采煤机液压系统的改进设计.pdf

扫码移动阅读 第 ４１ 卷 第 ２ 期 ２０２０ 年 ４ 月 煤矿机电 Ｃｏｌｌｉｅｒｙ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ＆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ.４１ Ｎｏ. ２ Ａｐｒ. ２０２０ 朱信平. 采煤机液压系统的改进设计[Ｊ]. 煤矿机电ꎬ２０２０ꎬ４１２８３￣８５. ｄｏｉ１０. １６５４５/ ｊ. ｃｎｋｉ. ｃｍｅｔ. ２０２０. ０２. ０２４ 采煤机液压系统的改进设计 朱信平 中国煤炭科工集团 上海有限公司ꎬ 上海 ２０００３０ 摘 要 针对现有采煤机液压系统稳定性不足的问题ꎬ描述了采煤机液压系统的常见故障现象ꎬ 从原理上分析了故障发生的原因ꎬ提出要提高液压系统稳定性需要解决的问题和改进方法ꎬ并制定 了改进方案ꎬ对采煤机液压系统性能的提高提供了一定参考ꎮ 关键词 采煤机ꎻ 液压系统ꎻ 稳定性ꎻ 比例阀 中图分类号ＴＤ４２１.６ ＋１ꎻ ＴＰ２７１＋ .３１ 文献标志码Ｂ 文章编号１００１ －０８７４２０２００２ －００８３ －０３ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ Ｓｈｅａｒｅｒ ＺＨＵ Ｘｉｎｐｉｎｇ ＣＣＴＥＧ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｃｏ. ꎬ Ｌｔｄ. ꎬ Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００３０ꎬ Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｅａｒｅｒꎬ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｆａｕｌｔ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｅａｒｅｒ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄꎬ ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｕｌｔ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｎａｌｙｚｅｄꎬ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｏ ｂｅ ｓｏｌｖｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｐｌａｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｆｏｒｍｕｌａｔｅｄꎬ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｅａｒｅｒ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｓｈｅａｒｅｒꎻ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍꎻ ｓｔａｂｉｌｉｔｙꎻ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｖａｌｖｅ ∗天地科技股份有限公司科技创业资金专项重点项目 ２０１８￣ＴＤ￣ＺＤ００９ ０ 引言 滚筒式采煤机在煤矿井下工作面采煤过程中ꎬ 主要由升降摇臂来满足采高和卧底的要求ꎬ其功能 需要由采煤机液压系统来完成ꎮ 由于提高采煤机液 压系统稳定可靠性直接关系到矿井的生产效率ꎬ对 此针对液压系统稳定性的不足问题进行深入的探讨 研究ꎮ １ 采煤机现有液压系统的原理和结构 采煤机液压系统原理如图 １ 所示ꎬ采煤机液压 系统结构如图 ２ 所示ꎮ 图中采煤机油路系统的调高 泵为齿轮泵ꎬ它以一定的排量为系统提供动力ꎬ阀组 为电磁换向阀组合的形式ꎮ 管路连接采用 ＭＴ ７９ １９８４ 煤矿快接标准ꎬ即快速插头和 Ｕ 形卡的结构形 式ꎬ这种结构具有拆装方便的优点ꎬ成为井下综采工 作面设备普遍采用的结构ꎮ １ － 泵电机ꎻ ２ － 齿轮泵ꎻ ３ － ＭＴ 快接接头ꎻ ４ － 开关阀组ꎻ ５ － 粗过滤器ꎮ 图 １ 采煤机液压系统原理 ２ 液压系统常见故障现象 该采煤机液压系统为现有采煤机通用的配置ꎬ 图 ２ 采煤机液压系统结构 总体使用效果尚可ꎬ但使用过程中主要存在以下 ３ 方面的问题 １ 胶管接头密封容易损坏ꎬ漏油ꎮ 不同的工作 面条件使用效果各异ꎬ在硬度较高或矸石含量较大 的工作面ꎬ密封损坏频率较大ꎬ严重的甚至每天损坏 数次ꎮ 为了保证生产ꎬ工人有时会冒着齿轮泵因缺 油而吸空的风险ꎬ在漏油的状态下工作ꎮ ２ Ｕ 形卡断裂时有发生ꎮ 快速接头的结构形 式如图 ３ 所示ꎬ主要为 Ｕ 形卡串起胶管和接头ꎮ 如 果 Ｕ 形卡发生断裂ꎬ胶管瞬间就会断开ꎬ液压油会 在短时间内被排出ꎬ齿轮泵也会相应吸空而烧掉ꎬ严 重影响矿井生产ꎮ ３ 系统发生堵塞ꎬ调高不正常ꎮ 采煤机液压系 统齿轮泵、阀组和各油缸阀块的故障常有发生ꎬ检查 结果是系统发生了堵塞ꎮ 此类故障排查难度较大ꎬ 一般会采取大面积更换零部件的措施才能解决ꎬ影 响较为严重ꎮ ３ 液压系统故障分析 针对上述故障情况发现ꎬ其采煤机液压系统在 原理上不存在问题ꎬ但在如何避免系统油压冲击的 考虑上略有欠缺ꎮ 在液压系统不调高时ꎬ调高泵一 直处于供油状态ꎬ油液基本无压力直接回油箱ꎻ而在 采煤机调高时ꎬ电磁换向阀通电控制手液动换向阀 动作ꎬ主控阀变到工作位置ꎬ工作管路瞬间接通ꎬ系 统油液在很短时间内提高了工作压力ꎮ 在这个过程 中ꎬ各管路会出现明显的脉冲ꎬ最终作用于接头和 Ｕ 形卡ꎮ 如图 ３ 所示在快速接头的结构中ꎬ若要考虑到 拆装方便ꎬ其 Ｕ 形卡在接头内设计上需存在一定的 间隙ꎬ即满足压力较小且冲击不大的工作条件ꎬ比如 水路系统ꎮ 但使用在高压高冲击的液压系统中ꎬ当 液压系统频繁调高时ꎬＵ 形卡会频繁受到振动和冲 击ꎬ容易因冲击力过大而断裂或疲劳损坏ꎬ接头密封 也会在冲击力作用下偏移继而损坏漏油ꎮ 同时油质 清洁度对于液压系统的可靠性也有至关重要的作 用ꎬ因现有的液压系统工作环境非常恶劣ꎬ且系统仅 有一粗过滤器ꎬ过滤精度不高ꎬ所以系统发生堵塞跟 油质有直接的关系ꎮ １ － ＭＴ 标准接头ꎻ ２ － Ｕ 形卡ꎻ ３ － 胶管接头ꎻ ４ － 密封ꎮ 图 ３ 快速接头结构 ４ 改进方法和实施方案 由以上分析得出ꎬ要提高采煤机液压系统的稳 定性ꎬ需要解决系统振动冲击问题、接头的可靠性问 题和油质的过滤问题ꎮ 通过分析研究ꎬ对应制定了 以下技术措施 ４. １ 使用电液流量比例阀替代手液动换向阀 电液流量比例阀是阀内比例电磁铁输入电流信 号产生相应动作ꎬ使工作阀阀芯产生位移ꎬ阀口尺寸 发生改变并以此完成与输入电流成比例流量输出元 件ꎮ 其流量与输入电流的关系如图 ４ 所示ꎮ 􀅱４８􀅱煤矿机电２０２０ 年第 ４１ 卷 图 ４ 电液流量比例阀电流￣流量特性曲线 由图 ４ 可看出ꎬ阀组的输出流量受输入电流大 小的控制ꎬ输入电流由小至大ꎬ相应的阀组输出流量 由小变大ꎬ使液压系统平缓圆滑运行ꎬ这样就可避免 常规手液动换向阀开口瞬间全开的状况ꎬ从而减少 了系统的震动和冲击ꎮ ４. ２ 螺纹接头替代快速接头 螺纹接头结构形式如图 ５ 所示ꎬ其由螺母、螺纹 接头、卡套、定位环和弹性密封圈组成ꎬ通过螺母和 螺纹接头拧紧ꎬ卡套和弹性密封圈密封ꎮ 图 ５ 螺纹接头结构 该螺纹式接头相比于快速接头有以下几个 优势 １ 抗振抗冲击能力强ꎮ ２ 密封性能好ꎬ且耐久性更强ꎮ ３ 耐腐蚀性能好ꎮ ４ 耐压性能有所提高ꎮ ５ 装配安全性能高ꎮ ４. ３ 提高过滤器精度 液压系统由于工作环境恶劣ꎬ在过滤精度不高 的情况ꎬ可采用以下几种改进措施 １ 在现有液压系统基础上提高粗过滤器的精 度ꎬ同时提高过滤器的排量ꎬ避免吸油压力过大ꎮ ２ 在液压系统中增加高压过滤器ꎬ由于高压过 滤器体积较大ꎬ因此要求原有液压系统需要有较大 余量的安装空间ꎮ ５ 改进后的系统结构 根据上述改进措施和实际空间条件ꎬ进行合理 空间布置ꎬ制定液压泵站改进方案ꎮ 改进后的采煤机液压系统结构主要由泵电动 机、齿轮泵、螺纹接头、高压过滤器、比例阀、粗过滤 器和制动阀组组成ꎬ如图 ６ 所示ꎮ １ － 泵电动机ꎻ ２ － 齿轮泵ꎻ ３ － 螺纹接头ꎻ ４ － 高压过滤器ꎻ ５ － 比例阀ꎻ ６ － 粗过滤器ꎻ ７ － 制动阀组ꎮ 图 ６ 改进后的采煤机液压系统 改进后系统调高油缸升降速度可调节ꎬ系统冲 击小ꎬ接头可靠性高ꎬ不容易发生损坏漏油的现象ꎬ 系统过滤精度高ꎬ可靠性较高ꎮ ６ 结论 针对现有采煤机液压系统常见故障ꎬ从原理和 结构上分析了故障原因ꎬ总结了提高液压系统稳定 性需要解决的几个问题ꎬ提出了对应的解决方法ꎬ并 制定了切实可行的方案ꎬ对采煤机液压系统设计和 改进提供了参考ꎬ也为现场采煤工人提供了理论 依据ꎮ 参考文献 [１] 汪亮培. 基于电液比例控制的采煤机调高系统研究[Ｊ]. 内江 科技ꎬ ２０１８ꎬ３９７４３￣４４. [２] 郭卫ꎬ王滨ꎬ梁鑫ꎬ等. 基于电液比例控制的采煤机调高液压系 统仿真[Ｊ]. 煤矿机械ꎬ ２０１５ꎬ３６５１２２￣１２４. [３] 胡俊ꎬ贠瑞光ꎬ杨丽伟ꎬ等. 电牵引采煤机液压制动系统的故障 树分析[Ｊ]. 矿山机械ꎬ ２０１１ꎬ３９１９￣１２. [４] 刘峰. 薄煤层采煤机新型双向调高阀组的研制[Ｊ]. 煤矿机电ꎬ ２０１８６５￣７. [５] 张少辉ꎬ孙宁村ꎬ赵艳平. 滚筒采煤机液压元件可靠性分析 [Ｊ]. 煤矿机电ꎬ２００６２４４￣４５. 作者简介朱信平１９８５ꎬ男ꎬ工程师ꎮ 毕业于中国矿业大学硕 士学位北京ꎬ现主要从事采煤机设计工作ꎬ发表论文 ３ 篇ꎮ 收稿日期２０１９ －０７ －１１ꎻ责任编辑贺琪 􀅱５８􀅱２０２０ 年第 ２ 期朱信平采煤机液压系统的改进设计