一種薄煤層采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)設(shè)計(jì)

薛軍

(神東煤炭集團(tuán) 高端設(shè)備研發(fā)中心， 陜西 榆林 719315)

0 引言

調(diào)高系統(tǒng)是采煤機(jī)重要的功能系統(tǒng)[1]，一般由調(diào)高電動機(jī)、齒輪泵、調(diào)高閥組、過濾器、油箱、調(diào)高油缸、液壓鎖以及液壓管路組成。采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)利用液壓油推動油缸活塞桿的伸縮來調(diào)整采煤機(jī)搖臂截割高度，從而實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的調(diào)高與臥底，并能利用液壓鎖或平衡閥使油缸活塞桿鎖定在特定位置[2]，從而實(shí)現(xiàn)對煤礦工作面不同厚度煤層的截割。對于薄煤層采煤機(jī)而言，受空間尺寸限制，在設(shè)計(jì)其調(diào)高系統(tǒng)時有很多局限性，又加之薄煤層采煤機(jī)機(jī)身較輕，采煤機(jī)在割煤過程中機(jī)身振動較大，進(jìn)一步加大了薄煤層采煤機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度。傳統(tǒng)的薄煤層采煤機(jī)液壓系統(tǒng)采用單泵供液，存在調(diào)高時控制油壓波動大，系統(tǒng)可靠性差的問題[3-5]。

對此在吸收傳統(tǒng)采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了一種新型薄煤層采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，克服了傳統(tǒng)調(diào)高系統(tǒng)的弊端，提高了薄煤層采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)的可靠性，本設(shè)計(jì)可為今后薄煤層采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考與借鑒。

1 調(diào)高系統(tǒng)工作原理

傳統(tǒng)薄煤層采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時一般采用簡單的單泵調(diào)高系統(tǒng)，即系統(tǒng)高壓和低壓均采用同一齒輪泵提供壓力。實(shí)踐證明，單泵調(diào)高系統(tǒng)在調(diào)高過程中控制壓力極不穩(wěn)定，對液壓系統(tǒng)元部件沖擊較大，易導(dǎo)致各類故障。本設(shè)計(jì)提出了一種新型薄煤層采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用雙聯(lián)系齒輪泵，主泵用于提供調(diào)高回路油液，輔泵用于提供手液動換向閥、液壓制動器的控制油液，通過2只H型手液動換向閥串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)左右搖臂的升降。當(dāng)采煤機(jī)不需調(diào)高時，齒輪泵出口處的壓力油經(jīng)手液動換向閥中位回油池。齒輪泵出口設(shè)計(jì)高壓溢流閥，高壓溢流閥調(diào)定壓力為18 MPa，起安全閥作用。另外為了保證系統(tǒng)具有一定壓力，為手液動換向閥、液壓制動器提供控制壓力，本調(diào)高系統(tǒng)在回油端設(shè)計(jì)了低壓溢流閥，低壓溢流閥調(diào)定壓力為2.5 MPa。

本薄煤層采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)工作原理如圖1所示。當(dāng)調(diào)高手柄往里推時，手液動換向閥工作位置在左位，P口與A口接通，B口與O口接通，高壓調(diào)高油液經(jīng)單向節(jié)流閥后，進(jìn)入液力鎖，同時將油缸的進(jìn)油通道和回油通道打開，油液進(jìn)入調(diào)高油缸大腔(無桿腔)，同時小腔(有桿腔)的油液經(jīng)液壓鎖后，返回油箱，從而實(shí)現(xiàn)搖臂升高。當(dāng)中斷操作時，油缸中的油液被液壓鎖“鎖定”，使油缸固定于特定長度，從而實(shí)現(xiàn)搖臂固定在某一特定位置；當(dāng)調(diào)高手柄往外拉時，手液動換向閥工作位置在右位，P口與B口接通，A口與O口接通，高壓調(diào)高油液首先進(jìn)入液壓鎖，同時將油缸的進(jìn)油通道和回油通道打開，油液進(jìn)入調(diào)高油缸小腔，同時大腔的油液經(jīng)液壓鎖和單向節(jié)流閥后，返回油箱，從而實(shí)現(xiàn)搖臂降低。單向節(jié)流閥布置在大腔回油端，其作用是控制此油路的回油量，避免因搖臂自重的作用使系統(tǒng)壓力急劇波動，導(dǎo)致?lián)u臂下降抖動。當(dāng)操作端頭站或遙控器時，電磁換向閥動作，將控制油引到手液動換向閥相應(yīng)的控制閥口，使換向閥動作，也能實(shí)現(xiàn)搖臂升降。

圖1 薄煤層采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)原理

2 調(diào)高系統(tǒng)元部件的布置及設(shè)計(jì)選型

針對薄煤層采煤機(jī)采高低、機(jī)身薄的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)充分利用機(jī)身結(jié)構(gòu)，將體積較大的泵電動機(jī)橫向布置在煤壁側(cè)，由煤壁側(cè)裝入牽引部。充分利用牽引部殼體不規(guī)則空間構(gòu)成的封閉區(qū)域來作為該調(diào)高系統(tǒng)的油箱。泵電動機(jī)與油箱之間布置粗過濾器，保證進(jìn)入雙聯(lián)齒輪泵的油液潔凈。泵電動機(jī)與雙聯(lián)齒輪泵之間通過泵連接組件連接，集成閥組布置在支架側(cè)方便檢查系統(tǒng)壓力及維修，在調(diào)高油缸的大腔，也就是油缸下降時的回油路上增加一個單向節(jié)流閥。通過調(diào)節(jié)回油流量的大小來控制搖臂下降的速度，避免搖臂“抖動”發(fā)生，上述元部件通過連接接頭及管路連接。本研究設(shè)計(jì)的薄煤層采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)元部件布置如圖2所示。

2.1 泵電動機(jī)選型

本研究選用的泵電動機(jī)為礦用隔爆型三相異步電動機(jī)。可適用環(huán)境溫度低于40 ℃，且有甲烷或爆炸性煤塵的采煤工作面。根據(jù)調(diào)高系統(tǒng)油壓與油量確定泵電動機(jī)功率，主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 泵電動機(jī)技術(shù)參數(shù)

2.2 雙聯(lián)齒輪泵選型

根據(jù)調(diào)高油缸大小和搖臂升降速度、系統(tǒng)工作油壓，確定雙聯(lián)齒輪泵主泵排量8 mL/r，用于提供調(diào)高回路油液，輔泵排量4 mL/r，用于提供手液動換向閥、液壓制動器的控制油液。該雙聯(lián)齒輪泵具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠等特點(diǎn)，適用于薄煤層采煤機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見表2。

1-泵電動機(jī)；2-泵連接組件；3-油箱；4-粗過濾器組件；5-雙聯(lián)齒輪泵；6-單向節(jié)流閥；7-連接接頭及管路；8-集成閥組。圖2 薄煤層采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)元器件布置

表2 雙聯(lián)齒輪泵技術(shù)參數(shù)

2.3 集成閥組設(shè)計(jì)

采煤機(jī)調(diào)高閥組是調(diào)高系統(tǒng)中重要的組成部分，為了滿足薄煤層空間狹小的需求，在設(shè)計(jì)該集成閥組時采用組合閥體的結(jié)構(gòu)，最大限度的壓縮閥體的高度尺寸120 mm，合理布置調(diào)高回路和制動回路接頭與管路的連接。該閥組總體呈上下兩層布置，由螺栓把合在一起并通過端面密封圈密封，內(nèi)部布局合理，而且一旦損壞，維修方便；閥組內(nèi)部采用兩組手液動換向閥串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，高壓油路可控制左右搖臂的調(diào)高，高壓油路與低壓油路分別由不同的齒輪泵提供高壓和低壓，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)了壓力穩(wěn)定。其布置結(jié)構(gòu)如圖3所示。

該集成閥組的主要元部件包括壓力表，電磁閥，溢流閥、操作手柄、連接接頭等結(jié)構(gòu)。本調(diào)高系統(tǒng)中選用的電磁閥，以34GDEY-H6B-T隔爆型電磁換向閥作為手液動換向閥的先導(dǎo)控制，實(shí)現(xiàn)電液控制。電磁換向閥的油口與手液動換向閥的控制油腔相通，當(dāng)?shù)玫綑C(jī)器兩端的端頭站電信號時，電磁換向閥動作，使得控制油源進(jìn)入手動換向閥的一端控制油腔，另一端控制油腔與回油相通，推動閥芯換向動作，實(shí)現(xiàn)搖臂升降。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的高壓安全閥和回油低壓溢流閥均采用DBD直動型溢流閥。高壓安全閥選用DBDS10K10/31.5型，實(shí)際工作壓力為18 MPa；低壓溢流閥選用DBDS10K10/5型，實(shí)際工作壓力2.5 MPa。這種直動溢流閥，結(jié)構(gòu)簡單，采用閥芯尾部導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，閥芯開啟平穩(wěn)，復(fù)位可靠。在集成閥組內(nèi)部設(shè)計(jì)了精過濾器，主要保證控制油源的油質(zhì)清潔，采用紙質(zhì)濾芯，過濾精度為10 μm。

2.4 過濾器

據(jù)統(tǒng)計(jì)65%的液壓系統(tǒng)問題，皆因液壓系統(tǒng)油液進(jìn)入煤塵等雜質(zhì)造成油液污染引起的[6-7]。因薄煤層采煤機(jī)腔體較小，容油量少，調(diào)高系統(tǒng)油液循環(huán)頻率相對較高，當(dāng)調(diào)高系統(tǒng)油液被污染以后，相較于中厚煤層采煤機(jī)更容易出現(xiàn)故障，針對此問題，在本薄煤層調(diào)高系統(tǒng)中，設(shè)粗、精過濾器各一個，保障進(jìn)入齒輪泵和集成閥組油液的潔凈。

粗過濾器安裝位置如圖2所示，外形如圖4所示，采用網(wǎng)式濾芯，過濾精度為80 μm，過濾能力100 L/m。過濾器采用自封式結(jié)構(gòu)，在其尾部設(shè)有單向閥，當(dāng)更換閥芯時，單向閥關(guān)閉，防止油箱中的油液溢出。另外，考慮到薄煤層采煤機(jī)在大傾角工作面使用時，左右工作面油液在油腔中位置不同，因此在設(shè)計(jì)該粗過濾器組件時，在其尾部設(shè)計(jì)了一根油管，固定在油箱中間部位，避免在大傾角工作面吸空損壞齒輪泵。

1-油箱；2-連接接頭及管路；3-油箱中部固定吸油口；4-粗過濾器。圖4 粗過濾器組件

2.5 油缸設(shè)計(jì)

調(diào)高油缸是采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)中的重要組部成分[8]。調(diào)高油缸一方面為了滿足采煤機(jī)調(diào)高與臥底的需要，須保證一定的工作推力和行程；另一方面活塞桿在油缸往復(fù)運(yùn)動過程中承受較大的拉力、振動沖擊等，為了保證使用可靠性，須具有較高的剛度與強(qiáng)度。而在薄煤層采煤機(jī)中，受空間因素限制，要求油缸的設(shè)計(jì)盡量緊湊。為了解決這一矛盾，提高薄煤層采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)適應(yīng)性和可靠性，本文提出了一種緊湊型調(diào)高油缸，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 緊湊型調(diào)高油缸結(jié)構(gòu)

本調(diào)高系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了保證采煤機(jī)具備較大的臥底量，油缸最小長度壓縮至540 mm。另外，為了簡化結(jié)構(gòu)，且避免沿程壓力損失和局部壓力損失，取消了液壓鎖與油缸間的膠管連接。同時為了減小油缸體積，優(yōu)化接頭、油道布置，將雙向液力鎖集成在缸體上。除此之外，在缸體和導(dǎo)向套之間設(shè)計(jì)了防松動彈性銷，達(dá)到防止油缸導(dǎo)向套松動脫落的目的。

3 結(jié)論

本文針對薄煤層采煤機(jī)機(jī)身薄的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種新型采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)，介紹了該薄煤層采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)的工作原理和在薄煤層采煤機(jī)機(jī)身上的布置方式，以及該調(diào)高系統(tǒng)關(guān)鍵元部件的主要參數(shù)。該系統(tǒng)已在多臺薄煤層采煤機(jī)上應(yīng)用實(shí)施，取得了較好的使用效果。