鉆機式采煤機液壓系統研究

孫智宙SUN Zhi-zhou

（新汶礦業集團公司鄂莊煤礦，萊蕪 271122）

（Ezhuang Coal Mine of Xinwen Mining Group，Laiwu 271122，China）

1 概述

面對國際化大環境，工業日益發展，對石油、天然氣、煤炭等資源的需求量愈來愈大，而這些資源屬不可再生性資源，煤炭尤為突出，為提高煤炭資源的回收率，該鉆機式采煤機是在引進國外螺旋鉆采煤機的基礎上，對其優化，汲取精華，在不損失其工作性能的情況下，使“洋機”完全實現國產化，研發而成的新一代螺旋鉆機。

該機型總裝機功率195kW，采用液壓系統控制，機器外形尺寸4670×2930×1656mm，相對國外同功能鉆機6572×3394×1730mm 減小了許多；而國外鉆機總裝機功率為238.5kW，采用液壓系統控制，但其結構設計相當復雜，且結構部件損壞，無法用國產件來代替，開采成本頗高，為降低生產成本，原材料的消耗。綜合各方面的原因，促成了該鉆機的研制。此套液壓系統就是專為該鉆機設計，其液壓系統如圖1 所示。

2 設計原理

該系統由一臺YBS 型15kW 電機經聯軸器帶動CY14-1B 軸向柱塞泵工作，高壓油經輸油管向換向閥供油。經換向閥換向，向支持動作的各千斤頂及馬達供油。當換向閥處于中位時，來油經換向閥和回油濾油器回油箱卸載。整個系統需要動作回路包含18 條千斤頂和2 臺雙向定量馬達。根據操作工藝要求，各回路不同時工作，系統壓力由先導溢流閥調定，各千斤頂為防止竄液和旁路在工作時卸荷，均裝有不同規格型號液壓鎖。該系統包括：工作回路、輔助回路、支撐回路和停止（中位卸載回路）。執行機構的確定：動作機構除螺旋鉆桿是靠兩臺90KW 電動機帶動兩件摩擦式耦合器，將動力傳向兩臺減速機，帶動螺旋鉆桿旋轉和兩臺液壓馬達能夠微動調節鉆桿旋轉外，其它執行機構均作往復直線運動，由單活塞液壓千斤頂直接驅動。

工作回路即推進油缸實現自動推進或自動后退油路。推進油缸實現動作，在工作過程中液壓油進入推進油缸缸腔，需油量較多，因而采用大流量液壓鎖（60L/min），且系統壓力已定，推進速度要求1～2m/min，速度要求相對較慢，因而對速度的平穩性要求較高，因此采用回路節流調速回路，即有調速閥12 來控制推進油缸前進和后退的快慢。推進油缸后退時是液壓油進入活塞桿腔，相對缸腔空間體積較小，因而前進速度相對后退速度慢。

輔助回路即實現換接鉆桿給換接鉆桿創造可換接環境的油路。工藝要求其不工作時，處于停止狀態，對其定位要求不高，因而采用中位回油機能為M 型的手動換向閥。鉆桿的微動調整通過安裝在減速機上的液壓馬達來實現，且馬達旋向可逆，（兩組馬達可實現互換），由于馬達是安裝在減速機上的，鉆機旋轉時，馬達隨機器一起高速旋轉，造成系統壓力油溫升過高，易損壞系統各處密封和馬達；為保護馬達故在馬達和減速機之間增加超越離合器，以實現減速機旋轉時馬達不隨減速機旋轉。

支撐回路即實現鉆機隨煤層變化傾斜調整穩定鉆機的油路。在烏克蘭原有基礎上增加了一對防滑千斤頂。

3 系統工作特點

3.1 系統中各電磁換向閥工作狀態：如表1。

表1

3.2 鉆機工作狀態 由液壓原理圖和該表中所標電磁閥在不同工作狀態可以看出各電磁換向閥的通斷情況和該系統的工作狀況。該系統在正常工作時，運行機理如下：泵3 吸油→經單向閥6→電磁換向閥YA1(接通)→電磁換向閥YA4（接通）→調速閥12→梭閥13→液壓鎖18→推進主千斤頂活塞桿腔（輔助千斤頂缸腔）→鉆機鉆進；泵3 吸油→經單向閥6→電磁換向閥YA1（接通）→電磁換向閥YA5（接通）→調速閥12→梭閥13→液壓鎖18→推進主千斤頂缸腔（輔助千斤頂桿腔）→鉆機后退。鉆機的鉆進速度由調速閥12 進行調節。這時由先導式安全溢流閥7 來進行過載保護。壓力調定為16Mp（壓力調定是由轉換開關撥至“支撐”位置，操作支撐千斤頂或調斜千斤頂任意一回路使之處于滿載狀態，經先導式溢流閥調定最大壓力值為16Mp；然后，將轉換開關撥至“輔助”位置，操作輔助系統中任意一個千斤頂使之處于滿載狀態，經先導式卸荷溢流閥調定系統壓力到16Mp，即整個系統在正常工作時即使達到最大壓力16Mp，但不會超過16Mp 多余壓力經卸荷溢流閥直接回油箱）。

3.3 鉆機調度狀態 調度狀態包含支撐、輔助兩種狀態。

3.3.1 支撐狀態含調斜、支撐和防滑三個操作部位。當鉆機到達指定工作位置，需要根據煤層變化調整鉆機鉆進位置。這時，把鉆機前操作臺上電控箱上的轉換開關撥至“支撐”位置，電磁換向閥YA2 接通，閥芯上移，油流方向為：泵3→單向閥6→電磁換向閥YA2→多路換向閥14。

通過此油流方向可以實現支撐、調斜和防滑的各千斤頂的操作。當不需要操作時，多路閥手柄處于中間位置，壓力油經閥中位回油箱，油泵卸載。由于處于支撐狀態時的各動作千斤頂的定位要求比較高，故多路閥14 采用的是中位回油機能是Y 型閥，其壓力保護是通過先導式安全溢流閥7 來保護的。支撐千斤頂的作用是穩定鉆機在巷道中；調斜千斤頂的作用是調整鉆機沿煤層鉆進；防滑千斤頂的作用是防止鉆機在鉆進過程中鉆機發生移動。

3.3.2 輔助狀態含一組風筒動作、一組托鉆動作、一組手動推進動作、兩組抱爪動作和兩組微調動作五個部位的操作。為防止線路零亂多采用集成化布置。托鉆千斤頂與手動推進共用一組集成塊，微調馬達1 與抱爪千斤頂1 共用一組集成塊，微調千斤頂2、抱爪千斤頂2 和微調馬達2共用一組集成塊。當進行輔助操作時，操作臺電控箱轉換開關應撥至“輔助”位置。這時，電磁閥YA1、YA3 接通。其油流順序為：泵3→單向閥6→YA1→YA3→支持各千斤頂動作的各集成塊和手動操作閥。

①托鉆。鉆機鉆進一節鉆桿后，操作托鉆手動操作閥，使托鉆千斤頂動作夾緊鉆桿自動鎖使之打開，退機鉆桿與主機脫離。②手動推進。鉆機在裝卸鉆桿時，為操作調節方便，自動推進鉆機鉆進速度有流量調節閥（調速閥12）控制，根據不同煤質選取不同鉆進速度，故而較慢。③抱爪（卡鉆），共兩組。在鉆機退鉆桿時用。當手動操作推進油缸退到鉆機尾部時，操作抱爪千斤頂手動操作閥，抱爪千斤頂收縮（夾緊鉆桿自動鎖）起到鉆桿與減速機輸出軸脫離的作用。④風筒動作。是為了消除鉆桿間隙，起到裝卸鉆桿時退出或拉緊的作用而設計的一組千斤頂。與執行輔助動作的各千斤頂馬達共用一組油路，當風筒千斤頂動作時，其余各動作機構操作閥都處于中位。⑤微調馬達。是為對接或拆卸鉆桿，轉動鉆桿自動鎖方向而設計的兩組調整機構。它代替了原先微調千斤頂和微調輪。減少了事故的發生，增強了安全性。⑥此油路安裝了一套蓄能器，是為了保證能夠有源源不斷的穩定壓力提供給整個系統，對整個系統壓力起到一定的補償作用。在系統存在漏油時，對系統備壓能夠及時卸荷回油箱。⑦輔助操作時，整個輔助系統是靠卸荷閥9 來保護。所有機構不動作時，手動換向閥閥芯都處于中間位置，油泵來油經換向閥15 回油箱卸載。

4 總結

改進后的采煤機液壓系統性能保持了設備的穩定性，設備零部件的更換的生產實現了國產化。通過使用單位的信息回饋，確定其性能穩定可靠，操作簡潔，故障率降低低，易于生產維護，提高了用戶在生產使用過程中的使用效率，此鉆機的項目改造有推廣應用價值。

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