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        綜掘設(shè)備部分問題的分析及改造設(shè)計(jì)

        2020-11-16 01:53:05陳有力吳雪娜陳隆
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2020年15期
        關(guān)鍵詞:煤炭開采改造設(shè)計(jì)

        陳有力 吳雪娜 陳隆

        摘? 要:該文通過對掘進(jìn)設(shè)備的基本組成部分、功能的分析及用戶的反饋和調(diào)研,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有部分綜掘設(shè)備的油箱油溫偏高,存在截割頭緊固螺栓易松動的問題,給安全生產(chǎn)帶來了隱患。針對這些問題,該文對水冷壁式油箱及截割螺栓防松裝置進(jìn)行了分析及改造設(shè)計(jì),在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用,取得了較好的效果,實(shí)現(xiàn)了使煤炭開采變得更加安全、方便、快捷的目的。

        關(guān)鍵詞:綜掘設(shè)備;改造設(shè)計(jì);煤炭開采

        中圖分類號:TD421 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        1 掘進(jìn)設(shè)備的組成部分及各部分功能

        1.1 礦用掘進(jìn)機(jī)的組成部分

        煤礦用掘進(jìn)機(jī)主要由截割部、鏟板部、本體部、行走部、第一運(yùn)輸機(jī)、后支撐、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、水系統(tǒng)等部分構(gòu)成。而各主要組成部分也由多個(gè)下級構(gòu)成部分組成。其中截割部主要由截割頭、截割臂、截割減速機(jī)、電機(jī)架、截割電機(jī)、聯(lián)軸器等構(gòu)成。鏟板部主要由主鏟板、側(cè)鏟板、小溜槽、星輪馬達(dá)裝置等構(gòu)成。本體部主要由本體架、回轉(zhuǎn)軸承、連接銷軸、襯套等構(gòu)成。行走部主要由履帶鏈、履帶架、驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪、支重輪、張緊裝置等構(gòu)成。第一運(yùn)輸機(jī)主要由前溜槽、后溜槽、刮板輸送鏈、驅(qū)動裝置等構(gòu)成。后支撐主要由支撐腿、左右托座、前橫梁等組成。電氣系統(tǒng)主要由電控箱、顯示器、電機(jī)、傳感器等構(gòu)成。液壓系統(tǒng)主要由油箱、液壓缸、液壓泵、液壓管路、過濾器、主閥等構(gòu)成。水系統(tǒng)主要由進(jìn)水裝置、減壓閥、水管、出水裝置等組成。

        1.2 礦用綜掘設(shè)備各部分的功能

        綜掘設(shè)備以本體部為依托,截割部對被采掘?qū)ο筮M(jìn)行截割,鏟板部對被采掘下來的物料進(jìn)行鏟裝,第一運(yùn)輸機(jī)實(shí)現(xiàn)對截割物料的裝載與運(yùn)輸,行走部是驅(qū)動掘進(jìn)機(jī)行走、調(diào)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu),電氣系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)為整個(gè)設(shè)備工作提供動力源。綜掘設(shè)備的各個(gè)部分辯證統(tǒng)一,缺一不可,各部分功能充分發(fā)揮形成一個(gè)有機(jī)整體,最終保證設(shè)備的正常高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

        2 發(fā)現(xiàn)的問題

        綜掘設(shè)備的各個(gè)部分作為掘進(jìn)設(shè)備的重要組成部分,只有各部分功能得到有效發(fā)揮,才能保證掘進(jìn)設(shè)備這一有機(jī)整體能夠發(fā)揮出最大作用,保證礦下掘進(jìn)工作能夠順利高效進(jìn)行。通過實(shí)際調(diào)研和用戶的反饋,發(fā)現(xiàn)EBZ200掘進(jìn)設(shè)備在實(shí)際工作時(shí),油溫偏高,煤巖掘進(jìn)設(shè)備截割頭緊固螺栓較易松動,不利于井下工作的高效進(jìn)行,并且也會給井下的安全生產(chǎn)帶來了隱患,因此解決這些問題變得十分必要。

        3 問題的分析及改造設(shè)計(jì)

        3.1 針對油溫偏高問題水冷壁式油箱的設(shè)計(jì)

        針對現(xiàn)有綜掘設(shè)備油箱散熱性能有待提高的問題,在考慮成本及實(shí)用性的同時(shí),對其進(jìn)行了綜合分析。油箱作為液壓系統(tǒng)的重要組成部分,主要起到存儲油液、沉淀雜質(zhì)、散發(fā)熱量等作用。油箱系統(tǒng)對整個(gè)液壓系統(tǒng)的良好運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用,在主要依靠油箱來為液壓油液散熱的系統(tǒng)中,液壓油如果不能及時(shí)得到冷卻或冷卻效果不理想,都會加快油液的氧化,加速液壓元件的腐蝕磨損[1]。因此從冷卻的平衡性、可行性及經(jīng)濟(jì)性角度入手,對EBZ200掘進(jìn)機(jī)的液壓油箱進(jìn)行設(shè)計(jì),使其既能滿足實(shí)際工作需要,又能夠快速平穩(wěn)地對油液進(jìn)行冷卻。

        綜掘機(jī)正常工作下的油溫要求在40 ℃~60 ℃,這樣能夠最大限度地發(fā)揮整機(jī)性能,延長使用壽命[2]。液壓油的比熱容約為1 675 J/(kg·K),水的比熱容是4.2×103 J/(kg·℃),比熱容是單位質(zhì)量物質(zhì)的熱容量,即單位質(zhì)量物體改變單位溫度時(shí)的吸收或釋放的內(nèi)能。比熱容是表示物質(zhì)熱性質(zhì)的物理量[4]。該文根據(jù)水比熱容較大且兼具造價(jià)成本低、取用方便的優(yōu)勢,設(shè)計(jì)出以水為冷卻介質(zhì)的水冷壁式油箱。水冷壁式油箱通過水循環(huán),不斷帶走油箱部分的熱量,達(dá)到使油箱降溫的目的。

        新設(shè)計(jì)的水冷壁式油箱如圖1所示。原油箱容積為600 L,既在不減少油箱容積的前提下,在油箱底部增加水冷壁系統(tǒng),設(shè)計(jì)蛇形水路,既在有限的空間內(nèi)最大限度地利用容水體積,又增加了通過冷卻水的流動時(shí)間,以便更有效地帶走熱量,降低溫度。I向視圖為油箱底部的水道布置,通過進(jìn)水口進(jìn)水后,通過出水口出水,實(shí)現(xiàn)冷卻水的流動,將熱量帶走。考慮到在增加水冷壁冷卻系統(tǒng)后,由于水溫低于油溫,液壓油的熱量被冷卻水吸收,油溫降低水溫增加,且水流通過蛇形通道的時(shí)間相對較長,因此油水之間的關(guān)系應(yīng)遵循能量守恒定律,兩者最終達(dá)到一個(gè)平衡的溫度。根據(jù)具體的設(shè)計(jì)方案及計(jì)算分析,可以得到油箱最終溫度及通過冷卻水后下降的溫度。

        通入冷卻水的質(zhì)量:

        式中:m1—水的質(zhì)量,kg;ρ—水的密度,kg/m3;V—水的體積,m3。其中,V為水道板的容水體積,可以經(jīng)過計(jì)算,水管道的體積V為0.02 m3,其中水的密度ρ為1.0×103 kg/m3。

        在理想狀態(tài)下液壓油釋放出的熱量被水吸收,最終礦物油和水達(dá)到溫度平衡:

        式中:Q1吸—水吸收的熱量,J;c1—水的比熱容,J/(kg·℃);m1—水的質(zhì)量,m3;ΔT1—水的溫度變化量,℃。

        式中:Q2放—油吸收的熱量,J;c2—油的比熱容,J/(kg·℃);m2—油的質(zhì)量,m3;ΔT2—油的溫度變化量,℃。

        根據(jù)用戶的實(shí)際反饋,井下油箱實(shí)際使用時(shí),油溫的最高溫度為61 ℃,井下通入冷卻水的溫度為25 ℃。根據(jù)油水平衡可知,最終油水溫度相同,將最終油水溫度設(shè)為T,則:

        其中礦物油密度為0.88×103 kg/m3[3],最終計(jì)算可得T=57.88℃。

        相較于原油箱溫度的61 ℃降低了3.12 ℃,滿足掘進(jìn)機(jī)正常使用條件下,油箱溫度值變化范圍40℃~60℃的要求,較好地解決了油溫偏高的問題。

        3.2 截割頭螺栓防松裝置的設(shè)計(jì)

        目前大部分綜掘設(shè)備特別是煤巖、半煤巖設(shè)備的截割頭,其與截割頭軸連接螺栓的防松方式為利用鉸制孔螺栓,通過鋼絲8字纏繞的編制形式,以此來保持兩螺栓相對固定的位置關(guān)系,從而起到防松的作用。但由于綜掘設(shè)備在截割作業(yè)時(shí),根據(jù)具體的施工工藝及截割原理,截割頭體在自轉(zhuǎn)的同時(shí)還要完成上下左右的移動截割[5],這就導(dǎo)致頭體的震動較大,導(dǎo)致鋼絲在沖擊過程中會受到法向力和切向力,產(chǎn)生彈性變形,最終斷裂失效。截割頭的緊定螺栓由于鋼絲變形和斷裂,會失去較好的限位,導(dǎo)致其在較大的截割作業(yè)震動下,自身受力發(fā)生轉(zhuǎn)動,產(chǎn)生松動。這時(shí)就需要經(jīng)常地對螺栓進(jìn)行緊定,對鋼絲進(jìn)行更換,增加了實(shí)際使用者的勞動強(qiáng)度,且頻繁的維護(hù)更會影響到作業(yè)進(jìn)度,不利于生產(chǎn)。而螺栓松動代表截割頭固定發(fā)生松動,也會給安全生產(chǎn)帶來隱患,因此解決這一問題也變得十分必要。傳統(tǒng)截割頭螺栓防松形式如圖2所示。

        通過分析可知,用鋼絲8字纏繞鉸制孔螺栓的編制來對截割螺栓進(jìn)行限位固定的方式,相對薄弱。為了解決這一問題,需要重新考慮截割頭緊固螺栓的固定方式,并結(jié)合實(shí)際情況,從結(jié)構(gòu)簡單、易操作、好維護(hù)等方面入手,設(shè)計(jì)截割頭螺栓防松裝置。在設(shè)計(jì)時(shí)利用截割頭上自帶的加工工藝孔,省去了需要在截割頭上二次加工的工序。將與截割頭緊定螺栓六角螺帽外沿配合的端面設(shè)計(jì)成多邊形,以此來限制螺栓的自轉(zhuǎn),并通過截割頭自帶的工藝孔,利用一顆螺栓安裝固定,實(shí)現(xiàn)了整體防松,獲得了想要的效果,也為后期的維護(hù)工作帶來了方便,提高了效率,降低了使用者的工作強(qiáng)度。其中安裝完的截割頭螺栓防松裝置的整體及局部剖視圖如圖3所示。

        4 結(jié)語

        該文針對現(xiàn)有礦用掘進(jìn)設(shè)備油箱油溫偏高、截割頭緊固螺栓易松動的問題,進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì),并將其應(yīng)用在現(xiàn)有EBZ200Q、EBZ260、EBZ200等型號的掘進(jìn)設(shè)備上,較好地解決了這些問題,并獲得了較好的效果,實(shí)現(xiàn)了使煤炭開采變得更加安全、方便、快捷的目的。

        參考文獻(xiàn)

        [1]毛君,陳江輝.掘進(jìn)機(jī)新型液壓油箱的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].世界科技研究與發(fā)展,2011,33(6):973-975.

        [2]朱紅興,丁志娟.掘進(jìn)機(jī)油箱冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)與應(yīng)用[J].煤炭科技,2006(4):19.

        [3]胡宗武.非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.

        [4]盧團(tuán)部,章鑫.掘進(jìn)機(jī)油箱結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械,2017,38(7):100-101.

        [5]劉志剛,喬李寧.煤巷掘進(jìn)機(jī)截割部的研究[J].煤礦機(jī)械,2015,36(10):86-87.

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