范曉輝

（大同煤礦集團(tuán)永定莊煤業(yè)公司綜掘預(yù)備隊(duì)， 山西 大同 037000）

引言

在煤礦瓦斯抽放巷中，井下開采和掘進(jìn)工作量巨大，要求機(jī)械體型矮小，便于掘進(jìn)，同時(shí)，還要求破巖的速度要快，保證工作的進(jìn)度。EBZ-200重型掘進(jìn)機(jī)，能夠在高度較低的全巖巷下掘進(jìn)，但在使用過程中，出現(xiàn)了發(fā)熱量高、損耗大和液壓油大量流失等狀況。針對(duì)這些問題，本文展開了對(duì)應(yīng)的理論分析，并提出了改造方案。

1 EBZ-200型掘進(jìn)機(jī)的特點(diǎn)

EBZ-200重型掘進(jìn)機(jī)部分參數(shù)如表1所示[1]，在結(jié)構(gòu)上，具有以下特點(diǎn)：

1）截割頭的設(shè)計(jì)和使用材料均為國際領(lǐng)先水平，使得其破巖能力非常強(qiáng)。

2）特有的負(fù)載感應(yīng)變量液壓系統(tǒng)，使得其在輸出大功率時(shí)所需動(dòng)力比起同類產(chǎn)品較低，輸入與輸出的轉(zhuǎn)化比例較高。

3）采用的螺旋噴嘴保證了其強(qiáng)大的除塵效果，工作過程中揚(yáng)塵極少。

4）自身的集中潤(rùn)滑系統(tǒng)可靠度高，關(guān)鍵部位的潤(rùn)滑效果很好，這方面的維護(hù)成本很低。

5）自動(dòng)化程度較高，可保證重點(diǎn)部位的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

表1 EBZ-200型掘進(jìn)機(jī)部分技術(shù)參數(shù)

2 EBZ-200型掘進(jìn)機(jī)使用中出現(xiàn)的問題

在EBZ-200型掘進(jìn)機(jī)研發(fā)成功后，在某礦第13號(hào)井下投入試運(yùn)行，試運(yùn)行點(diǎn)位于井下600 m處，為達(dá)到井下正常工作的強(qiáng)度，將該EBZ-200型掘進(jìn)機(jī)在最高允許條件壓力下持續(xù)運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)在使用過程中，有以下兩點(diǎn)問題影響設(shè)備的正常運(yùn)行：

1）冷卻水的供給不足，即使流入的所有冷卻水百分之百到達(dá)指定位置，也不足以滿足冷卻需求。而且在井下工作期間，鑿巖爆破等工序會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵，這些揚(yáng)起的粉塵會(huì)附著在油箱外表皮和冷卻系統(tǒng)的噴嘴處，前者導(dǎo)致油箱被一層油泥包裹，使其自然的散熱效果被削弱，后者使得冷卻系統(tǒng)無法達(dá)到其冷卻效果，造成油溫超高，動(dòng)力輸出的損耗嚴(yán)重[2]。

2）星輪馬達(dá)部分連接螺栓強(qiáng)度不夠，在有些轉(zhuǎn)角或拐彎度數(shù)較大的位置，連接失效導(dǎo)致馬達(dá)脫落，脫落后無法正常運(yùn)行。與此同時(shí)，星輪馬達(dá)脫落后，掘進(jìn)機(jī)的其他部分仍在運(yùn)行，液壓系統(tǒng)繼續(xù)壓力輸出，管中的液壓油直接流出，既導(dǎo)致了液壓油的污染，又造成了液壓油的浪費(fèi)[3]。

由于上述問題的存在，EBZ-200型掘進(jìn)機(jī)在使用過程中，維修成本隨著時(shí)間的增加而遞增，工作效率不斷下降，因此，需要對(duì)原有掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)的主要方向?yàn)槔鋮s系統(tǒng)和星輪馬達(dá)兩個(gè)方面。

3 冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)

3.1 改進(jìn)的原則

EBZ-200型掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)的原則就是要節(jié)省空間，必須要在高度上盡可能的低，使其在低矮巷道正常使用，另一原則就是要求在高強(qiáng)度下的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，能夠掘進(jìn)到很深的部位。因此，改造的原則也遵循于此，第一點(diǎn)，改造后的掘進(jìn)機(jī)高度不能上升，要小于或等于原有的高度；第二點(diǎn)，改造后在巷道中持續(xù)工作時(shí)間較長(zhǎng)，既不會(huì)因?yàn)楦邷赝９?，也不能因?yàn)檫B接失效而終止。

3.2 選取方案

在掘進(jìn)機(jī)的冷卻系統(tǒng)中，比較常見的冷卻器有片翅式水冷卻器和蛇形管冷卻器。片翅式水冷卻器的優(yōu)點(diǎn)是其降溫能力高，配備的空間需求小，缺點(diǎn)在于片翅式水冷卻器在使用中對(duì)壓力的要求較高，必須達(dá)到指定的壓力閾值方可運(yùn)行。蛇形管冷卻器也是普遍使用的冷卻器，他的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本也相對(duì)較低。將其直接浸入油液中就可達(dá)到降溫目的，但是正由于此，蛇形管冷卻器所需空間較大，如果配備，油箱的體積不可避免的就要增大，這就違背了機(jī)器的設(shè)計(jì)初衷。同時(shí)，在檢修冷卻器時(shí)會(huì)污染到液壓油[4]，因此，這一方式也不可取。

以上分析，冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)必須同時(shí)滿足空間要求和壓力要求。因此，可以在油箱外部添加一個(gè)新的冷卻水箱。如此一來，既沒有破壞原有油箱的結(jié)構(gòu)，壓力的要求也沒有了限制。

3.3 系統(tǒng)改進(jìn)

1）添加新的冷卻水箱，水箱的厚度由原油箱最高處決定，使兩者在垂直方向上持平，沒有增加額外的體積，保證了空間上的要求。

2）將其兩端連接至噴霧回路中，使得冷卻水量增加。

3）把系統(tǒng)內(nèi)的泄漏口更換位置，從原來設(shè)定的吸油腔更替至回油腔。

3.4 理論證明

1）水箱的進(jìn)水口和出水口之間存在高度差，這樣的設(shè)計(jì)使得輸入的冷卻水可以在注滿后才能流出，保證了其水量的充足。同時(shí)，進(jìn)出口之間的間隔設(shè)置，使得熱量交換的面積在整個(gè)接觸面上都可以實(shí)現(xiàn)，保證了最大化的降溫效果，使冷卻的效率達(dá)到當(dāng)前技術(shù)限度的最大值。

2）泄漏油口由吸油腔改接到回油腔，確保了流向油泵的油是冷卻過的油。同時(shí)，回油腔吸入的才是高溫油，使得熱交換的溫差提升，增加了傳遞的熱量。

3）計(jì)算驗(yàn)證。熱量傳導(dǎo)如式（1）所示：

式中：T為回油腔油溫，取55℃；t為水箱水溫，取35℃；b為熱交換面材料厚度，取10mm；λ為熱交換面導(dǎo)熱系數(shù)，取48 W/（m·℃）；A為實(shí)際熱交換面積，取0.8 m2。

將所有數(shù)據(jù)帶入式（1）中，得出：N=76800 W。

這說明新增的水箱每小時(shí)能帶走的熱量為76800 W，單位換算為66064 kcal/h。查閱資料可得，片翅式水冷卻器的熱交換量為40000 kcal/h[5]。實(shí)際計(jì)算表明，新增水箱的換熱效率要高于片翅式水冷卻器，證實(shí)了冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)是可行的。

4 星輪馬達(dá)的改進(jìn)

1）把M18×60螺栓更換為強(qiáng)度更高、適應(yīng)性更強(qiáng)的螺栓。同時(shí)，在螺栓連接處加設(shè)墊片和涂抹保護(hù)層，使得螺栓的連接更加可靠。

2）增大螺栓孔徑。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，把分度圓直徑由Φ310mm更改為Φ360mm。如此改進(jìn)后的螺栓和螺孔可以承受高強(qiáng)度的作業(yè)環(huán)境而不脫落。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

沈陽煤業(yè)集團(tuán)紅陽三礦對(duì)從佳木斯煤礦機(jī)械有限公司訂購的EBZ-200型掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，主要對(duì)其冷卻系統(tǒng)和星輪馬達(dá)進(jìn)行了部分改造，改造后將系統(tǒng)啟動(dòng)2 h，油溫的升高在允許范圍內(nèi)，掘進(jìn)機(jī)正常運(yùn)行。此后，將兩臺(tái)新型掘進(jìn)機(jī)投入到某煤業(yè)公司井下進(jìn)行掘進(jìn)試用。在這段試用的時(shí)間內(nèi)，沒有因?yàn)槔鋮s系統(tǒng)和星輪馬達(dá)的問題出現(xiàn)任何事故，提升了井下掘進(jìn)的工作效率，完全避開了暫停降溫這一工序，減少了拆卸馬達(dá)、更換螺栓、加密封膠等以前必須進(jìn)行的工作時(shí)間。與此同時(shí)，減少了液壓油的使用和更換。同往期相比，每月少用液壓油4桶，直接節(jié)省8000余元液壓油的使用費(fèi)用，間接節(jié)省螺栓的更換費(fèi)用總計(jì)10000元。

6 結(jié)語

對(duì)EBZ-200掘進(jìn)機(jī)改進(jìn)后，提升了冷卻水的使用率，避免了工作液被污染[6]；降低了因螺栓松動(dòng)導(dǎo)致的星輪馬達(dá)脫落事故發(fā)生的可能性。通過理論計(jì)算和實(shí)際應(yīng)用，充分證明了對(duì)此型號(hào)的掘進(jìn)機(jī)的改進(jìn)是成功的，具有極大的推廣價(jià)值。