張 磊，王清峰

(1.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400039;2.瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400039)

由于煤礦井下巷道掘進(jìn)工作面地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，經(jīng)常出現(xiàn)裂隙斷層，矸石硬度變化范圍大，掘進(jìn)機(jī)在鉆進(jìn)掏槽和掃落煤巖的過(guò)程中所受的振動(dòng)沖擊大，設(shè)備抖動(dòng)幅度和頻率大，空氣煤塵含量極高，巷道積水和頂板漏水現(xiàn)象頻發(fā)，工作環(huán)境十分惡劣。潤(rùn)滑系統(tǒng)是否具有良好的出脂性和運(yùn)行的可靠性是保障掘進(jìn)機(jī)關(guān)鍵回轉(zhuǎn)和連接部件不被磨損和被水電解質(zhì)氧化腐蝕的關(guān)鍵所在。

EBZ200型懸臂式遠(yuǎn)控掘進(jìn)機(jī)具有多功能性和出色的機(jī)動(dòng)性，投資少，見(jiàn)效快，施工前設(shè)備組裝和配套場(chǎng)地的建設(shè)準(zhǔn)備工作迅速，機(jī)器再利用率高，是中型煤巷、半煤巖巷道綜掘工作面的理想自動(dòng)化掘進(jìn)設(shè)備［1－3］。

由于掘進(jìn)機(jī)在鉆進(jìn)掏槽和掃落煤巖的巷道開(kāi)拓過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量煤矸粉塵，加之綜合考慮掘工作面煤與瓦斯的安全問(wèn)題，因此迫切需要研制一種具有除塵和自動(dòng)注脂集中潤(rùn)滑功能兼?zhèn)涞男滦途蜻M(jìn)裝備。

1 EBZ200型遠(yuǎn)控掘進(jìn)機(jī)

EBZ200型遠(yuǎn)控掘進(jìn)機(jī)項(xiàng)目的研究目的是在煤與瓦斯安全問(wèn)題嚴(yán)重的危險(xiǎn)巷道實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離可視化無(wú)人操縱控制掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)斷面成型并開(kāi)拓巷道，并保證后續(xù)巷道支護(hù)人員遠(yuǎn)離巷道掘進(jìn)工作面。這對(duì)保護(hù)煤礦一線工人人身安全、有效減輕煤礦粉塵對(duì)工人身體的侵蝕和保障煤礦安全具有極其重要的意義。

如圖1所示，EBZ200型遠(yuǎn)控掘進(jìn)機(jī)由11部分組成，即“五部一機(jī)五個(gè)系統(tǒng)”。“五部”即截割部、鏟板部、本體部、后支承部和行走部;“一機(jī)”指第一運(yùn)輸機(jī);“五個(gè)系統(tǒng)”即電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、水系統(tǒng)(內(nèi)外噴霧除塵系統(tǒng))、遠(yuǎn)程可視化控制系統(tǒng)和集中潤(rùn)滑系統(tǒng)。

2 集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的作用

集中潤(rùn)滑系統(tǒng)是指從一個(gè)潤(rùn)滑油供給源通過(guò)分配器分送管道和油量計(jì)量件，按照一定的時(shí)間把需要的潤(rùn)滑油脂準(zhǔn)確地供給到多個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)的系統(tǒng)［4－6］。

集中潤(rùn)滑給油系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)人工潤(rùn)滑的不足之處，在無(wú)人值守的掘進(jìn)機(jī)開(kāi)拓巷道時(shí)能夠定時(shí)、定點(diǎn)和定量地給各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)注入潤(rùn)滑油脂，使每個(gè)連接轉(zhuǎn)動(dòng)副的磨損量降至最低，大大減少了潤(rùn)滑油脂的使用量，在環(huán)保和節(jié)能的同時(shí)降低了機(jī)件的損耗和保養(yǎng)維修時(shí)間，最終達(dá)到提高營(yíng)運(yùn)收益的效果。

圖1 EBZ200型遠(yuǎn)控掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)

3 集中潤(rùn)滑系統(tǒng)型式的選擇

3.1 集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的型式

集中潤(rùn)滑給油系統(tǒng)按潤(rùn)滑泵供油方式，可分為手動(dòng)供油系統(tǒng)和自動(dòng)供油系統(tǒng);按潤(rùn)滑方式可分為間歇供油系統(tǒng)和連續(xù)供油系統(tǒng);按潤(rùn)滑功能可分為抵抗式集中潤(rùn)滑系統(tǒng)和容積式集中潤(rùn)滑系統(tǒng)。

集中潤(rùn)滑系統(tǒng)在機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用廣泛，類型眾多，大致可分為以下7種:

1)節(jié)流式，即利用流體阻力分配潤(rùn)滑劑，所分配的潤(rùn)滑劑量與壓力及流孔尺寸成正比。供油壓力范圍為0.2～1.5 MPa，潤(rùn)滑點(diǎn)可多至300處以上。

2)單線式，即潤(rùn)滑劑在間歇壓力(直接的或延遲的)下通過(guò)單線的主管路送至注油嘴，然后送至各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)。供油壓力范圍為0.3～21 MPa，潤(rùn)滑點(diǎn)可多至200以上。

3)雙線式，即潤(rùn)滑劑在壓力作用下通過(guò)由一個(gè)方向控制閥交替變換流向的兩條主管路送至定量分配器，依靠主管路中潤(rùn)滑劑壓力的交替升降來(lái)操縱流量分配器，使定量潤(rùn)滑劑供至各潤(rùn)滑點(diǎn)。供油壓力范圍為 0.3～40 MPa，潤(rùn)滑點(diǎn)可多達(dá)2000個(gè)。

4)多線式，即多頭油泵的多個(gè)出口各有一條管路直接將定量的潤(rùn)滑劑送至相應(yīng)的潤(rùn)滑點(diǎn)。管路的布置可以是并聯(lián)或串聯(lián)。供油壓力范圍為0.3 ～40 MPa，潤(rùn)滑點(diǎn)多達(dá)2000 個(gè)。

5)遞進(jìn)式，即由壓力升降操縱定量分配器按預(yù)定的遞進(jìn)程序?qū)?rùn)滑劑送至各潤(rùn)滑點(diǎn)。供油壓范圍為0.3～40 MPa，潤(rùn)滑點(diǎn)在800個(gè)以上。

6)油霧/油氣式，即將壓縮空氣與潤(rùn)滑油液混合經(jīng)凝縮嘴或噴嘴后呈現(xiàn)油霧或微細(xì)油滴送至潤(rùn)滑點(diǎn)。該種方式供油量可以調(diào)整，但必須采用經(jīng)過(guò)除水和凈化過(guò)的壓縮空氣，同時(shí)，潤(rùn)滑油需添加必要的抗氧化劑。

7)混合式，即由上述多種潤(rùn)滑方式組合而成的集中潤(rùn)滑系統(tǒng)。

3.2 EBZ200型遠(yuǎn)控掘進(jìn)機(jī)集中潤(rùn)滑方式的選擇

3.2.1 集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的工作原理

由于掘進(jìn)機(jī)用途和工作環(huán)境(空氣濕度大，煤塵含量高，瓦斯?jié)舛雀?，維修保養(yǎng)難度大)的限制，用在EBZ200型遠(yuǎn)控掘進(jìn)機(jī)上的集中潤(rùn)滑系統(tǒng)與一般掘進(jìn)機(jī)上的潤(rùn)滑系統(tǒng)有較大差異。潤(rùn)滑油泵的動(dòng)力源采用液壓驅(qū)動(dòng)裝置。掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程可視化控制系統(tǒng)發(fā)出潤(rùn)滑注油指令給置于電控箱中的PLC，PLC接受指令控制電磁閥動(dòng)作，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)注油點(diǎn)潤(rùn)滑油脂的供給。在掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程控系統(tǒng)閉鎖的情況下，也可由操作人員直接控制設(shè)在掘進(jìn)機(jī)操作面板上的潤(rùn)滑脂供油觸摸按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)注油潤(rùn)滑。

該潤(rùn)滑系統(tǒng)屬自動(dòng)潤(rùn)滑，潤(rùn)滑供油時(shí)間由主控程序設(shè)定。一旦啟動(dòng)潤(rùn)滑供油指令，潤(rùn)滑系統(tǒng)將自行運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)供油時(shí)間達(dá)到程序設(shè)定值時(shí)，潤(rùn)滑系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)閉，停止供油，無(wú)需人工干預(yù)。若在供油過(guò)程中潤(rùn)滑系統(tǒng)出現(xiàn)漏油、爆管和堵管等機(jī)械故障時(shí)，故障自動(dòng)診斷系統(tǒng)也會(huì)向PLC發(fā)出停止供油指令。

3.2.2 集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的方式

鑒于掘進(jìn)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)所處的特殊工況和掘進(jìn)機(jī)特殊的構(gòu)造，目前較為成熟的可以用在掘進(jìn)機(jī)上的集中潤(rùn)滑方式有雙線遞進(jìn)式潤(rùn)滑系統(tǒng)和多線遞進(jìn)式潤(rùn)滑系統(tǒng)2種。

遞進(jìn)式集中供脂潤(rùn)滑系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于由遞進(jìn)式分配器分往各潤(rùn)滑點(diǎn)的油脂量可定制，各潤(rùn)滑點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)一次性同步供脂。

為了考量2種潤(rùn)滑方式在EBZ200型遠(yuǎn)控掘進(jìn)機(jī)上的工作可靠性、有效性和實(shí)用性，本研究小組在2臺(tái)樣機(jī)上分別設(shè)計(jì)和安裝了雙線遞進(jìn)式和多線遞進(jìn)式2套不同的集中潤(rùn)滑系統(tǒng)。

4 集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1 EBZ200型遠(yuǎn)控掘進(jìn)機(jī)潤(rùn)滑注油點(diǎn)分布

EBZ200型遠(yuǎn)控掘進(jìn)機(jī)主要潤(rùn)滑注油點(diǎn)見(jiàn)表1，注油點(diǎn)在掘進(jìn)機(jī)上的分布見(jiàn)圖2。

表1 EBZ200型遠(yuǎn)控掘進(jìn)機(jī)主要潤(rùn)滑注油點(diǎn)

圖2 EBZ200型遠(yuǎn)控掘進(jìn)機(jī)潤(rùn)滑注油點(diǎn)分布

EBZ200型遠(yuǎn)控掘進(jìn)機(jī)集中潤(rùn)滑系統(tǒng)主要是針對(duì)銷軸和軸承的潤(rùn)滑，而其他部件潤(rùn)滑所使用的潤(rùn)滑油種類不同，且每個(gè)部件一次加注相應(yīng)的潤(rùn)滑油就可長(zhǎng)期運(yùn)行，一次注油量大且注油時(shí)間間隔長(zhǎng)，無(wú)需集中頻繁潤(rùn)滑。

4.2 雙線遞進(jìn)式集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

雙線遞進(jìn)式集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的控制原理如圖3所示。雙線遞進(jìn)式集中潤(rùn)滑系統(tǒng)主要由電控系統(tǒng)、液動(dòng)潤(rùn)滑泵、雙線遞進(jìn)式分配器、主管路、分支管路和壓力繼電器等附件組成［7］。其優(yōu)點(diǎn)在于每個(gè)遞進(jìn)式分配器所占據(jù)的安裝空間小，這對(duì)于安裝空間有限的掘進(jìn)機(jī)來(lái)說(shuō)是十分有利的。缺點(diǎn)是分配器數(shù)量多，系統(tǒng)故障點(diǎn)多，且供脂管路過(guò)于分散，不便于集中管理和快速排查故障，在掘進(jìn)機(jī)拆解回廠大修時(shí)對(duì)管路的梳理以及各油管油口的清理和維護(hù)工作量大。

4.3 多線遞進(jìn)式集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

多線式集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的控制原理如圖4所示。

圖3 雙線遞進(jìn)式集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的控制原理

圖4 多線遞進(jìn)式集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的控制原理

多線式集中供脂潤(rùn)滑系統(tǒng)由電控系統(tǒng)、液動(dòng)潤(rùn)滑泵、遞進(jìn)式油量分配器、主供脂管路和分支管路等組成。其優(yōu)點(diǎn)在于減少了油量分配器的數(shù)量和系統(tǒng)故障點(diǎn)數(shù)量，增加了系統(tǒng)的可靠性;供脂管路集中，便于集中管理和迅速排故。但每個(gè)油量分配器所占據(jù)的安裝空間較大，加之油路過(guò)于集中，管路所占據(jù)的空間大，供脂管路與掘進(jìn)機(jī)動(dòng)力供油管路干涉相對(duì)嚴(yán)重。

4.4 集中潤(rùn)滑系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

1)各潤(rùn)滑點(diǎn)供脂量的確定

連接銷軸與支承耳和油缸轉(zhuǎn)動(dòng)副處的供脂量Q1滿足

式(1)中:Q1為連接銷軸與支承耳和油缸轉(zhuǎn)動(dòng)副處的供脂量(mL);D為軸孔或油缸連接耳孔的直徑(mm);d為銷軸直徑(mm);L1為銷軸和軸孔或銷軸和油缸連接耳孔的配合面長(zhǎng)度(mm);K1為系數(shù)。

潤(rùn)滑油脂在銷軸連接轉(zhuǎn)動(dòng)副處的作用除潤(rùn)滑之外，還起到密封和防塵的作用，在供脂量Q1的計(jì)算過(guò)程中K1應(yīng)取上限值(即K1=1)。銷軸與軸孔之間的配合是間隙配合，銷軸或油缸在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中與軸孔或軸之間并非緊密貼合，對(duì)油脂的擾動(dòng)現(xiàn)象時(shí)刻存在。因此，K1應(yīng)在0.5～1.0取值，推薦 K1=0.75。

回轉(zhuǎn)軸承處的供脂量Q2為

式(2)中:Q2為回轉(zhuǎn)軸承處的供脂量(mL);d為軸承外徑(mm);i為滾動(dòng)軸承列數(shù);l為滾動(dòng)軸承寬度(mm);K2為系數(shù)，單列軸承取 1.5 ～2.5，雙列軸承取2.5 ～5.0。

2)液動(dòng)供脂泵最小出脂量Q的計(jì)算

式(3)中:v1為連接銷軸與支承耳和油缸轉(zhuǎn)動(dòng)副處的總供脂量(mL);v2為回轉(zhuǎn)軸承處的總供脂量(mL);T為集中潤(rùn)滑系統(tǒng)每個(gè)工作循環(huán)的工作時(shí)間(min);K3為系數(shù)，考慮到系統(tǒng)不可避免地存在漏油和滲油現(xiàn)象，1.0 ＜K3≤1.2。

本項(xiàng)目所采用的液動(dòng)供脂泵的儲(chǔ)油量為5 L，可以滿足潤(rùn)滑系統(tǒng)集中潤(rùn)滑的供脂量需要。

3)集中潤(rùn)滑系統(tǒng)每個(gè)工作循環(huán)工作時(shí)間T的確定

式(4)中:Qcyk為所有潤(rùn)滑點(diǎn)出油口出脂總量(mL);Qzfyg為主油管和分支油管的潤(rùn)滑脂總儲(chǔ)脂量(mL);Qmin為液動(dòng)供脂泵單位時(shí)間供脂量(mL/min);K4為系數(shù)，鑒于主油管和分支油管內(nèi)的油脂長(zhǎng)期處于壓縮狀態(tài)，K4一般取油管總?cè)萘康?.5%。

4)集中潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑脂的選擇

據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)煤礦井下掘進(jìn)巷道常年最低溫度保持在20～25℃之間。在干油(油脂類潤(rùn)滑油)集中潤(rùn)滑系統(tǒng)中，鋰基潤(rùn)滑脂因其具有良好的抗水性、機(jī)械安定性、防銹性和氧化安定性等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。

極壓鋰基潤(rùn)滑脂是由脂肪酸鋰皂稠化礦物潤(rùn)滑油并加入抗氧劑和極壓劑制得的抗極壓型潤(rùn)滑脂，使用工作溫度在－20～120℃之間，特別適合掘進(jìn)機(jī)等高負(fù)荷機(jī)械設(shè)備軸、軸承及花鍵軸的單體潤(rùn)滑和集中潤(rùn)滑。

5)集中潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑周期的確定

集中潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑周期的確定是由銷軸、回轉(zhuǎn)軸承、花鍵軸和截割電機(jī)減速器的潤(rùn)滑需求決定的?？紤]到掘進(jìn)機(jī)長(zhǎng)期工作在高空氣濕度、高粉塵濃度、高瓦斯?jié)舛群统掷m(xù)承受高強(qiáng)度沖擊載荷的環(huán)境下，掘進(jìn)機(jī)集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的工作時(shí)間要短，潤(rùn)滑頻率要高。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證:每8 h(即每個(gè)工作班)開(kāi)啟潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)掘進(jìn)機(jī)主要潤(rùn)滑點(diǎn)集中潤(rùn)滑一次就可以有效延長(zhǎng)銷軸、軸承和花鍵軸的使用壽命。實(shí)際應(yīng)用情況表明:掘進(jìn)機(jī)在有水環(huán)境下連續(xù)開(kāi)拓掘進(jìn)1741 m，返廠大修時(shí)未發(fā)現(xiàn)銷軸、軸承和各花鍵軸有明顯腐蝕跡象，各部件磨損量均在設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)范圍內(nèi)，銷軸可從軸孔中順暢取出并可再次使用。

4.5 集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的日常維護(hù)措施

1)在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)應(yīng)仔細(xì)檢查各分配器的動(dòng)作、液壓換向閥的動(dòng)作壓力是否正常、各個(gè)潤(rùn)滑出脂點(diǎn)是否有新鮮油脂溢出等。

2)為防止煤塵、煤矸顆粒和煤泥等雜質(zhì)混入液動(dòng)潤(rùn)滑泵的儲(chǔ)油器，應(yīng)適時(shí)采用加油泵加注油脂。

3)液動(dòng)潤(rùn)滑泵自身的潤(rùn)滑要嚴(yán)格按照產(chǎn)品說(shuō)明書上的規(guī)定加油量和注油點(diǎn)注油。

4)定期檢查和清洗干油過(guò)濾器，清洗劑可選用煤油或柴油，清洗干凈后用壓縮空氣吹干。

5)由于掘進(jìn)機(jī)工作環(huán)境十分惡劣，煤粉極易通過(guò)微小間隙或通氣孔進(jìn)入集中潤(rùn)滑系統(tǒng)各元器件內(nèi)部，尤其是在打開(kāi)檢查或分解檢修時(shí)情況會(huì)更加嚴(yán)重。煤粉的進(jìn)人會(huì)直接影響系統(tǒng)的集中潤(rùn)滑效果。為防止粉塵進(jìn)入，要注意保持油站周圍環(huán)境的清潔，保證系統(tǒng)的密封性，保證通氣裝置處于工作狀態(tài)，在檢修和更換零部件時(shí)應(yīng)特別注意清洗工作［8］。

5 手動(dòng)輔助潤(rùn)滑

在巷道開(kāi)拓掘進(jìn)過(guò)程中，為保證當(dāng)班掘進(jìn)尺量，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)集中潤(rùn)滑系統(tǒng)中潤(rùn)滑泵、油量分配器等元器件因損壞而失效時(shí)，掘進(jìn)機(jī)是不可能停機(jī)的。損壞元器件如果更換不及時(shí)，在長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有潤(rùn)滑的情況下，掘進(jìn)機(jī)很容易出現(xiàn)突發(fā)故障。人工手動(dòng)輔助潤(rùn)滑系統(tǒng)可以臨時(shí)使用傳統(tǒng)人工潤(rùn)滑方式對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行潤(rùn)滑。這種設(shè)計(jì)必不可少而且實(shí)用，能充分保障掘進(jìn)機(jī)正常工作。

6 結(jié)束語(yǔ)

集中潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)EBZ200型遠(yuǎn)控掘進(jìn)機(jī)各轉(zhuǎn)動(dòng)副的日常維護(hù)至關(guān)重要，在集中潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)充分考慮煤礦井下掘進(jìn)巷道工作面的實(shí)際工作環(huán)境。為防止集中潤(rùn)滑系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生較大的故障而無(wú)法使用，掘進(jìn)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮自動(dòng)集中潤(rùn)滑和人工單點(diǎn)注油潤(rùn)滑2種方式共存。無(wú)論是雙線式還是多線式集中潤(rùn)滑系統(tǒng)，其工作可靠性均能滿足EBZ200型遠(yuǎn)控掘進(jìn)機(jī)的潤(rùn)滑需求。集中潤(rùn)滑系統(tǒng)能否長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作離不開(kāi)維修班組對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)元器件的日常維護(hù)和保養(yǎng)。

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