掘进机内喷雾系统的改进

摘 要：对掘进机内喷雾的现状进行统计分析，从喷嘴设计和水路系统两方面改进了掘进机内喷雾系统。喷嘴设计上采用齿座为水路的后喷雾方式，可以降低喷嘴堵塞的概率，喷雾效果也会得到一定量的加强；通过改进水路系统，重新组织配水系统的结构设计和配水方式，对整机及内喷雾的性能提高起到了较大的作用。

关键词：掘进机 内喷雾 喷嘴 技术改进

中图分类号：TM35 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（c）-0111-01

随着矿井作业向高产高效发展，采掘工作场所的粉尘浓度现象是越来越高的。同时采掘工作人员的身心健康不仅受到粉尘的严重危害，同时也对设备的工作环境遭到破坏，这样就加速了采掘机械的磨损度，增加的各项事故的发生机率，煤尘浓度在0.75～1.00 mm的直径范围内达到一定程度时，就很容易发生重大的安全事故，比如：瓦斯爆炸、煤尘爆炸等事故。为了解决该问题，内喷雾降尘系统应运而生。内喷雾系统是利用安装在截割头上的喷嘴对着截齿的前面喷雾，用较少的水就可以达到较好的灭尘效果，是最经济有效、操作简便的降尘措施。

从国内各厂家生产的掘进机统计中，其内喷雾的方式基本是前侧喷雾，即喷嘴的位置在截齿的前侧下方一定的距离，水由喷嘴由下向上（齿尖周围）进行喷雾，如图1所示，此种内喷雾方式很容易产生喷嘴堵塞现象，而且受截割落料的阻碍使雾化距离大大缩短，使水的雾化程度受很大的影响，甚至不能雾化，很大程度上达不到设计的喷雾效果，无法起到灭尘、冷却和润滑作用。从引进掘进机技术到现在的自主开发掘进机产品，经过多次的喷雾试验及一系列的研究、探索和现场改进后，这一问题终于得到了圆满解决[1]。

1 改进喷嘴设计

掘进机内喷雾是将压力水经喷嘴喷出实现，喷雾效果的好坏与喷嘴的喷射性能、喷嘴的布置有很多关系。原始内喷雾系统的基本结构如图1所示，喷嘴的旋转方向为顺时针方向。截割头在煤岩实体中进行掏挖工作时，截齿和煤岩之间会产生研磨力。研磨力较大时会产生较多的小块落料和细粉尘，卡在截齿与喷嘴座之间容易造成喷嘴堵塞[2]。所以必须对原始喷嘴结构进行改进。

对喷嘴的结构优化设计可以从以下两个个方面入手：第一，喷嘴结构和安装方式要合理，防止作业场所周边物料或其他物品碰到喷嘴而造成内喷雾效果降低；第二，合理布置喷嘴和喷雾目的地的相对位置，既要保证两者之间没有其他物品阻碍，使喷雾按规定路线送达，同时还要保证喷嘴和目的地之间的距离远近合适，使喷嘴的起始雾化点不超过喷嘴的出水点距离要达到的目的地距离，从而使出水在到达工作目的地前能够充分雾化。

根据上述喷嘴的结构优化设计方案，多次的试验及实际应用后，设计了一种新的内喷雾结构，其简图见图2。改进后内喷雾结构的喷嘴位置从原来的在截割头体上改在前一个齿的齿座上，压力水经前一个齿座传到喷嘴，再喷到后一个齿尖周围的特定的距离内，对挖掘机周边的作业空间起到冷却、润滑和灭尘的效果。

这种结构与原结构相比具有以下的优势：首先，改变了喷水角度，将锐角喷雾改为直角喷雾或钝角喷雾，这样可以使得水雾对齿尖的包围更加充分[3]，并减少了落料在二者间的堵塞机会，使喷雾路径更通畅无阻；其次，改变了喷嘴的安装位置，这样可以减少中间的落料阻挡机会；第三，在设计喷嘴的安装保护中，喷嘴隐藏在了前一组的齿座中，其fCJfJFmdb0mh/uTZuNbTTsvEjVOPXoxITCCByO+e/ig=外平面与齿座的相关外平面重合，这样有效的保证了喷嘴的牢固性，减少了喷嘴的磨损机会；第四，对喷嘴结构进行了全新的加工工艺，往齿座中供水，这样使得切割头上钻对钻孔的要求就降低了许多，工人在操作时有了很大的自由空间；最后，喷雾路径的准确度得到了很大的提高，原来的结构在焊接喷水座时，即使有工装的定位也很难使出水准确无误的喷到指定的位置，现在通过改进后，在齿座工装的约束下，齿座准确定位了，然后把喷水嘴直接安装在齿座上即可达到喷水的准确定位，达到较理想的定位喷雾效果。

2 水路系统的改进

内喷雾系统在长期工作后，会引发配水装置上的旋转密封过度磨损，而密封件的磨损后会影响到其余配合零件的同轴度、表面粗糙度、转动速度、硬度和密封介质等。

为了减少偏心给旋转密封产生的附加循环应力，减少密封的偏磨现象，新改进的水路系统将配水盘设计成浮动模式。旋转密封直接与主轴上的轴套外圆面配合，形成密封面，安装旋转密封的配水盘用两个圆柱销沿径向方向与悬臂筒固定，圆柱销与悬臂筒采用静配合，而与配水盘留有一定量的间隙。这样，一方面配水盘相对主轴有一定的浮动量，能自动调节密封面的不同心度；另一方面，能防止配水盘发生转动偏移。为了保证泄漏的压力水能顺利排出，在悬臂段下方设计了排泄口。另外，再设计配水盘结构和材质选用时，选择浮动量时综合考虑其与主轴相联的各零部件的加工安装误差、轴承游隙及旋转密封的安装要求

通过配合零件的表面粗糙度、硬度对旋转密封的寿命有很大的影响。为防止旋转密封与配合面的摩擦造成主轴过度磨损，在主轴上加了耐磨轴套，轴套材料为 20CMrnTi采用渗碳淬火处理，硬度达HRC55～60，与旋转密封的配合面要求抛光处理，粗糙度为Ra0.4μm。

3 结语

经过上述一系列改进后，整机和内喷雾效果明显增强，喷嘴堵塞的几率显著降低，使用寿命延长，生产制造成本大幅降低。新的系统内喷雾系统结构合理，安全可靠，使用维护方便，大大改善了矿井作业环境。

参考文献

[1] 周晓娟.掘进工作面冲击喷雾的试制[J].煤炭技术，2004，（3）：19-21.

[2] 煤及半煤岩巷道掘进设备研讨会筹备组编.煤及半煤岩巷道掘进设备研讨会会议论文[C]//上海：上海科学研究总院上海分院编印，1993，10.

[3] 吉林工业大学.工程机械液压与液力传动[M].北京：机械工业出版社，1979，6.