煤矿用全液压坑道钻机油箱设计

煤矿用全液压坑道钻机油箱设计

孟祥俊1,2,3

(1.中煤科工集团沈阳研究院有限公司,抚顺 113122；2.煤矿安全技术国家重点实验室,抚顺 113122；3.沈阳煤炭科学研究所有限公司,沈阳110011)

摘要：为解决煤矿用全液压坑道钻机油箱在施工中易出现高温、油液污染等问题，从油箱的容积的计算方法、附件选型以及油箱的维护保养等方面进行分析，提出了油箱的设计方案。此设计方案能够满足煤矿用坑道钻机的施工需求，保证钻机稳定、可靠的作业。

引言

在煤矿用全液压坑道钻机的设计中，油箱的设计是至关重要的一环。油箱不仅作为液压油的储存容器，还承担着散热、沉淀杂质、确保液压系统稳定工作等多重任务。由于钻机整机尺寸受煤矿井下作业空间限制，进一步限制了油箱的容积尺寸，在作业过程中易造成油箱高温问题出现；由于施工环境恶劣，易造成油箱油液污染。针对钻机液压油箱易出现高温、油液污染等问题，设计一款尺寸合理、抗污染的油箱对于钻机的性能与稳定性都有着不可估量的意义。

1油箱方案

考虑到钻机的整体布局和液压系统的油量需求，油箱的形状常设计为长方体或者异型，主要目的为了减少钻机的整机尺寸增大油箱容积，同时还要考虑散热和液压油的沉淀。油箱机构示意，如图1所示。

1-吸油过滤器；2-清洗窗；3-油箱体；4-回油过滤器；5-空气过滤器；6-液位温度计；7-隔板

图1油箱结构示意图

油箱的材料选择也非常关键。由于油箱需要承受一定的压力和冲击，同时还要考虑到煤矿下的潮湿、腐蚀等恶劣环境，因此，一般采用厚度，高强度、耐腐蚀的钢材作为主要材料。这种材料可以确保油箱在长时间、高强度的工作环境下都能保持稳定。

为了确保液压系统的正常运行，油箱还需要配备一系列附件。其中液位温度计可以实时查看油箱内的油量，避免油量过低导致系统损坏，同时可以监测油温，防止油温过高影响系统性能；滤清器可以过滤油中的杂质，确保油的清洁度，延长液压系统使用寿命。

2油箱的容量计算

油箱的容量选择要考虑到液压系统的散热问题，还是兼顾整机的结构布置。

在初步设计油箱时，其有效容量 按经验公式确定，即

式中：经验系数，钻机一般取；

     液压泵的流量，。

要精确地确定钻机油箱的容积。需要根据钻机的工作压力、执行元件油缸的容积和数量、工作周期等参数来进行详细计算。这些参数决定了设备在正常运行状态下所需的液压油量。

为了满足设备的持续工作需求，油箱的容量必须足够大，以确保在设备连续工作时，液压系统能够得到充足的供油。如果油箱容量过小，可能导致供油不足，进而影响设备的正常运行，甚至损坏液压系统。油箱最小容积需要满足在停止作业后，所有执行元件、液压油管的油液回流到油箱中，液压油不能溢出。

油箱的容量还应考虑到系统泄漏和油温变化等因素。在液压系统运行过程中，由于元件磨损、密封老化等原因，可能存在一定的泄漏。因此，油箱的容量需要留有一定的余量，以补偿这些可能的泄漏。同时，油温的变化也会影响液压油的体积。当油温升高时，液压油的体积会增加，因此，油箱的容量也应考虑这一因素，以免油温升高时油溢出。

3油箱液压元件选取

在煤矿用全液压坑道钻机的油箱设计中，液压元件的选择是一个不可忽视的环节。液压元件的性能和稳定性直接关系到整个液压系统的效率和寿命。

选择液压元件时必须考虑其工作压力和流量参数。这些参数应该满足液压系统的需求，并确保在正常工作压力下，元件能够提供良好的流量调节性能。如果液压元件的工作压力和流量不符合系统要求，将导致系统的不稳定，甚至发生故障。

耐磨性和耐腐蚀性也是选择液压元件时需要考虑的重要指标。由于煤矿环境下存在大量的尘埃、水分和其他腐蚀性物质，液压元件必须具备良好的耐磨和耐腐蚀性能。这样，即使在恶劣的工作环境下，元件也能保持正常工作，并延长使用寿命。

吸油过滤器与变量泵直接连接，为保证液压泵的吸油顺畅，选用粗过滤，一般选取额定流量是实际流量的3倍以上，过滤精度；回油过滤器连接主系统的回油，为保证液压系统的油液洁净度，采用精过滤，一般选用额定流量是实际流量的2.5倍以上，过滤精度选用。空气过滤器的空气流速越低，抗污染过滤能力就越好。根据钻机在煤矿井下的施工环境，应选择空气流通量富裕的型号。选取空气流量为泵流量2倍左右，空气阻力小于0.002MPa。

4油箱的维护和保养

对于煤矿用全液压坑道钻机而言，油箱及整个液压系统的维护和保养是确保设备长期稳定运行的关键。维护和保养不仅能够延长设备的使用寿命，还能提高设备的工作效率，减少故障发生的概率。

维护油箱的第一步是定期检查油箱的液位和油温。液压油的液位应保持在正常范围内，过高或过低都可能对系统造成不利影响。油温也是一个重要的指标，过高的油温可能会导致油液老化加快，甚至引起系统泄漏。因此，定期检查并调整油位和油温是维护油箱的基本任务。

定期更换液压油也是保养油箱的重要环节。长时间使用的液压油会受到氧化、污染等因素的影响，导致性能下降。因此，根据设备的使用情况和油液的质量状况，制定合理的更换周期，并及时更换液压油，是保持系统正常运行的关键措施之一。

除了定期更换液压油，定期清洗油箱也是必不可少的步骤。在长期使用过程中，油箱内会积累油泥、杂质等污染物，这些污染物会对液压元件造成磨损和堵塞，影响系统的正常运行。因此，定期清洗油箱，去除污染物，保持油箱内部清洁，对于预防故障和延长系统寿命具有重要意义。

一旦液压元件出现故障或损坏，及时进行维修或更换也是至关重要的。液压元件的故障可能会导致整个液压系统的瘫痪，严重影响设备的正常运行。因此，建立健全的维修体系，及时响应并处理液压元件的故障，是保障设备正常运行的必要措施。

5结语

煤矿用全液压坑道钻机油箱设计是确保设备正常运行和液压系统稳定的关键环节。在设计过程中，需要充分考虑设备的实际需求和工作环境，选择合适的油箱方案、计算油箱容量、选取优质液压元件，并进行定期的维护和保养。只有这样，才能确保油箱及整个液压系统的正常运行，为煤矿坑道钻探作业提供稳定、高效的设备支持。希望本文的内容能为煤矿坑道钻机油箱设计提供一定的参考价值，推动相关领域的技术进步和应用发展。

参考文献

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