乳化液钻机马达优化设计

　　液压钻机具有输出扭矩大、推进快、噪声小、适应能力强等优点,广泛用于煤矿采煤工作面瓦斯抽放孔、注水孔、探水孔、防突孔等的钻进[1].目前液压钻机采用的工作介质大都是矿油型液压油,由于矿油型液压油价格高、污染严重,而且要配备笨重的液压泵站及电缆拖移装置,特别是采煤工作面比较长、作业空间狭小、环境恶劣,因而设备移动困难,总体效率低.针对矿油型液压钻机存在的这些问题,应平顶山煤业集团有限责任公司的要求,研制一种采用乳化液作为传动介质的钻机,该钻机具有以下优点:①直接采用工作面乳化液泵站的高压乳化液作为动力源,无需单独配备液压泵站和电缆拖移装置,结构简单,移动方便,可靠性高;②工作面乳化液泵站的流量大,可以在一个工作面同时布置多台钻机,效率大大提高;③无需防爆,安全性高;④采用乳化液作为传动介质,成本低,对环境污染小[2-3].

　　乳化液钻机的驱动马达是其核心部件,它的性能直接决定了锚杆钻机的工作性能.本文的重点便是研制一种高性能的乳化液马达.所研制的乳化液马达较好地解决了采用乳化液作为传动介质后产生的泄露、润滑性能差和锈蚀等问题.采用优化设计方法确定乳化液马达的主要结构参数,有效地减小了马达体积和质量,增加了钻机整体布置的紧凑性,提高了钻机性能,较好地满足了煤矿钻机的现实要求[4].

　　1　乳化液马达结构及其工作原理

　　由于乳化液的黏度约为同温度下油的黏度的1/10,所以,对于乳化液马达,首先要在结构上解决密封及润滑问题.与齿轮马达、叶片马达相比较,柱塞马达的密封行程长,容易实现较好的密封,故采用柱塞式马达.

　　乳化液马达配流副工作状况的优劣是影响乳化液马达性能的关键.与盘式配流、轴式配流相比,阀式配流的优点是减少了一对摩擦副(缸体与配流盘或缸体与配流轴),同时配流阀具有良好的密封性,可在高压状态下工作,所以采用阀式配流.乳化液马达采用阀配流必须通过一定的方式,正确控制进液阀和排液阀的规律开启,所研制的乳化液马达采用曲轴控制进液阀和排液阀的开启,使得进液阀和排液阀的开启与柱塞的运动一致,实现了阀配流.

　　当乳化液浓度较低时,也存在一定的锈蚀问题,所以,乳化液马达零件均采用镀镉、钝化处理或采用不锈钢材料、耐锈蚀的有色金属材料或填充聚四氟乙烯等耐水非金属材料.如柱塞的材料是3Cr13合金钢;柱塞导向套采用填充聚四氟乙烯,该材料抗压强度大且自润滑性能好.以5柱塞乳化液马达为例,其结构如图1所示,每一个柱塞缸分别与1个进液阀和1个排液阀相连.曲轴上有3段偏心圆柱,中心为O1O1的偏心圆柱通过滚针轴承装有五星轮,其余2段偏心圆柱偏心方向相反,分别装有一滚动轴承控制进液阀和排液阀的顶杆动作,因而2顶杆动作的相位角相差180°,即1个顶杆打开单向阀时,另1个顶杆必然脱离单向阀芯,单向阀自动关闭.