采煤机外喷雾增压装置的设计研究

1 项目概况

西山煤电集团官地矿位于西山煤田，是一座已有60年开采历史的大型现代化生产矿井。当前该矿22608、22417等工作面主要是采用的DY-150型采煤机来进行生产。为实现降尘和冷却作业，在该采煤机的摇臂上安装有外喷雾装置，利用截割电机和牵引电机的冷却水通过安装在左、右摇臂上的两个喷嘴来实现喷雾降尘。喷嘴型号为PZB2.5/70。在生产过程当中，发生外喷雾装置的水压力不够，常发生喷嘴被环境粉尘堵塞的现象，从而造成开采过程的降尘效果不佳，粉尘浓度达不到标准。基于该种情况，应该提高外喷雾装置喷嘴的喷雾压力，化解喷雾被堵塞的问题，保障喷雾降尘的效果。

2 内置式外喷雾自动增压装置结构的设计

查询相关文献资料，结合采煤机工作的环境情况发现，外置式的喷雾装置存在着一定的不足，外置式喷雾装置会造成采煤机摇臂安全拥挤，外置式喷雾装置的磨损度会大大增加[1]。这两点都不利于外置式喷雾装置的长久应用。因此内置式外喷雾自动增压装置的设计可以解决喷嘴堵塞的情况，可以有效解决存在的相关问题。内置式外喷雾自动增压装置的结构如图1所示。

从图1可知，该内置式外喷雾自动增压装置主要包括双联齿轮泵、泵马达、二位三通阀、调高阀组，油管管路等部件。在增压系统中的油池内使用的N100抗磨液压油，液压油的黏度为46～100 mm2/s之间；在油池下部区域安装过滤器，过滤器同齿轮泵进行连接；抗磨液压油从油池出发，经过滤器过滤后，输送到调高阀组和油路阀组；油路阀组的两侧分别连接油池和二位三通阀；二位三通阀上部连接回油池和泵马达，端部连接水路胶管，同时检测水路胶管中外喷雾水的存在情况。泵马达连接二位三通阀和水路阀组，液压油驱驭动泵马达将喷雾水进行增压作业，同时高压水会从水路胶管处输送到摇臂区域的喷嘴，实现喷雾降尘作业。这是整个内置式外喷雾自动增压装置的结构和原理。高压水会使得喷嘴处的粉尘无法堵塞喷嘴，可以有效实现喷雾降尘作业，提高降尘效果[2-3]。

图1 内置式外喷雾自动增压装置的结构图

1—左摇臂；2—采煤机；3—喷雾水；4—油池；5—过滤器；6—右牵引部；7—右摇臂；8—喷嘴；9—水管管路；10—二位三通阀；11—调高阀组；12—油管管路；13—双联齿轮泵；14—泵马达；15—水路阀组；16—油路阀组

3 内置式外喷雾自动增压装置核心零部件的设计分析

3.1 双联齿轮泵

内置式外喷雾自动增压装置采用的双联齿轮泵的结构如下页图2所示，该双联齿轮泵主要包括主动齿轮、轴承座、轴承套、花键套、后泵主动齿轮轴等组成。是一种浮动轴套型轴向间隙自动补偿。该双联齿轮泵采用输入花键轴与传动轴输出端的花键套进行安装连接，传动轴的另一端与分动箱取力器输出端连接。技术参数：传动夹角为5°；最高转速为1 300 r/min；排量为 25 mL/r；额定压力为 20 MPa；容积效率≥90%，额定转速为2 000 r/min。

在工作过程中，双联齿轮泵的齿轮泵通过传动轴带动齿轮副啮合，组成连续的吸排油工作过程。为了能保障喷雾高压水的形成，齿轮周边必须要有密闭环境，齿轮的齿顶和壳体内孔表面间及齿轮端面和盖板间间隙很小，而且啮合齿的接触面进行接触紧密，起到相应的隔开及密封效果。

图2 双联齿轮泵的结构示意图

图3 二位三通阀简图

1—弹簧；2—阀体；3—阀杆；4—水孔

3.2 泵马达

泵马达装置主要是将马达与水泵两个部件进行直联，组成一个整体装置。这样从外观来看泵马达装置结构紧凑，体积小，两者连为一体，中间没有管路进行连接。该装置采用的柱塞水泵结构，包括缸体、泵体、调压阀等部件。从图1可知，液压油从管路进入到泵马达部件后，就会驱动马达对水泵做功，从而水泵就会对流入的喷雾水进行做功，实现了喷雾水的增压作业，增压后的喷雾水从出口流出，到达喷嘴，实现高压喷雾作业。在泵马达装置当中出水压力明显高于进水压力，对于泵马达装置的选型可以根据喷雾装置喷嘴的流量、喷水压力、齿轮泵排量进行综合设计[4-5]。

3.3 二位三通阀

在置式外喷雾自动增压装置的设计当中采用了二位三通阀部件，结构示意图如图3所示，主要是包括水孔、阀杆、阀体和弹簧四个部分。该部件在紧固螺钉的作业下让其固定在右牵引部壳体上。如图3所示，当喷雾水经水孔进入二位三通阀后，喷雾水压力大于阀门开启压力后就会推动阀杆克服弹簧力移动，阀体上靠右的相邻2个阀体环形槽由阀杆上的阀杆右侧环形槽连通，连接油路阀组和泵马达的油口连通，来自双联齿轮泵的液压油进入泵马达。当喷雾水压力小于阀门压力时，无法开启阀门，齿轮泵液压油回到油池。二位三通阀的应用可以有效实现喷雾装置喷嘴高压降尘作业的自动化操作。

4 实践应用情况分析

设计完成后，将内置式喷雾增压装置安装在DY-150型采煤机上。并在官地矿22608、22417工作面进行了实践应用及效果的观察。从观察情况来看，内置式喷雾增压装置的增压效果明显，能有效实现外喷雾装置的喷雾降尘作业，喷雾装置喷嘴的堵塞问题，得到了有效的解决。对粉尘浓度进行检测，结果表明该内置式喷雾增压装置的应用，使得外喷雾装置的喷雾效果得到了提高，粉尘浓度降低效果明显，达到了环保标准[6]。

5 结论

1）设计的内置式外喷雾增压装置的核心零部件都被布置于机体内部，不会因受到外界环境影响而被过度磨损。布置结构合理，不会增加相应的管路外铺，为装置的安装应用提供了条件。

2）在设计内置式外喷雾增压装置时采用了双联齿轮泵，双联齿轮泵的应用有效实现了调高油路和制动回路的动力液压油的提供，同时又为该内置式外喷雾增压装置提供了动力液压油，无需另外增加动力液压油动力系统。

3）内置式外喷雾增压装置当中，外喷雾水的二头分别连接着泵马达和二位三通阀，该二位三通阀内的阀杆在水路胶管检测到有外喷雾水时，就会滑到相应的阀位，液压油进入到泵马达进行作业，对流经的外喷雾水进行增压作业，增压后外喷雾水流出到喷嘴进行喷雾降尘作业。当在水路胶管检测当中没有外喷雾水的存在时，阀杆复位，液压油返回油池，泵马达停止作业，不会发生泵马达空转的现象。二位三通阀的设计应用有效实现了采煤机外喷雾装置喷嘴的高压降尘作业的自动化操作。