7LS8型采煤機(jī)升級(jí)改造用調(diào)高油缸設(shè)計(jì)

史春祥

(天地科技股份有限公司 上海分公司， 上海 200030)

0 引言

隨著近些年國家供給側(cè)改革政策的推行，國產(chǎn)高端采煤機(jī)得到了大力發(fā)展。進(jìn)口采煤機(jī)采購價(jià)高，如何深挖已進(jìn)口采煤機(jī)的潛力，最大限度地發(fā)揮其效能，是必須要考慮的問題，于是提出了對(duì)現(xiàn)有7.1 m采高的7LS8型采煤機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造，將其最大采高提升至8.8 m。由于采高的大幅增大，截割部的長(zhǎng)度和質(zhì)量也大幅提升，造成調(diào)高油缸的負(fù)載相應(yīng)增加，必須對(duì)調(diào)高油缸進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，并對(duì)與調(diào)高油缸相關(guān)的配套件使用問題進(jìn)行深入研究，以確保升級(jí)改造后的采煤機(jī)能可靠運(yùn)行。

1 7LS8型采煤機(jī)升級(jí)改造相關(guān)技術(shù)要求

本次升級(jí)改造的總體要求為:通過改變機(jī)身高度、搖臂長(zhǎng)度及其擺動(dòng)范圍、滾筒直徑等，將整機(jī)的最大采高提升至8.8 m，以滿足機(jī)頭、機(jī)尾割三角煤臥底量要求，并且能保證升級(jí)改造后整機(jī)的可靠性和使用穩(wěn)定性。與調(diào)高油缸相關(guān)的技術(shù)要求有:

1) 泵站系統(tǒng)不進(jìn)行改造，只進(jìn)行大修即可。

2) 為保證升級(jí)改造前后破碎機(jī)的通用性，要求搖臂連接板及其回轉(zhuǎn)腿長(zhǎng)度不做大幅度變化。

3) 與調(diào)高油缸的相關(guān)部件必須能配套使用。

2 7LS8型升級(jí)改造調(diào)高油缸的設(shè)計(jì)

2.1 原7LS8型采煤機(jī)調(diào)高油缸相關(guān)情況

原7LS8型采煤機(jī)調(diào)高油缸外形尺寸如圖1所示，其缸體內(nèi)徑φ450 mm，外徑φ551 mm，活塞桿直徑φ225 mm，調(diào)高油缸基本長(zhǎng)度為1 998 mm，行程為1 020 mm。7LS8型采煤機(jī)采用上置調(diào)高油缸方式，搖臂上升時(shí)小腔充液將搖臂拉起，搖臂下降時(shí)大腔充液將搖臂推下。使用過程中，截割部下降時(shí)泵站壓力表顯示最大工作壓力約21 MPa，截割部上升時(shí)的最大工作壓力約18 MPa，泵站系統(tǒng)的溢流閥開啟壓力設(shè)定為25 MPa。

圖1 原7LS8型采煤機(jī)調(diào)高油缸

2.2 升級(jí)改造調(diào)高油缸總體設(shè)計(jì)思路

采煤機(jī)用調(diào)高油缸設(shè)計(jì)的一般思路為[1]:根據(jù)力矩平衡原則，調(diào)高油缸產(chǎn)生的力矩能克服截割部產(chǎn)生的力矩，同時(shí)滿足可靠性要求。首先需要確定調(diào)高油缸的實(shí)際工作壓力，進(jìn)而確定油缸的內(nèi)外徑尺寸，并根據(jù)最大采高與臥底量，進(jìn)一步確定調(diào)高油缸的基本長(zhǎng)度和行程。原7LS8型采煤機(jī)調(diào)高油缸的實(shí)際工作最大壓力，等于截割部下降時(shí)泵站壓力表顯示的最大工作壓力減去泵站系統(tǒng)產(chǎn)生的相關(guān)壓力損失。為此，根據(jù)力矩平衡原則，求解原7SL8型采煤機(jī)調(diào)高油缸的實(shí)際工作壓力，并以此工作壓力作為新設(shè)計(jì)調(diào)高油缸的實(shí)際工作壓力，進(jìn)而進(jìn)行其他相關(guān)設(shè)計(jì)與計(jì)算。

2.3 調(diào)離油缸最大工作壓力

根據(jù)力矩平衡原則，調(diào)高油缸的受力為：

(1)

式中:F為調(diào)高油缸受力；G為截割部的重力；L1為截割部的有效力臂；Q為滾筒截割力；L2為截割力Q的有效力臂；L3為調(diào)高油缸的有效力臂。

式(1)中，所有值均隨著截割部的不斷擺動(dòng)而變化，故只需找出F的最大值并除以調(diào)高油缸活塞面積，即可作為調(diào)高油缸的最大工作壓力[2]。經(jīng)迭代計(jì)算可知，原7SL8型采煤機(jī)調(diào)高油缸最大工作壓力為13.97 MPa。

2.4 調(diào)高油缸相關(guān)尺寸的確定

相對(duì)于改造前，搖臂長(zhǎng)度增加了676 mm，質(zhì)量增加了1.5 t；截割滾筒直徑增加了800 mm，質(zhì)量增加了3 t。搖臂連接板回轉(zhuǎn)腿的長(zhǎng)度增加了20 mm，即L3的最大長(zhǎng)度增加了20 mm。為提升截割能力，截割滾筒的轉(zhuǎn)速下降了3.2 r/min。按式(1)的計(jì)算公式，設(shè)定調(diào)高油缸小腔最大工作壓力為13.97 MPa，經(jīng)強(qiáng)度校核和迭代計(jì)算，確定活塞桿直徑為φ240 mm，調(diào)高油缸缸體內(nèi)徑為520 mm，油缸缸體外徑為φ620 mm。調(diào)高油缸外徑增加與牽引箱殼體存在干涉問題考慮到處理這種干涉問題的可行性以及泵站承載能力的裕度問題，確定活塞桿直徑φ240 mm保持不變，將調(diào)高油缸缸體內(nèi)徑減小至φ500 mm，調(diào)高油缸缸體外徑減小至φ600 mm，調(diào)高油缸理論最大工作壓力增大至14.52 MPa。通過對(duì)采高與臥底量的進(jìn)一步校核，調(diào)高油缸的基本長(zhǎng)度為2 008 mm，行程為1 030 mm。

2.5 閉鎖裝置的選型

為使調(diào)高油缸具有自鎖功能，保證搖臂升降過程的穩(wěn)定性，升級(jí)改造后，在采煤機(jī)的調(diào)高油缸上配置了進(jìn)口平衡閥?？紤]到搖臂在割煤過程中的低幅高頻振動(dòng)特性，選擇了耐沖擊性較好且流量與泵的排量能配套使用的MBEA型平衡閥[3]。該型平衡閥能承受穩(wěn)態(tài)27 MPa的工作壓力，其溢流壓力設(shè)定為35 MPa。

3 新調(diào)高油缸相關(guān)配套件的升級(jí)改造

3.1 與調(diào)高油缸聯(lián)接的銷軸改造

升級(jí)改造前，與調(diào)高油缸兩端聯(lián)接的銷軸直徑均為φ170 mm。升級(jí)改造后，調(diào)高油缸及其聯(lián)接銷軸受載大幅增加，經(jīng)計(jì)算校核，直徑φ170 mm銷軸承載能力不足。為提高兩銷軸的承載能力，主要改造措施為:

1) 將銷軸的直徑由φ170 mm增大至φ190 mm。

2) 改進(jìn)銷軸的材質(zhì)，提高其許用承載能力。

3) 優(yōu)化銷軸的熱處理工藝，提高其在實(shí)際使用中的性能。

3.2 牽引箱殼體的改造

如圖2所示，調(diào)高油缸改造前，其與牽引箱殼體間的最小距離為27.6 mm；調(diào)高油缸改造設(shè)計(jì)后，其與牽引箱殼體間的最小間隙僅為3.1 mm。若牽引箱殼體與調(diào)高油缸之間有異物進(jìn)入，調(diào)高油缸便無法下擺到位，從而影響機(jī)頭、機(jī)尾的臥底量，同時(shí)會(huì)使調(diào)高油缸受到側(cè)向力，影響調(diào)高油缸的可靠性。

圖2 調(diào)高油缸與牽引箱殼體間的最小距離

為解決該問題，需要對(duì)牽引箱殼體進(jìn)行改造。實(shí)際工作過程中，調(diào)高油缸的最小上擺角為0.5°。對(duì)牽引殼體改造時(shí)，以調(diào)高油缸放平時(shí)的軸線為基準(zhǔn)線，作為鏜刀桿的中心位置,以半徑R330 mm進(jìn)行立鏜，確保改造后調(diào)高油缸與牽引箱殼體間的間隙不小于30 mm。

3.3 調(diào)高油缸護(hù)罩與相關(guān)水路的改造

本次升級(jí)改造調(diào)高油缸外徑增加了49 mm，同時(shí)由于調(diào)高方案的需要，調(diào)高油缸的擺動(dòng)幅度也有所增加，這就需要對(duì)油缸護(hù)罩及與油缸護(hù)罩相連接的護(hù)罩進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，主要是增加護(hù)罩的高度，并從防止塊煤進(jìn)入方面進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

調(diào)高油缸護(hù)罩的改造，既要適應(yīng)調(diào)高油缸的擺動(dòng)空間，又要防止塊煤進(jìn)入調(diào)高油缸與牽引箱殼體之間，但煤灰的進(jìn)入及堆積問題仍需要解決。為此，從7LS8型采煤機(jī)升級(jí)改造后的水路上引出一路水，沖刷調(diào)高油缸與牽引箱殼體之間的煤灰，這樣可以防止煤灰堆積，確保調(diào)高油缸的擺動(dòng)空間和可靠性。

4 7LS8型采煤機(jī)升級(jí)改造后的使用效果

升級(jí)改造后的采煤機(jī)及調(diào)高油缸于2018年3月下旬開始投入使用。截割部在升降過程中，泵站壓力表顯示最大壓力為22.1 MPa，在允許范圍之內(nèi)。截止到2018年11月底，調(diào)高油缸因出現(xiàn)滲漏問題進(jìn)行了更換,其間共產(chǎn)原煤800多萬t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過生產(chǎn)600萬t原煤便需要更換調(diào)高油缸的預(yù)期要求。改造的銷軸使用情況良好，調(diào)高油缸與牽引箱殼體間不存在干涉問題，二者之間也無煤灰堆積，使用過程中調(diào)高油缸擺動(dòng)靈活。

5 結(jié)論

針對(duì)7LS8型采煤機(jī)升級(jí)改造的要求,通過模型的建立和相關(guān)分析,計(jì)算了升級(jí)改造后調(diào)高油缸需加的負(fù)載,確定了新調(diào)油缸的具體尺寸,對(duì)閉鎖裝置進(jìn)行選型，并對(duì)調(diào)高油缸相關(guān)件進(jìn)行了設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行表明，該改造設(shè)計(jì)方案滿足了現(xiàn)場(chǎng)需求，取得了良好效果。