杜傳坤，李春花，李 菊

（兗礦東華重工有限公司，山東 鄒城 273500）

掘進(jìn)機(jī)作為煤礦井下綜掘工作面作為重要機(jī)器，對(duì)工作過(guò)程中出現(xiàn)大量粉塵，不僅對(duì)工作進(jìn)度造成影響，也對(duì)工人的身體產(chǎn)生比較嚴(yán)重的身體損傷，引發(fā)塵肺病等疾病[1]。目前主要采用降塵措施作為掘進(jìn)機(jī)所自帶的內(nèi)外噴霧系統(tǒng)實(shí)施噴霧降塵，在具體的運(yùn)用過(guò)程中所致尚未取得理想的降塵效果[2]。本文針對(duì)煤礦掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)展開(kāi)研究，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)存在系統(tǒng)效率低，容易失效且維護(hù)較難的問(wèn)題，加劇工作環(huán)境惡劣性，探索改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)及效果。

1 掘進(jìn)機(jī)噴霧系統(tǒng)組成及原理

霧化系統(tǒng)除塵的關(guān)鍵原理，即噴嘴結(jié)構(gòu)噴出壓力水，高壓會(huì)讓水流產(chǎn)生擴(kuò)散和霧化噴香截割頭及煤壁，經(jīng)霧化后的水珠結(jié)合空氣內(nèi)的粉塵顆粒，產(chǎn)生自然沉降作用。目前在掘進(jìn)機(jī)截割臂上設(shè)置了外噴霧系統(tǒng)，在截齒上設(shè)置了內(nèi)噴霧系統(tǒng)[3]。本文對(duì)內(nèi)噴霧系統(tǒng)展開(kāi)探索，指的是在截割頭上的截齒存在間隙噴嘴均勻布置，保證等同截齒螺旋化分布，開(kāi)啟掘進(jìn)機(jī)之后，噴嘴會(huì)噴射出壓力水進(jìn)而覆蓋至截齒上，達(dá)到了霧化降塵效果的同時(shí)，也對(duì)截齒形成降溫和保證濕潤(rùn)的效果。此種方法能夠有效基于塵源對(duì)產(chǎn)生粉塵及擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)壓制，并達(dá)到較好降塵效果及較少耗水。掘進(jìn)機(jī)噴霧系統(tǒng)組成（見(jiàn)圖1）。

圖1 掘進(jìn)機(jī)噴霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 內(nèi)噴霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)存問(wèn)題

根據(jù)上部分示意圖發(fā)現(xiàn)，在掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧系統(tǒng)中，水路結(jié)構(gòu)式基于伸縮部?jī)?nèi)部穿出，至截割頭上噴嘴噴出，形成了霧化效果達(dá)到降塵效果。根據(jù)該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來(lái)講，處于對(duì)截割主軸穩(wěn)定精準(zhǔn)性的保障，通常在伸縮部?jī)?nèi)部設(shè)置了兩個(gè)滾動(dòng)軸承達(dá)到主軸支撐效果，所致伸縮部前端內(nèi)部需要定期完成潤(rùn)滑油添加，以便對(duì)結(jié)構(gòu)使用期限及其可靠性有效提升。由于將潤(rùn)滑油、冷卻水分隔以往運(yùn)用0型密封圈或四個(gè)格萊圈，用于內(nèi)噴霧系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)密封組件?？墒蔷戮蜻M(jìn)工作面的工作環(huán)境比較惡劣，所以通常會(huì)出現(xiàn)密封圈失效這一故障問(wèn)題，進(jìn)而所致內(nèi)噴霧系統(tǒng)產(chǎn)生故障。經(jīng)結(jié)合筆者工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)內(nèi)噴霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)故障問(wèn)題如下：

1）內(nèi)噴霧系統(tǒng)故障，所致系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。假若內(nèi)噴霧系統(tǒng)失效工作面所致產(chǎn)生粉塵煤塵較大，對(duì)作業(yè)環(huán)境造成極大污染，引發(fā)安全隱患及工作人員職業(yè)病問(wèn)題。且內(nèi)噴霧系統(tǒng)失效，無(wú)法有效冷卻截齒，導(dǎo)致影響縮減了截齒的使用壽命，所致最終帶來(lái)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

2）冷卻水混合潤(rùn)滑油。如果密封件出現(xiàn)故障非正常運(yùn)行，此種故障情況極有可能是伸縮部?jī)?nèi)部進(jìn)入冷卻水，而冷卻水與潤(rùn)滑油的混合所致對(duì)軸承的使用期限及穩(wěn)定可靠性造成影響。

3）所致電機(jī)進(jìn)水。假若密封件效果不善，截割電機(jī)極有可能進(jìn)水，冷卻水一旦進(jìn)入則會(huì)導(dǎo)致引發(fā)跳閘或是漏電等故障問(wèn)題。

4）拆卸困難影響掘進(jìn)進(jìn)度。由于密封件這一組件主要在截割主軸和機(jī)械密封座的旋轉(zhuǎn)交接部位，如若出現(xiàn)密封組件的損壞故障情況需要即刻維修，并完全拆除伸縮部，對(duì)生產(chǎn)工作進(jìn)度造成極大影響。

除此之外還包括所致原件冗余、噴嘴孔徑堵塞、故障點(diǎn)較多以及水源水質(zhì)不凈等問(wèn)題。

3 掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1 優(yōu)化旋轉(zhuǎn)軸套結(jié)構(gòu)形式

伸縮部旋轉(zhuǎn)部位的使用壽命決定著內(nèi)噴霧裝置的使用壽命，而隔套的硬度和旋轉(zhuǎn)水密封的耐受溫度是決定旋轉(zhuǎn)部位使用壽命的關(guān)鍵。

現(xiàn)有的掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧裝置包括截割主軸、機(jī)械密封架和機(jī)械密封座，還包括所述截割主軸與所述機(jī)械密封架之間的格萊圈且與所述機(jī)械密封座的端面相抵的軸套。掘進(jìn)機(jī)伸縮部的旋轉(zhuǎn)部位采用4道特康旋轉(zhuǎn)格萊圈和調(diào)質(zhì)、滲碳處理的普通隔套來(lái)密封。

針對(duì)掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧系統(tǒng)問(wèn)題，并結(jié)合本人工作經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)查閱資料并展開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，提出伸縮部?jī)?nèi)部可能進(jìn)水，所致水混合潤(rùn)滑油以及電機(jī)進(jìn)水這一問(wèn)題，可以采用具體改善方案（見(jiàn)圖2），通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)袖套結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)化，該軸套用于固定伸縮部，即固定軸套，并在軸套上設(shè)計(jì)一個(gè)進(jìn)水孔，從而直接讓靜壓水進(jìn)入其中。除此之外對(duì)于截割頭還可安裝隨著截割頭共同旋轉(zhuǎn)軸套，也就是旋轉(zhuǎn)軸套。靜壓水經(jīng)過(guò)對(duì)軸套進(jìn)水口加以固定，之后經(jīng)過(guò)內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)軸套飲水孔，成功旋轉(zhuǎn)至截割頭內(nèi)部后噴嘴部位噴出即達(dá)到霧化。采用特殊工藝的隔套：該隔套采用陶瓷熱噴涂特種涂層技術(shù)。硬度可達(dá)HRC72的，而原來(lái)的隔套替硬度為HRC42。

通過(guò)提高硬度，大大提高軸套的耐磨性和使用性能。

圖2 掘進(jìn)機(jī)噴霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改造示意圖

3.2 優(yōu)化選裝BAL高壓水封

經(jīng)驗(yàn)證特康旋轉(zhuǎn)格萊圈實(shí)際耐受的最高溫讀值為150C，普通隔套的實(shí)際硬度范圍為HRC35～42。在截割頭實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中截割主軸與特康旋轉(zhuǎn)格萊圈之間通常由于相互摩擦而產(chǎn)生的瞬時(shí)溫度可能達(dá)到200 C。通過(guò)采用BAL選裝高壓水封，該水封的耐受溫度為-254～280℃替代耐受溫度為200℃的特康旋轉(zhuǎn)格萊圈,該旋轉(zhuǎn)高壓水密封的特點(diǎn)如下：①采用專利的傾斜彈簧提供全壽命持續(xù)恒定的密封力、確保超長(zhǎng)壽命；②K系列支撐環(huán)設(shè)計(jì)確保在溫度和壓力環(huán)境中密封性能。③獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)化確保超長(zhǎng)的壽命（5000+小時(shí)）和最佳的效果。④與旋轉(zhuǎn)格萊圈相比也消除了傾斜磨損和適應(yīng)壓力變化更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

3.3 管理防護(hù)措施解決密封件失效

通過(guò)對(duì)水路結(jié)構(gòu)有效改造，較改造前增加了密封件的內(nèi)外徑，假若所持等同轉(zhuǎn)速，那么同樣也會(huì)增加線速度，因此勢(shì)必會(huì)加劇密封件的磨損程度和速度。因此為了能夠?qū)γ芊饧氖褂闷谙抻行嵘?，需要在達(dá)到密封件的預(yù)期密封成效同時(shí)，對(duì)摩擦面的光潔程度和硬度有所增加。并且在裝配過(guò)程中還需要確保兩軸套之間的軸向間距及密封件旋轉(zhuǎn)同心度等同，否則會(huì)產(chǎn)生漏水情況。除此之外由于伸縮部外側(cè)存在水路結(jié)構(gòu)，還需要基于進(jìn)水口運(yùn)用相應(yīng)防護(hù)措施，從而有效避免煤塊落下，或是巖石砸落對(duì)系統(tǒng)管路造成破壞。

4 改造效果

通過(guò)實(shí)現(xiàn)煤礦掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改造，主要效益如下：

1）經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)運(yùn)用改造后的設(shè)備，切割頭的內(nèi)噴霧系統(tǒng)達(dá)到了1M的霧化半徑范圍，保證軸套的溫度在60℃范圍內(nèi)穩(wěn)定，對(duì)電機(jī)和截齒長(zhǎng)周期冷卻，噴嘴也并未產(chǎn)生堵塞類(lèi)故障，因此達(dá)到了較好的適用效果。

該內(nèi)噴霧裝置很好的適應(yīng)了高強(qiáng)度、高溫度的惡劣工況，工作周期較長(zhǎng)，維修保養(yǎng)頻率較小，使用壽命較長(zhǎng)。

2）社會(huì)效益。依照有關(guān)工程規(guī)定，工作面掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧系統(tǒng)假若無(wú)法正常投入使用或是并未達(dá)到預(yù)期效果，應(yīng)當(dāng)配置等同的適應(yīng)降塵設(shè)備。較投入附加設(shè)備，僅僅需要投入較少的改造資金即可。除此之外在運(yùn)用該設(shè)備過(guò)程中，還加大了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的便利性，有效節(jié)省成本。本次優(yōu)化設(shè)計(jì)方案也能夠?yàn)槠渌韧拿旱V機(jī)型具備參考價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，本文通過(guò)針對(duì)煤礦掘進(jìn)機(jī)的內(nèi)噴霧系統(tǒng)，現(xiàn)存系統(tǒng)問(wèn)題進(jìn)行分析并提出針對(duì)性改進(jìn)措施，優(yōu)化隔套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用陶瓷熱噴涂特種涂層技術(shù)，以及運(yùn)用管理防護(hù)措施對(duì)密封件失效加以解決，增強(qiáng)了內(nèi)噴霧系統(tǒng)的運(yùn)行可靠并提高使用期限，達(dá)到較好的使用效益。