摘要：本文分析了掘进机产生爬行的影响、执行元件爬行的根源，以及爬行影响的理论因素，最后采取应对掘进机爬行的技术措施，即可尽力消除爬行现象的产生极其对掘进机的危害和影响。
关键词：煤矿井下；悬臂式掘进机；液压元件；爬行现象；消除措施
引言：
煤炭行业自从上世纪六十年代开始，煤矿随着采掘机械化的全面推进，对悬臂式掘进机的研制和应用也伴随着进入煤矿。当初主要是以切割功率为30～50kW的小型掘进机为主，现如今切割功率都在300kW以上了。而大功率掘进机，体积也相对增大，自重由2O-30t已扩展到100t以上。随着掘进机自重的增加，其各回转部件连接处的摩擦运动副，它对掘进机运转的影响也增加了。本来原小型掘进机上未出现的执行元件爬行现象，如今却在大型掘进机上出现了。因此，为了减少悬臂式掘进机执行元件的爬行现象及其增强掘进机的系统稳定性，就要首先对回转液压缸进行受力分析，明确导致回转液压缸爬行现象产生的原因，然后通过调整系统参数，以解决回转液压缸的爬行现象。
1 掘进机产生爬行的影响
掘进机运转的液压系统中，当液压缸或液压马达在低速运转状态时，容易产生时断时续速度不均匀的运动现象，此称之为爬行。而悬臂式掘进机执行元件出现的爬行现象，就是一种危害性很大的不良现象。由于执行元件的爬行，从而导致了液压系统产生了很大的液压冲击，进而引起液压软管爆裂，以致于多路换向阀、液压泵和马达的损坏。对于此类的执行元件的爬行现象，若不能及时有效加以解决，那么会对悬臂段产生巨大的冲击，从而会导致掘进机机架变形、断裂事故的发生。
2 掘进机执行元件爬行的根源
现以典型的悬臂式掘进机回转液压缸(图1)为例，详细分析其爬行的主要原因。液压系统正常工作时，当液压油进入回转液压缸A腔、B1腔时，因活塞密封的摩擦力、活塞杆摩擦力和所铰接的掘进机悬臂段回转台所产生的摩擦力，致使液压缸不会立即运动。不考虑工作负载的情况下，这就要克服各个运动副的静摩擦力后，右液压缸则缩回，左液压缸则伸出，这才能带动回转台和悬臂段右旋。A腔、B1腔的压力在逐渐上升的过程中，其A腔、B1腔液压油和其中的微小空气泡则被不断压缩并积蓄能量，这样直到两回转缸液压缸活塞所受推力大于静摩擦阻力时候，其回转液压缸才能带动回转台和悬臂段进行向右回转运动。而这时静摩擦力变为动摩擦力。因动摩擦力低于静摩擦力，所以在活塞所受推力与动摩擦力之差的作用之下，活塞突然被加速，并带动悬臂段回转台快速回转。而此时A腔、B1腔的油压也随之降低，其混入油液中的压缩空气因油压降低迅速释放能量，这就加速了悬臂段回转台的快速回转。再说，悬臂段和回转台因质量很大，快速回转的惯性也导致了B腔、A1腔的油液排油阻力加大。同时，B腔、A1腔油液中的小气泡空气也突然压缩，致使悬臂段又被制动。待A腔、B1腔工作压力继续上升，推动活塞的力又大于静摩擦力时候，悬臂段才能再次回转。重复地发生悬臂段加速旋转和停止，这就是产生的所谓回转油缸的爬行现象。此也说明了产生爬行现象的具体根源所在了。
3 掘进机爬行影响的理论因素
由于油液产生的体积弹性模量，这使得分析系统的爬行现象也变得较为复杂了。为方便起见，我们可以先假设进入回转液压缸的液压油是一种理想状态下且连续均匀的，同时单位时间内进入液压缸的油液体积△V为一个定值。由于活塞的面积则是一个定值，显然液压缸活塞的平均速度υ与单位时间内进入液压缸的油液体积△V则成正比，即写作为：
△V=KAυt0 ①
式中：△V—在t1时间内进入油缸的油液体积；K—为比例系数；A—为回转油缸有杆腔活塞面积与无杆腔活塞面积之和；υ—为油缸活塞运动速度；t0—为相邻2次悬臂段回转前之间的停顿时间。
这时，在液压推力和动摩擦力之差的作用下，此时启动悬臂段回转就会有一个压力增量△p，此值为：
△p =△F/A ②
式中：△F—为液压推力与动摩擦力之差。该压力增量△p，其一部分能量用来压缩油液中的空气，而另一部分能量则用来消耗在A1腔、B腔油液背压Pb上，即表达为如下式状态：
△p =k(△V/LA)+Pb ③
式中：k—为比例系数；L—为回转油缸进油腔长度。
根据①、②、③式联立计算，即可得到如下平衡式：
t0=(△F-PbA)L/KAkυ ④
我们从式④中不难可以看出，其掘进机液压系统的爬行现象的产生，它与动、静摩擦力差值，执行元件的系统背压，执行元件的活塞面积，以及执行元件的移动速度和执行元件的长度参数均有密切的关系。一句话，就是由多项参数所共同作用引起来的。
4 应对掘进机爬行的技术措施
鉴于以上的分析，为尽量减少掘进机液压执行元件出现的爬行现象，我们九应当尽力减小t0。而根据悬臂式掘进机在井下掘进巷道、掘进速度和掘进断面的多项要求。再根据执行元件的活塞面积、执行元件的移动速度和执行元件的长度等定值，因此不能随意更改参数。只有采取如下三种方式来减少爬行现象的产生。①在加入液压油之前，要先将液压油进行静置，以减少油液中的微小空气泡；当加完液压油之后，要使各液压执行元件充分的运动，以尽量排尽各液压执行元件中的空气。②尽力缩小回转轴承的动、静摩擦力差值，以提高掘进机的装配质量，并定期为回转台轴承补油润滑。当回转台轴承中油膜建立完好时，这时会将极大地降低动静摩擦力的差值，并可使静、动摩擦力曲线下降区得以消失，最终可减少回转油缸的爬行现象发生。③我们可在执行元件后增加背压阀，但是提高了背压也会增加有功功率的消耗，并产生热量。这些问题都对掘进机的性能影响较大。因此，要根据不同掘进机型的回转特性进行仔细分析，以便找出与之配套的系统背压来，从而便于减少爬行现象的发生。
结束语：
综上所述，要尽量消除掘进机液压系统执行元件的爬行现象，就要首先对掘进机悬臂段回转油缸产生爬行现象的原因进行分析。这个分析范围，可以扩展到掘进机的其他液压执行元件方面。通过系统分析，找出产生爬行现象的根源，然后采取必要的技术措施，以减少掘进机液压执行元件的爬行现象发生，进而也可以增强掘进机液压系统的稳定性，并提高掘进机的整体工作性能。最终爬行现象少了，也能减少对掘进机元器件的危害，又能确保掘进生产秩序的持续进行。
参考文献
[1]任中全，等.EBH-132型悬臂掘进机截割头受力稳定性分析[J].煤矿机械，2008，1：63-65.
[2]史学嵩，等.EBZ120型掘进机设计缺陷及改进方法[J].煤矿机械，2009，11：150-152.
[3]付伟，等.悬臂式掘进机液压执行元件的爬行分析及对策[J].中州煤炭，2010，12：71，95.
[4]张佃龙，等.EBZ220掘进机回转台的有限元分析[J].机械研究与应用，2011,4:50-51.
论文作者:代志彬
论文发表刊物:《知识-力量》2019年9月31期
论文发表时间:2019/7/16
标签：悬臂论文; 掘进机论文; 液压缸论文; 元件论文; 现象论文; 摩擦力论文; 液压油论文; 《知识-力量》2019年9月31期论文;