懸臂式掘進機油箱冷卻裝置的設計

□ 李忠豹

三一重型裝備有限公司 沈陽 110027

1 設計背景

懸臂式掘進機是集切割、裝運、行走為一體的隧道掘進設備,依靠其價格低、效率高、井下作業靈活等優點、越來越多地應用于礦產開采和各種工程建設中。懸臂式掘進機內部結構主要由切割機構、裝運機構、行走機構、液壓系統、電氣系統及除塵噴霧系統等組成。其中,液壓系統是關鍵組件,為各部件的動作提供動力,它的性能好壞直接影響懸臂式掘進機的性能。

液壓系統作為懸臂式掘進機的重要組成部分,其功率損失幾乎全部轉變為熱量,造成液壓油溫度升高。液壓油溫度過高會加速油液氧化變質、引起液壓元件損壞,甚至會導致整個液壓系統崩潰。所以液壓油的冷卻非常重要,高效快速的冷卻方式,不但可以延長液壓油的使用壽命,還可以提高液壓系統的工作效率。

2 液壓油常規冷卻方式

液壓油的冷卻一般有水冷和風冷兩種方式,大多數掘進機液壓油的冷卻采用水冷方式,通過液壓油和冷卻水的熱量交換來實現。目前大部分掘進機是在油箱之外設置一組板翅式冷卻器對液壓油進行冷卻,但是由于懸臂式掘進機的結構比較緊湊,機身上空間有限,使外置冷卻器的數量和大小受到限制,影響了液壓油的冷卻效果。

少數懸臂式掘進機采用油箱內置蛇形冷卻器進行液壓油冷卻,在油箱的上蓋板下放置蛇形冷卻器,蛇形冷卻器豎立放置,冷卻器的進水口和出水口在油箱的上蓋板上面,結構如圖1所示。由于在油箱內液壓油的液面與上蓋板之間存在一定的空間,使蛇形冷卻器部分暴露在空氣中的管路容易產生冷凝水。蛇形冷卻器是通過持續的冷水流動對油液進行冷卻的,所以在油箱蓋板上的進水口和出水口周圍會形成一定范圍的冷影響區,在油箱蓋板下面的冷影響區也容易生成冷凝水。冷凝水一旦進入液壓油,容易導致液壓油的變質,從而影響到整個液壓系統的性能,進而降低懸臂式掘進機的工作效率。

圖1 原懸臂式掘進機油箱冷卻裝置結構

3 新型冷卻裝置

為了既提高懸臂式掘進機液壓油的冷卻效率,又避免油箱內部蛇形冷卻器冷卻管路產生冷凝水而損壞液壓油,筆者設計了一種新的油箱內置臥式蛇形冷卻器裝置對液壓油進行冷卻,結構如圖2所示。這種冷卻方式使蛇形冷卻器管路完全浸沒在油液中,避免與空氣接觸,在很大程度上提高了液壓油的冷卻效率,并可以保證懸臂式掘進機液壓系統工作的穩定性。

3.1 新型冷卻裝置實施方式

懸臂式掘進機液壓系統的油箱帶有圓形或方形的清理孔,是方便工作人員對油箱內部進行清理維護的入口。新型冷卻裝置是在清理孔端蓋上預先留有兩個尺寸和結構相同的進水口和出水口,清理孔端蓋水口結構如圖3所示。端蓋內部為一個內外接頭,一端與清理孔端蓋內側密封連接,另一端與蛇形冷卻器的水口密封連接。端蓋外部為一個對接接頭,一端與端蓋外側密封連接,另一端與外接冷卻水

圖2 新型懸臂式掘進機油箱冷卻裝置結構

圖3 清理孔端蓋水口結構

管密封連接。

新型冷卻裝置將蛇形冷卻器安裝在油箱清理孔的端蓋上,如圖4所示。安裝后,蛇形冷卻器完全浸沒在液壓油中,蛇形冷卻器端部放在油箱內部的支撐架上。支撐架為固定在油箱底板的內部支架,主要作用是保持蛇形冷卻器穩定,避免因懸臂式掘進機工作時的振動而引起蛇形冷卻器晃動。由于蛇形冷卻器的管路和端蓋內側的冷影響區不與空氣接觸,不會產生冷凝水而使液壓油變質。

3.2 新型冷卻裝置實施要點

新型冷卻裝置中的蛇形冷卻器要根據液壓系統冷卻需求以及油箱實際體積來選擇尺寸,蛇形冷卻器的外形根據油箱具體結構和大小而定,可以是圓柱體,也可以是長方體,首要是保證冷卻效果達到要求。設計油箱之初,要充分考慮各種影響因素,保證懸臂式掘進機工作時蛇形冷卻器始終浸沒在液壓油中。做好油箱端蓋與油箱、進出水口與蛇形冷卻器之間的密封,避免油水混合現象發生。

3.3 新型冷卻裝置優點

新型冷卻裝置采用蛇形冷卻器對液壓油進行冷卻。蛇形冷卻器具有結構簡單、冷卻效率高、價格低

圖4 蛇形冷卻器與端蓋連接結構

廉并能承受高壓等優點,且蛇形冷卻器的冷卻管材質為銅管,可以增強蛇形冷卻器的耐腐蝕性,延長蛇形冷卻器的使用壽命。蛇形冷卻器整體浸沒在油液中,冷卻接觸面積大,冷卻效果明顯。

懸臂式掘進機大多在井下作業,對整機尺寸有一定的要求,所以掘進機機身空間有限。新型冷卻裝置在油箱內部,不占用機身空間,可為其它元件的布置節省一定的空間。

蛇形冷卻器可以和清理孔端蓋一起拆卸拿出油箱,不影響對油箱內部進行清理和維護。蛇形冷卻器也可和端蓋分開,方便更換和維修,在很大程度上提高了清理和維護油箱的效率,既方便又快捷。

4 結束語

新型冷卻裝置有效地提高了懸臂式掘進機液壓系統的冷卻效率,避免了因油箱產生冷凝水而使油液變質。新型冷卻裝置節省懸臂式掘進機的布置空間,也方便油箱和蛇形冷卻器的維修和更換。這一形式的設計應用也可為其它液壓系統的冷卻提供參考和借鑒。