油页岩采煤机调高油缸的设计改进

张世宗,张丽明,卢川川

(太原矿山机器集团公司设计研究院)

·技术经验·

油页岩采煤机调高油缸的设计改进

张世宗,张丽明,卢川川

(太原矿山机器集团公司设计研究院)

根据油页岩(f≥7)采煤机割煤时的受力分析，得出了采煤机调高油缸活塞、活塞杆频繁损坏的原因；依此对调高油缸进行设计改进，最终使其既满足采高的需要，又提高了使用寿命。

油页岩；采煤机；调高油缸；受力分析；设计；采高

调高油缸是采煤机液压系统的重要组成部分，担负着采煤机摇臂的升、降动作，以适应不同煤层的需要；对于整个采煤机来说，处于举足轻重的地位。对于截割油页岩的采煤机来说，它所承受的截割反力大，调高油缸所承受滚筒割煤时的反作用冲击力就更大。针对太原矿山机器集团公司为龙口矿业集团研发的油页岩采煤机在煤矿井下使用中出现的问题，为提高其可靠性和适应性，对调高油缸的频繁损坏及强度、结构进行分析，重新设计改进。

1 调高油缸频繁损坏的形式

龙口矿业集团油页岩采煤机的调高油缸在使用过程中频繁发生损坏失效，主要有以下几种形式：

1) 活塞垫变形，前、后油腔串油。2) 活塞杆(受拉)断裂。3) 导向套螺扣脱扣。4) 固定活塞与活塞杆的螺母脱扣。

2 调高油缸受力状况分析

油页岩采煤机在割煤的过程中，要受到截割力、牵引力等的作用。从而使调高油缸在工作中处于不断的冲击力的作用；具体调高油缸受力图见图1。

由于摇臂在割煤的过程中要处于平衡状态，即 ∑MO=0

F·OC·cosθ-Gy·OA·cosθ-Gg·OB·cosθ+Fj·OB=0(其中：OB与OC近似为90°；调高油缸近似为水平考虑)

式中：

F—调高油缸对摇臂的推力;

Gy—摇臂的重力；

1—调高油缸 2—主机架 3—摇臂 4—滚筒

图1 调高油缸受力图示意图

Gg—滚筒的重力；

Fj—滚筒截割煤与牵引时的阻力；

θ—摇臂的上摆角。

从上式可以得出，当截割阻力Fj小于Gy+Gg作用时，调高油缸承受压应力；当截割阻力Fj大于Gy+Gg作用时，调高油缸承受拉应力。

油页岩采煤机在采油页岩的过程中，由于油页岩的普氏硬度f≥7，所以截割阻力Fj大的多，因而调高油缸承受着更大的拉应力；当摇臂上摆角最大采顶煤时，油缸的行程全部用尽，滚筒截割油页岩时的所有冲击力全部由调高油缸的活塞垫与导向套的碰撞来吸收，从而导致以上的频繁损坏形式发生。

3 调高油缸结构的改进措施

通过对调高油缸频繁损坏原因的分析，考虑到不影响采煤机的性能，从以下三方面进行结构上的改进：

1) 改进前的活塞是由活塞垫(15 mm)、活塞、螺母三部分组合而成，在最大采高时，活塞前端的活塞垫与导向套之间的冲击碰撞使活塞垫发生变形，从而导致活塞密封失效，造成前、后腔泄漏串油；改进后活塞做成了整体，活塞的整体强度得到了提高，使活塞与活塞杆的螺纹联接加长。

2) 对于原来的活塞密封泄漏比较大，在活塞改进为整体结构后，活塞的密封组件也进行了改进，选用派克密封组件。活塞的密封改进前后结构对比示意图见图2。

图2 活塞及密封改进前后结构对比示意图

3) 加长调高油缸的行程，对调高油缸进行重新设计，在其采煤机达到采高时，使其调高油缸的活塞与导向套之间留有10 mm的距离(由前进油口控制)，再截割阻力的冲击下，活塞与导向套之间有高压液压油作为缓冲，避免了活塞与导向套直接撞击，从而解决了活塞杆的拉断、导向套与缸筒的脱扣、活塞与活塞杆的螺母脱扣的等失效原因。

4 结 论

经过上述设计，改进加工的调高油缸，通过龙口矿业集团油页岩采煤机的井下实际使用，减少了调高油缸出现前后腔泄漏串油、活塞杆受拉断裂、导向套脱扣等现象的发生，调高油缸的事故率明显降低，取得了较好的效果，特别在采煤机采高上得到了保证，节约了大量的更换和维修费用，提高了设备的使用寿命，创造了较大的经济效益和社会效益。

[1] 李昌熙，沈立山，高 荣 . 采煤机[M].北京：煤炭工业出版社，1988:25-28.

[2] 刘鸿文. 材料力学[M].北京：高等教育出版社，1985:62-64.

DesignandImprovementofHydraulicCylinderinOilShaleShearer

ZhangShi-zong，ZhangLi-ming，LuChuan-chuan

According to the force analysis when shearer cutting the oil shale(f≥7), we have a result why the piston and piston rod of the shearer's hydro-cylinder damaged frequently. we make exchange the hydraulic cylinder on the design improvement according to this, Finally make it to fit the cutting height and raise their service life.

Oil shale; Shearer; Hydraulic cylinder; Force analysis; Design; Cutting height

张世宗 男 1966年出生 1988年毕业于太原工业大学 高级工程师 太原 030032

TD421.6

A

1672-0652(2010)10-0041-02

2010-08-29