EBZ-200型掘进机冷却系统及行星马达的改进

范晓辉

（大同煤矿集团永定庄煤业公司综掘预备队， 山西 大同 037000）

引言

在煤矿瓦斯抽放巷中，井下开采和掘进工作量巨大，要求机械体型矮小，便于掘进，同时，还要求破岩的速度要快，保证工作的进度。EBZ-200重型掘进机，能够在高度较低的全岩巷下掘进，但在使用过程中，出现了发热量高、损耗大和液压油大量流失等状况。针对这些问题，本文展开了对应的理论分析，并提出了改造方案。

1 EBZ-200型掘进机的特点

EBZ-200重型掘进机部分参数如表1所示[1]，在结构上，具有以下特点：

1）截割头的设计和使用材料均为国际领先水平，使得其破岩能力非常强。

2）特有的负载感应变量液压系统，使得其在输出大功率时所需动力比起同类产品较低，输入与输出的转化比例较高。

3）采用的螺旋喷嘴保证了其强大的除尘效果，工作过程中扬尘极少。

4）自身的集中润滑系统可靠度高，关键部位的润滑效果很好，这方面的维护成本很低。

5）自动化程度较高，可保证重点部位的实时监控。

表1 EBZ-200型掘进机部分技术参数

2 EBZ-200型掘进机使用中出现的问题

在EBZ-200型掘进机研发成功后，在某矿第13号井下投入试运行，试运行点位于井下600 m处，为达到井下正常工作的强度，将该EBZ-200型掘进机在最高允许条件压力下持续运行，发现在使用过程中，有以下两点问题影响设备的正常运行：

1）冷却水的供给不足，即使流入的所有冷却水百分之百到达指定位置，也不足以满足冷却需求。而且在井下工作期间，凿岩爆破等工序会产生大量的粉尘，这些扬起的粉尘会附着在油箱外表皮和冷却系统的喷嘴处，前者导致油箱被一层油泥包裹，使其自然的散热效果被削弱，后者使得冷却系统无法达到其冷却效果，造成油温超高，动力输出的损耗严重[2]。

2）星轮马达部分连接螺栓强度不够，在有些转角或拐弯度数较大的位置，连接失效导致马达脱落，脱落后无法正常运行。与此同时，星轮马达脱落后，掘进机的其他部分仍在运行，液压系统继续压力输出，管中的液压油直接流出，既导致了液压油的污染，又造成了液压油的浪费[3]。

由于上述问题的存在，EBZ-200型掘进机在使用过程中，维修成本随着时间的增加而递增，工作效率不断下降，因此，需要对原有掘进机进行改进。改进的主要方向为冷却系统和星轮马达两个方面。

3 冷却系统的改进

3.1 改进的原则

EBZ-200型掘进机设计的原则就是要节省空间，必须要在高度上尽可能的低，使其在低矮巷道正常使用，另一原则就是要求在高强度下的持续时间长，能够掘进到很深的部位。因此，改造的原则也遵循于此，第一点，改造后的掘进机高度不能上升，要小于或等于原有的高度；第二点，改造后在巷道中持续工作时间较长，既不会因为高温停工，也不能因为连接失效而终止。

3.2 选取方案

在掘进机的冷却系统中，比较常见的冷却器有片翅式水冷却器和蛇形管冷却器。片翅式水冷却器的优点是其降温能力高，配备的空间需求小，缺点在于片翅式水冷却器在使用中对压力的要求较高，必须达到指定的压力阈值方可运行。蛇形管冷却器也是普遍使用的冷却器，他的优点在于结构简单，成本也相对较低。将其直接浸入油液中就可达到降温目的，但是正由于此，蛇形管冷却器所需空间较大，如果配备，油箱的体积不可避免的就要增大，这就违背了机器的设计初衷。同时，在检修冷却器时会污染到液压油[4]，因此，这一方式也不可取。

以上分析，冷却系统的改进必须同时满足空间要求和压力要求。因此，可以在油箱外部添加一个新的冷却水箱。如此一来，既没有破坏原有油箱的结构，压力的要求也没有了限制。

3.3 系统改进

1）添加新的冷却水箱，水箱的厚度由原油箱最高处决定，使两者在垂直方向上持平，没有增加额外的体积，保证了空间上的要求。

2）将其两端连接至喷雾回路中，使得冷却水量增加。

3）把系统内的泄漏口更换位置，从原来设定的吸油腔更替至回油腔。

3.4 理论证明

1）水箱的进水口和出水口之间存在高度差，这样的设计使得输入的冷却水可以在注满后才能流出，保证了其水量的充足。同时，进出口之间的间隔设置，使得热量交换的面积在整个接触面上都可以实现，保证了最大化的降温效果，使冷却的效率达到当前技术限度的最大值。

2）泄漏油口由吸油腔改接到回油腔，确保了流向油泵的油是冷却过的油。同时，回油腔吸入的才是高温油，使得热交换的温差提升，增加了传递的热量。

3）计算验证。热量传导如式（1）所示：

式中：T为回油腔油温，取55℃；t为水箱水温，取35℃；b为热交换面材料厚度，取10mm；λ为热交换面导热系数，取48 W/（m·℃）；A为实际热交换面积，取0.8 m2。

将所有数据带入式（1）中，得出：N=76800 W。

这说明新增的水箱每小时能带走的热量为76800 W，单位换算为66064 kcal/h。查阅资料可得，片翅式水冷却器的热交换量为40000 kcal/h[5]。实际计算表明，新增水箱的换热效率要高于片翅式水冷却器，证实了冷却系统的改进是可行的。

4 星轮马达的改进

1）把M18×60螺栓更换为强度更高、适应性更强的螺栓。同时，在螺栓连接处加设垫片和涂抹保护层，使得螺栓的连接更加可靠。

2）增大螺栓孔径。经过试验验证，把分度圆直径由Φ310mm更改为Φ360mm。如此改进后的螺栓和螺孔可以承受高强度的作业环境而不脱落。

5 现场应用

沈阳煤业集团红阳三矿对从佳木斯煤矿机械有限公司订购的EBZ-200型掘进机进行了改进，主要对其冷却系统和星轮马达进行了部分改造，改造后将系统启动2 h，油温的升高在允许范围内，掘进机正常运行。此后，将两台新型掘进机投入到某煤业公司井下进行掘进试用。在这段试用的时间内，没有因为冷却系统和星轮马达的问题出现任何事故，提升了井下掘进的工作效率，完全避开了暂停降温这一工序，减少了拆卸马达、更换螺栓、加密封胶等以前必须进行的工作时间。与此同时，减少了液压油的使用和更换。同往期相比，每月少用液压油4桶，直接节省8000余元液压油的使用费用，间接节省螺栓的更换费用总计10000元。

6 结语

对EBZ-200掘进机改进后，提升了冷却水的使用率，避免了工作液被污染[6]；降低了因螺栓松动导致的星轮马达脱落事故发生的可能性。通过理论计算和实际应用，充分证明了对此型号的掘进机的改进是成功的，具有极大的推广价值。