EBZ-160型掘進(jìn)機裝載驅(qū)動裝置技術(shù)改造及應(yīng)用

尹鵬飛

（大同煤礦集團軒崗煤電有限責(zé)任公司梨園河煤礦， 山西 忻州 034114）

引言

在掘進(jìn)機驅(qū)動裝置中，液壓馬達(dá)是最重要的設(shè)備，而現(xiàn)有EBZ-160型掘進(jìn)機采用的是進(jìn)口CA50-32馬達(dá)，這種馬達(dá)的性能優(yōu)良，但是本身精密度過高，在煤礦惡劣的環(huán)境下，不僅無法充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢，一旦出現(xiàn)問題也無法及時進(jìn)行維護，更換馬達(dá)需要花費大量的成本，難以充分保證設(shè)備運行效果?；诖?，本文提出了一種利用國產(chǎn)液壓馬達(dá)替換原馬達(dá)的技術(shù)改造方案。

1 EBZ-160型掘進(jìn)機裝載驅(qū)動裝置技術(shù)改造方案

雖然從理論上，只需要將進(jìn)口CA50-32馬達(dá)更換為國產(chǎn)馬達(dá)即可，但由于液壓馬達(dá)與馬達(dá)座通過螺栓連接在一起，與轉(zhuǎn)盤軸之間采用的是花鍵連接，帶動固定在轉(zhuǎn)盤軸上的三爪星輪轉(zhuǎn)動，完成掘進(jìn)工作，如果更換液壓馬達(dá)，考慮不同馬達(dá)的結(jié)構(gòu)和尺寸差異，需要對馬達(dá)座、轉(zhuǎn)盤軸以及相應(yīng)的配件進(jìn)行重新設(shè)計和加工[1]。

1.1 馬達(dá)選型

從安裝尺寸、性能參數(shù)、成本價格等方面，就我國現(xiàn)有符合EBZ-160型掘進(jìn)機功率需求的液壓馬達(dá)進(jìn)行全面分析和對比，最終選擇的替代品是國產(chǎn)NHM16-1800馬達(dá)，如表1所示。

可見，兩種馬達(dá)的參數(shù)性能相近，但是價格差距在10倍以上。而在煤礦巷道掘進(jìn)生產(chǎn)中，經(jīng)現(xiàn)場測量，掘進(jìn)機正常工作狀態(tài)下裝載驅(qū)動裝置的壓力在16～20 MPa之間，國產(chǎn)NHM16-1800馬達(dá)額定壓力可以達(dá)到20 MPa，完全能夠滿足使用需求[2]。

1.2 液壓系統(tǒng)改造

1.2.1 同步馬達(dá)轉(zhuǎn)速

EBZ-160型掘進(jìn)機液壓系統(tǒng)采用的是三聯(lián)柱塞泵A11V130中泵供油，結(jié)合比例減壓閥完成兩聯(lián)多路換向閥控制，從而根據(jù)實際需要實現(xiàn)馬達(dá)的正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，通過調(diào)整比例減壓閥開度的方式，可以對馬達(dá)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。A11V130泵的驅(qū)動電機為90 kW，驅(qū)動馬達(dá)的轉(zhuǎn)速計算公式為：

表1 兩種馬達(dá)對比結(jié)果

式中：n為驅(qū)動馬達(dá)轉(zhuǎn)速，r/min；Vp為泵排量，取130 mL/r；n1為泵驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速，同樣為固定值1 450 r/min；η1為泵容積效率，取0.98，Vm為被驅(qū)動馬達(dá)的排量，5 802.41 mL/r；N1為被驅(qū)動馬達(dá)數(shù)量，這里為2臺；η2為被驅(qū)動馬達(dá)容積效率，取0.98。

將對應(yīng)數(shù)值代入到公式中，可以計算出CA50-32馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為15.6 r/min，NHM16-1800馬達(dá)轉(zhuǎn)速為49 r/min，差距不明顯。為了保證馬達(dá)轉(zhuǎn)速同步，可以對存在于比例減壓閥以及兩聯(lián)多路換向閥中控制閥片的調(diào)節(jié)螺母進(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。減壓閥控制換向閥的基本原理如下頁圖1所示。

結(jié)合圖1分析，對于馬達(dá)的控制是通過流進(jìn)減壓閥組的液流推動換向閥主閥芯實現(xiàn)的，馬達(dá)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)由閥組手柄的方向控制，減壓閥輸入壓力與換向閥閥芯開度呈正比，輸出壓力越大則閥芯開度越大，流入到馬達(dá)的液體流量也越大，馬達(dá)轉(zhuǎn)速同樣越大。結(jié)合計算分析，替換馬達(dá)需要適當(dāng)將輸出減壓閥的壓力調(diào)低，而在實際操作環(huán)節(jié)，可以通過對減壓閥閥片調(diào)節(jié)螺母，實現(xiàn)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的同步[3]。

圖1 減壓閥控制換向閥原理圖

1.2.2 加工轉(zhuǎn)盤軸

在裝載驅(qū)動裝置中，轉(zhuǎn)盤屬于一種盤狀零件，是連接馬達(dá)和傳動部的關(guān)鍵。對比兩種馬達(dá)，原裝馬達(dá)與轉(zhuǎn)盤軸的配合采用的是花鍵的方式，其本身自帶花鍵孔與花鍵軸配合，而國產(chǎn)替代馬達(dá)不僅帶有花鍵孔，還配備了花鍵軸，在這種情況下，就需要對馬達(dá)轉(zhuǎn)盤軸進(jìn)行重新設(shè)計，以確保其能夠正常運轉(zhuǎn)。依照替代馬達(dá)、三爪星輪以及掘進(jìn)機鏟板的外形尺寸，對轉(zhuǎn)盤軸進(jìn)行了重新設(shè)計加工，平面圖見圖2。

1.2.3 其他改造

在同步馬達(dá)轉(zhuǎn)速、重新設(shè)計轉(zhuǎn)盤軸的同時，還需要針對液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造，具體改造包括四點：一是調(diào)節(jié)兩聯(lián)閥PSV61/300-5溢流閥開啟壓力，使得其能夠達(dá)到18.5 MPa，這樣能夠有效減少液壓沖擊對于馬達(dá)的負(fù)面影響；二是考慮進(jìn)口馬達(dá)配置的泄油接頭螺紋尺寸為G3/4-C10，國產(chǎn)馬達(dá)配置的泄油接頭螺紋為G1/2，為了方便替換和安裝，增加兩個G1/2-G3/4陽陰過渡接頭；三是針對不同的進(jìn)油口連接方式，在相應(yīng)位置增加了四個過渡法蘭盤；四是于替換NHM16-1800馬達(dá)配油體上，增加雙向溢流閥，在不影響設(shè)備其他模塊正常運行的前提下，可以有效延長馬達(dá)的使用壽命[4]。

圖2 轉(zhuǎn)盤軸平面圖

2 改造效果

依照上述改造方案，對某煤礦EBZ-160型掘進(jìn)機裝載驅(qū)動裝置進(jìn)行了改造，經(jīng)試運行后，發(fā)現(xiàn)技術(shù)改造方案科學(xué)合理，改造后運行時間超過一年，掘進(jìn)機效果良好，改造后的裝載驅(qū)動裝置始終保持穩(wěn)定運行，即使在煤礦井下潮濕、粉塵的惡劣環(huán)境下，也沒有發(fā)生任何問題和故障，充分表明設(shè)備選型合理，技術(shù)改造有效，在保證煤礦生產(chǎn)安全的情況下，促進(jìn)了其經(jīng)濟效益和社會效益的提高。

3 結(jié)論

經(jīng)過改造后，EBZ-160型掘進(jìn)機的運行效率明顯提高，設(shè)備故障率大大降低，而且對故障的維修以及馬達(dá)的更換更加便捷。與改造前相比，改造后的裝載驅(qū)動裝置維修簡單、經(jīng)濟效益顯著。