电牵引采煤机水介质调高与冷却喷雾系统分析.pdf

．8 0 ． 煤 矿 机 械 2 0 0 5年第 8期 留产 品 结构 聊 文 章编 号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 5 0 8 0 0 8 0 0 3 电牵引采煤机水介质调高与冷却喷雾系统分析 李 提 建 ，杜 长 龙 ，丁 守 福 中 国矿业大学 机 电工程学院 ，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘 要 水压传 动 应用到 采煤 机 中是 实现 采 煤机 井下作 业无 油化 的有 效途 径 。结合 现 有采 煤 机 的现状 及 其在 井 下作 业时 带来 的一 些问题 ， 提 出 了电 牵 引采 煤 机 机载 式水介 质调 高与 冷 却喷 雾 系统 。在 此 基础 上 ， 着 重分析 了该 系统 的 工作 原理 、 元件 的 选型及 传动 方案 布置 等 。 关键 词 水 压传 动 ；采煤 机 ；煤矿 设备 中图号 T D 4 2 1 ． 6 文献 标识 码 B 1 问题 的提 出 液 压牵 引是 采 煤 机 的传统 机 型 ， 它是 建 立 在一 个复 杂 而庞 大 的液压 系统 之上 的 。就 目前 的所用情 况分 析 ， 液压 牵引 采煤 机主 要存 在 以下 突出 问题 ① 的轴 向齿 厚 ， 1 1 ． 9 8 4 mm。 如果 刀杆 在 精 加工 时仍在 粗加 工 位 置 ， 有 一个 夹 角 2 2 。 3 3 2 2 ， 则 c o s , 1 2 ， 1 4 T n r r I 。 △ S 1 mi l l I 从 式 I 计 算 中可 以看 出 ， 如果 刀 杆在精 加 工 时 也旋 转 一个 角 ， 则 精 加 工 出来 的蜗 杆 的齿 槽 宽度 比刀 头宽 度 小 1 mi l l 。槽 宽 尺 寸小 了 1 m i l l ， 很 显 然 轴 向齿厚 就增 大 了 1 T n l n ， 这 样就 不 符合 图纸 的要求 了 。同时 精加 工刀 头 旋 转一 个 角 后 ， 蜗 杆 轴 向剖 面 的齿廓 角 a 也发 生 了变 化 。所 以精加工 时 刀杆 应 转 回 到水平 位 置。 由于精 加工 刀 头在水 平位 置进 行 切削 ， 为 了保 证 两 切 削 刃在 切 削 时 有 相 同 的前 角 和后角 ， 故 应按 精 加工 刀头 图纸 刃磨 前角 和后 角 。 5． 4切 削 液 的 使 用 加 工 蜗 杆 时冷 却 液 的选 择 是 否合 理 ， 会 直 接影 响加工 质量 和 刀 头 的 使 用 寿命 ， 应 十分 注 意 。 实验 表明使用以下几种冷却液效果较好。粗加工采用铅 油或 红 丹 粉 配 机 油 ， 配 比 为 1 0 ％ 铅 油 或 红 丹 粉 配 9 0 ％机油 。精 加工 采用 四氯 化 碳 的配 机 油 ， 配 比 为 四氯化 碳 2 0 ％配 机 油 8 0 ％ 。在 遇 到 工件 粘 刀时 ， 可 增加 四氯化 碳 的 比例 。采 用 四 氯 化碳 的原 因 。 主要 是 加工 蜗杆 常采 用 中速 切 削 ， 易 产 生 积 屑 瘤 是发 生 易 于泄漏 。② 安装 与检修 困难 。③ 机械传 动 和结 构 复杂 。而 电牵引 是 近 年 来 才 发展 起 来 的 ， 现 在 已 是 国际 主导 机型 ， 将 逐 渐 取代 液 压 牵 引采 煤 机 。它 甩 掉 了复杂 而庞 大 的液压 系统 ， 有效 地 克服 了 上 述 弊 扎刀 、 啃 刀的主 要 原 因 。 同时 积 屑 瘤 也 是 破 坏 精 加 工表 面质 量 的原 因之一 。采 用 四氯化 碳就 可 以减 少 刀具前 刀 面和切 屑 的摩 擦 ， 从 而 防 止 或 减 少 了积 屑 瘤 的产 生 。 6结语 大切 深车 削蜗 杆首 先要 采用 可旋 转 的弹 性强 力 车刀杆 ， 考 虑 到刀头 的抗 振性 ， 刀 头材 料 以钴 高速 钢 效果 最优 ， 并选 用 合 理 的 刀 具几 何 角 度。 常 采 用 左 右车 削法 以减小 刀 具 受 力 并 实 现 大 切深 车 削 ， 采 用 乳化 液或切 削油 冷 却 润 滑 ， 从 而 防 止 或 减 少 积 屑 瘤 产生 ， 提高 加工 精度 。 参 考 文 献 [ 1 ] 吴道金 ， 万光珉 ， 等 ． 金属切削原理 及刀 具[ M]重庆 重 庆大学 出 版 社 ， 2 0 0 1 ． [ 2 ] 郑修本 ． 机械制造工艺学[ M] ． 北 京 机械 _ J 业出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 3 ] 石德Ⅳ ． 材料科学基础[ M] _ J E 京 机械 _ ll 业 I i J 版社 ， 1 9 9 9 ． [ 4 ] 王晓军 ． j B 超硬刀具材料 制造刀 具的方法 及应 用效果[ J ] ． 组 合机 床与 自动化加工技术， 2 0 0 3 ， 1 1 4 44 6． 作者简介 王晓军 1 9 6 5一 ， 江西安福 人 ． 井 冈山学 院副 教授 ， 南昌大学机 电学院硕士生 ． T e l 0 7 9 68 2 3 8 1 2 3 ，Em a i l w x j 6 5 8 8 1 0 1 0 s o h u． e o m ． 收 稿 日期 2 0 0 5 0 1 2 7 App l i c a t i o n o f La r g e Cu t t i n g De p t hs Tu r n i ng W o r m Te c hn o l o g y W ANG Xi a oj u n ，CH EN J h 1 gp i n g J i n g g a n g s h a n C o l l e g e ，J i ’ a n 3 4 3 0 0 0，C h i n a Ab s t r a c t L a t e r t o o l a n d t u rni n g pr o c e s s o f c u r t i n g wo r n 1 a r e s i mi l a r t o t r a pe z o i d t h r e a d。 b u t b e c a u s e o f t h e w o r n l p o l e d e e p， i t i s d i ffic u l t y c u t t i n g t h a n t r a p e z o i d t h r e a d． I n c r e a s e t h e c u t t i n g wO r l T I e f f i c i e n c y， p rima ril y c h o o s e t o u s e t h e fle x i b i l i t y t h e po l e ， r e a s o n a b l e t h e a d o p t i o n t oo l g e o me t ric p a r a me t e r ， a g g r a n d i z e me n t c u t t i n g a mo u n t ， t h e a d o p t i o n p rop e r l y p roc e s s t h e me t h o d． Ke y wo r d s fle x i b i l i t y p o we rf u l l a t e r t o o l ； c u t t i n g w o r m； t u rni n g p roc e s s 维普资讯 2 0 0 5 年第8 期 电牵引采煤机水介质调高与冷却喷雾系统分析李 壅 篁 墨 端 ， 并使 采 煤机 结 构 简 化 。但 电牵 引 采煤 机 滚 筒 的 调高仍需沿用液压传动 ， 这 又不得不再次引入液压 系统 ， 使 上述 弊端 在 电 牵引 采 煤 机 中再 次 显 现 。针 对 上述 问题 ， 提 出在 电 牵 引采 煤 机 中用水 压传 动 实 现滚 筒 的调高 与 调 斜 。这 是 因为 ① 水 本 身具 有 清 洁性 。使 用水 介质 的液压传 动 可 以从 根本 上解 决上 述污 染 问题 。② 水 的 阻燃 性 、 安 全 性 好 。从 而 可 以 确保 煤炭 生 产 的安 全 性 ， 此 外水 压传 动 还 有 能 量传 递 损失 小 ， 系统 刚度 大 ， 响应快 ， 温 升低 等优点 ， 特 别 适合 采煤 机 的井 下作 业环境 。③水 的廉 价性可 以大 大 降低 生 产成本 ， 提 高经 济效 益 ， 而 且煤 矿开采 本 身 产 生大 量 的地下 水 可供使 用 。 传 统采 煤 机 的喷雾 系统 与滚 筒液 压调高 系统 是 2 个 独 立 的系统 。滚 筒 的调 高 系统 是 由采煤 机 的液 压 箱 ， 调 高 阀组 及 调 高 油 缸 组成 。而 喷雾 方 式 有 内 喷雾与外 喷雾之 分 ， 外 喷雾 是水 流 经 冷却 电机 后 到 装 在机 身 的喷 嘴 向滚 筒 喷 雾 ， 内喷 雾 是 喷 嘴装 在 滚 筒上 向外 喷雾 。采 煤机 的工 作特 点决 定 了滚筒 调高 与 喷雾灭 尘不 能 同时 进行 。在此 基础 上可 把水 介质 调高 系统 用 于喷 雾 灭 尘 ， 即 喷雾 系统 与 调 高 系统 共 用 同一个 压力 源 。 以前 冷却 水在 冷 却采煤 机 各部 件后就 在巷 道 中 直接排 放 ， 既 浪 费 了水 资 源 ， 又 给井 下 作 业 带 来 不 便 。综合 考 虑后 ， 提 出利 用 回收 的 冷却 水 实 现 采煤 机 滚筒 的调 高 与喷雾 灭尘 。 2 系统 原 理 图 1 是拟 定 的机 载式水 介 质调高 与冷 却喷 雾 系 统 图。冷 却水 通 过 开 关 阀 ， 经 减 压 阀稳 定 压 力 后 至 分 配 阀 ， 由分 配 阀把 冷 却 水 分 给 采 煤 机需 要 冷 却 的 部 位 ， 如左 右摇 臂 ， 左 右 截割 电机 等 。然后 把冷却 水 回收 到水箱 中暂存 ， 再 经吸液 过 滤器过 滤 ， 由清水 泵 升 压后 ， 一 路经 节流 控制 阀供 给 内外喷 雾器 ， 另一 路 则 经手 动换 向阀供 给调 高液 压缸 。 由此 可 见作为 水 介 质调 高 与冷却 喷雾 系统 的主体 是清 水泵 站 。 图 1 机 载 式 水 介 质 调 高 与 冷 却 喷 雾 系 统 图 Fi g． 1 The t he o r y o f t h e s y s t e m t ha t d r o v e b y wa t e r t o l i f t t h e d r u m a nd s p r a y 1 ． 开关阀2 ． 减压阀3分 阀4 ． 吸液过滤 器5 ． 清水泵6 ． 采 用安 全阀7． 喷雾 器8 ． 流控制阀9 ． 调高液 压缸 l O ． 一 动换 向 阀 l 1 ． 蓄 能 器 l 2 ． 卸 载 阀 1 3 ． 水 箱 l 4 ． 低 压 安 全 阀 3水 介质调 高与 冷却 喷雾 系统 各组 成元 件的 分析 调 高与冷 却 喷雾 系统 的工作介 质 由矿 物 油换 成 水 后 ， 有 2个需 要 解 决 的 问题 ① 泄 漏 问题 ； ② 防 锈 问题 。 防锈 问题 相对 简单 些 ， 只要 在 元 件 有 可 能 锈 蚀 的地 方进行 防锈 处理 ， 或使 用 防锈 材料 即可 解 决 。 所 以元 件 的选 型 主要从 防止 泄漏 着 手 。 1 清水 泵的选 型 传 统 的液压 泵采 用间 隙 密封 ， 依 靠 工作介 质 矿 物油 润 滑 。 由 于 水 的 粘 度 只 有 矿 物 油 的 1 ／ 4 0～ 1 ／ 5 0， 产生 的润 滑 油 膜 厚 度 也 只有 矿 物 油 的 1 ／ 3～ 1 ／ 2 0 。这样泄 漏 会 增 大 ， 且 摩 擦 副 无 法 实 现 液 体 润 滑 。如果单 靠减 小 配 合 间 隙来 减 少泄 漏 ， 一 方 面会 给零件 加 工带来 困难 ， 另 一 方 面 高 压 时很 容 易 造成 相对 运动 表面 的 直 接 接触 ， 加剧 磨 损 。这 就 说 明 原 来 的液压 泵不 能用 于 以清 水 为介质 的 系统 。卧 式 三 柱 塞泵用 阀配 流 ， 采用机 械 密封 ， 它 的摩擦 副 的数 量 最 少 ， 只有一 对 即柱塞 和缸体 。研 究 表 明 ， 锥 阀本 身 是线性 密封形 式 ， 能完全 关 死 ， 因此理 论上 不存 在 泄 漏问题 。而 且它 还具 有过 流能力 强 ， 结构 简单 ， 抗 污 染能力 强 ， 动作 时惯性 力小 等优 点 ， 最适 合作 清水 泵 的配流 阀 。而最新 研 制 的盘 根 密封不 但 具有 自润 滑 性 ， 具 有一 定 的强 度 和韧性 ， 很适 合以水 为工 作介 质 的密封 。所 以 ， 清水 泵选用 卧式 三柱 塞 泵 ， 配以锥 阀 配流 和盘 根密封 。 2 调 高 阀组 选 型 普通 的 液 压 阀多 是 间 隙密 封 ， 由于 上述 原 因工 作介质 换成 水后 ， 泄 漏会 增 大。 由 于乳 化 液 在 粘 度 上和水 相 当 ， 故水 压 阀可 参 照 乳 化 液 系统 中使 用 的 各种 阀选 取 。而作 为滚 筒调 高关键 元 件 的手动 换 向 阀应 慎重 考 虑。球 式换 向 阀是为适 应 以水 或乳 化 液 为介 质 的液压 系统 而 发 展 起 来 的 新 型 逻辑 换 向 阀 。 其 中两 位 三通换 向 阀为 该 阀 的基 本 形 式 ， 目前 现 有 的球 阀 有 6通 径 和 1 0通 径 2种 规 格 ， 额 定 压 力 为 3 1 ． 5 M P a 。之 所 以选用该 阀组是 因 为球 阀具 有 可 以 做 到完 全密封 ， 泄 漏 量 小 ， 动 作 可 靠 ， 制 造 起 来 相 对 简 单等 优点 。 4清水 泵 站在 采煤机 上的 安放 位置 过 去液 压牵 引采 煤机 的液 压牵 引驱 动泵 和滚 筒 调 高油 泵及 液 压 控 制 阀组 都 安 装 在 机 身 的 液 压 箱 内 ， 故液 压箱 占据 一 定 的体 积 而 电 牵 引采 煤 机 没 有 液压传 动系 统 ， 故 原 有 的液 压 箱 正 好 可 以放 置清 水 喷雾 泵站 。现有 电牵 引 采 煤机 整 体 为框 架 式 联 接 ， 框 架分 若干 个空 腔 ， 各 部 分 做 成 模 块 ， 像 抽 屉 一 样 。 清水泵 站为 整体 布 置 ， 即所 有 元件 都集 成 在 一 个 框 架 内 ， 可从 采空 侧 装入 框 架 中 。这 便 于 清水 泵 站 的 安装 和检修 ， 同时框 架结 构整 体强 度大 ， 刚性好 。 5水介质 调 高与冷 却喷 雾 系统传 动方 案 维普资讯 ． 8 2 ． 电牵 引采煤 机水 介质 调高 与冷却 喷雾 系统分 析 李 提建 ， 等 2 0 0 5年第 8期 确定了水介质调高与冷却喷雾系统为机载式， 且 都集 成在 一个框 架 内， 这就 给系统 的传动方案 加上 了 限制条件 。由于井下 作业 环境 的限制 ， 机 宽 的限制条 件要求三柱塞泵和一对减速齿轮应做 成分离式 。由此 而产生 电机横 向布置和纵向布置 2 种传动方案 。 图 2为 防爆 电 机 横 向 布 置 ， 通 过 联 轴 器 与 一 对 啮合 的锥齿 轮把 动 力传递 给 清水泵 的 曲轴 。图 3为 电机纵 向布 置 ， 通过 一 对 上 下 布 置 的 圆柱 齿 轮 把 动 力 传递 给 曲轴 。 图 2 电 机 横 向布 置 方 案 示 意 图 Fi g． 2 Sk e t c h ma p o f e l e c t r o mo t o r d i s po s e d b r e a dt hwi s e 1 ． 清水泵主 电机2 ． 联轴器3 ． 锥齿 1 4 ． 锥齿 2 5 ． 清水泵曲轴 6 ． 清水 泵7 ． 采煤机机身8 ． 水箱 l ／ 一 碑 - _／j ／二 二I f ” 令 ’ 图 3 电机 纵 向布 置 方 案 示 意 图 Fi g． 3 Sk e t c h m a p o f e l e c t r o m o t o r d i s p o s e d l e ng t h wi s e 1 ． 电机2 ． 润滑油泵3 ． 齿轮 2 4． 曲轴5 ． 泵体6 连接盘 7 ． 喷嘴8 ． 齿轮 l 9 ． 减速箱体 图 2方 案 的优点 电机横 向布 置 ， 可 缩短 清水 泵 站 的纵 向长 度 ， 进 而 缩 短 采 煤 机 的总 长 。这 样 是 有 好 处 的 ， 因为 采煤 机越 长 ， 对 巷道 地面 的起伏 就越 不 适 应 。另 一方 面采 煤机 太长 也不 便下 井和 运输 。缺 点 锥 齿 轮 的造 价 更 高 ， 机 加 工更 复杂 ， 锥 齿 轮 传 动 不 够平 稳 且极 易损 坏 以及调 整 啮合 间 隙复 杂等 。图 3所示 方案 ， 其 优点 是克 服 了图 2所示 的缺 点 ， 而 且 这 种 方案 机械 传动更 简单 。通 过 计算 发现上 述 2种 方 案 ，在 采煤 机横 向 长度上 所 占的空 问相差 不大 。 所 以采用 图 3所示 方案 。要 成功 实施 该方 案还 需 解 决减速 齿轮 的 润滑 。 齿 轮箱 一 般 采 用 油 浴 润 滑 ， 而 本传 动方 案 中小齿 轮在下 ， 大 齿轮在 上 ， 单靠 小 齿轮 的甩 油润 滑很不 充分 ， 故不 采用 。同样 道理 ， 离 心润 滑甩 油也 不充 分 ， 且 对齿 根的 削弱作 用 较大 ， 也 不采 用 。脂 润 滑常用 在 转 数 较低 的开 式 齿 轮 传 动 中 ， 且 润滑效 果 不 是 很 好 ， 散 热 能 力 也 较 差 ， 且 要 经 常 更 换 ， 一 旦润 滑脂 老化 失效 ， 齿 轮将会 很快 损 坏 。这 就 决定 了它 不 适 合 用 在 采 煤 机 这 种 对 安 全 性 要 求 很 高 ， 且不 便 经常 拆 卸 的 机器 中。 喷雾 润滑 几 乎 适 用 于各种闭式齿轮传动 中， 且 润滑效果好 ， 散 热能力 好 。但 它要 有一 套 专 门 的雾 化 设 备 ， 用 以产 生 压 缩 空气 。这显然很复杂 ， 且 占用的空 间大 ， 故不采用。 相 比较 而 言 ， 循 环喷 油润 滑具 有喷雾 润 滑 的优点 ， 且 所用 的元 件 少 ， 结 构 简单 ， 是一 种 理 想 的润 滑 方 式 。 如 图 3 ， 齿 轮 泵 通 过 连接 盘 及 其 上 的 内螺 纹 圆 柱 销 与 曲轴 实 现刚 性联 结 。在清 水 泵 工 作 时 ， 润 滑 油 泵 便可通 过 吸取减 速 箱 中 的油 进 行 循 环 喷 油 润 滑 ， 回 油通 过端 盖下端 的小 孔流 回减 速箱 。 6结语 综上所述 ， 电牵引采煤机水介质调高与冷却喷 雾 系统实 现 了采 煤 机井 下 作 业 的 “ 无 油 化 ” ， 回收 了 采煤 机的 冷却 用水 ， 并将 其 用 于喷 雾 灭 尘 。既 为 井 下安全生产提供了保障 ， 又合理利用了能源 ， 是今后 采 煤机发 展 的一个方 向。 参考文献 [ 1 ] 周新建 ． 电牵引采煤机喷雾系统及液压调高系统的改进 [ J ] ． 矿 山 机 械 ， 2 0 0 1 ， 5 [ 2 ] 杜 长 龙 水 压 传 动 技术 在 煤 矿 中 的 应 用 f J ] ． 煤 矿 机 电 ． 2 0 0 3 ． 5 [ 3 ] 刘银水 ， 黄艳， 贺小 峰。 等 ． 几种 油压 阀的结构形 式对水 的适 应性 [ J ] ． 液压气动与密封 ， 2 0 0 2 ， 6 ． [ 4 ] 陶驰东 ． 采掘机械[ M] ． 北京 煤炭工业出版社 ， 1 9 9 3 ． [ 5 ] 贾悦谦 ． 综采手册[ M] ． 北京 煤炭工业出版社 ， 1 9 9 0 ． 作者简介 李提建 1 9 8 1 一 ， 江苏徐州人 ， 中国矿业 大学在校研 究生， 现从事矿山机械方 面的研究 ． l 0 5 1 63 8 8 5 8 3 0 ， Em a i l ． j J a n一2 0 O 0 1 6 3 ． c o rn． 收 稿 日期 2 0 0 5 ． 0 5 ． 1 0 An a l y s i s o f t h e S y s t e m o f t h e El e c t r i c a l Ha u l a g e t h a t Dr o v e b y W a t e r t o Li f t t h e Dr u m a n d S p r a y L I Ti j i a n．DU Ch a n gl o n g ，DI NG S h o uf u 【 C o l l e g e 0 f E l e c t r o m e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y ， X u z h o u 2 2 1 0 0 8 ． C h i n a } Ab s t r a c t I t i s a n e f f e c t i v e w a y t o ma k e t h e h a u l a g e wo r k i n t h e l a n e wa y w i t h o u t p o l l u t i n g t h e s u r r o u n d i n g s b y u s i n g h y d r a u l i c d r i v e． T h i s a r t i c l e p u t s f o r wa r d t h e s y s t e m o f t h e e l e c t ric a l h a u l a g e t h a t d r o v e b y wa r e r t o l i ft t h e d r u m a n d s p ray o n t h e b a s i s o f c ur r e n t h a u l a g e a n d p r o b l e ms i t b ri n g s ． Th e n t h i s a rti c l e e mp h a s i z e s o n t h e a n a l y s i s o f t h e s y s t e m - s u c h as t h e o r y- i t s c o mp o n e n t s a nd t h e d ri v e s c h e me． Ke y wo r d s h y d r a u l i c d ri v e；wi n n i n g ma c h i n e；c o a l mi n e e q u i p me n t 维普资讯