孫智宙SUN Zhi-zhou

（新汶礦業(yè)集團(tuán)公司鄂莊煤礦，萊蕪 271122）

（Ezhuang Coal Mine of Xinwen Mining Group，Laiwu 271122，China）

1 概述

面對(duì)國際化大環(huán)境，工業(yè)日益發(fā)展，對(duì)石油、天然氣、煤炭等資源的需求量愈來愈大，而這些資源屬不可再生性資源，煤炭尤為突出，為提高煤炭資源的回收率，該鉆機(jī)式采煤機(jī)是在引進(jìn)國外螺旋鉆采煤機(jī)的基礎(chǔ)上，對(duì)其優(yōu)化，汲取精華，在不損失其工作性能的情況下，使“洋機(jī)”完全實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，研發(fā)而成的新一代螺旋鉆機(jī)。

該機(jī)型總裝機(jī)功率195kW，采用液壓系統(tǒng)控制，機(jī)器外形尺寸4670×2930×1656mm，相對(duì)國外同功能鉆機(jī)6572×3394×1730mm 減小了許多；而國外鉆機(jī)總裝機(jī)功率為238.5kW，采用液壓系統(tǒng)控制，但其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相當(dāng)復(fù)雜，且結(jié)構(gòu)部件損壞，無法用國產(chǎn)件來代替，開采成本頗高，為降低生產(chǎn)成本，原材料的消耗。綜合各方面的原因，促成了該鉆機(jī)的研制。此套液壓系統(tǒng)就是專為該鉆機(jī)設(shè)計(jì)，其液壓系統(tǒng)如圖1 所示。

2 設(shè)計(jì)原理

該系統(tǒng)由一臺(tái)YBS 型15kW 電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器帶動(dòng)CY14-1B 軸向柱塞泵工作，高壓油經(jīng)輸油管向換向閥供油。經(jīng)換向閥換向，向支持動(dòng)作的各千斤頂及馬達(dá)供油。當(dāng)換向閥處于中位時(shí)，來油經(jīng)換向閥和回油濾油器回油箱卸載。整個(gè)系統(tǒng)需要?jiǎng)幼骰芈钒?8 條千斤頂和2 臺(tái)雙向定量馬達(dá)。根據(jù)操作工藝要求，各回路不同時(shí)工作，系統(tǒng)壓力由先導(dǎo)溢流閥調(diào)定，各千斤頂為防止竄液和旁路在工作時(shí)卸荷，均裝有不同規(guī)格型號(hào)液壓鎖。該系統(tǒng)包括：工作回路、輔助回路、支撐回路和停止（中位卸載回路）。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的確定：動(dòng)作機(jī)構(gòu)除螺旋鉆桿是靠?jī)膳_(tái)90KW 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)兩件摩擦式耦合器，將動(dòng)力傳向兩臺(tái)減速機(jī)，帶動(dòng)螺旋鉆桿旋轉(zhuǎn)和兩臺(tái)液壓馬達(dá)能夠微動(dòng)調(diào)節(jié)鉆桿旋轉(zhuǎn)外，其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)均作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，由單活塞液壓千斤頂直接驅(qū)動(dòng)。

工作回路即推進(jìn)油缸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)推進(jìn)或自動(dòng)后退油路。推進(jìn)油缸實(shí)現(xiàn)動(dòng)作，在工作過程中液壓油進(jìn)入推進(jìn)油缸缸腔，需油量較多，因而采用大流量液壓鎖（60L/min），且系統(tǒng)壓力已定，推進(jìn)速度要求1～2m/min，速度要求相對(duì)較慢，因而對(duì)速度的平穩(wěn)性要求較高，因此采用回路節(jié)流調(diào)速回路，即有調(diào)速閥12 來控制推進(jìn)油缸前進(jìn)和后退的快慢。推進(jìn)油缸后退時(shí)是液壓油進(jìn)入活塞桿腔，相對(duì)缸腔空間體積較小，因而前進(jìn)速度相對(duì)后退速度慢。

輔助回路即實(shí)現(xiàn)換接鉆桿給換接鉆桿創(chuàng)造可換接環(huán)境的油路。工藝要求其不工作時(shí)，處于停止?fàn)顟B(tài)，對(duì)其定位要求不高，因而采用中位回油機(jī)能為M 型的手動(dòng)換向閥。鉆桿的微動(dòng)調(diào)整通過安裝在減速機(jī)上的液壓馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)，且馬達(dá)旋向可逆，（兩組馬達(dá)可實(shí)現(xiàn)互換），由于馬達(dá)是安裝在減速機(jī)上的，鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，馬達(dá)隨機(jī)器一起高速旋轉(zhuǎn)，造成系統(tǒng)壓力油溫升過高，易損壞系統(tǒng)各處密封和馬達(dá)；為保護(hù)馬達(dá)故在馬達(dá)和減速機(jī)之間增加超越離合器，以實(shí)現(xiàn)減速機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)馬達(dá)不隨減速機(jī)旋轉(zhuǎn)。

支撐回路即實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)隨煤層變化傾斜調(diào)整穩(wěn)定鉆機(jī)的油路。在烏克蘭原有基礎(chǔ)上增加了一對(duì)防滑千斤頂。

3 系統(tǒng)工作特點(diǎn)

3.1 系統(tǒng)中各電磁換向閥工作狀態(tài)：如表1。

表1

3.2 鉆機(jī)工作狀態(tài) 由液壓原理圖和該表中所標(biāo)電磁閥在不同工作狀態(tài)可以看出各電磁換向閥的通斷情況和該系統(tǒng)的工作狀況。該系統(tǒng)在正常工作時(shí)，運(yùn)行機(jī)理如下：泵3 吸油→經(jīng)單向閥6→電磁換向閥YA1(接通)→電磁換向閥YA4（接通）→調(diào)速閥12→梭閥13→液壓鎖18→推進(jìn)主千斤頂活塞桿腔（輔助千斤頂缸腔）→鉆機(jī)鉆進(jìn)；泵3 吸油→經(jīng)單向閥6→電磁換向閥YA1（接通）→電磁換向閥YA5（接通）→調(diào)速閥12→梭閥13→液壓鎖18→推進(jìn)主千斤頂缸腔（輔助千斤頂桿腔）→鉆機(jī)后退。鉆機(jī)的鉆進(jìn)速度由調(diào)速閥12 進(jìn)行調(diào)節(jié)。這時(shí)由先導(dǎo)式安全溢流閥7 來進(jìn)行過載保護(hù)。壓力調(diào)定為16Mp（壓力調(diào)定是由轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至“支撐”位置，操作支撐千斤頂或調(diào)斜千斤頂任意一回路使之處于滿載狀態(tài)，經(jīng)先導(dǎo)式溢流閥調(diào)定最大壓力值為16Mp；然后，將轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至“輔助”位置，操作輔助系統(tǒng)中任意一個(gè)千斤頂使之處于滿載狀態(tài)，經(jīng)先導(dǎo)式卸荷溢流閥調(diào)定系統(tǒng)壓力到16Mp，即整個(gè)系統(tǒng)在正常工作時(shí)即使達(dá)到最大壓力16Mp，但不會(huì)超過16Mp 多余壓力經(jīng)卸荷溢流閥直接回油箱）。

3.3 鉆機(jī)調(diào)度狀態(tài) 調(diào)度狀態(tài)包含支撐、輔助兩種狀態(tài)。

3.3.1 支撐狀態(tài)含調(diào)斜、支撐和防滑三個(gè)操作部位。當(dāng)鉆機(jī)到達(dá)指定工作位置，需要根據(jù)煤層變化調(diào)整鉆機(jī)鉆進(jìn)位置。這時(shí)，把鉆機(jī)前操作臺(tái)上電控箱上的轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至“支撐”位置，電磁換向閥YA2 接通，閥芯上移，油流方向?yàn)椋罕?→單向閥6→電磁換向閥YA2→多路換向閥14。

通過此油流方向可以實(shí)現(xiàn)支撐、調(diào)斜和防滑的各千斤頂?shù)牟僮?。?dāng)不需要操作時(shí)，多路閥手柄處于中間位置，壓力油經(jīng)閥中位回油箱，油泵卸載。由于處于支撐狀態(tài)時(shí)的各動(dòng)作千斤頂?shù)亩ㄎ灰蟊容^高，故多路閥14 采用的是中位回油機(jī)能是Y 型閥，其壓力保護(hù)是通過先導(dǎo)式安全溢流閥7 來保護(hù)的。支撐千斤頂?shù)淖饔檬欠€(wěn)定鉆機(jī)在巷道中；調(diào)斜千斤頂?shù)淖饔檬钦{(diào)整鉆機(jī)沿煤層鉆進(jìn)；防滑千斤頂?shù)淖饔檬欠乐广@機(jī)在鉆進(jìn)過程中鉆機(jī)發(fā)生移動(dòng)。

3.3.2 輔助狀態(tài)含一組風(fēng)筒動(dòng)作、一組托鉆動(dòng)作、一組手動(dòng)推進(jìn)動(dòng)作、兩組抱爪動(dòng)作和兩組微調(diào)動(dòng)作五個(gè)部位的操作。為防止線路零亂多采用集成化布置。托鉆千斤頂與手動(dòng)推進(jìn)共用一組集成塊，微調(diào)馬達(dá)1 與抱爪千斤頂1 共用一組集成塊，微調(diào)千斤頂2、抱爪千斤頂2 和微調(diào)馬達(dá)2共用一組集成塊。當(dāng)進(jìn)行輔助操作時(shí)，操作臺(tái)電控箱轉(zhuǎn)換開關(guān)應(yīng)撥至“輔助”位置。這時(shí)，電磁閥YA1、YA3 接通。其油流順序?yàn)椋罕?→單向閥6→YA1→YA3→支持各千斤頂動(dòng)作的各集成塊和手動(dòng)操作閥。

①托鉆。鉆機(jī)鉆進(jìn)一節(jié)鉆桿后，操作托鉆手動(dòng)操作閥，使托鉆千斤頂動(dòng)作夾緊鉆桿自動(dòng)鎖使之打開，退機(jī)鉆桿與主機(jī)脫離。②手動(dòng)推進(jìn)。鉆機(jī)在裝卸鉆桿時(shí)，為操作調(diào)節(jié)方便，自動(dòng)推進(jìn)鉆機(jī)鉆進(jìn)速度有流量調(diào)節(jié)閥（調(diào)速閥12）控制，根據(jù)不同煤質(zhì)選取不同鉆進(jìn)速度，故而較慢。③抱爪（卡鉆），共兩組。在鉆機(jī)退鉆桿時(shí)用。當(dāng)手動(dòng)操作推進(jìn)油缸退到鉆機(jī)尾部時(shí)，操作抱爪千斤頂手動(dòng)操作閥，抱爪千斤頂收縮（夾緊鉆桿自動(dòng)鎖）起到鉆桿與減速機(jī)輸出軸脫離的作用。④風(fēng)筒動(dòng)作。是為了消除鉆桿間隙，起到裝卸鉆桿時(shí)退出或拉緊的作用而設(shè)計(jì)的一組千斤頂。與執(zhí)行輔助動(dòng)作的各千斤頂馬達(dá)共用一組油路，當(dāng)風(fēng)筒千斤頂動(dòng)作時(shí)，其余各動(dòng)作機(jī)構(gòu)操作閥都處于中位。⑤微調(diào)馬達(dá)。是為對(duì)接或拆卸鉆桿，轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿自動(dòng)鎖方向而設(shè)計(jì)的兩組調(diào)整機(jī)構(gòu)。它代替了原先微調(diào)千斤頂和微調(diào)輪。減少了事故的發(fā)生，增強(qiáng)了安全性。⑥此油路安裝了一套蓄能器，是為了保證能夠有源源不斷的穩(wěn)定壓力提供給整個(gè)系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)壓力起到一定的補(bǔ)償作用。在系統(tǒng)存在漏油時(shí)，對(duì)系統(tǒng)備壓能夠及時(shí)卸荷回油箱。⑦輔助操作時(shí)，整個(gè)輔助系統(tǒng)是靠卸荷閥9 來保護(hù)。所有機(jī)構(gòu)不動(dòng)作時(shí)，手動(dòng)換向閥閥芯都處于中間位置，油泵來油經(jīng)換向閥15 回油箱卸載。

4 總結(jié)

改進(jìn)后的采煤機(jī)液壓系統(tǒng)性能保持了設(shè)備的穩(wěn)定性，設(shè)備零部件的更換的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。通過使用單位的信息回饋，確定其性能穩(wěn)定可靠，操作簡(jiǎn)潔，故障率降低低，易于生產(chǎn)維護(hù)，提高了用戶在生產(chǎn)使用過程中的使用效率，此鉆機(jī)的項(xiàng)目改造有推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1]倪和平,胡敏,曹必德.薄煤層綜合機(jī)械化開采設(shè)備配套淺析[J].煤礦機(jī)械，2007(04).

[2]崔新霞,杜長(zhǎng)龍,劉送永.基于遺傳算法的螺旋鉆采煤機(jī)傳動(dòng)部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2007(01).

[3]劉偉,杜長(zhǎng)龍,宋相坤,丁守福.螺旋鉆采煤機(jī)螺旋鉆桿的模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].礦山機(jī)械，2006(11).