EBZ160型掘進機液壓系統(tǒng)的優(yōu)化

祗欣凱

（陽煤集團二礦調度室綜掘準備隊， 山西 陽泉 045000）

引言

掘進機在煤礦生產(chǎn)中是一種重要的礦井掘進設備，在掘進過程中，依靠液壓系統(tǒng)可以實現(xiàn)各種不同的功能，比如對煤巖的截割以及裝運，或者通過掘進機上的噴霧泵來實現(xiàn)噴霧降塵等，而實現(xiàn)這些功能的主要部件是液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)一旦出現(xiàn)問題，整個掘進機就會發(fā)生故障。EBZ160型掘進機是一種中型掘進機，可以連續(xù)地對煤巖進行截割、運輸以及裝載，并且該掘進機的機身高度較低，生產(chǎn)能力強，在礦井中有著廣泛的應用，不僅可以對煤層傾角較大的煤巷以及半煤巖巷進行掘進，還可以對軟巖巷道進行掘進，但是在實際應用的過程中，該掘進機的液壓系統(tǒng)存在問題，掘進運行不穩(wěn)定，嚴重阻礙了掘進機的正常作業(yè)，因此本研究針對該掘進機存在的問題，做出了一系列的優(yōu)化與改進，以期提高掘進機的工作效率，減少故障的發(fā)生。

1 EBZ160型掘進機液壓系統(tǒng)存在的問題

1.1 伸縮缸液壓回路缺少閉鎖元件

如圖1所示是該掘進機液壓系統(tǒng)的原理示意圖，從圖中可以看出，七聯(lián)閥中的第四聯(lián)可以完成伸縮缸液壓回路的動作，當?shù)谒穆?lián)推進時液壓缸伸出，第四聯(lián)拉回時則液壓缸收回，而當?shù)谒穆?lián)處于中間位置時，液壓缸處于Y型機能閉鎖狀態(tài)。該機能的作用是，如果液壓泵內的負荷仍然處于未卸載的狀態(tài)，則油缸不穩(wěn)定，在這種情況下，一旦外力對油缸產(chǎn)生作用，油缸就會發(fā)生前后晃動。此時，如果只靠七聯(lián)閥的作用，不單會給伸縮油缸帶來較大的破壞，甚至還會縮短七聯(lián)閥本身的使用時間。除此之外，在換向時，由于液壓系統(tǒng)不穩(wěn)定，導致伸縮油缸在進行液壓回路的動作時比較緩慢，不能流暢的伸出與縮回，工作效率較低，因此與煤礦生產(chǎn)的進度不相匹配，嚴重影響了井下正常生產(chǎn)的進行[1-2]。

圖1 液壓系統(tǒng)原理示意圖

1.2 履帶漲緊油缸漲緊效果不理想

當掘進機液壓系統(tǒng)中的四聯(lián)閥控制履帶漲緊時，由于液壓油缸受到了墊片的約束，其手柄可以回到中間位置，而對于油缸自身來說，漲緊時所受到的壓力，油缸會自行擠壓而緩慢地將壓力進行卸載，同時由于四聯(lián)閥的因素，該油缸的漲緊作用已經(jīng)失效。在這種情況下，只能依靠墊片來實現(xiàn)履帶的漲緊，而在煤礦進行生產(chǎn)的過程中，履帶所承受的載荷不是一成不變的，其始終處于動態(tài)變化的過程中，因此在經(jīng)過長時間的作用后，履帶會發(fā)生變形而伸長，但是墊片是不能隨之發(fā)生變形伸長的，所以履帶最終會變得松弛，在行走的過程中會加重對鏈輪的磨損，使履帶以及鏈輪的使用壽命大大縮短，增加了掘進機各部件進行維修保養(yǎng)的費用，加大了煤礦經(jīng)濟的負擔。且掘進機一般都會設置有冷卻噴霧系統(tǒng)，然而在進行掘進的過程中，井下通常會備有獨立的供水設備，因此掘進機自身的噴霧泵通常是閑置不用的，這對于掘進機來說也加大了其自身的制造成本。

1.3 裝運能力與割煤生產(chǎn)能力不協(xié)調

在進行掘進作業(yè)的過程中，該掘進機截割下來的煤炭和巖石量與掘進機的裝運能力存在嚴重偏差，具體表現(xiàn)為掘進機的生產(chǎn)能力遠遠大于其裝運煤炭的能力。當掘進工作面截割下的煤巖需大量運出時，由于其運送能力的限制，在過度裝運的情況下會經(jīng)常發(fā)生卡鏈以及堵塞的情況，這就需要井下工作人員對其進行清理與維修，而這不僅拖慢了工期，還嚴重阻礙了掘進工作的正常進行，減少了煤礦的產(chǎn)出量[3]。

2 EBZ160型掘進機液壓系統(tǒng)優(yōu)化設計方案

2.1 在伸縮油缸液壓系統(tǒng)中增加閉鎖元件

在給定壓力下，由于伸縮油缸液壓系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，使得伸縮油缸的正常工作受到了影響，為了改善這種情況，在伸縮油缸液壓系統(tǒng)回路中增加了一個閉鎖元件，該閉鎖元件可以有許多種，其中最常見的是平衡閥[4]。

如圖2所示是該掘進機液壓系統(tǒng)優(yōu)化設計改進后的原理示意圖。從圖中可以看出，當在回路中增加了平衡閥后，由于平衡閥具有反向截止作用，可以很好的實現(xiàn)對上下回路的封閉，從而使液壓系統(tǒng)中的各個執(zhí)行元件均可以準確地停到所需的位置，保證每個執(zhí)行元件均不會在單向載荷的作用下發(fā)生緩慢移動，這樣就可以解決伸縮油缸回路不穩(wěn)定的問題，使其免受載荷變化的影響。

圖2 優(yōu)化改進后液壓系統(tǒng)原理示意圖

2.2 在履帶漲緊油缸以及噴霧泵回路上增加高壓截止閥

對于履帶漲緊油缸來說，在其回路中設置高壓截止閥可以有效減少履帶的松弛，加強其漲緊作用，具體表現(xiàn)在：當履帶漲緊時，一旦關閉高壓截止閥，壓力就不會泄露，此時操縱手柄就可以實現(xiàn)壓力的降低、增加或保持平衡，從而避免了四聯(lián)閥中壓力向外或者向內泄露而導致的履帶松弛現(xiàn)象，再加上墊片的約束作用，履帶的漲緊效果會更好；除此之外，在履帶漲緊時，即使操縱手柄沒有處在漲緊的位置，履帶也不會發(fā)生松弛，這是因為負載敏感變量泵的負載信號仍然存在，在這種情況下，當油液在液壓系統(tǒng)回路中運行一周時，會無形中增加一運以及星輪的流量，從而使得一運的運行速度以及星輪的轉動速度提高，需重新對系統(tǒng)的流量進行分配[5]。

而對于噴霧泵來說，當安裝上高壓截止閥后，即使其處于不使用的狀態(tài)，也可以通過開啟高壓截止閥來打開噴霧泵，使其進行降塵作業(yè)；同時當控制噴霧泵開啟的手柄在噴霧的一邊時，通過關閉高壓截止閥，可以提高一運的運行速度以及星輪的轉動速度，從而使液壓系統(tǒng)的流量重新分配；當然設置高壓截止閥還在一定程度上方便了噴霧泵檢修工作的進行。

2.3 通過改變液壓回路流量使裝運能力與割煤生產(chǎn)能力相協(xié)調

在正常掘進作業(yè)過程中，一運、星輪、噴霧以及履帶漲緊液壓油缸會同時起作用，這種情況下，一運在1 min內經(jīng)過系統(tǒng)的流量為48 L，星輪在1 min內經(jīng)過系統(tǒng)的流量為一運流量的2倍，其轉動速度在1 min內可達30 r，而對于噴霧來說，1 min內經(jīng)過系統(tǒng)的流量則與一運的流量相同。在掘進機液壓系統(tǒng)中，因為四聯(lián)閥的結構是一樣的，當操縱手柄使噴霧泵開啟而高壓截止閥關閉時，其負載敏感變量泵的負載信號仍然存在，由于該信號的作用，整個液壓系統(tǒng)內的流量會進行重新分配，從而導致星輪、一運的流量增加，轉動速度和運行速度也隨之增加，直到增加到掘進機的裝運能力與割煤生產(chǎn)能力相協(xié)調。

3 EBZ160型掘進機液壓系統(tǒng)優(yōu)化設計操作方法步驟

3.1 在伸縮油缸液壓系統(tǒng)內增加平衡閥的方法步驟

選擇一個合適的平衡閥，使之與EBZ160型掘進機液壓系統(tǒng)相匹配，其安裝的位置為操縱臺內側，在安裝的過程中，需要打開伸縮油缸的進回油管路，將之與平衡閥的接頭相連接，在連接時需要注意，平衡閥的進回油接口不要接反。安裝完成后，啟動掘進機，在空載狀態(tài)下對其進行測試試驗，在試驗時對伸縮油缸的定位手柄進行操縱，使手柄處于某位置時，其伸縮油缸就處于相同的位置。

3.2 安裝高壓截止閥的方法步驟

選擇兩個高壓截止閥，一個安裝在噴霧系統(tǒng)液壓回路中，一個安裝在履帶漲緊液壓系統(tǒng)回路中，這兩個高壓截止閥的給定壓力為25 MPa，其所處的位置為操縱臺上，繼而對管路的進出口進行連接。連接好各管路后，進行測試試驗，在試驗時，如果操縱履帶漲緊定位手柄可以使履帶漲緊的效果更好，同時當高壓截止閥關閉后，整個液壓系統(tǒng)中的流量進行了重新分配，且噴霧操縱也同樣如此，則說明高壓截止閥安裝完成。

3.3 重新分配液壓系統(tǒng)回路中流量的方法步驟

從上文的研究中可以看出，不管是對履帶漲緊定位手柄進行操控，還是對噴霧液壓定位手柄進行操控，都會造成星輪以及一運液壓系統(tǒng)回路中流量的增加。具體流量增加的方法是：在進行掘進作業(yè)的過程中，對于履帶漲緊液壓回路來說，應先開啟高壓截止閥，等操控履帶漲緊定位手柄使履帶漲緊效果增強后，再關閉高壓截止閥，在這個環(huán)節(jié)中，其定位手柄始終處于漲緊位置，且即使高壓截止閥關閉，負載敏感變量泵仍然有信號存在，此時，履帶漲緊油缸內的油液返回主系統(tǒng)，從而增加了星輪以及一運液壓系統(tǒng)回路中的流量，其增大的幅度大約為三分之一；而對于操控噴霧液壓定位手柄來說也是同樣的情況，也可以得到相同的效果[6]。

4 優(yōu)化后的應用及使用效果分析

4.1 伸縮油缸優(yōu)化后的使用效果分析

在對EBZ160型掘進機伸縮油缸液壓回路進行優(yōu)化與改進后，在實際應用中可以發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后的伸縮油缸穩(wěn)定性大大提高，由操控定位手柄可以很好的實現(xiàn)伸縮油缸的位置變化，且伸縮油缸可以準確的停到該位置，而不會發(fā)生前后移動，這給煤礦的安全生產(chǎn)以及井下工人的維護與檢修帶來了很大的方便，同時伸縮油缸的工作效率也明顯提高。經(jīng)過這一優(yōu)化，EBZ160型掘進機可以更好地實現(xiàn)井下的掘進作業(yè)，減少了掘進作業(yè)中故障的發(fā)生，并得到了廣泛的應用及認可。

4.2 履帶漲緊油缸優(yōu)化后的漲緊效果分析

在對履帶漲緊油缸進行優(yōu)化設計后，極大地減少了四聯(lián)閥的操控次數(shù)，不再需要通過操控四聯(lián)閥來達到履帶漲緊的作用，而且減少了四聯(lián)閥的磨損，延長了四聯(lián)閥的使用壽命，同時還減少了墊片的使用量，不用再頻繁地更換墊片，在一定程度上降低了井下作業(yè)人員的負擔以及煤礦的經(jīng)濟投入。除此之外，在長時間的使用過程中，如果履帶漲緊效果不如從前，出現(xiàn)了松弛，則可以打開高壓截止閥，再次實現(xiàn)履帶的漲緊，這一優(yōu)化簡單易行，在實際應用中得到了一致的好評。

4.3 裝運能力與割煤生產(chǎn)能力優(yōu)化后的使用效果分析

在對系統(tǒng)流量進行重新分配后，一運的運行速度增加，其刮板鏈的運行速度由原來的1 min行走38～42 m變成現(xiàn)在的49～52 m，同時星輪的轉動速度也增加，由原來的1min內由32～34 r到現(xiàn)在的40～44 r，其裝運與截割的能力大約提高了23%，運行速度也提高了23%，并且經(jīng)過改進，卡鏈以及堵塞的現(xiàn)象已不再出現(xiàn)，大大減少了工人的勞動強度和負擔。與此同時，該掘進機的裝運能力與刮板鏈的運行速度都大幅度提高，在滿足截割生產(chǎn)能力要求的基礎上，還有效增強了掘進機的整體性能，使掘進作業(yè)可以更好更快得完成。

5 結論

通過對EBZ160型掘進機液壓系統(tǒng)做出的一系列優(yōu)化與改進可知，優(yōu)化后的掘進機液壓系統(tǒng)更穩(wěn)定，工作效率更高，在掘進作業(yè)時發(fā)生故障的可能性更小，且各個部件的相互配合更加協(xié)調，能更好地滿足煤礦安全生產(chǎn)的要求，并得到了廣大用戶的一致認可。同時該掘進機為半煤巖巷的快速掘進提供了可借鑒的經(jīng)驗，也為相同類型掘進機的優(yōu)化與改進設計提供了參考依據(jù)。