朱信平

(天地科技股份有限公司 上海分公司， 上海 200030)

0 引言

在工作面采煤機(jī)工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵。隨著現(xiàn)代采煤機(jī)生產(chǎn)能力的提高，產(chǎn)塵量增加，不但影響煤機(jī)司機(jī)的視線，而且大量粉塵吸入體內(nèi)會(huì)嚴(yán)重危及煤礦工人的身體健康[1]。因此，采煤工作面降塵是當(dāng)前我國煤炭開采中一項(xiàng)事關(guān)職業(yè)健康的重要課題。

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定“采煤機(jī)必須安裝內(nèi)、外噴霧裝置，割煤時(shí)必須噴霧降塵，內(nèi)噴霧工作壓力不得小于2 MPa，外噴霧工作壓力不得小于4 MPa”?，F(xiàn)有的降塵方式主要通過設(shè)在順槽的泵站提供一定壓力的水，經(jīng)管路輸送到工作面采煤機(jī)，由采煤機(jī)滾筒和搖臂上的噴嘴噴出，實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外噴霧降塵[2]。然而，從泵站到采煤機(jī)長距離傳輸后，產(chǎn)生了較大的壓力損失，導(dǎo)致噴霧水壓力不足，難以達(dá)到規(guī)程規(guī)定的噴霧壓力，工作面噴霧降塵效果較差[3]。為了獲得更好的降塵效果，在簡單增加供水泵站水量和水壓的方法無法奏效的情況下，在采煤機(jī)上設(shè)置增壓水泵是提高噴霧水壓最有效的途徑。

1 增壓方案設(shè)計(jì)

要實(shí)現(xiàn)噴霧水路增壓，通常需要?jiǎng)恿υ?、?zhí)行元件和輔助裝置三部分。動(dòng)力源可選擇電機(jī)、液壓馬達(dá)或采煤機(jī)已有的動(dòng)力；執(zhí)行元件為水泵；通過輔助裝置將動(dòng)力源與水泵、管路有機(jī)地連接起來。

在新設(shè)計(jì)機(jī)型上增加噴霧水路增壓系統(tǒng)，可選用任意一種動(dòng)力源，并選用匹配的執(zhí)行元件和輔助裝置。

若在現(xiàn)有采煤機(jī)基礎(chǔ)上增加一套增壓系統(tǒng)，則需要解決以下幾個(gè)問題：

1) 增壓系統(tǒng)動(dòng)力源的確定。由于工作環(huán)境的特殊性，現(xiàn)有機(jī)型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為緊湊，特別是薄煤層設(shè)備，機(jī)器上沒有額外的空間安裝新增的增壓泵站[4]。驅(qū)動(dòng)只能采用采煤機(jī)自身的動(dòng)力。

2) 增壓系統(tǒng)執(zhí)行元件的選擇。

3) 增壓裝置安裝位置的確定及保護(hù)?，F(xiàn)有機(jī)型受空間限制，增壓系統(tǒng)在布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上也具有較大的難度。

根據(jù)驅(qū)動(dòng)增壓水泵動(dòng)力來源的不同，可設(shè)計(jì)以下3種噴霧水路的增壓方案。

1.1 采煤機(jī)搖臂動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方案

該方案利用采煤機(jī)搖臂三軸處的空間和三軸的動(dòng)力輸出，驅(qū)動(dòng)增壓水泵，將采煤機(jī)噴霧降塵水增壓，通過搖臂噴霧降塵。采用搖臂傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)水泵的方案如圖1所示，具體包括齒輪軸、離合軸、座、骨架油封、聯(lián)軸器、水泵、法蘭、壓蓋等組成部分。離合軸聯(lián)接齒輪軸和聯(lián)軸器，通過聯(lián)軸器與水泵聯(lián)接，由齒輪軸帶動(dòng)離合軸和聯(lián)軸器，繼而帶動(dòng)水泵旋轉(zhuǎn)。聯(lián)接座與軸承壓蓋之間安裝骨架油封，用于在聯(lián)接座旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下防止齒輪箱中的潤滑油進(jìn)入水泵。采煤機(jī)工作時(shí)，截割電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)搖臂齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)至三軸處轉(zhuǎn)速約為1 000 r/min，由增壓水泵通過聯(lián)接傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與三軸聯(lián)接，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下對(duì)噴霧水路進(jìn)行增壓。

1-齒輪軸;2-離合軸;3-座;4-骨架油封;5-聯(lián)軸器;6-水泵;7-法蘭;8-壓蓋。圖1 采用搖臂傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)水泵的方案

該方案由于增壓水泵設(shè)置在搖臂上，其優(yōu)點(diǎn)是無需額外的動(dòng)力源，且離噴霧點(diǎn)距離短，壓力損失小。但需解決以下幾個(gè)難點(diǎn)：

1) 采煤機(jī)搖臂結(jié)構(gòu)緊湊，需要增壓泵及相關(guān)聯(lián)接傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的體積足夠小且布置合理；

2) 采煤機(jī)搖臂工況極其惡劣，增壓泵系統(tǒng)的防護(hù)難度大，需要合理設(shè)計(jì)防護(hù)裝置，保證具有足夠的強(qiáng)度。

1.2 液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方案

該方案利用采煤機(jī)的液壓系統(tǒng)，采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)增壓水泵，對(duì)采煤機(jī)噴霧降塵水進(jìn)行增壓。液壓馬達(dá)的高壓油來自三聯(lián)齒輪泵，噴霧水路增壓系統(tǒng)由液壓馬達(dá)、增壓水泵、高壓溢流閥和附件等組成[5]。三聯(lián)泵產(chǎn)生高壓油，驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)高壓水泵工作，實(shí)現(xiàn)水路增壓。液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的增壓方案原理如圖2所示。

圖2 液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)水泵的增壓方案原理

由于液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方案的連接方式為通過管路連接液壓件，沒有硬性的機(jī)械連接，可安裝在機(jī)身內(nèi)部，所以不存在防護(hù)問題。但是要具備兩個(gè)前提：一是機(jī)身需要有一定的安裝空間，用來安裝更換后的齒輪泵和增壓系統(tǒng)的其余零部件；二是機(jī)器所配置的液壓動(dòng)力需要有較大的余量，否則會(huì)影響機(jī)器自身的正常調(diào)高。

1.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的噴霧水路增壓方案

在采煤機(jī)新開發(fā)機(jī)型上設(shè)置噴霧水路增壓系統(tǒng)時(shí)，可設(shè)計(jì)增加單獨(dú)的增壓單元，提供單獨(dú)的動(dòng)力源。采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)增壓水泵的方式，如圖3所示。采煤機(jī)電控系統(tǒng)增加一路交流電源，為增壓水泵電機(jī)供電。電機(jī)通過聯(lián)軸器和法蘭與增壓水泵聯(lián)接，入水口和出水口安裝相應(yīng)的水壓水量傳感器、過濾器、溢流閥和壓力表等附件。

1-電動(dòng)機(jī);2-聯(lián)軸器;3-法蘭座;4-增壓水泵。圖3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵的增壓方案

由于該方案是在新機(jī)型開發(fā)時(shí)一并考慮的，所以在空間、安裝位置和驅(qū)動(dòng)動(dòng)力方面都不存在問題，方案更加完善，具有較好的可行性和較高的可靠性。

2 方案的對(duì)比分析

根據(jù)以上3種噴霧水路增壓方案特點(diǎn)，通過8個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果見表1。

表1 3種方案性能對(duì)比分析

由表1可看出：

(1) 3種方案理論上都是可行的；

(2) 方案1的特點(diǎn)是對(duì)機(jī)器本身影響?。?/p>

(3) 方案2的特點(diǎn)是成本低和可靠性高；

(4) 方案3的特點(diǎn)是可靠性高和獨(dú)立性強(qiáng)。

3 結(jié)論

本文提出了3種采煤機(jī)噴霧水路增壓方案，并對(duì)3種方案的特點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比分析，為便于方案選擇建議如下：

1) 對(duì)于新開發(fā)的機(jī)器宜采用單設(shè)噴霧水路增壓泵站的方案；

2) 對(duì)于在現(xiàn)有的中厚、厚煤層采煤機(jī)機(jī)型上新增設(shè)噴霧水路增壓系統(tǒng)，由于在搖臂上有一定的容納空間，可優(yōu)先采用搖臂傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)增壓水泵的方案；

3) 對(duì)于薄煤層煤機(jī)，搖臂由于安裝空間受限、工作環(huán)境惡劣，可優(yōu)先采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的方案。