钻机式采煤机液压系统研究
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摘要： 针对进口钻煤机在矿井生产实际中存在的问题进行优化改进，解决缺点，提高进口钻煤机改造后液压系统的使用效率。
Abstract： According to the problems of imported drilling shearer in the actual coal mine production， this paper carries on optimization improvements， solves the weaknesses and improves the use efficiency of hydraulic system after the transformation of imported drilling shearer.
Key words： drilling shearer；hydraulic system；research
中图分类号：TD421 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）08-0086-02
1 概述
面对国际化大环境，工业日益发展，对石油、天然气、煤炭等资源的需求量愈来愈大，而这些资源属不可再生性资源，煤炭尤为突出，为提高煤炭资源的回收率，该钻机式采煤机是在引进国外螺旋钻采煤机的基础上，对其优化，汲取精华，在不损失其工作性能的情况下，使“洋机”完全实现国产化，研发而成的新一代螺旋钻机。
该机型总装机功率195kW，采用液压系统控制，机器外形尺寸4670×2930×1656mm，相对国外同功能钻机6572×3394×1730mm减小了许多；而国外钻机总装机功率为238.5kW，采用液压系统控制，但其结构设计相当复杂，且结构部件损坏，无法用国产件来代替，开采成本颇高，为降低生产成本，原材料的消耗。综合各方面的原因，促成了该钻机的研制。此套液压系统就是专为该钻机设计，其液压系统如图1所示。
2 设计原理
该系统由一台YBS型15kW电机经联轴器带动CY14-1B轴向柱塞泵工作，高压油经输油管向换向阀供油。经换向阀换向，向支持动作的各千斤顶及马达供油。当换向阀处于中位时，来油经换向阀和回油滤油器回油箱卸载。整个系统需要动作回路包含18条千斤顶和2台双向定量马达。根据操作工艺要求，各回路不同时工作，系统压力由先导溢流阀调定，各千斤顶为防止窜液和旁路在工作时卸荷，均装有不同规格型号液压锁。该系统包括：工作回路、辅助回路、支撑回路和停止（中位卸载回路）。执行机构的确定：动作机构除螺旋钻杆是靠两台90KW电动机带动两件摩擦式耦合器，将动力传向两台减速机，带动螺旋钻杆旋转和两台液压马达能够微动调节钻杆旋转外，其它执行机构均作往复直线运动，由单活塞液压千斤顶直接驱动。
工作回路即推进油缸实现自动推进或自动后退油路。推进油缸实现动作，在工作过程中液压油进入推进油缸缸腔，需油量较多，因而采用大流量液压锁（60L/min），且系统压力已定，推进速度要求1～2m/min，速度要求相对较慢，因而对速度的平稳性要求较高，因此采用回路节流调速回路，即有调速阀12来控制推进油缸前进和后退的快慢。推进油缸后退时是液压油进入活塞杆腔，相对缸腔空间体积较小，因而前进速度相对后退速度慢。
辅助回路即实现换接钻杆给换接钻杆创造可换接环境的油路。工艺要求其不工作时，处于停止状态，对其定位要求不高，因而采用中位回油机能为M型的手动换向阀。钻杆的微动调整通过安装在减速机上的液压马达来实现，且马达旋向可逆，（两组马达可实现互换），由于马达是安装在减速机上的，钻机旋转时，马达随机器一起高速旋转，造成系统压力油温升过高，易损坏系统各处密封和马达；为保护马达故在马达和减速机之间增加超越离合器，以实现减速机旋转时马达不随减速机旋转。
支撑回路即实现钻机随煤层变化倾斜调整稳定钻机的油路。在乌克兰原有基础上增加了一对防滑千斤顶。
3 系统工作特点
3.1 系统中各电磁换向阀工作状态：如表1。
3.2 钻机工作状态 由液压原理图和该表中所标电磁阀在不同工作状态可以看出各电磁换向阀的通断情况和该系统的工作状况。该系统在正常工作时，运行机理如下：泵3吸油经单向阀6电磁换向阀YA1（接通）电磁换向阀YA4（接通）调速阀12梭阀13液压锁18推进主千斤顶活塞杆腔（辅助千斤顶缸腔）钻机钻进；泵3吸油经单向阀6电磁换向阀YA1（接通）电磁换向阀YA5（接通）调速阀12梭阀13液压锁18推进主千斤顶缸腔（辅助千斤顶杆腔）钻机后退。钻机的钻进速度由调速阀12进行调节。这时由先导式安全溢流阀7来进行过载保护。压力调定为16Mp（压力调定是由转换开关拨至“支撑”位置，操作支撑千斤顶或调斜千斤顶任意一回路使之处于满载状态，经先导式溢流阀调定最大压力值为16Mp；然后，将转换开关拨至“辅助”位置，操作辅助系统中任意一个千斤顶使之处于满载状态，经先导式卸荷溢流阀调定系统压力到16Mp，即整个系统在正常工作时即使达到最大压力16Mp，但不会超过16Mp多余压力经卸荷溢流阀直接回油箱）。
3.3 钻机调度状态 调度状态包含支撑、辅助两种状态。
3.3.1 支撑状态含调斜、支撑和防滑三个操作部位。当钻机到达指定工作位置，需要根据煤层变化调整钻机钻进位置。这时，把钻机前操作台上电控箱上的转换开关拨至“支撑”位置，电磁换向阀YA2接通，阀芯上移，油流方向为：泵3单向阀6电磁换向阀YA2多路换向阀14。
通过此油流方向可以实现支撑、调斜和防滑的各千斤顶的操作。当不需要操作时，多路阀手柄处于中间位置，压力油经阀中位回油箱，油泵卸载。由于处于支撑状态时的各动作千斤顶的定位要求比较高，故多路阀14采用的是中位回油机能是Y型阀，其压力保护是通过先导式安全溢流阀7来保护的。支撑千斤顶的作用是稳定钻机在巷道中；调斜千斤顶的作用是调整钻机沿煤层钻进；防滑千斤顶的作用是防止钻机在钻进过程中钻机发生移动。
3.3.2 辅助状态含一组风筒动作、一组托钻动作、一组手动推进动作、两组抱爪动作和两组微调动作五个部位的操作。为防止线路零乱多采用集成化布置。托钻千斤顶与手动推进共用一组集成块，微调马达1与抱爪千斤顶1共用一组集成块，微调千斤顶2、抱爪千斤顶2和微调马达2共用一组集成块。当进行辅助操作时，操作台电控箱转换开关应拨至“辅助”位置。这时，电磁阀YA1、YA3接通。其油流顺序为：泵3单向阀6YA1YA3支持各千斤顶动作的各集成块和手动操作阀。
①托钻。钻机钻进一节钻杆后，操作托钻手动操作阀，使托钻千斤顶动作夹紧钻杆自动锁使之打开，退机钻杆与主机脱离。②手动推进。钻机在装卸钻杆时，为操作调节方便，自动推进钻机钻进速度有流量调节阀（调速阀12）控制，根据不同煤质选取不同钻进速度，故而较慢。③抱爪（卡钻），共两组。在钻机退钻杆时用。当手动操作推进油缸退到钻机尾部时，操作抱爪千斤顶手动操作阀，抱爪千斤顶收缩（夹紧钻杆自动锁）起到钻杆与减速机输出轴脱离的作用。④风筒动作。是为了消除钻杆间隙，起到装卸钻杆时退出或拉紧的作用而设计的一组千斤顶。与执行辅助动作的各千斤顶马达共用一组油路，当风筒千斤顶动作时，其余各动作机构操作阀都处于中位。⑤微调马达。是为对接或拆卸钻杆，转动钻杆自动锁方向而设计的两组调整机构。它代替了原先微调千斤顶和微调轮。减少了事故的发生，增强了安全性。⑥此油路安装了一套蓄能器，是为了保证能够有源源不断的稳定压力提供给整个系统，对整个系统压力起到一定的补偿作用。在系统存在漏油时，对系统备压能够及时卸荷回油箱。⑦辅助操作时，整个辅助系统是靠卸荷阀9来保护。所有机构不动作时，手动换向阀阀芯都处于中间位置，油泵来油经换向阀15回油箱卸载。
4 总结
改进后的采煤机液压系统性能保持了设备的稳定性，设备零部件的更换的生产实现了国产化。通过使用单位的信息回馈，确定其性能稳定可靠，操作简洁，故障率降低低，易于生产维护，提高了用户在生产使用过程中的使用效率，此钻机的项目改造有推广应用价值。
参考文献：
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