连续采煤机液压管路的优化设计.pdf
扫码移动阅读 第 ４１ 卷 第 ３ 期 ２０２０ 年 ６ 月 煤矿机电 Ｃｏｌｌｉｅｒｙ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ＆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ.４１ Ｎｏ. ３ Ｊｕｎ. ２０２０ 郑吉. 连续采煤机液压管路的优化设计[Ｊ]. 煤矿机电ꎬ２０２０ꎬ４１３９２￣９３ꎬ９６. ｄｏｉ１０. １６５４５/ ｊ. ｃｎｋｉ. ｃｍｅｔ. ２０２０. ０３. ０２８ 连续采煤机液压管路的优化设计∗ 郑吉 中国煤炭科工集团 太原研究院有限公司ꎬ山西 太原 ０３０００６ 摘 要 针对连续采煤机高压胶管存在局部易磨损和更换不便的问题ꎬ设计采用一种在局部管路 用钢管代替胶管的方法ꎮ 经过三维方案排布ꎬ计算选型和现场施工ꎬ完成了液压管路的优化设计ꎮ 结果表明ꎬ优化后的管路布置方式成功解决了连续采煤机在狭小空间下的管路局部易磨损和更换 不便的问题ꎮ 关键词 连续采煤机ꎻ 液压管路ꎻ 钢管ꎻ 优化设计 中图分类号ＴＤ４２１.６ ＋５ꎻＴＨ１３７.８＋６ 文献标志码Ｂ 文章编号１００１ －０８７４２０２００３ －００９２ －０３ Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｏｆ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｓｈｅａｒｅｒ ＺＨＥＮＧ Ｊｉ ＣＣＴＥＧ Ｔａｉｙｕａｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ. ꎬ Ｌｔｄ. ꎬ Ｔａｉｙｕａｎ ０３０００６ꎬ Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｉｇｈ￣ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｕｂｂｅｒ ｐｉｐｅ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｓｈｅａｒｅｒ ｉｓ ｅａｓｙ ｔｏ ｗｅａｒ ｌｏｃａｌｌｙ ａｎｄ ｉｎｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｃｈａｎｇｅꎬ ａ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｒｅｐｌａｃｉｎｇ ｒｕｂｂｅｒ ｐｉｐｅ ｗｉｔｈ ｓｔｅｅｌ ｐｉｐｅ ｉｎ ｌｏｃａｌ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｓｉｇｎｅｄ. Ａｆｔｅｒ ｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｌａｙｏｕｔꎬ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎꎬ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎꎬ ａｎｄ ｆｉｅｌｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎꎬ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ.Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｌａｙｏｕｔ ｃａｎ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｌｏｃａｌ ｗｅａｒ ａｎｄ ｉｎｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ ｏｆ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｎａｒｒｏｗ ｓｐａｃｅ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｓｈｅａｒｅｒ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｓｈｅａｒｅｒꎻ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｉｐｅｌｉｎｅꎻ ｓｔｅｅｌ ｐｉｐｅꎻ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ∗中国煤炭科工集团太原研究院科研项目ＳＸＴＤＮＪ￣ＣＸ３０￣ ０２ ０ 引言 连续采煤机是一种集截割、装载、运输、行走功 能为一体的高度集成化采煤设备ꎬ主要用于主采区 煤田开采、回收边角煤和“三下”煤层开采及煤巷的 快速掘进ꎮ 其液压系统主要控制截割臂、铲板、运输 槽、稳定靴等部件的运动ꎮ 由于连续采煤机本身结 构紧凑ꎬ机身内部空间狭小ꎬ液压管路全部以胶管形 式布置在整机内部ꎮ 对于部分高压胶管ꎬ在使用过 程中易出现局部磨损爆管的情况ꎬ且更换不便ꎮ 因 此ꎬ有必要对液压管路布置进行优化设计[１￣４]ꎮ １ 原管路布置存在的问题及原因 由于连续采煤机集成化程度高ꎬ留给液压管路 布置的空间狭小ꎬ故只能以胶管形式布置在整机上ꎮ 通过故障数据分析ꎬ发现爆管现象集中分布在高压 胶管上ꎬ都是由于管路局部磨损所致ꎮ 这部分高压 胶管的共同点是布置方式为横穿机架过线孔ꎮ 由于胶管在受内部高压时会发生振动和攒动ꎬ 会与行走电动机、机架边缘、过线孔边缘等锐边发生 相对运动摩擦ꎬ引起局部磨损ꎬ如图 １ 所示ꎮ 这种在 高压油长时间反复冲击下发生爆管ꎬ即使有胶管护 套保护ꎬ也只能在一定程度上延缓磨损ꎬ不能从根本 上解决磨损问题ꎮ 图 １ 胶管磨损部位 一方面ꎬ因设备检修不到位ꎬ未及时清理覆盖在 胶管上的浮煤ꎬ浮煤与喷雾水混合一定时间后以一 定厚度板结ꎬ造成胶管被浮煤压实ꎮ 另一方面ꎬ由于 机架过线孔位置较低ꎬ浮煤压实后ꎬ无法将胶管从机 架内部抽出ꎬ更换不便ꎮ ２ 改进方案 ２. １ 管路布置 在局部管路采用钢管代替胶管ꎬ让钢管去接触 易坚硬锐边ꎬ通过优化钢管布置使其避开坚硬锐边ꎮ 具体布置方案如图 ２ 所示ꎬ图中粗实线代表钢管ꎬ细 实线代表胶管ꎮ 将油泵出口的高压胶管局部改成钢 管 １ꎬ避开与行走电机的接触ꎻ将截割回路高压胶管 局部改成钢管 ２ 和管 ３ꎬ避开与机架、过线孔坚硬锐 边的接触ꎮ １ － 钢管ꎻ２ － 钢管ꎻ３ － 钢管ꎮ 图 ２ 管路布置 横穿机架过线孔钢管与软管的接口位置需设置 在高处ꎬ其目的是避免浮煤遇水板结压实胶管ꎬ使更 换方便ꎮ 图 ３ 为横穿机架过线孔钢管三维布置ꎮ 图 ３ 横穿机架过线孔钢管三维布置 ２. ２ 钢管计算选型 对于钢管ꎬ管路通径表示名义上的通流能力ꎬ与 管子内径一般不一致ꎮ １ 确定管路内径 ｄ ≤ １. １３ ｑ ｖ １ 式中ｄ 为管子内径ꎬｍｍꎻｑ 为油液的流量ꎬｍ３/ ｓꎻｖ 为管内油液的流速ꎬｍ/ ｓꎬ按推荐流速选取ꎬ高压管 路选 ５ ７ ｍ/ ｓꎮ ２ 计算管子的壁厚 δ ≥ ｐｄ ２[σ] ２ 式中σ 为金属管壁厚ꎬｍꎻｄ 为管子内径ꎬｍꎻｐ 为工 作压力ꎬＰａꎻ[σ]为许用应力ꎬＰａꎮ 对于钢管[σ] ＝ σｂ ｎ σｂ为抗拉强度ꎬＰａꎻｎ 为安 全系数ꎬ当 ｐ 在 ７. ０ １７. ５ ＭＰａ 之间时ꎬ取 ｎ ＝６ꎻ当 ｐ １７. ５ ＭＰａ 时ꎬ取 ｎ ＝４ꎮ ２. ３ 钢管施工工艺流程 要保证管道施工质量ꎬ应采取施工工艺流程ꎬ即 成品管件试验台打压试验酸洗镀锌气吹 安装调试ꎮ ３ 改进后的管路布置 根据改进方案和施工工艺完成管路布置改进ꎬ 如图 ４ 所示ꎮ 采取此种管路布置方式ꎬ可有效地避 免高压胶管与行走电动机、机架、过线孔等部位的摩 擦ꎬ并通过将钢管与胶管的接口位置设置在高处ꎬ便 于维护ꎮ ａｂ ｃｄ 图 ４ 改进后的管路布置 ４ 结论 本文采用钢管在局部管路代替胶管的思路ꎬ通 过三维方案排布ꎬ设计计算选型和现场施工的流程ꎬ 完成了液压管路布置的改进设计ꎮ 经过近 ３ ａ 的现 场使用ꎬ此种管路布置方式成功解决了连续采煤机 狭小空间下的管路磨损和更换不便的问题ꎮ 同时ꎬ 为其他煤机设备的液压管路布置提供了一个思路ꎮ 下转第 ９６ 页 ３９２０２０ 年第 ３ 期郑吉连续采煤机液压管路的优化设计 １ －０.２５ ｍｍ 有曲向硅钢片ꎮ 图 ３ 新型电抗器铁心剖面 图 ４ 旧型电抗器时电流实测波形 图 ５ 新型电抗器时电流实测波形 加上输出电缆和电动机阻抗不匹配ꎬ这会导致电动 机端产生高的尖峰过电压ꎮ 试验证明ꎬ随着电缆长 度的增加ꎬ电动机端尖峰过电压将增大ꎬ当超过某一 长 度时ꎬ其尖峰电压近似额定电压的２倍ꎮ如果电 动机绝缘不够ꎬ就会导致电动机匝间绝缘击穿而损 坏ꎮ 为解决这一问题ꎬ高压变频器在逆变侧采用中 点钳位式三电平拓扑结构见图 ６ꎮ 该结构相比于 传统两电平拓扑结构ꎬ能够有效减少谐波和 ｄｕ/ ｄｔꎮ 同时ꎬ在变频器内部的输出电抗器电感两端并接电 阻来吸收尖峰电压ꎮ 实测并电阻后ꎬ电动机端尖峰 电压从 ８ ０００ Ｖ 降低到 ５ ７６０ Ｖꎮ １ － ＩＧＢＴꎻ２ － 钳位二极管ꎻ３ － 电阻ꎻ４ － 输出电抗器ꎻ ５ － 长电缆ꎻ６ － 电动机ꎮ 图 ６ 变频器内部拓扑 ３ 结语 高压变频器远距离供电方式在华亭矿 ２５０１ 采 面的成功应用ꎬ不但克服了高压变频器远距离供电 存在的难题ꎬ而且提高了煤矿生产效率ꎬ降低了维护 成本ꎬ消除了以往方式存在的各种不安全因素ꎬ这为 高压变频器远距离供电方式在全国煤领域推广起了 带头作用ꎮ 参考文献 [１] 王飞ꎬ赵斌. 综采工作面远距离供电技术的应用[Ｊ]. 设备管 理与维修ꎬ２０１７１５１１８￣１１９. [２] ＷＵ Ｂꎬ ＮＡＲＩＭＡＮＩ Ｍ. 大功率变频器及交流传动[Ｍ]. 卫三 民ꎬ苏位峰ꎬ宇文博ꎬ等译. 北京机械工业出版社ꎬ２０１５. [３] 丁彬. 三电平变频器在煤矿井下刮板机应用[Ｊ]. 工程技术ꎬ ２０１７５１２６. [４] 朱海军ꎬ张文平ꎬ卢泽旺ꎬ等. 高压十二脉动三电平防爆变频器 在刮板输送机中的应用[Ｊ]. 煤矿机械ꎬ２０１６ꎬ３７８１２５￣１２８. [５] 王旭东ꎬ张思艳ꎬ余腾伟ꎬ等. ＳＶＰＷＭ 过调制中控制角算法的 分析与应用[Ｊ]. 电机与控制学报ꎬ２０１０ꎬ１４１２６３￣６７. 作者简介乔中栋１９６５ꎬ男ꎬ高级工程师正高级ꎬ１９８７ 年毕业 于阜新矿业学院ꎬ现负责全面主持矿井行政工作ꎬ发表论文 ５ 篇ꎮ 收稿日期２０１９ －０５ －２９ꎻ责任编辑姚克 上接第 ９３ 页 参考文献 [１] 王益群ꎬ高殿荣. 液压工程师技术手册[Ｍ]. 北京化学工业出 版社ꎬ２０１０. [２] 张利平ꎬ山峻. 液压站设计与使用维护[Ｍ]. 北京化学工业出 版社ꎬ２０１３. [３] 曹祥. 液压系统管路的酸洗方法[Ｊ]. 液压与气动ꎬ２０１２５ ８６￣８７. [４] 吴冉. 液压管路的循环酸洗新方法[Ｊ]. 液压与气动ꎬ２００４４ ５３￣５４. 作者简介郑吉１９８５ꎬ男ꎬ助理研究员ꎮ ２０１３ 年毕业于兰州理 工大学硕士学位ꎬ现主要从事煤矿机械液压系统的研发工作ꎮ 收稿日期２０１９ －０６ －２４ꎻ责任编辑贺琪 ６９煤矿机电２０２０ 年第 ４１ 卷
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