EBZ160型掘进机液压系统的优化

祗欣凯

（阳煤集团二矿调度室综掘准备队， 山西 阳泉 045000）

引言

掘进机在煤矿生产中是一种重要的矿井掘进设备，在掘进过程中，依靠液压系统可以实现各种不同的功能，比如对煤岩的截割以及装运，或者通过掘进机上的喷雾泵来实现喷雾降尘等，而实现这些功能的主要部件是液压系统，液压系统一旦出现问题，整个掘进机就会发生故障。EBZ160型掘进机是一种中型掘进机，可以连续地对煤岩进行截割、运输以及装载，并且该掘进机的机身高度较低，生产能力强，在矿井中有着广泛的应用，不仅可以对煤层倾角较大的煤巷以及半煤岩巷进行掘进，还可以对软岩巷道进行掘进，但是在实际应用的过程中，该掘进机的液压系统存在问题，掘进运行不稳定，严重阻碍了掘进机的正常作业，因此本研究针对该掘进机存在的问题，做出了一系列的优化与改进，以期提高掘进机的工作效率，减少故障的发生。

1 EBZ160型掘进机液压系统存在的问题

1.1 伸缩缸液压回路缺少闭锁元件

如图1所示是该掘进机液压系统的原理示意图，从图中可以看出，七联阀中的第四联可以完成伸缩缸液压回路的动作，当第四联推进时液压缸伸出，第四联拉回时则液压缸收回，而当第四联处于中间位置时，液压缸处于Y型机能闭锁状态。该机能的作用是，如果液压泵内的负荷仍然处于未卸载的状态，则油缸不稳定，在这种情况下，一旦外力对油缸产生作用，油缸就会发生前后晃动。此时，如果只靠七联阀的作用，不单会给伸缩油缸带来较大的破坏，甚至还会缩短七联阀本身的使用时间。除此之外，在换向时，由于液压系统不稳定，导致伸缩油缸在进行液压回路的动作时比较缓慢，不能流畅的伸出与缩回，工作效率较低，因此与煤矿生产的进度不相匹配，严重影响了井下正常生产的进行[1-2]。

图1 液压系统原理示意图

1.2 履带涨紧油缸涨紧效果不理想

当掘进机液压系统中的四联阀控制履带涨紧时，由于液压油缸受到了垫片的约束，其手柄可以回到中间位置，而对于油缸自身来说，涨紧时所受到的压力，油缸会自行挤压而缓慢地将压力进行卸载，同时由于四联阀的因素，该油缸的涨紧作用已经失效。在这种情况下，只能依靠垫片来实现履带的涨紧，而在煤矿进行生产的过程中，履带所承受的载荷不是一成不变的，其始终处于动态变化的过程中，因此在经过长时间的作用后，履带会发生变形而伸长，但是垫片是不能随之发生变形伸长的，所以履带最终会变得松弛，在行走的过程中会加重对链轮的磨损，使履带以及链轮的使用寿命大大缩短，增加了掘进机各部件进行维修保养的费用，加大了煤矿经济的负担。且掘进机一般都会设置有冷却喷雾系统，然而在进行掘进的过程中，井下通常会备有独立的供水设备，因此掘进机自身的喷雾泵通常是闲置不用的，这对于掘进机来说也加大了其自身的制造成本。

1.3 装运能力与割煤生产能力不协调

在进行掘进作业的过程中，该掘进机截割下来的煤炭和岩石量与掘进机的装运能力存在严重偏差，具体表现为掘进机的生产能力远远大于其装运煤炭的能力。当掘进工作面截割下的煤岩需大量运出时，由于其运送能力的限制，在过度装运的情况下会经常发生卡链以及堵塞的情况，这就需要井下工作人员对其进行清理与维修，而这不仅拖慢了工期，还严重阻碍了掘进工作的正常进行，减少了煤矿的产出量[3]。

2 EBZ160型掘进机液压系统优化设计方案

2.1 在伸缩油缸液压系统中增加闭锁元件

在给定压力下，由于伸缩油缸液压系统的不稳定性，使得伸缩油缸的正常工作受到了影响，为了改善这种情况，在伸缩油缸液压系统回路中增加了一个闭锁元件，该闭锁元件可以有许多种，其中最常见的是平衡阀[4]。

如图2所示是该掘进机液压系统优化设计改进后的原理示意图。从图中可以看出，当在回路中增加了平衡阀后，由于平衡阀具有反向截止作用，可以很好的实现对上下回路的封闭，从而使液压系统中的各个执行元件均可以准确地停到所需的位置，保证每个执行元件均不会在单向载荷的作用下发生缓慢移动，这样就可以解决伸缩油缸回路不稳定的问题，使其免受载荷变化的影响。

图2 优化改进后液压系统原理示意图

2.2 在履带涨紧油缸以及喷雾泵回路上增加高压截止阀

对于履带涨紧油缸来说，在其回路中设置高压截止阀可以有效减少履带的松弛，加强其涨紧作用，具体表现在：当履带涨紧时，一旦关闭高压截止阀，压力就不会泄露，此时操纵手柄就可以实现压力的降低、增加或保持平衡，从而避免了四联阀中压力向外或者向内泄露而导致的履带松弛现象，再加上垫片的约束作用，履带的涨紧效果会更好；除此之外，在履带涨紧时，即使操纵手柄没有处在涨紧的位置，履带也不会发生松弛，这是因为负载敏感变量泵的负载信号仍然存在，在这种情况下，当油液在液压系统回路中运行一周时，会无形中增加一运以及星轮的流量，从而使得一运的运行速度以及星轮的转动速度提高，需重新对系统的流量进行分配[5]。

而对于喷雾泵来说，当安装上高压截止阀后，即使其处于不使用的状态，也可以通过开启高压截止阀来打开喷雾泵，使其进行降尘作业；同时当控制喷雾泵开启的手柄在喷雾的一边时，通过关闭高压截止阀，可以提高一运的运行速度以及星轮的转动速度，从而使液压系统的流量重新分配；当然设置高压截止阀还在一定程度上方便了喷雾泵检修工作的进行。

2.3 通过改变液压回路流量使装运能力与割煤生产能力相协调

在正常掘进作业过程中，一运、星轮、喷雾以及履带涨紧液压油缸会同时起作用，这种情况下，一运在1 min内经过系统的流量为48 L，星轮在1 min内经过系统的流量为一运流量的2倍，其转动速度在1 min内可达30 r，而对于喷雾来说，1 min内经过系统的流量则与一运的流量相同。在掘进机液压系统中，因为四联阀的结构是一样的，当操纵手柄使喷雾泵开启而高压截止阀关闭时，其负载敏感变量泵的负载信号仍然存在，由于该信号的作用，整个液压系统内的流量会进行重新分配，从而导致星轮、一运的流量增加，转动速度和运行速度也随之增加，直到增加到掘进机的装运能力与割煤生产能力相协调。

3 EBZ160型掘进机液压系统优化设计操作方法步骤

3.1 在伸缩油缸液压系统内增加平衡阀的方法步骤

选择一个合适的平衡阀，使之与EBZ160型掘进机液压系统相匹配，其安装的位置为操纵台内侧，在安装的过程中，需要打开伸缩油缸的进回油管路，将之与平衡阀的接头相连接，在连接时需要注意，平衡阀的进回油接口不要接反。安装完成后，启动掘进机，在空载状态下对其进行测试试验，在试验时对伸缩油缸的定位手柄进行操纵，使手柄处于某位置时，其伸缩油缸就处于相同的位置。

3.2 安装高压截止阀的方法步骤

选择两个高压截止阀，一个安装在喷雾系统液压回路中，一个安装在履带涨紧液压系统回路中，这两个高压截止阀的给定压力为25 MPa，其所处的位置为操纵台上，继而对管路的进出口进行连接。连接好各管路后，进行测试试验，在试验时，如果操纵履带涨紧定位手柄可以使履带涨紧的效果更好，同时当高压截止阀关闭后，整个液压系统中的流量进行了重新分配，且喷雾操纵也同样如此，则说明高压截止阀安装完成。

3.3 重新分配液压系统回路中流量的方法步骤

从上文的研究中可以看出，不管是对履带涨紧定位手柄进行操控，还是对喷雾液压定位手柄进行操控，都会造成星轮以及一运液压系统回路中流量的增加。具体流量增加的方法是：在进行掘进作业的过程中，对于履带涨紧液压回路来说，应先开启高压截止阀，等操控履带涨紧定位手柄使履带涨紧效果增强后，再关闭高压截止阀，在这个环节中，其定位手柄始终处于涨紧位置，且即使高压截止阀关闭，负载敏感变量泵仍然有信号存在，此时，履带涨紧油缸内的油液返回主系统，从而增加了星轮以及一运液压系统回路中的流量，其增大的幅度大约为三分之一；而对于操控喷雾液压定位手柄来说也是同样的情况，也可以得到相同的效果[6]。

4 优化后的应用及使用效果分析

4.1 伸缩油缸优化后的使用效果分析

在对EBZ160型掘进机伸缩油缸液压回路进行优化与改进后，在实际应用中可以发现，优化后的伸缩油缸稳定性大大提高，由操控定位手柄可以很好的实现伸缩油缸的位置变化，且伸缩油缸可以准确的停到该位置，而不会发生前后移动，这给煤矿的安全生产以及井下工人的维护与检修带来了很大的方便，同时伸缩油缸的工作效率也明显提高。经过这一优化，EBZ160型掘进机可以更好地实现井下的掘进作业，减少了掘进作业中故障的发生，并得到了广泛的应用及认可。

4.2 履带涨紧油缸优化后的涨紧效果分析

在对履带涨紧油缸进行优化设计后，极大地减少了四联阀的操控次数，不再需要通过操控四联阀来达到履带涨紧的作用，而且减少了四联阀的磨损，延长了四联阀的使用寿命，同时还减少了垫片的使用量，不用再频繁地更换垫片，在一定程度上降低了井下作业人员的负担以及煤矿的经济投入。除此之外，在长时间的使用过程中，如果履带涨紧效果不如从前，出现了松弛，则可以打开高压截止阀，再次实现履带的涨紧，这一优化简单易行，在实际应用中得到了一致的好评。

4.3 装运能力与割煤生产能力优化后的使用效果分析

在对系统流量进行重新分配后，一运的运行速度增加，其刮板链的运行速度由原来的1 min行走38～42 m变成现在的49～52 m，同时星轮的转动速度也增加，由原来的1min内由32～34 r到现在的40～44 r，其装运与截割的能力大约提高了23%，运行速度也提高了23%，并且经过改进，卡链以及堵塞的现象已不再出现，大大减少了工人的劳动强度和负担。与此同时，该掘进机的装运能力与刮板链的运行速度都大幅度提高，在满足截割生产能力要求的基础上，还有效增强了掘进机的整体性能，使掘进作业可以更好更快得完成。

5 结论

通过对EBZ160型掘进机液压系统做出的一系列优化与改进可知，优化后的掘进机液压系统更稳定，工作效率更高，在掘进作业时发生故障的可能性更小，且各个部件的相互配合更加协调，能更好地满足煤矿安全生产的要求，并得到了广大用户的一致认可。同时该掘进机为半煤岩巷的快速掘进提供了可借鉴的经验，也为相同类型掘进机的优化与改进设计提供了参考依据。