一種水系統流量分配的優化方式

摘 要：文章主要涉及一種用于掘進機水系統各水路流量分配的優化方式。其目的是提供一種結構簡單、不需要對水系統原水路布置做多大改動即可達到保證各水路工作流量的流量分配優化方式。在水系統兩處分流的地方加裝兩個分流閥，通過分別調節這兩個分流閥的流量輸出比例來控制每條水路的流量大小，從而達到合理分配、充分利用總供水量的目的。改善掘進機工作狀況，提高工作效率，延長掘進機使用壽命。

關鍵詞：水系統；掘進機；流量分配；分流閥

前言

掘進機主要用于煤礦井下巷道掘進，工況條件惡劣，工作強度大，工作時間長。需要持續性噴霧降塵，冷卻液壓系統的液壓油，冷卻切割電機，冷卻截齒，這些都需要由水系統來完成。而整個水系統的水路布置因掘進機整體布局的限制無法做較大程度改動，這就導致掘進機工作時，液壓系統、切割電機冷卻困難、溫升過快，尤其是掘進機在做高強度截割、頻繁操作時，往往只需要2-3個小時，液壓系統就會因油溫超過設定的70℃而自動停機，需要等其自然冷卻后才能再次啟動。切割電機在持續性高溫下工作，其壽命和性能也會大大降低。這些都對掘進機的工作效率、元器件壽命造成了嚴重影響。一種新型的水系統流量分配方式顯得尤為重要。

1 改進前的水系統原理簡述

如圖1所示，外部供水經水過濾器過濾后進入掘進機水系統，經球閥1'后分為兩路。一路經球閥2'后由噴嘴噴出形成掘進機的外噴霧，這條水路稱為水路1（圖中雙點劃線所示），其主要功用是噴霧降塵和冷卻截齒；另一路通過水冷卻器3'冷卻完液壓油后再次分為兩路，一路經增壓水泵4'后由噴嘴噴出形成掘進機內噴霧，這條水路稱為水路2（圖中虛線所示），其主要功用是輔助降塵；最后一路水冷卻完切割電機后由噴嘴噴出形成掘進機內噴霧，這條水路稱為水路3（圖中實線所示），其主要功用是冷卻液壓油和冷卻切割電機。但是在掘進機的工作過程中，各路水的流量沒有采取任何合理分配的措施，水路1連接的元器件較少，其通行阻力和沿程壓力損失都較小加之其屬于第一次流量分配，故其占據了水系統的大部分流量，水量充沛。而水路2實際上為水路3的一個支流，這兩路水元器件多，工作內容多，通行阻力大，但是卻得不到充足的水流量。尤其是冷卻水路3因水路2的再次分流根本達不到冷卻切割電機所需要的流量要求。

2 改進后的水系統原理簡述

文章介紹的流量分配優化方式，主要是在原水系統中增加兩個分流閥，外部供水經水過濾器過濾后進入水系統，經過所述球閥1后再通過所述分流閥1，調定所述分流閥1的流量輸出比為2：3，這樣水路1就占有總供水量40%的流量，剩下60%的水流經過所述水冷卻器后再通過所述分流閥2，調定所述分流閥2的流量輸出比為1：1，這樣水路2和水路3各占有總供水量30%的流量。

此分配優化方式與現有技術不同之處在于加裝了兩個分流閥，通過調節每個分流閥的流量輸出比，可以控制每條水路的流量大小。按照本實用新型設定的比例調節，可以保證外噴霧降塵的水流量占總供水量的40%，內噴霧輔助降塵及冷卻截齒的水流量占總供水量的60%，冷卻液壓系統液壓油的水流量占總供水量的60%，冷卻切割電機的水流量占總供水量的30%。通過對水量的合理分配，可以有效抑制液壓系統的溫升甚至將溫度控制在一合理范圍內，切割電機亦得到良好冷卻。內外噴霧的流量大小也通過調節而得到改善，這對改善掘進機的操作環境起到較大作用，保證了掘進機連續性、高強度工作。

3 結束語

正常情況下，應將分流閥1的流量輸出比調定為2：3，水路1流量占總供水量的40%，將分流閥2的流量輸出比調定為1：1，水路2和水路3的流量分別占總供水量的30%。具體調定比例還應視具體工況而定，粉塵較大時，可調節分流閥1適當調高水路1的流量比，達到優先降塵的目的；當需要長時間工作、頻繁操作時，可調節分流閥1適當提高水路3的流量比，使水冷卻器水流充足，充分和液壓系統的液壓油交換熱量，抑制液壓系統溫升；當巖石較硬，切割電機工作強度較大時，可調節分流閥2，適當提高冷卻切割電機的水流量，保障切割電機的正常工作。

如圖2所示本優化方式是在原水系統的基礎上增加兩個分流閥，這兩個分流閥分別布置在水系統兩處分流的地方，通過分別調節這兩個分流閥的流量輸出比可以控制每條水路的流量大小，從而達到合理分配、充分利用總供水量的目的。

參考文獻

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[3]趙松年.現代機械創新產品分析與設計[M].北京：機械工業出版社，2000.

作者簡介：張從兵，男，2008年本科畢業于安徽理工大學機械設計制造及其自動化專業，現就職于凱盛重工有限公司研發中心同時為安徽理工大學機械工程學院在職碩士研究生，主要從事掘進機設計工作，工程師。