接頭的結(jié)構(gòu)中，若要考慮到拆裝方便，其U形卡在接頭內(nèi)設(shè)計(jì)上需存在一定的間隙，即滿足壓力較小且沖擊不大的工作條件，比如水路系統(tǒng)。但使用在高壓高沖擊的液壓系統(tǒng)中，當(dāng)液壓系統(tǒng)頻繁調(diào)高時(shí)，U形卡會(huì)頻繁受到振動(dòng)和沖擊，容易因沖擊力過大而斷裂或疲勞損壞，接頭密封也會(huì)在沖擊力作用下偏移繼而損壞漏油。同時(shí)油質(zhì)清潔度對于液壓系統(tǒng)的可靠性也有至關(guān)重要的作用，因現(xiàn)有的液壓系統(tǒng)工作環(huán)境非常惡劣，且系統(tǒng)僅有一粗過濾器，過濾精度不高，所以系統(tǒng)發(fā)生堵塞跟油質(zhì)有直接的關(guān)系。

1-MT標(biāo)準(zhǔn)接頭; 2-U形卡; 3-膠管接頭; 4-密封。

4 改進(jìn)方法和實(shí)施方案

由以上分析得出，要提高采煤機(jī)液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要解決系統(tǒng)振動(dòng)沖擊問題、接頭的可靠性問題和油質(zhì)的過濾問題。通過分析研究，對應(yīng)制定了以下技術(shù)措施：

4.1 使用電液流量比例閥替代手液動(dòng)換向閥

電液流量比例閥是閥內(nèi)比例電磁鐵輸入電流信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作，使工作閥閥芯產(chǎn)生位移，閥口尺寸發(fā)生改變并以此完成與輸入電流成比例流量輸出元件。其流量與輸入電流的關(guān)系如圖4所示。

圖4 電液流量比例閥電流-流量特性曲線

由圖4可看出，閥組的輸出流量受輸入電流大小的控制，輸入電流由小至大，相應(yīng)的閥組輸出流量由小變大，使液壓系統(tǒng)平緩圓滑運(yùn)行，這樣就可避免常規(guī)手液動(dòng)換向閥開口瞬間全開的狀況，從而減少了系統(tǒng)的震動(dòng)和沖擊。

4.2 螺紋接頭替代快速接頭

螺紋接頭結(jié)構(gòu)形式如圖5所示，其由螺母、螺紋接頭、卡套、定位環(huán)和彈性密封圈組成，通過螺母和螺紋接頭擰緊，卡套和彈性密封圈密封。

圖5 螺紋接頭結(jié)構(gòu)

該螺紋式接頭相比于快速接頭有以下幾個(gè)優(yōu)勢:

1) 抗振抗沖擊能力強(qiáng)。

2) 密封性能好，且耐久性更強(qiáng)。

3) 耐腐蝕性能好。

4) 耐壓性能有所提高。

5) 裝配安全性能高。

4.3 提高過濾器精度

液壓系統(tǒng)由于工作環(huán)境惡劣，在過濾精度不高的情況，可采用以下幾種改進(jìn)措施：

1) 在現(xiàn)有液壓系統(tǒng)基礎(chǔ)上提高粗過濾器的精度，同時(shí)提高過濾器的排量，避免吸油壓力過大。

2) 在液壓系統(tǒng)中增加高壓過濾器，由于高壓過濾器體積較大，因此要求原有液壓系統(tǒng)需要有較大余量的安裝空間。

5 改進(jìn)后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述改進(jìn)措施和實(shí)際空間條件，進(jìn)行合理空間布置，制定液壓泵站改進(jìn)方案。

改進(jìn)后的采煤機(jī)液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由泵電動(dòng)機(jī)、齒輪泵、螺紋接頭、高壓過濾器、比例閥、粗過濾器和制動(dòng)閥組組成，如圖6所示。

1-泵電動(dòng)機(jī); 2-齒輪泵; 3-螺紋接頭; 4-高壓過濾器; 5-比例閥; 6-粗過濾器; 7-制動(dòng)閥組。圖6 改進(jìn)后的采煤機(jī)液壓系統(tǒng)

改進(jìn)后系統(tǒng)調(diào)高油缸升降速度可調(diào)節(jié)，系統(tǒng)沖擊小，接頭可靠性高，不容易發(fā)生損壞漏油的現(xiàn)象，系統(tǒng)過濾精度高，可靠性較高。

6 結(jié)論

針對現(xiàn)有采煤機(jī)液壓系統(tǒng)常見故障，從原理和結(jié)構(gòu)上分析了故障原因，總結(jié)了提高液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性需要解決的幾個(gè)問題，提出了對應(yīng)的解決方法，并制定了切實(shí)可行的方案，對采煤機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了參考，也為現(xiàn)場采煤工人提供了理論依據(jù)。