EBZ-200型掘進機冷卻系統及行星馬達的改進

范曉輝

（大同煤礦集團永定莊煤業公司綜掘預備隊， 山西 大同 037000）

引言

在煤礦瓦斯抽放巷中，井下開采和掘進工作量巨大，要求機械體型矮小，便于掘進，同時，還要求破巖的速度要快，保證工作的進度。EBZ-200重型掘進機，能夠在高度較低的全巖巷下掘進，但在使用過程中，出現了發熱量高、損耗大和液壓油大量流失等狀況。針對這些問題，本文展開了對應的理論分析，并提出了改造方案。

1 EBZ-200型掘進機的特點

EBZ-200重型掘進機部分參數如表1所示[1]，在結構上，具有以下特點：

1）截割頭的設計和使用材料均為國際領先水平，使得其破巖能力非常強。

2）特有的負載感應變量液壓系統，使得其在輸出大功率時所需動力比起同類產品較低，輸入與輸出的轉化比例較高。

3）采用的螺旋噴嘴保證了其強大的除塵效果，工作過程中揚塵極少。

4）自身的集中潤滑系統可靠度高，關鍵部位的潤滑效果很好，這方面的維護成本很低。

5）自動化程度較高，可保證重點部位的實時監控。

表1 EBZ-200型掘進機部分技術參數

2 EBZ-200型掘進機使用中出現的問題

在EBZ-200型掘進機研發成功后，在某礦第13號井下投入試運行，試運行點位于井下600 m處，為達到井下正常工作的強度，將該EBZ-200型掘進機在最高允許條件壓力下持續運行，發現在使用過程中，有以下兩點問題影響設備的正常運行：

1）冷卻水的供給不足，即使流入的所有冷卻水百分之百到達指定位置，也不足以滿足冷卻需求。而且在井下工作期間，鑿巖爆破等工序會產生大量的粉塵，這些揚起的粉塵會附著在油箱外表皮和冷卻系統的噴嘴處，前者導致油箱被一層油泥包裹，使其自然的散熱效果被削弱，后者使得冷卻系統無法達到其冷卻效果，造成油溫超高，動力輸出的損耗嚴重[2]。

2）星輪馬達部分連接螺栓強度不夠，在有些轉角或拐彎度數較大的位置，連接失效導致馬達脫落，脫落后無法正常運行。與此同時，星輪馬達脫落后，掘進機的其他部分仍在運行，液壓系統繼續壓力輸出，管中的液壓油直接流出，既導致了液壓油的污染，又造成了液壓油的浪費[3]。

由于上述問題的存在，EBZ-200型掘進機在使用過程中，維修成本隨著時間的增加而遞增，工作效率不斷下降，因此，需要對原有掘進機進行改進。改進的主要方向為冷卻系統和星輪馬達兩個方面。

3 冷卻系統的改進

3.1 改進的原則

EBZ-200型掘進機設計的原則就是要節省空間，必須要在高度上盡可能的低，使其在低矮巷道正常使用，另一原則就是要求在高強度下的持續時間長，能夠掘進到很深的部位。因此，改造的原則也遵循于此，第一點，改造后的掘進機高度不能上升，要小于或等于原有的高度；第二點，改造后在巷道中持續工作時間較長，既不會因為高溫停工，也不能因為連接失效而終止。

3.2 選取方案

在掘進機的冷卻系統中，比較常見的冷卻器有片翅式水冷卻器和蛇形管冷卻器。片翅式水冷卻器的優點是其降溫能力高，配備的空間需求小，缺點在于片翅式水冷卻器在使用中對壓力的要求較高，必須達到指定的壓力閾值方可運行。蛇形管冷卻器也是普遍使用的冷卻器，他的優點在于結構簡單，成本也相對較低。將其直接浸入油液中就可達到降溫目的，但是正由于此，蛇形管冷卻器所需空間較大，如果配備，油箱的體積不可避免的就要增大，這就違背了機器的設計初衷。同時，在檢修冷卻器時會污染到液壓油[4]，因此，這一方式也不可取。

以上分析，冷卻系統的改進必須同時滿足空間要求和壓力要求。因此，可以在油箱外部添加一個新的冷卻水箱。如此一來，既沒有破壞原有油箱的結構，壓力的要求也沒有了限制。

3.3 系統改進

1）添加新的冷卻水箱，水箱的厚度由原油箱最高處決定，使兩者在垂直方向上持平，沒有增加額外的體積，保證了空間上的要求。

2）將其兩端連接至噴霧回路中，使得冷卻水量增加。

3）把系統內的泄漏口更換位置，從原來設定的吸油腔更替至回油腔。

3.4 理論證明

1）水箱的進水口和出水口之間存在高度差，這樣的設計使得輸入的冷卻水可以在注滿后才能流出，保證了其水量的充足。同時，進出口之間的間隔設置，使得熱量交換的面積在整個接觸面上都可以實現，保證了最大化的降溫效果，使冷卻的效率達到當前技術限度的最大值。

2）泄漏油口由吸油腔改接到回油腔，確保了流向油泵的油是冷卻過的油。同時，回油腔吸入的才是高溫油，使得熱交換的溫差提升，增加了傳遞的熱量。

3）計算驗證。熱量傳導如式（1）所示：

式中：T為回油腔油溫，取55℃；t為水箱水溫，取35℃；b為熱交換面材料厚度，取10mm；λ為熱交換面導熱系數，取48 W/（m·℃）；A為實際熱交換面積，取0.8 m2。

將所有數據帶入式（1）中，得出：N=76800 W。

這說明新增的水箱每小時能帶走的熱量為76800 W，單位換算為66064 kcal/h。查閱資料可得，片翅式水冷卻器的熱交換量為40000 kcal/h[5]。實際計算表明，新增水箱的換熱效率要高于片翅式水冷卻器，證實了冷卻系統的改進是可行的。

4 星輪馬達的改進

1）把M18×60螺栓更換為強度更高、適應性更強的螺栓。同時，在螺栓連接處加設墊片和涂抹保護層，使得螺栓的連接更加可靠。

2）增大螺栓孔徑。經過試驗驗證，把分度圓直徑由Φ310mm更改為Φ360mm。如此改進后的螺栓和螺孔可以承受高強度的作業環境而不脫落。

5 現場應用

沈陽煤業集團紅陽三礦對從佳木斯煤礦機械有限公司訂購的EBZ-200型掘進機進行了改進，主要對其冷卻系統和星輪馬達進行了部分改造，改造后將系統啟動2 h，油溫的升高在允許范圍內，掘進機正常運行。此后，將兩臺新型掘進機投入到某煤業公司井下進行掘進試用。在這段試用的時間內，沒有因為冷卻系統和星輪馬達的問題出現任何事故，提升了井下掘進的工作效率，完全避開了暫停降溫這一工序，減少了拆卸馬達、更換螺栓、加密封膠等以前必須進行的工作時間。與此同時，減少了液壓油的使用和更換。同往期相比，每月少用液壓油4桶，直接節省8000余元液壓油的使用費用，間接節省螺栓的更換費用總計10000元。

6 結語

對EBZ-200掘進機改進后，提升了冷卻水的使用率，避免了工作液被污染[6]；降低了因螺栓松動導致的星輪馬達脫落事故發生的可能性。通過理論計算和實際應用，充分證明了對此型號的掘進機的改進是成功的，具有極大的推廣價值。