污染控制對礦用掘進機的穩定性研究

吳三亮

隨著我國煤礦機械化的發展趨勢的發展，煤礦機械化程度成為了衡量煤礦企業發展水平的重要支撐。而機械化程度主要依托于煤礦設備的機械化水平，減少對人力的依賴。我國現如今煤礦機械化水平已達到世界先進水平，不足之處在于對大型機械的故障控制和提高機械的穩定性。

1 研究背景和液壓系統介紹

在懸臂式掘進機正常生產推進中，液壓系統的眾多元器件動作頻繁復雜，對液壓油的損耗較嚴重，并且煤礦井下的環境非常惡劣，諸如粉塵、潤滑油都會造成系統的污染導致的故障，并且因為液壓元件都處于密封殼體內，在發生故障的時候不容易被發現，所以說液壓系統的清潔基本保證了系統的穩定性，可以說對液壓系統的污染控制是系統可靠性的基本保障。

液壓系統具有結構緊湊、體積小、反應快捷、有很好的過載保護性能等優勢，基本參與了掘進機所有的工作動作（伸縮、升降、驅動等）。液壓系統主要由油箱、過濾器、各種閥體、冷卻器、液壓馬達和缸體等組成一系列的液壓元件組成了整個液壓系統。

2 液壓系統液壓污染的來源

據統計，造成懸臂式掘進機的液壓系統故障的原因中，系統污染占到百分之七十五。對液壓系統的污染進行控制可以大大提高系統的可靠性。造成液壓系統污染的原因有許多方面的原因，比如設備本身的缺陷、使用不不當、工作環境的惡劣與特殊等等，找到污染來源就是首先需要解決的問題。根據污染源的來源可以大致可分為以下幾點。

（1）殘余污染源：在液壓系統的出廠生產和運輸過程中會由于不注意或者技術原因導致系統的污染，在系統發生故障后，在維修過程中會導致一些廢棄物的侵入，特別是維修過程中維修設備上的潤滑油等會沾染到液壓系統中從而導致污染。

（2）侵入污染源：如圖1所示，在生產推進過程中，由于掘進機是高負載機械，會有強烈的震蕩，且會有巖石的飛濺使液壓系統的密封殼體結構受到損傷，從而導致飛濺的巖石、潤滑油侵入液壓系統中去，長時間的積累必將導致系統的故障。這個過程在眾多污染源中是最普遍，危害最大的。

圖1 異物侵入液壓系統的途徑

（3）內部后期生成的污染源：由于掘進機在工作時受到的負載和沖擊載荷特別大，會放出很多熱量，液壓油在一定程度下受熱會發生氧化反應，生成其他廢液導致污染；并且密閉缸體在受熱時也會發生氧化銹蝕，由于震蕩摩擦而從缸體內壁上剝離下來的的金屬氧化物進入液壓油中也會污染液壓系統。

污染物狀態主要有固體顆粒、水、空氣。以上三個類型的污染源涵蓋了這三個狀態，形成這些污染物的原因主要有密封殼體的破損、密封圈的變形老化、維修不當、冷卻裝置的效率低下等原因。

3 系統污染的危害

污染會造成液壓系統工作環境的惡化，使原件受到損傷，降低液壓系統的可靠性，液壓油的污染主要會造成閥體卡死、堵塞過濾器、氣蝕等故障。其中最嚴重的是固體顆粒物的污染，會直接對液壓系統造成打擊，造成密閉性變差加劇污染的侵入、磨損導致減短元件壽命。液體（水）會稀釋液壓油，加劇油的乳化，降低油性能。氣體（空氣）會使密閉腔體形成“氣塞”導致液體連續性降低，液壓系統反應靈敏度降低。溫度會導致油的粘性升高導致泵吸油困難。還會導致油變質。

4 實現液壓系統污染控制的分析與解決方案

如圖2中液壓系統的基本構成所示，對于污染控制本文通過兩個方面來展開研究，一方面是通過隔離，稱之為預防，即通過更好地密封殼體和密封墊圈將污染源隔離到系統之外，還有就是通過良好的散熱系統來控制系統過熱導致的影響；另一方面是通過分離，稱之為治療，即通過過濾裝置將已經混入液壓油中的污染物剔除，主要依靠于液壓過濾器來實現。

圖2 液壓過濾器系統簡圖

（1）污染物的隔離：液壓系統和外界是通過密封殼體隔離開的，由于井下工作環境惡劣，殼體容易受潮腐蝕或者受外物劃傷從而密封失效，所以采用高強度、耐腐蝕的殼體材料可以有效降低這種風險的幾率。再者，密封圈是橡膠產品，容易在高頻率的負載運動中老化變形，從而失效，所以選用特殊處理的密封圈可以有效解決這一問題。在液壓系統的乳化液泵站上安裝散熱裝置可有效降低因為超載導致的過熱帶來的不利影響。這個過程稱之為預防。

（2）污染物的分離：這個過程是控制系統污染的最后一道防線，主要依托于過濾器，重點對它展開研究。過濾器有幾個重要參數需要控制，過濾精度（決定過濾質量）、納污能力、抗腐蝕抗沖擊能力。應該多精度多層次安裝過濾器，在吸油路、回油路和壓力回路上都合理安裝過濾器，多點共同作用。有個原則，出油路上的過濾器精度要高于回油路。

（3）通過大量實踐與研究數據表明，油箱越小，對液壓系統的污染控制越好，之前存在一個思維誤區，污染物進入油箱后溫度下降會有污染物沉淀，所以油箱越大，溫度散失越快，污染物沉淀也快。一個液壓系統的流量是一定的，在不同油箱體積下VQ的值和液壓油的進化能力是有關的，如圖3所示。

圖3 容積與流量比與凈化能力的對比曲線圖

由圖3可以看出VQ的值越大污染物凈化越慢。所以為了提高油箱里油的自凈能力，要在不影響系統需要的前提下選用體積盡量小的油箱。

5 總結

在現有技術基礎上，采用合理的設備元件和方法可以有效地實現對液壓系統的污染控制，提高懸臂式掘進機的穩定性和可靠性是本文主要研究與論述的本質和訴求。本文提出問題，討論問題的危害性，解決問題的研究并提出實用性較高，在實際中切實可行的方案。即（1）提高密封性和油箱的冷卻；（2）優化過濾器，實現多層次過濾；（3）合理縮小油箱體積，提高液壓油自凈能力。