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， 上海 200030)

0 引言

滚筒式采煤机在煤矿井下工作面采煤过程中，主要由升降摇臂来满足采高和卧底的要求，其功能需要由采煤机液压系统来完成。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，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。

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，采煤机液压系统结构如图2所示。图中采煤机油路系统的调高泵为齿轮泵，它以一定的排量为系统提供动力，阀组为电磁换向阀组合的形式。管路连接采用MT 79—1984煤矿快接标准，即快速插头和U形卡的结构形式，这种结构具有拆装方便的优点，成为井下综采工作面设备普遍采用的结构。

1-泵电机; 2-齿轮泵; 3-MT快接接头; 4-开关阀组; 5-粗过滤器。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，总体使用效果尚可，但使用过程中主要存在以下3方面的问题：

图2 采煤机液压系统结构

1) 胶管接头密封容易损坏，漏油。不同的工作面条件使用效果各异，在硬度较高或矸石含量较大的工作面，密封损坏频率较大，严重的甚至每天损坏数次。为了保证生产，工人有时会冒着齿轮泵因缺油而吸空的风险，在漏油的状态下工作。

2) U形卡断裂时有发生。快速接头的结构形式如图3所示，主要为U形卡串起胶管和接头。如果U形卡发生断裂，胶管瞬间就会断开，液压油会在短时间内被排出，齿轮泵也会相应吸空而烧掉，严重影响矿井生产。

3) 系统发生堵塞，调高不正常。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，检查结果是系统发生了堵塞。此类故障排查难度较大，一般会采取大面积更换零部件的措施才能解决，影响较为严重。

3 液压系统故障分析

针对上述故障情况发现，其采煤机液压系统在原理上不存在问题，但在如何避免系统油压冲击的考虑上略有欠缺。在液压系统不调高时，调高泵一直处于供油状态，油液基本无压力直接回油箱；而在采煤机调高时，电磁换向阀通电控制手液动换向阀动作，主控阀变到工作位置，工作管路瞬间接通，系统油液在很短时间内提高了工作压力。在这个过程中，各管路会出现明显的脉冲，最终作用于接头和U形卡。

如图3所示在快速接头的结构中，若要考虑到拆装方便，其U形卡在接头内设计上需存在一定的间隙，即满足压力较小且冲击不大的工作条件，比如水路系统。但使用在高压高冲击的液压系统中，当液压系统频繁调高时，U形卡会频繁受到振动和冲击，容易因冲击力过大而断裂或疲劳损坏，接头密封也会在冲击力作用下偏移继而损坏漏油。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，因现有的液压系统工作环境非常恶劣，且系统仅有一粗过滤器，过滤精度不高，所以系统发生堵塞跟油质有直接的关系。

1-MT标准接头; 2-U形卡; 3-胶管接头; 4-密封。

4 改进方法和实施方案

由以上分析得出，要提高采煤机液压系统的稳定性，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。通过分析研究，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，使工作阀阀芯产生位移，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。其流量与输入电流的关系如图4所示。

图4 电液流量比例阀电流-流量特性曲线

由图4可看出，阀组的输出流量受输入电流大小的控制，输入电流由小至大，相应的阀组输出流量由小变大，使液压系统平缓圆滑运行，这样就可避免常规手液动换向阀开口瞬间全开的状况，从而减少了系统的震动和冲击。

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，其由螺母、螺纹接头、卡套、定位环和弹性密封圈组成，通过螺母和螺纹接头拧紧，卡套和弹性密封圈密封。

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。

2) 密封性能好，且耐久性更强。

3) 耐腐蚀性能好。

4) 耐压性能有所提高。

5) 装配安全性能高。

4.3 提高过滤器精度

液压系统由于工作环境恶劣，在过滤精度不高的情况，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，同时提高过滤器的排量，避免吸油压力过大。

2) 在液压系统中增加高压过滤器，由于高压过滤器体积较大，因此要求原有液压系统需要有较大余量的安装空间。

5 改进后的系统结构

根据上述改进措施和实际空间条件，进行合理空间布置，制定液压泵站改进方案。

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，如图6所示。

1-泵电动机; 2-齿轮泵; 3-螺纹接头; 4-高压过滤器; 5-比例阀; 6-粗过滤器; 7-制动阀组。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，系统冲击小，接头可靠性高，不容易发生损坏漏油的现象，系统过滤精度高，可靠性较高。

6 结论

针对现有采煤机液压系统常见故障，从原理和结构上分析了故障原因，总结了提高液压系统稳定性需要解决的几个问题，提出了对应的解决方法，并制定了切实可行的方案，对采煤机液压系统设计和改进提供了参考，也为现场采煤工人提供了理论依据。