高 生 金秀宇

（三一重型裝備有限公司， 遼寧 沈陽 110027）

懸臂式掘進機是煤礦巷道、公路隧道、鐵路隧道、水利隧道等隧道成型過程中最重要的設(shè)備，而掘進機的性能對整個巷道成型的速度及質(zhì)量起關(guān)鍵性作用。尤其在條件相對惡劣的井下作業(yè)時，確保掘進設(shè)備穩(wěn)定地運行，滿足掘進機的可靠性最為關(guān)鍵。液壓泵站作為整臺設(shè)備的“心臟”，為設(shè)備各執(zhí)行元件提供動力，確保設(shè)備平穩(wěn)運行，其作用毋庸置疑。

0 背景

目前傳統(tǒng)的液壓泵站上的油泵電機組件和油箱采用呈直線設(shè)置的布置方式設(shè)在掘進機的機體上，吸油過濾器位于油箱的內(nèi)腔中且固定在內(nèi)腔靠近油泵電機組件一側(cè)的腔壁上，吸油管的第一端與吸油過濾器連接，吸油管的第二端與油泵電機組件連接，而油泵電機組件和油箱采用前后直線布設(shè)方式，在掘進機進行下山作業(yè)時，由于油箱內(nèi)液體前傾，可能會出現(xiàn)吸油過濾器露出液體的情況，從而導致油泵電機組件上的柱塞泵無法吸入液體，不但會造成掘進機無法完成作業(yè)動作，還會使柱塞泵磨損嚴重，影響壽命。由于可能導致柱塞泵吸空問題，所以限制了掘進機適用坡度，無法完成大坡度作業(yè)。

1 泵站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點及功能

液壓泵站系統(tǒng)包括油箱組件、油泵電機組件、多路控制閥、平衡閥、先導閥、液壓馬達、油缸、相關(guān)油管和密封零件等。采用液壓系統(tǒng)對執(zhí)行元件進行控制。而流量控制是通過負載變量泵和負載閥共同配合完成，壓差信號由負載閥反饋給變更泵，再由斜盤傾角調(diào)節(jié)，從而改變輸出流量以達到最小損耗的目的，實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)與節(jié)能。

1.1 傳統(tǒng)泵站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點

目前多數(shù)掘進機設(shè)備，采用油泵電機組件與油箱組件前后直線放置，空間利用上不夠緊湊，油箱組件只能通過支口及螺栓懸掛在掘進機本體側(cè)面。當掘進機高強度作業(yè)時，產(chǎn)生較大沖擊和震動，對油箱組件固定帶來很大難度。并且油泵電機組件與油箱組件前后直線放置，導致吸油管路過長，影響吸油效率。結(jié)構(gòu)特點如圖1所示。

圖1 油泵電機組件與油箱組件前后直線布置示意圖

1.2 優(yōu)化后泵站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點

EBZ260M-2掘錨機泵站系統(tǒng)油箱與泵站整體設(shè)計在后支撐上，采用上下結(jié)構(gòu)設(shè)計，占用空間小，油箱布置在油泵電機上方，可有效減少吸空概率。整體結(jié)構(gòu)如圖2所示：將泵站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化后，油泵電機組件與油箱組件設(shè)計成上下安裝結(jié)構(gòu)，吸油過濾器安置于油箱中間靠近底部附近，無論掘進機上坡還是下坡，吸油過濾器都不會露出液壓油面，不會出現(xiàn)油泵吸空問題；油泵吸空問題得到解決，從而減少了掘進機大坡度作業(yè)的一個限制因素；采用架體安裝結(jié)構(gòu)，油箱組件豎直固定在架體上，避免懸掛掘進機本體側(cè)壁，安裝方便，受力效果好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；吸油管豎直連接油箱與油泵，減少管路長度，吸油效率高。結(jié)構(gòu)特點如圖3所示。

圖2 EBZ260M-2掘錨機主機結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 油泵電機組件與油箱組件上下布置示意圖

1.3 泵站系統(tǒng)功能

EBZ260M-2掘錨機采用750L液壓油箱，配合液壓輔件，對相關(guān)執(zhí)行元件進行控制：1）行走部采用軸向柱塞馬達，驅(qū)動行走減速器，實現(xiàn)驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)，完成整機行走。2）截割部的伸縮以及上、下、左、右移動是通過泵站驅(qū)動液壓油缸實現(xiàn)。3）鏟板部在泵站的作用下，驅(qū)動星輪馬達，帶動星輪旋轉(zhuǎn)，完成物料裝載。4）第一運輸機利用泵站驅(qū)動一運馬達，帶動一運刮板鏈轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)物料傳送。5）后支撐油缸在泵站的作用下，實現(xiàn)升降動作。6）行走部履帶漲緊和第一運輸機刮板鏈的張緊也是在泵站作用下完成。7）超前支護的舉升、伸縮和翻轉(zhuǎn)通過泵站系統(tǒng)控制完成。8）錨桿部的一級、二級伸縮，主臂伸縮，液壓錨桿鉆機滑動及打孔動作都是在泵站系統(tǒng)的作用下完成。

2 泵站系統(tǒng)設(shè)計要求

EBZ260M-2掘錨機泵站系統(tǒng)采用功率為132kW交流電機，串聯(lián)2個排量為260ml/r和190ml/r的變量柱塞泵。變量泵通過吸油管路經(jīng)過過濾器從油箱組件中吸入液壓油。經(jīng)過油泵增壓的液壓油再由多路控制閥分配給掘進機截割部，鏟板部，第一運輸機，行走部以及后支撐部中的相應(yīng)馬達、油缸等執(zhí)行元件，完成掘進機相應(yīng)動作，同時液壓回油需要進行冷卻散熱，經(jīng)由回油過濾器重新回到油箱組件，其中相關(guān)執(zhí)行元件的內(nèi)泄回油直接通過油箱組件泄油口流回。1）系統(tǒng)工作壓力25 MPa；2）截割升降、回轉(zhuǎn)油缸壓力22MPa，其他各油缸壓力25MPa；3）鏟板星輪采用進口馬達（2×1600 ml/r）；4）一運驅(qū)動采用進口馬達（2×1000 ml/r）；5）行走馬達減速器（18萬N·m）保證有效驅(qū)動力；6）標配油溫油位自動監(jiān)測保護裝置；7）整機標配電控，遙控和手控可切。

2.1 泵站系統(tǒng)流量計算

該泵站系統(tǒng)采用二聯(lián)泵，排量為（260+190 ）ml/r，計算每個泵的流量及系統(tǒng)流量。

2.2 過濾器型號確定

EBZ260M-2泵站系統(tǒng)設(shè)有吸油過濾器、回油過濾器和空氣過濾器。2個油泵分別由2個吸油過濾器2個回油過濾器組成。

2.2.1 吸油過濾器型號確定

該系統(tǒng)是開式系統(tǒng)，設(shè)備正常運行時從油箱吸油，2個油泵的流量總和：

EBZ260M-2掘錨機采用2個800 L/min過濾器，型號：TF-800×100F，公稱流量：800 L/min；過慮精度：100μm；壓力損失：＜0.1bar。

2個過濾器的流量總和：800 L/min +800 L/min=1600 L/min＞2.5×Q=1570 L/min，滿足流量要求。

2.2.2 回油過濾器型號確定

2個高壓油泵流量分別是363L/min和265L/min。在液壓回路，油箱回油口處設(shè)有3個同型號回油過濾器，每個過濾器按流量210L/min計算即可。

元件參數(shù)如下。最大工作壓力：41bar；爆破壓力：145bar；濾芯壓潰壓力：10bar；過濾精度：12μm；系統(tǒng)流量：Q=210L/min過濾器不裝濾芯的壓降ΔP殼體：0.1bar；潔凈濾芯壓降ΔP濾芯：0.166bar；介質(zhì)黏度μ：46.5mm2/s。過濾器總的壓降如下。

2.3 驅(qū)動電機的功率計算

EBZ260M-2掘錨機泵站系統(tǒng)中，油泵電機功率是132 kW，下面以此為依據(jù)計算每個油泵的功率分配。

2.3.1 第一聯(lián)油泵所消耗的功率

第一聯(lián)油泵提供的執(zhí)行元件及所用功率的計算結(jié)果見表1。

表1 第一聯(lián)油泵提供的執(zhí)行元件及所用功率的計算結(jié)果

從上表1可以看出，星輪馬達和一運馬達有同時達到最大功率的可能，所以該油泵應(yīng)分配的功率：18+18+50=86kW。

2.3.2 第二聯(lián)油泵所消耗的功率

第二聯(lián)油泵提供的執(zhí)行元件及所用功率的計算結(jié)果見表2。

表2 第二聯(lián)油泵提供的執(zhí)行元件及所用功率的計算結(jié)果

從上表2可以看出，掘進機行走時的最大功率可以達到86kW，實際這種工況很少，而油缸的動作與行走不會同時達到最大工況，所以該油泵分配功率設(shè)計46kW，滿足使用要求。

2.4 泵站系統(tǒng)發(fā)熱計算

EBZ260M-2掘錨機泵站總功率是132kW，按照液壓系統(tǒng)總的效率是70%計算，則系統(tǒng)總的發(fā)熱功率：132×30%=39.6kW，以此為依據(jù)計算需要的散熱面積。

散熱功率按40kW計算，根據(jù)散熱功率計算散熱面積，如公式（1）所示。

式中：A— 散熱面積，m2；P—散熱功率，40000 W；Tmax— 液壓油最高溫度，取60℃；T0— 環(huán)境溫度，取30℃；K—傳熱系數(shù)，按水冷計算，k=465W/（ m2·k）。帶入公式：

結(jié)論：散熱面積達到2.9m2時，可以滿足設(shè)計要求。

該泵站系統(tǒng)中選擇的換熱器的散熱面積為1.25m2，所以整個系統(tǒng)必須有3組這樣的換熱器才能滿足系統(tǒng)散熱要求，為了提高散熱效果，選用4組散熱器。

2.5 泵站系統(tǒng)中油管參數(shù)的確定

油管直徑如公式（3）所示。

式中：Q—系統(tǒng)流量，吸油膠管流量Q1=363L/min，吸油膠管流量Q2=265L/min；高壓管路流量Q3＝363L/min,高壓管路流量Q4=365L/min；V—流速；推薦流速：吸油膠管，流速 1.2 m/s；高壓膠管，流速 6m/s；d—油管直徑（mm）。

將上述參數(shù)帶入公式。

吸油膠管：內(nèi)徑

3 泵站系統(tǒng)常見故障分析

泵站系統(tǒng)作為掘進機的“心臟”，而連接各部件的液壓管路，猶如掘進機的“血管”。作為“血液”的液壓油，無疑成為液壓系統(tǒng)最重要的部分。通常70%的液壓系統(tǒng)故障，都是由于對液壓油管理的不當造成的。為了減少液壓系統(tǒng)故障的發(fā)生，需要注意以下幾點：1）保證液壓油干凈，不能混入雜質(zhì)。2）按照說明書定期更換過濾器。3）定期檢查油質(zhì)，如有不良，馬上更換。4）定期查看油液位置，保證油量。5）維修或更換液壓元件時，必須將油孔封好，防止混入雜物。除去液壓油以外，泵站系統(tǒng)中的柱塞泵、液壓油缸、溢流閥、減壓閥、多路閥、平衡閥以及液控手柄等也是故障多發(fā)位置。具體表現(xiàn)：1）柱塞泵出油壓力不足或出油量不夠。可以檢查吸油管和過濾器是否堵塞；吸油管與泵的連接位置是否出現(xiàn)泄漏；再有就是檢查油液是否過于黏稠，或者液壓油溫升是否過低。2）液壓油缸運行時，出現(xiàn)爬行、推力小、鎖定和啟動不靈敏的情況。可以查看油缸端蓋的密封情況，使其不能太松也不要太緊，保證能夠用手平穩(wěn)地拉動活塞桿；檢查活塞桿和活塞是否同心；液壓油缸的缸筒是否出現(xiàn)變形；檢查油缸工作行程中，液壓缸孔徑是否出現(xiàn)腰鼓形，使油缸兩端油液互通。3）溢流閥出現(xiàn)漏油、噪聲或者振動。檢查閥組中錐閥或者鋼珠是否出現(xiàn)磨損；檢查滑閥和閥體配合時，是否間隙過大；查看閥組中彈簧是否出現(xiàn)變形；滑閥滑動是否順暢。4）減壓閥無法減壓或者壓力波動不穩(wěn)定。檢查阻尼孔是否堵塞；滑閥與閥體是否連接順暢，有無卡滯；查看減壓閥泄油口是否堵塞；主閥芯是否出現(xiàn)卡住不動的情況[5]。5）多路閥中滑閥無法換向或者漏油。檢查滑閥是否卡滯不動；閥體有無變形；彈簧是否出現(xiàn)斷裂或者損壞；控制油路是否出現(xiàn)堵塞；密封圈損壞。6）平衡閥故障導致油缸動作不平穩(wěn)。檢查平衡閥主閥芯是否卡滯；錐閥和閥座接觸不良。7）液壓控制手柄無法鎖定。帶摩擦片手柄的鎖緊螺釘是否出現(xiàn)松動。

4 結(jié)語

EBZ260M-2 掘錨機泵站系統(tǒng)采用油泵電機組件與油箱組件上下安裝結(jié)構(gòu)，將吸油過濾器安置于油箱中間靠近底部位置，有效解決了柱塞泵吸空的困擾，為掘錨機適用大坡度環(huán)境作業(yè)提供了有力支撐。對泵站系統(tǒng)中柱塞泵、過濾器、油管及冷卻器等重要部件設(shè)計的計算分析，為整機的可靠性及先進性奠定了堅實的基礎(chǔ)。EBZ260M-2掘錨機在多個煤礦的實際作業(yè)中，經(jīng)受住各種惡劣井下條件的考驗，達到了預(yù)期的效果。