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矿用综掘机冷却水系统优化设计
2017-02-13
淮南矿业集团某矿掘进用S150 型综掘机在运行时,整个转动机构及油箱是通过水冷 式冷却器进行强制降温。当综掘机停止作业后,冷却系统即关闭,无法达到良好的冷却效果,导致 油温居高不下,严重影响了机器的正常运转,降低了元器件的使用周期,增加了维修成本。通过将 冷却水系统进行优化改造,在综掘机截割完毕,进行锚杆支护过程中,利用锚杆机供水继续对液压 系统油箱进行冷却,从而有效控制了油温,延长了综掘机的使用寿命,可供类似矿山参考。
Serial No. 573 January. 2017 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 573期 2017 年 1 月第 1 期 ∗ 矿用综掘机冷却水系统优化设计 1 丁ꢀ 莉 ꢀ 陈永生 2,3 ( 1. 安徽工贸职业技术学院电气工程系;2. 淮南矿业集团;3. 安徽理工大学电气与信息工程学院) ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 淮南矿业集团某矿掘进用 S150 型综掘机在运行时,整个转动机构及油箱是通过水冷 式冷却器进行强制降温。 当综掘机停止作业后,冷却系统即关闭,无法达到良好的冷却效果,导致 油温居高不下,严重影响了机器的正常运转,降低了元器件的使用周期,增加了维修成本。 通过将 冷却水系统进行优化改造,在综掘机截割完毕,进行锚杆支护过程中,利用锚杆机供水继续对液压 系统油箱进行冷却,从而有效控制了油温,延长了综掘机的使用寿命,可供类似矿山参考。 关键词ꢀ 综掘机ꢀ 冷却水系统ꢀ 降温ꢀ 优化设计 ꢀ ꢀ 淮南矿业集团某矿使用的 S150 型综掘机具有 2ꢀ 冷却水系统工作原理及优化改造思路 2. 1ꢀ 冷却水系统工作原理 截割效率高、机器稳定性好、操作与维护方便、运行 安全可靠等优点,但在实际应用中,该型综掘机的整 个转动机构及油箱降温效果不理想,影响了其使用 寿命。 为此,本研究对该型综掘机的冷却水系统进 行优化设计,以最大限度地发挥该型综掘机的功效。 矿用 S150 型综掘机冷却水系统的主要作用是 提高工作面的能见度,改善工作环境,系统设置的内 喷雾回路、外喷雾及冷却水回路可有效起到灭尘以 [ 2] 及冷却截齿、切割电机、泵站液压油的作用 。 该 型综掘机冷却系统的进水经过滤器和球阀后分成 4 路:第 1 分路通过外喷雾直接将水喷出,进行割煤时 除尘;第 2 分路经过减压阀,到油冷却器和截割电机 后进入外喷雾,既对综掘机的转动机构进行冷却,又 进行割煤时除尘;第 3 分路经减压阀、冷却器后进入 内喷雾系统,在柱塞式水泵增压后喷射出,从而达到 除尘和冷却截齿的效果;第 4 分路为外来水经过过 滤器、球阀进入油箱蛇形管后进行外喷雾,起到除尘 和油箱冷却的作用(图 1)。 该型综掘机的液压和水 系统的主要参数见表 1。 1 ꢀ S150 综掘机优化改造必要性 [1] S150 综掘机的油泵为齿轮泵 ,是一种定量 泵,其输出排量无法调节,即使综掘机空载运行,油 泵亦满负荷运转,系统发热量大,油温过高。 现行的 冷却方法主要通过水冷式冷却器对系统进行强制性 降温。 但当综掘机停止作业后,冷却系统即关闭,致 使油温居高不下,所造成的危害主要有:①油黏度变 稀,氧化严重,容积效率和液压系统工作效率均会下 降;②易导致液压油溢出油缸形成漏油,漏油严重的 情况下易导致机械设备处于不正常的工作状态;③ 易导致水分蒸发快,使液压元件产生腐蚀,液压油氧 化形成胶状沉淀物,易堵塞滤油器和液压阀内的小 孔,致使液压系统无法正常工作;④零配件若过热易 膨胀,会导致相对运动零件无法保持正常的配合间 隙,一旦该间隙损坏,阀件的摩擦力会增加,特别容 易卡死,该情况下润滑油膜会变薄,机械磨损将持续 增加,最终导致马达、阀、泵等机构之间的配合面过 于磨损而不到报废期便提前失效,甚至直接报废;⑤ 若油温长时间保持高温状态,密封件的老化进度会 加快,极有可能导致密封件丧失密封性能,最终导致 液压系统全面瘫痪。 2. 2ꢀ 优化改造方法 由于综掘机在停止作业后,冷却水系统随之关 [ 2] 闭,导致油温高达 60 ~ 80 ℃ 。 在顾及到煤层截割 结束后的下一步工作中需进行锚杆、锚索支护作业, 故可将冷却水引入锚杆机,利用球阀进行手动控制, 可有效降低综掘机液压油的温度。 在液压油的运动 2 黏度为 37 ~ 43 mm / s、最优工作温度为 40 ~ 55 ℃ 的情况下,液压系统具备较好耐磨耗性、抗氧化性、 润滑性能。 本研究在第 3 支路上过滤器出水侧增加球阀 2 ,油箱冷却水出水侧增加球阀 3、4,从而有效地将 锚杆机用水和综掘机喷雾用水以及油箱冷却水进行 有机结合,有效降低油温,改造后冷却水系统的工作 原理如图 2 所示。 ꢀ ꢀ ∗安徽省教育厅自然科学研究重点项目(编号:KJ2015A367)。 丁ꢀ 莉(1983—),女,讲师,硕士,232001 安徽省淮南市田家庵 区。 1 83 总第 573 期 现代矿业 2017 年 1 月第 1 期 图 1ꢀ S150 综掘机冷却水系统工作原理 表 1ꢀ S150 型综掘机液压和水系统的主要参数 邮箱 液压系统 容积 供水 喷雾 冷却水 液压油 型号 水系统 型式 结构 压力/ MPa 流量/ (L/ min) 水压 / MPa 流量/ (L/ min) 水压 / MPa 流量/ (L/ min) 2 ~ 5 ≤100 2 ~ 5 40 30 / L # 封闭式 600 N68 抗磨液压油 喷雾、冷却 1 图 2ꢀ 改造后的冷却水系统工作原理 ꢀ ꢀ 经过对 S150 综掘机的冷却水系统进行优化改 ~ 55 ℃,有效延长了液压器件的使用寿命,降低了 维修成本,为实现煤矿井巷安全高效掘进提供了有 利保障。 造后,在割窑时,仅需保持球阀 1、2、3 打开,球阀 4 关闭,便可确保冷却效果;在割窑结束后,可手动操 作将球阀 1、3 关闭,球阀 2、4 打开,可实现在进行锚 杆、锚索支护的同时,继续对油箱进行冷却。 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ [ 1]ꢀ 张利平. 液压传动系统设计与使用[ M]. 北京:化学工业出版 3 ꢀ 结ꢀ 语 分析了淮南矿业集团某矿山 S150 综掘机冷却 社,2010. 2]ꢀ 国家煤矿安全监察局. 煤矿安全规程[ M]. 北京:煤炭工业出 版社,2005. 水系统存在的问题,在此基础上了进行了优化改进, 实践表明,改进后的冷却水系统使得该型掘进机的 液压系统温度由以往的 60 ~ 80 ℃ 降至并保持在 40 ( 收稿日期 2016-11-11) 1 84
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