懸臂式掘進(jìn)機(jī)油箱冷卻裝置的設(shè)計(jì)

□ 李忠豹

三一重型裝備有限公司 沈陽 110027

1 設(shè)計(jì)背景

懸臂式掘進(jìn)機(jī)是集切割、裝運(yùn)、行走為一體的隧道掘進(jìn)設(shè)備,依靠其價(jià)格低、效率高、井下作業(yè)靈活等優(yōu)點(diǎn)、越來越多地應(yīng)用于礦產(chǎn)開采和各種工程建設(shè)中。懸臂式掘進(jìn)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由切割機(jī)構(gòu)、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及除塵噴霧系統(tǒng)等組成。其中,液壓系統(tǒng)是關(guān)鍵組件,為各部件的動作提供動力,它的性能好壞直接影響懸臂式掘進(jìn)機(jī)的性能。

液壓系統(tǒng)作為懸臂式掘進(jìn)機(jī)的重要組成部分,其功率損失幾乎全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?造成液壓油溫度升高。液壓油溫度過高會加速油液氧化變質(zhì)、引起液壓元件損壞,甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)液壓系統(tǒng)崩潰。所以液壓油的冷卻非常重要,高效快速的冷卻方式,不但可以延長液壓油的使用壽命,還可以提高液壓系統(tǒng)的工作效率。

2 液壓油常規(guī)冷卻方式

液壓油的冷卻一般有水冷和風(fēng)冷兩種方式,大多數(shù)掘進(jìn)機(jī)液壓油的冷卻采用水冷方式,通過液壓油和冷卻水的熱量交換來實(shí)現(xiàn)。目前大部分掘進(jìn)機(jī)是在油箱之外設(shè)置一組板翅式冷卻器對液壓油進(jìn)行冷卻,但是由于懸臂式掘進(jìn)機(jī)的結(jié)構(gòu)比較緊湊,機(jī)身上空間有限,使外置冷卻器的數(shù)量和大小受到限制,影響了液壓油的冷卻效果。

少數(shù)懸臂式掘進(jìn)機(jī)采用油箱內(nèi)置蛇形冷卻器進(jìn)行液壓油冷卻,在油箱的上蓋板下放置蛇形冷卻器,蛇形冷卻器豎立放置,冷卻器的進(jìn)水口和出水口在油箱的上蓋板上面,結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于在油箱內(nèi)液壓油的液面與上蓋板之間存在一定的空間,使蛇形冷卻器部分暴露在空氣中的管路容易產(chǎn)生冷凝水。蛇形冷卻器是通過持續(xù)的冷水流動對油液進(jìn)行冷卻的,所以在油箱蓋板上的進(jìn)水口和出水口周圍會形成一定范圍的冷影響區(qū),在油箱蓋板下面的冷影響區(qū)也容易生成冷凝水。冷凝水一旦進(jìn)入液壓油,容易導(dǎo)致液壓油的變質(zhì),從而影響到整個(gè)液壓系統(tǒng)的性能,進(jìn)而降低懸臂式掘進(jìn)機(jī)的工作效率。

圖1 原懸臂式掘進(jìn)機(jī)油箱冷卻裝置結(jié)構(gòu)

3 新型冷卻裝置

為了既提高懸臂式掘進(jìn)機(jī)液壓油的冷卻效率,又避免油箱內(nèi)部蛇形冷卻器冷卻管路產(chǎn)生冷凝水而損壞液壓油,筆者設(shè)計(jì)了一種新的油箱內(nèi)置臥式蛇形冷卻器裝置對液壓油進(jìn)行冷卻,結(jié)構(gòu)如圖2所示。這種冷卻方式使蛇形冷卻器管路完全浸沒在油液中,避免與空氣接觸,在很大程度上提高了液壓油的冷卻效率,并可以保證懸臂式掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。

3.1 新型冷卻裝置實(shí)施方式

懸臂式掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)的油箱帶有圓形或方形的清理孔,是方便工作人員對油箱內(nèi)部進(jìn)行清理維護(hù)的入口。新型冷卻裝置是在清理孔端蓋上預(yù)先留有兩個(gè)尺寸和結(jié)構(gòu)相同的進(jìn)水口和出水口,清理孔端蓋水口結(jié)構(gòu)如圖3所示。端蓋內(nèi)部為一個(gè)內(nèi)外接頭,一端與清理孔端蓋內(nèi)側(cè)密封連接,另一端與蛇形冷卻器的水口密封連接。端蓋外部為一個(gè)對接接頭,一端與端蓋外側(cè)密封連接,另一端與外接冷卻水

圖2 新型懸臂式掘進(jìn)機(jī)油箱冷卻裝置結(jié)構(gòu)

圖3 清理孔端蓋水口結(jié)構(gòu)

管密封連接。

新型冷卻裝置將蛇形冷卻器安裝在油箱清理孔的端蓋上,如圖4所示。安裝后,蛇形冷卻器完全浸沒在液壓油中,蛇形冷卻器端部放在油箱內(nèi)部的支撐架上。支撐架為固定在油箱底板的內(nèi)部支架,主要作用是保持蛇形冷卻器穩(wěn)定,避免因懸臂式掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)的振動而引起蛇形冷卻器晃動。由于蛇形冷卻器的管路和端蓋內(nèi)側(cè)的冷影響區(qū)不與空氣接觸,不會產(chǎn)生冷凝水而使液壓油變質(zhì)。

3.2 新型冷卻裝置實(shí)施要點(diǎn)

新型冷卻裝置中的蛇形冷卻器要根據(jù)液壓系統(tǒng)冷卻需求以及油箱實(shí)際體積來選擇尺寸,蛇形冷卻器的外形根據(jù)油箱具體結(jié)構(gòu)和大小而定,可以是圓柱體,也可以是長方體,首要是保證冷卻效果達(dá)到要求。設(shè)計(jì)油箱之初,要充分考慮各種影響因素,保證懸臂式掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)蛇形冷卻器始終浸沒在液壓油中。做好油箱端蓋與油箱、進(jìn)出水口與蛇形冷卻器之間的密封,避免油水混合現(xiàn)象發(fā)生。

3.3 新型冷卻裝置優(yōu)點(diǎn)

新型冷卻裝置采用蛇形冷卻器對液壓油進(jìn)行冷卻。蛇形冷卻器具有結(jié)構(gòu)簡單、冷卻效率高、價(jià)格低

圖4 蛇形冷卻器與端蓋連接結(jié)構(gòu)

廉并能承受高壓等優(yōu)點(diǎn),且蛇形冷卻器的冷卻管材質(zhì)為銅管,可以增強(qiáng)蛇形冷卻器的耐腐蝕性,延長蛇形冷卻器的使用壽命。蛇形冷卻器整體浸沒在油液中,冷卻接觸面積大,冷卻效果明顯。

懸臂式掘進(jìn)機(jī)大多在井下作業(yè),對整機(jī)尺寸有一定的要求,所以掘進(jìn)機(jī)機(jī)身空間有限。新型冷卻裝置在油箱內(nèi)部,不占用機(jī)身空間,可為其它元件的布置節(jié)省一定的空間。

蛇形冷卻器可以和清理孔端蓋一起拆卸拿出油箱,不影響對油箱內(nèi)部進(jìn)行清理和維護(hù)。蛇形冷卻器也可和端蓋分開,方便更換和維修,在很大程度上提高了清理和維護(hù)油箱的效率,既方便又快捷。

4 結(jié)束語

新型冷卻裝置有效地提高了懸臂式掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)的冷卻效率,避免了因油箱產(chǎn)生冷凝水而使油液變質(zhì)。新型冷卻裝置節(jié)省懸臂式掘進(jìn)機(jī)的布置空間,也方便油箱和蛇形冷卻器的維修和更換。這一形式的設(shè)計(jì)應(yīng)用也可為其它液壓系統(tǒng)的冷卻提供參考和借鑒。