□ 李忠豹

三一重型装备有限公司 沈阳 110027

1 设计背景

悬臂式掘进机是集切割、装运、行走为一体的隧道掘进设备,依靠其价格低、效率高、井下作业灵活等优点、越来越多地应用于矿产开采和各种工程建设中。悬臂式掘进机内部结构主要由切割机构、装运机构、行走机构、液压系统、电气系统及除尘喷雾系统等组成。其中,液压系统是关键组件,为各部件的动作提供动力,它的性能好坏直接影响悬臂式掘进机的性能。

液压系统作为悬臂式掘进机的重要组成部分,其功率损失几乎全部转变为热量,造成液压油温度升高。液压油温度过高会加速油液氧化变质、引起液压元件损坏,甚至会导致整个液压系统崩溃。所以液压油的冷却非常重要,高效快速的冷却方式,不但可以延长液压油的使用寿命,还可以提高液压系统的工作效率。

2 液压油常规冷却方式

液压油的冷却一般有水冷和风冷两种方式,大多数掘进机液压油的冷却采用水冷方式,通过液压油和冷却水的热量交换来实现。目前大部分掘进机是在油箱之外设置一组板翅式冷却器对液压油进行冷却,但是由于悬臂式掘进机的结构比较紧凑,机身上空间有限,使外置冷却器的数量和大小受到限制,影响了液压油的冷却效果。

少数悬臂式掘进机采用油箱内置蛇形冷却器进行液压油冷却,在油箱的上盖板下放置蛇形冷却器,蛇形冷却器竖立放置,冷却器的进水口和出水口在油箱的上盖板上面,结构如图1所示。由于在油箱内液压油的液面与上盖板之间存在一定的空间,使蛇形冷却器部分暴露在空气中的管路容易产生冷凝水。蛇形冷却器是通过持续的冷水流动对油液进行冷却的,所以在油箱盖板上的进水口和出水口周围会形成一定范围的冷影响区,在油箱盖板下面的冷影响区也容易生成冷凝水。冷凝水一旦进入液压油,容易导致液压油的变质,从而影响到整个液压系统的性能,进而降低悬臂式掘进机的工作效率。

图1 原悬臂式掘进机油箱冷却装置结构

3 新型冷却装置

为了既提高悬臂式掘进机液压油的冷却效率,又避免油箱内部蛇形冷却器冷却管路产生冷凝水而损坏液压油,笔者设计了一种新的油箱内置卧式蛇形冷却器装置对液压油进行冷却,结构如图2所示。这种冷却方式使蛇形冷却器管路完全浸没在油液中,避免与空气接触,在很大程度上提高了液压油的冷却效率,并可以保证悬臂式掘进机液压系统工作的稳定性。

3.1 新型冷却装置实施方式

悬臂式掘进机液压系统的油箱带有圆形或方形的清理孔,是方便工作人员对油箱内部进行清理维护的入口。新型冷却装置是在清理孔端盖上预先留有两个尺寸和结构相同的进水口和出水口,清理孔端盖水口结构如图3所示。端盖内部为一个内外接头,一端与清理孔端盖内侧密封连接,另一端与蛇形冷却器的水口密封连接。端盖外部为一个对接接头,一端与端盖外侧密封连接,另一端与外接冷却水

图2 新型悬臂式掘进机油箱冷却装置结构

图3 清理孔端盖水口结构

管密封连接。

新型冷却装置将蛇形冷却器安装在油箱清理孔的端盖上,如图4所示。安装后,蛇形冷却器完全浸没在液压油中,蛇形冷却器端部放在油箱内部的支撑架上。支撑架为固定在油箱底板的内部支架,主要作用是保持蛇形冷却器稳定,避免因悬臂式掘进机工作时的振动而引起蛇形冷却器晃动。由于蛇形冷却器的管路和端盖内侧的冷影响区不与空气接触,不会产生冷凝水而使液压油变质。

3.2 新型冷却装置实施要点

新型冷却装置中的蛇形冷却器要根据液压系统冷却需求以及油箱实际体积来选择尺寸,蛇形冷却器的外形根据油箱具体结构和大小而定,可以是圆柱体,也可以是长方体,首要是保证冷却效果达到要求。设计油箱之初,要充分考虑各种影响因素,保证悬臂式掘进机工作时蛇形冷却器始终浸没在液压油中。做好油箱端盖与油箱、进出水口与蛇形冷却器之间的密封,避免油水混合现象发生。

3.3 新型冷却装置优点

新型冷却装置采用蛇形冷却器对液压油进行冷却。蛇形冷却器具有结构简单、冷却效率高、价格低

图4 蛇形冷却器与端盖连接结构

廉并能承受高压等优点,且蛇形冷却器的冷却管材质为铜管,可以增强蛇形冷却器的耐腐蚀性,延长蛇形冷却器的使用寿命。蛇形冷却器整体浸没在油液中,冷却接触面积大,冷却效果明显。

悬臂式掘进机大多在井下作业,对整机尺寸有一定的要求,所以掘进机机身空间有限。新型冷却装置在油箱内部,不占用机身空间,可为其它元件的布置节省一定的空间。

蛇形冷却器可以和清理孔端盖一起拆卸拿出油箱,不影响对油箱内部进行清理和维护。蛇形冷却器也可和端盖分开,方便更换和维修,在很大程度上提高了清理和维护油箱的效率,既方便又快捷。

4 结束语

新型冷却装置有效地提高了悬臂式掘进机液压系统的冷却效率,避免了因油箱产生冷凝水而使油液变质。新型冷却装置节省悬臂式掘进机的布置空间,也方便油箱和蛇形冷却器的维修和更换。这一形式的设计应用也可为其它液压系统的冷却提供参考和借鉴。