露天煤矿胶带运输机滚筒轴承清洗装置的研发与应用

一、引言

在露天煤矿的生产作业中，胶带运输机作为煤炭运输的关键设备，其运行的稳定性和可靠性直接影响着煤矿的生产效率。滚筒轴承作为胶带运输机的重要部件，长期处于恶劣的工作环境中，易沾染大量煤尘、油污等杂质，导致轴承磨损加剧、润滑性能下降，进而引发设备故障，影响生产的正常进行。因此，及时、有效地对滚筒轴承进行清洗维护，对于保障胶带运输机的稳定运行、延长设备使用寿命具有重要意义。传统的滚筒轴承清洗方法主要依靠人工操作，不仅劳动强度大、清洗效率低，而且清洗效果难以保证。随着露天煤矿生产规模的不断扩大和自动化水平的逐步提高，研发一种高效、智能的滚筒轴承清洗装置已成为行业发展的迫切需求。

二、露天煤矿胶带运输机滚筒轴承工作环境及清洗难点

2.1 工作环境分析

露天煤矿的作业环境复杂恶劣，胶带运输机在运行过程中，滚筒轴承面临着诸多不利因素。首先，大量的煤尘弥漫在空气中，极易通过轴承的密封间隙进入内部，与润滑油混合形成污垢，加速轴承磨损。其次，煤炭运输过程中，洒落的煤炭及矸石可能会对滚筒轴承造成冲击，损坏轴承部件。此外，露天煤矿的气候条件多变，高温、高湿、严寒等极端天气会影响轴承的润滑性能和材料性能，进一步缩短轴承的使用寿命。

2.2 清洗难点阐述

滚筒轴承的结构较为复杂，内部存在许多细小的缝隙和精密的部件，使得杂质容易附着且难以清除。传统的清洗方法，如人工刷洗，由于操作空间有限，难以深入到轴承内部的各个角落，对于顽固的油污和积垢清洗效果不佳。同时，人工清洗效率低下，无法满足露天煤矿大规模生产对设备快速维护的需求。而采用常规的清洗设备，如简单的喷淋装置，又无法针对滚筒轴承的特殊结构和污垢特性进行有效清洗，容易造成清洗不彻底或过度清洗，对轴承造成损伤。

三、清洗装置的设计思路

3.1 总体设计目标

研发的清洗装置旨在实现对露天煤矿胶带运输机滚筒轴承的高效、精准、无损清洗，大幅提高清洗效率，降低工人劳动强度，延长轴承使用寿命，同时具备操作简便、运行稳定、节能环保等特点，能够适应露天煤矿复杂多变的工作环境。

3.2 关键技术选择

为实现上述目标，采用了以下关键技术：一是高压喷射技术，通过高压喷头将清洗剂以高速喷射到轴承表面及内部缝隙，利用强大的冲击力将污垢剥离。二是蒸汽发生器结合专用清洗头清洗技术，利用蒸汽发生器的高温蒸汽，结合清洗头的旋转清洁毛刷，进一步增强清洗效果，对微小缝隙和隐蔽部位的污垢进行深度清洗。三是智能控制系统，通过PLC 编辑清洗过程中的各项参数，如清洗剂浓度、温度、压力等，并根据预设程序自动调整清洗参数，实现清洗过程的智能化控制。

四、清洗装置的结构组成

4.1 机械结构部分

支撑框架：采用高强度钢材制作，具有足够的强度和稳定性，能够支撑和固定清洗装置的各个部件，同时便于安装和移动。

滚筒轴承固定装置：设计了专门的清洗头，能够根据不同型号的滚筒轴承进行快速更换对应的清洗头，确保在清洗过程中轴承保持稳定，避免因晃动而影响清洗效果或造成设备损坏。

高压喷射系统：由高压泵、高压管路和多个高压喷头组成。高压泵将清洗剂加压后通过高压管路输送到各个喷头，喷头根据轴承的结构特点进行合理布局，能够从不同角度对轴承进行全方位的高压喷射清洗。

4.2 电气控制部分

控制系统：以可编程逻辑控制器（PLC）为核心，结合人机界面（HMI）实现对清洗装置的智能化控制。操作人员可通过 HMI 设置清洗参数，如清洗时间、清洗剂流量、压力、温度等，PLC 根据预设参数控制各个执行机构的动作。

五、清洗装置的工作原理

5.1 高压喷射清洗原理

当清洗装置启动后，高压泵将清洗剂从储液箱中抽出并加压至设定压力，高压清洗剂通过高压管路输送到各个高压喷头。喷头将高压清洗剂以高速喷射到滚筒轴承表面及内部缝隙，利用强大的冲击力将附着在轴承上的煤尘、油污等污垢剥离下来。高速喷射的清洗剂还能在轴承表面形成一定的冲刷力，在清洗头内部可旋转的清洁刷将剥离的污垢冲刷到清洗头底部，由排液孔排出，排到废液收集桶内。

5.2 清洗原理

蒸汽发生器产生高温高压的蒸汽。高温可使污垢的黏性降低，分子运动加剧，使其更容易从被清洗表面脱离。高压蒸汽具有较强的冲击力，能对污垢起到初步的松动和剥离作用。同时，蒸汽的热效应还能使轴承内部的油脂等物质熔化或软化，便于后续清洗液发挥作用。

精准喷射：专用清洗头设计独特，能将蒸汽和清洗液精准地喷射到轴承的各个部位，包括一些难以触及的缝隙和角落，确保清洗全面无死角。

增强冲击力：通过特殊的喷头结构，可将蒸汽和清洗液加速形成高速射流，增强对轴承表面污垢的冲击力，使污垢更容易被冲刷掉。

角度调节：一些专用清洗头可灵活调节喷射角度，能根据轴承的结构和污垢分布情况，调整到最佳的清洗角度，提高清洗效果。

溶解油污：轴承清洗液通常含有有机溶剂或表面活性剂等成分。有机溶剂能有效溶解轴承上的油脂、油污等有机污垢，使其变成可流动的液体，随清洗液一起被冲走。

乳化分散：表面活性剂具有乳化和分散作用，能将油污乳化成微小的液滴，均匀分散在清洗液中，防止油污重新附着在轴承表面。同时，对一些固体污垢颗粒也有分散作用，使其悬浮在清洗液中，便于清洗过程中被带走。

防锈防腐：清洗液中往往添加了防锈剂等成分，在清洗轴承的同时，能在轴承表面形成一层保护膜，防止轴承在清洗后短时间内生锈，保护轴承的金属材质。

5.3 智能控制原理

传感器系统实时采集清洗过程中的各项参数，并将数据传输给PLC。PLC 根据预设的程序和采集到的数据进行分析处理，自动调整清洗装置的运行参数。例如，当压力传感器检测到高压喷射系统的压力低于设定值时，PLC 控制高压泵增加输出压力；当温度传感器检测到清洗液温度过高或过低时，PLC 控制加热装置或冷却装置对清洗液温度进行调节；当液位传感器检测到清洗槽内液位过低时，PLC 控制补液装置自动添加清洗液；当浓度传感器检测到清洗剂浓度不足时，PLC 控制加药装置添加清洗剂。通过智能控制系统的精确控制，保证了清洗过程的稳定性和高效性，同时也提高了清洗装置的自动化水平，减少了人工干预。

七、研究成果总结

本文针对露天煤矿胶带运输机滚筒轴承的清洗难题，研发了一种集高压喷射、蒸汽清洗和智能控制于一体的清洗装置。详细阐述了该装置的设计思路、结构组成和工作原理，并通过实际应用案例验证了其在提高清洗效率、提升清洗质量、降低劳动强度和延长设备使用寿命等方面的显著优势。该清洗装置的成功应用，为露天煤矿胶带运输机的维护保养提供了一种高效、可靠的解决方案，具有重要的工程应用价值和推广意义。

参考文献

1. 张学瑞 . 一种露天煤矿采煤设备用高强度推移装置的结构分析[J]. 矿山机械，2024，52（06）：5-9.

2. 乔硕，栗飞 . 露天煤矿主采设备科技创新发展方式的探索 [J].价值工程，2023，42（36）：69-71.

【作者简介】

第一作者：张国鸣，男，1971 年 03 月 21 日，汉族本科，高级工程师，研究方向：机械设计制造、电气自动化

第二作者：于晓东，男，1981 年 8 月 12 日，汉族，内蒙古自治区达茂旗，本科，助理工程师，研究方向：机械设计制造及其自动化。