污染控制對礦用掘進機的穩(wěn)定性研究

吳三亮

隨著我國煤礦機械化的發(fā)展趨勢的發(fā)展，煤礦機械化程度成為了衡量煤礦企業(yè)發(fā)展水平的重要支撐。而機械化程度主要依托于煤礦設(shè)備的機械化水平，減少對人力的依賴。我國現(xiàn)如今煤礦機械化水平已達到世界先進水平，不足之處在于對大型機械的故障控制和提高機械的穩(wěn)定性。

1 研究背景和液壓系統(tǒng)介紹

在懸臂式掘進機正常生產(chǎn)推進中，液壓系統(tǒng)的眾多元器件動作頻繁復(fù)雜，對液壓油的損耗較嚴重，并且煤礦井下的環(huán)境非常惡劣，諸如粉塵、潤滑油都會造成系統(tǒng)的污染導(dǎo)致的故障，并且因為液壓元件都處于密封殼體內(nèi)，在發(fā)生故障的時候不容易被發(fā)現(xiàn)，所以說液壓系統(tǒng)的清潔基本保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以說對液壓系統(tǒng)的污染控制是系統(tǒng)可靠性的基本保障。

液壓系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、反應(yīng)快捷、有很好的過載保護性能等優(yōu)勢，基本參與了掘進機所有的工作動作（伸縮、升降、驅(qū)動等）。液壓系統(tǒng)主要由油箱、過濾器、各種閥體、冷卻器、液壓馬達和缸體等組成一系列的液壓元件組成了整個液壓系統(tǒng)。

2 液壓系統(tǒng)液壓污染的來源

據(jù)統(tǒng)計，造成懸臂式掘進機的液壓系統(tǒng)故障的原因中，系統(tǒng)污染占到百分之七十五。對液壓系統(tǒng)的污染進行控制可以大大提高系統(tǒng)的可靠性。造成液壓系統(tǒng)污染的原因有許多方面的原因，比如設(shè)備本身的缺陷、使用不不當、工作環(huán)境的惡劣與特殊等等，找到污染來源就是首先需要解決的問題。根據(jù)污染源的來源可以大致可分為以下幾點。

（1）殘余污染源：在液壓系統(tǒng)的出廠生產(chǎn)和運輸過程中會由于不注意或者技術(shù)原因?qū)е孪到y(tǒng)的污染，在系統(tǒng)發(fā)生故障后，在維修過程中會導(dǎo)致一些廢棄物的侵入，特別是維修過程中維修設(shè)備上的潤滑油等會沾染到液壓系統(tǒng)中從而導(dǎo)致污染。

（2）侵入污染源：如圖1所示，在生產(chǎn)推進過程中，由于掘進機是高負載機械，會有強烈的震蕩，且會有巖石的飛濺使液壓系統(tǒng)的密封殼體結(jié)構(gòu)受到損傷，從而導(dǎo)致飛濺的巖石、潤滑油侵入液壓系統(tǒng)中去，長時間的積累必將導(dǎo)致系統(tǒng)的故障。這個過程在眾多污染源中是最普遍，危害最大的。

圖1 異物侵入液壓系統(tǒng)的途徑

（3）內(nèi)部后期生成的污染源：由于掘進機在工作時受到的負載和沖擊載荷特別大，會放出很多熱量，液壓油在一定程度下受熱會發(fā)生氧化反應(yīng)，生成其他廢液導(dǎo)致污染；并且密閉缸體在受熱時也會發(fā)生氧化銹蝕，由于震蕩摩擦而從缸體內(nèi)壁上剝離下來的的金屬氧化物進入液壓油中也會污染液壓系統(tǒng)。

污染物狀態(tài)主要有固體顆粒、水、空氣。以上三個類型的污染源涵蓋了這三個狀態(tài)，形成這些污染物的原因主要有密封殼體的破損、密封圈的變形老化、維修不當、冷卻裝置的效率低下等原因。

3 系統(tǒng)污染的危害

污染會造成液壓系統(tǒng)工作環(huán)境的惡化，使原件受到損傷，降低液壓系統(tǒng)的可靠性，液壓油的污染主要會造成閥體卡死、堵塞過濾器、氣蝕等故障。其中最嚴重的是固體顆粒物的污染，會直接對液壓系統(tǒng)造成打擊，造成密閉性變差加劇污染的侵入、磨損導(dǎo)致減短元件壽命。液體（水）會稀釋液壓油，加劇油的乳化，降低油性能。氣體（空氣）會使密閉腔體形成“氣塞”導(dǎo)致液體連續(xù)性降低，液壓系統(tǒng)反應(yīng)靈敏度降低。溫度會導(dǎo)致油的粘性升高導(dǎo)致泵吸油困難。還會導(dǎo)致油變質(zhì)。

4 實現(xiàn)液壓系統(tǒng)污染控制的分析與解決方案

如圖2中液壓系統(tǒng)的基本構(gòu)成所示，對于污染控制本文通過兩個方面來展開研究，一方面是通過隔離，稱之為預(yù)防，即通過更好地密封殼體和密封墊圈將污染源隔離到系統(tǒng)之外，還有就是通過良好的散熱系統(tǒng)來控制系統(tǒng)過熱導(dǎo)致的影響；另一方面是通過分離，稱之為治療，即通過過濾裝置將已經(jīng)混入液壓油中的污染物剔除，主要依靠于液壓過濾器來實現(xiàn)。

圖2 液壓過濾器系統(tǒng)簡圖

（1）污染物的隔離：液壓系統(tǒng)和外界是通過密封殼體隔離開的，由于井下工作環(huán)境惡劣，殼體容易受潮腐蝕或者受外物劃傷從而密封失效，所以采用高強度、耐腐蝕的殼體材料可以有效降低這種風(fēng)險的幾率。再者，密封圈是橡膠產(chǎn)品，容易在高頻率的負載運動中老化變形，從而失效，所以選用特殊處理的密封圈可以有效解決這一問題。在液壓系統(tǒng)的乳化液泵站上安裝散熱裝置可有效降低因為超載導(dǎo)致的過熱帶來的不利影響。這個過程稱之為預(yù)防。

（2）污染物的分離：這個過程是控制系統(tǒng)污染的最后一道防線，主要依托于過濾器，重點對它展開研究。過濾器有幾個重要參數(shù)需要控制，過濾精度（決定過濾質(zhì)量）、納污能力、抗腐蝕抗沖擊能力。應(yīng)該多精度多層次安裝過濾器，在吸油路、回油路和壓力回路上都合理安裝過濾器，多點共同作用。有個原則，出油路上的過濾器精度要高于回油路。

（3）通過大量實踐與研究數(shù)據(jù)表明，油箱越小，對液壓系統(tǒng)的污染控制越好，之前存在一個思維誤區(qū)，污染物進入油箱后溫度下降會有污染物沉淀，所以油箱越大，溫度散失越快，污染物沉淀也快。一個液壓系統(tǒng)的流量是一定的，在不同油箱體積下VQ的值和液壓油的進化能力是有關(guān)的，如圖3所示。

圖3 容積與流量比與凈化能力的對比曲線圖

由圖3可以看出VQ的值越大污染物凈化越慢。所以為了提高油箱里油的自凈能力，要在不影響系統(tǒng)需要的前提下選用體積盡量小的油箱。

5 總結(jié)

在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，采用合理的設(shè)備元件和方法可以有效地實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的污染控制，提高懸臂式掘進機的穩(wěn)定性和可靠性是本文主要研究與論述的本質(zhì)和訴求。本文提出問題，討論問題的危害性，解決問題的研究并提出實用性較高，在實際中切實可行的方案。即（1）提高密封性和油箱的冷卻；（2）優(yōu)化過濾器，實現(xiàn)多層次過濾；（3）合理縮小油箱體積，提高液壓油自凈能力。