祗欣凱

（陽煤集團(tuán)二礦調(diào)度室綜掘準(zhǔn)備隊(duì)， 山西 陽泉 045000）

引言

掘進(jìn)機(jī)在煤礦生產(chǎn)中是一種重要的礦井掘進(jìn)設(shè)備，在掘進(jìn)過程中，依靠液壓系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)各種不同的功能，比如對(duì)煤巖的截割以及裝運(yùn)，或者通過掘進(jìn)機(jī)上的噴霧泵來實(shí)現(xiàn)噴霧降塵等，而實(shí)現(xiàn)這些功能的主要部件是液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)一旦出現(xiàn)問題，整個(gè)掘進(jìn)機(jī)就會(huì)發(fā)生故障。EBZ160型掘進(jìn)機(jī)是一種中型掘進(jìn)機(jī)，可以連續(xù)地對(duì)煤巖進(jìn)行截割、運(yùn)輸以及裝載，并且該掘進(jìn)機(jī)的機(jī)身高度較低，生產(chǎn)能力強(qiáng)，在礦井中有著廣泛的應(yīng)用，不僅可以對(duì)煤層傾角較大的煤巷以及半煤巖巷進(jìn)行掘進(jìn)，還可以對(duì)軟巖巷道進(jìn)行掘進(jìn)，但是在實(shí)際應(yīng)用的過程中，該掘進(jìn)機(jī)的液壓系統(tǒng)存在問題，掘進(jìn)運(yùn)行不穩(wěn)定，嚴(yán)重阻礙了掘進(jìn)機(jī)的正常作業(yè)，因此本研究針對(duì)該掘進(jìn)機(jī)存在的問題，做出了一系列的優(yōu)化與改進(jìn)，以期提高掘進(jìn)機(jī)的工作效率，減少故障的發(fā)生。

1 EBZ160型掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)存在的問題

1.1 伸縮缸液壓回路缺少閉鎖元件

如圖1所示是該掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)的原理示意圖，從圖中可以看出，七聯(lián)閥中的第四聯(lián)可以完成伸縮缸液壓回路的動(dòng)作，當(dāng)?shù)谒穆?lián)推進(jìn)時(shí)液壓缸伸出，第四聯(lián)拉回時(shí)則液壓缸收回，而當(dāng)?shù)谒穆?lián)處于中間位置時(shí)，液壓缸處于Y型機(jī)能閉鎖狀態(tài)。該機(jī)能的作用是，如果液壓泵內(nèi)的負(fù)荷仍然處于未卸載的狀態(tài)，則油缸不穩(wěn)定，在這種情況下，一旦外力對(duì)油缸產(chǎn)生作用，油缸就會(huì)發(fā)生前后晃動(dòng)。此時(shí)，如果只靠七聯(lián)閥的作用，不單會(huì)給伸縮油缸帶來較大的破壞，甚至還會(huì)縮短七聯(lián)閥本身的使用時(shí)間。除此之外，在換向時(shí)，由于液壓系統(tǒng)不穩(wěn)定，導(dǎo)致伸縮油缸在進(jìn)行液壓回路的動(dòng)作時(shí)比較緩慢，不能流暢的伸出與縮回，工作效率較低，因此與煤礦生產(chǎn)的進(jìn)度不相匹配，嚴(yán)重影響了井下正常生產(chǎn)的進(jìn)行[1-2]。

圖1 液壓系統(tǒng)原理示意圖

1.2 履帶漲緊油缸漲緊效果不理想

當(dāng)掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)中的四聯(lián)閥控制履帶漲緊時(shí)，由于液壓油缸受到了墊片的約束，其手柄可以回到中間位置，而對(duì)于油缸自身來說，漲緊時(shí)所受到的壓力，油缸會(huì)自行擠壓而緩慢地將壓力進(jìn)行卸載，同時(shí)由于四聯(lián)閥的因素，該油缸的漲緊作用已經(jīng)失效。在這種情況下，只能依靠墊片來實(shí)現(xiàn)履帶的漲緊，而在煤礦進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，履帶所承受的載荷不是一成不變的，其始終處于動(dòng)態(tài)變化的過程中，因此在經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的作用后，履帶會(huì)發(fā)生變形而伸長(zhǎng)，但是墊片是不能隨之發(fā)生變形伸長(zhǎng)的，所以履帶最終會(huì)變得松弛，在行走的過程中會(huì)加重對(duì)鏈輪的磨損，使履帶以及鏈輪的使用壽命大大縮短，增加了掘進(jìn)機(jī)各部件進(jìn)行維修保養(yǎng)的費(fèi)用，加大了煤礦經(jīng)濟(jì)的負(fù)擔(dān)。且掘進(jìn)機(jī)一般都會(huì)設(shè)置有冷卻噴霧系統(tǒng)，然而在進(jìn)行掘進(jìn)的過程中，井下通常會(huì)備有獨(dú)立的供水設(shè)備，因此掘進(jìn)機(jī)自身的噴霧泵通常是閑置不用的，這對(duì)于掘進(jìn)機(jī)來說也加大了其自身的制造成本。

1.3 裝運(yùn)能力與割煤生產(chǎn)能力不協(xié)調(diào)

在進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)的過程中，該掘進(jìn)機(jī)截割下來的煤炭和巖石量與掘進(jìn)機(jī)的裝運(yùn)能力存在嚴(yán)重偏差，具體表現(xiàn)為掘進(jìn)機(jī)的生產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其裝運(yùn)煤炭的能力。當(dāng)掘進(jìn)工作面截割下的煤巖需大量運(yùn)出時(shí)，由于其運(yùn)送能力的限制，在過度裝運(yùn)的情況下會(huì)經(jīng)常發(fā)生卡鏈以及堵塞的情況，這就需要井下工作人員對(duì)其進(jìn)行清理與維修，而這不僅拖慢了工期，還嚴(yán)重阻礙了掘進(jìn)工作的正常進(jìn)行，減少了煤礦的產(chǎn)出量[3]。

2 EBZ160型掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

2.1 在伸縮油缸液壓系統(tǒng)中增加閉鎖元件

在給定壓力下，由于伸縮油缸液壓系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，使得伸縮油缸的正常工作受到了影響，為了改善這種情況，在伸縮油缸液壓系統(tǒng)回路中增加了一個(gè)閉鎖元件，該閉鎖元件可以有許多種，其中最常見的是平衡閥[4]。

如圖2所示是該掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)改進(jìn)后的原理示意圖。從圖中可以看出，當(dāng)在回路中增加了平衡閥后，由于平衡閥具有反向截止作用，可以很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)上下回路的封閉，從而使液壓系統(tǒng)中的各個(gè)執(zhí)行元件均可以準(zhǔn)確地停到所需的位置，保證每個(gè)執(zhí)行元件均不會(huì)在單向載荷的作用下發(fā)生緩慢移動(dòng)，這樣就可以解決伸縮油缸回路不穩(wěn)定的問題，使其免受載荷變化的影響。

圖2 優(yōu)化改進(jìn)后液壓系統(tǒng)原理示意圖

2.2 在履帶漲緊油缸以及噴霧泵回路上增加高壓截止閥

對(duì)于履帶漲緊油缸來說，在其回路中設(shè)置高壓截止閥可以有效減少履帶的松弛，加強(qiáng)其漲緊作用，具體表現(xiàn)在：當(dāng)履帶漲緊時(shí)，一旦關(guān)閉高壓截止閥，壓力就不會(huì)泄露，此時(shí)操縱手柄就可以實(shí)現(xiàn)壓力的降低、增加或保持平衡，從而避免了四聯(lián)閥中壓力向外或者向內(nèi)泄露而導(dǎo)致的履帶松弛現(xiàn)象，再加上墊片的約束作用，履帶的漲緊效果會(huì)更好；除此之外，在履帶漲緊時(shí)，即使操縱手柄沒有處在漲緊的位置，履帶也不會(huì)發(fā)生松弛，這是因?yàn)樨?fù)載敏感變量泵的負(fù)載信號(hào)仍然存在，在這種情況下，當(dāng)油液在液壓系統(tǒng)回路中運(yùn)行一周時(shí)，會(huì)無形中增加一運(yùn)以及星輪的流量，從而使得一運(yùn)的運(yùn)行速度以及星輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度提高，需重新對(duì)系統(tǒng)的流量進(jìn)行分配[5]。

而對(duì)于噴霧泵來說，當(dāng)安裝上高壓截止閥后，即使其處于不使用的狀態(tài)，也可以通過開啟高壓截止閥來打開噴霧泵，使其進(jìn)行降塵作業(yè)；同時(shí)當(dāng)控制噴霧泵開啟的手柄在噴霧的一邊時(shí)，通過關(guān)閉高壓截止閥，可以提高一運(yùn)的運(yùn)行速度以及星輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，從而使液壓系統(tǒng)的流量重新分配；當(dāng)然設(shè)置高壓截止閥還在一定程度上方便了噴霧泵檢修工作的進(jìn)行。

2.3 通過改變液壓回路流量使裝運(yùn)能力與割煤生產(chǎn)能力相協(xié)調(diào)

在正常掘進(jìn)作業(yè)過程中，一運(yùn)、星輪、噴霧以及履帶漲緊液壓油缸會(huì)同時(shí)起作用，這種情況下，一運(yùn)在1 min內(nèi)經(jīng)過系統(tǒng)的流量為48 L，星輪在1 min內(nèi)經(jīng)過系統(tǒng)的流量為一運(yùn)流量的2倍，其轉(zhuǎn)動(dòng)速度在1 min內(nèi)可達(dá)30 r，而對(duì)于噴霧來說，1 min內(nèi)經(jīng)過系統(tǒng)的流量則與一運(yùn)的流量相同。在掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)中，因?yàn)樗穆?lián)閥的結(jié)構(gòu)是一樣的，當(dāng)操縱手柄使噴霧泵開啟而高壓截止閥關(guān)閉時(shí)，其負(fù)載敏感變量泵的負(fù)載信號(hào)仍然存在，由于該信號(hào)的作用，整個(gè)液壓系統(tǒng)內(nèi)的流量會(huì)進(jìn)行重新分配，從而導(dǎo)致星輪、一運(yùn)的流量增加，轉(zhuǎn)動(dòng)速度和運(yùn)行速度也隨之增加，直到增加到掘進(jìn)機(jī)的裝運(yùn)能力與割煤生產(chǎn)能力相協(xié)調(diào)。

3 EBZ160型掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)操作方法步驟

3.1 在伸縮油缸液壓系統(tǒng)內(nèi)增加平衡閥的方法步驟

選擇一個(gè)合適的平衡閥，使之與EBZ160型掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)相匹配，其安裝的位置為操縱臺(tái)內(nèi)側(cè)，在安裝的過程中，需要打開伸縮油缸的進(jìn)回油管路，將之與平衡閥的接頭相連接，在連接時(shí)需要注意，平衡閥的進(jìn)回油接口不要接反。安裝完成后，啟動(dòng)掘進(jìn)機(jī)，在空載狀態(tài)下對(duì)其進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)，在試驗(yàn)時(shí)對(duì)伸縮油缸的定位手柄進(jìn)行操縱，使手柄處于某位置時(shí)，其伸縮油缸就處于相同的位置。

3.2 安裝高壓截止閥的方法步驟

選擇兩個(gè)高壓截止閥，一個(gè)安裝在噴霧系統(tǒng)液壓回路中，一個(gè)安裝在履帶漲緊液壓系統(tǒng)回路中，這兩個(gè)高壓截止閥的給定壓力為25 MPa，其所處的位置為操縱臺(tái)上，繼而對(duì)管路的進(jìn)出口進(jìn)行連接。連接好各管路后，進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)，在試驗(yàn)時(shí)，如果操縱履帶漲緊定位手柄可以使履帶漲緊的效果更好，同時(shí)當(dāng)高壓截止閥關(guān)閉后，整個(gè)液壓系統(tǒng)中的流量進(jìn)行了重新分配，且噴霧操縱也同樣如此，則說明高壓截止閥安裝完成。

3.3 重新分配液壓系統(tǒng)回路中流量的方法步驟

從上文的研究中可以看出，不管是對(duì)履帶漲緊定位手柄進(jìn)行操控，還是對(duì)噴霧液壓定位手柄進(jìn)行操控，都會(huì)造成星輪以及一運(yùn)液壓系統(tǒng)回路中流量的增加。具體流量增加的方法是：在進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)的過程中，對(duì)于履帶漲緊液壓回路來說，應(yīng)先開啟高壓截止閥，等操控履帶漲緊定位手柄使履帶漲緊效果增強(qiáng)后，再關(guān)閉高壓截止閥，在這個(gè)環(huán)節(jié)中，其定位手柄始終處于漲緊位置，且即使高壓截止閥關(guān)閉，負(fù)載敏感變量泵仍然有信號(hào)存在，此時(shí)，履帶漲緊油缸內(nèi)的油液返回主系統(tǒng)，從而增加了星輪以及一運(yùn)液壓系統(tǒng)回路中的流量，其增大的幅度大約為三分之一；而對(duì)于操控噴霧液壓定位手柄來說也是同樣的情況，也可以得到相同的效果[6]。

4 優(yōu)化后的應(yīng)用及使用效果分析

4.1 伸縮油缸優(yōu)化后的使用效果分析

在對(duì)EBZ160型掘進(jìn)機(jī)伸縮油缸液壓回路進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)后，在實(shí)際應(yīng)用中可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后的伸縮油缸穩(wěn)定性大大提高，由操控定位手柄可以很好的實(shí)現(xiàn)伸縮油缸的位置變化，且伸縮油缸可以準(zhǔn)確的停到該位置，而不會(huì)發(fā)生前后移動(dòng)，這給煤礦的安全生產(chǎn)以及井下工人的維護(hù)與檢修帶來了很大的方便，同時(shí)伸縮油缸的工作效率也明顯提高。經(jīng)過這一優(yōu)化，EBZ160型掘進(jìn)機(jī)可以更好地實(shí)現(xiàn)井下的掘進(jìn)作業(yè)，減少了掘進(jìn)作業(yè)中故障的發(fā)生，并得到了廣泛的應(yīng)用及認(rèn)可。

4.2 履帶漲緊油缸優(yōu)化后的漲緊效果分析

在對(duì)履帶漲緊油缸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，極大地減少了四聯(lián)閥的操控次數(shù)，不再需要通過操控四聯(lián)閥來達(dá)到履帶漲緊的作用，而且減少了四聯(lián)閥的磨損，延長(zhǎng)了四聯(lián)閥的使用壽命，同時(shí)還減少了墊片的使用量，不用再頻繁地更換墊片，在一定程度上降低了井下作業(yè)人員的負(fù)擔(dān)以及煤礦的經(jīng)濟(jì)投入。除此之外，在長(zhǎng)時(shí)間的使用過程中，如果履帶漲緊效果不如從前，出現(xiàn)了松弛，則可以打開高壓截止閥，再次實(shí)現(xiàn)履帶的漲緊，這一優(yōu)化簡(jiǎn)單易行，在實(shí)際應(yīng)用中得到了一致的好評(píng)。

4.3 裝運(yùn)能力與割煤生產(chǎn)能力優(yōu)化后的使用效果分析

在對(duì)系統(tǒng)流量進(jìn)行重新分配后，一運(yùn)的運(yùn)行速度增加，其刮板鏈的運(yùn)行速度由原來的1 min行走38～42 m變成現(xiàn)在的49～52 m，同時(shí)星輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度也增加，由原來的1min內(nèi)由32～34 r到現(xiàn)在的40～44 r，其裝運(yùn)與截割的能力大約提高了23%，運(yùn)行速度也提高了23%，并且經(jīng)過改進(jìn)，卡鏈以及堵塞的現(xiàn)象已不再出現(xiàn)，大大減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和負(fù)擔(dān)。與此同時(shí)，該掘進(jìn)機(jī)的裝運(yùn)能力與刮板鏈的運(yùn)行速度都大幅度提高，在滿足截割生產(chǎn)能力要求的基礎(chǔ)上，還有效增強(qiáng)了掘進(jìn)機(jī)的整體性能，使掘進(jìn)作業(yè)可以更好更快得完成。

5 結(jié)論

通過對(duì)EBZ160型掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)做出的一系列優(yōu)化與改進(jìn)可知，優(yōu)化后的掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)更穩(wěn)定，工作效率更高，在掘進(jìn)作業(yè)時(shí)發(fā)生故障的可能性更小，且各個(gè)部件的相互配合更加協(xié)調(diào)，能更好地滿足煤礦安全生產(chǎn)的要求，并得到了廣大用戶的一致認(rèn)可。同時(shí)該掘進(jìn)機(jī)為半煤巖巷的快速掘進(jìn)提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，也為相同類型掘進(jìn)機(jī)的優(yōu)化與改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。