白新利

(太重煤機有限公司 技術(shù)中心，山西 太原 030032)

MG300/730-WD電牽引采煤機牽引能力分析驗證

白新利

(太重煤機有限公司 技術(shù)中心，山西 太原 030032)

離柳集團宏巖礦訂購了太重煤機有限公司一臺MG300/730-WD采煤機，工作面傾角≤25°(局部≤40°)。為了確保公司所設(shè)計的MG300/730-WD采煤機牽引能力安全可靠，針對太重煤機MG300/730-WD電牽引采煤機進行了全面的牽引力分析。通過力的平衡原理分析，證明其牽引能力和制動能力完全滿足礦方地質(zhì)條件的要求。

采煤機；牽引力；牽引阻力；分析

1 概述

采煤機由兩個牽引傳動部組成，每個牽引傳動部均由牽引傳動箱和外牽引兩部分組成，各由一臺55 kW牽引電機分別驅(qū)動。為適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)條件，由交流變頻器控制牽引傳動部電機以獲得不同的轉(zhuǎn)速，從而使采煤機得到不同速度。為適應(yīng)大傾角工作面的要求，每臺牽引傳動部一軸和三軸各裝有一個制動器。

牽引力傳遞過程為：電機(55 kW)→第一傳動軸裝配→第二傳動軸裝配→第三傳動軸裝配→太陽輪裝配→雙行星傳動裝置→外牽引，外牽引的銷軌輪與固定在工作面輸送機上的銷軌相嚙合，從而驅(qū)動采煤機行走。

牽引傳動部技術(shù)參數(shù)如下：每臺牽引電機功率為55 kW，轉(zhuǎn)速為1 470 r/min，牽引傳動比為310.5，牽引速度為0 m/min～7.7 m/min～12.8 m/min，牽引力為450 kN～750 kN，銷軌輪半徑r=260 mm。

2 上行割煤時牽引阻力計算分析

影響采煤機牽引阻力的因素很多，其受力分析如圖1所示。滾筒截煤時受到的阻力，可以分解為互相垂直的兩個分力：前滾筒為PX1和PY1，后滾筒為PX2和PY2。PY1和PY2是作用在滾筒圓周上的截割阻力，其影響牽引力的方式是造成摩擦力；PX1和PX2是滾筒的推進阻力，其作用方向與采煤機的牽引方向相反，直接影響牽引力的大小。PZ1和PZ2是滾筒受到的軸向力，其影響牽引力的方式是造成摩擦力。

綜上所述，牽引阻力由3部分組成：推進阻力、摩擦力和重力分力。

2.1 推進阻力

推進阻力的計算公式為：

F1=PX1+PX2≈K1G.

(1)

其中：K1為推進阻力比例系數(shù),對于中等摩擦程度截齒，其取值范圍為0.5～0.7,在此取K1=0.7；G為采煤機重力，G=509.6 kN，將相關(guān)數(shù)值代入公式(1)，得推進阻力的最大值F1max=356.72 kN。

圖1 滾筒受力分析圖

2.2 摩擦力

摩擦力的計算公式為：

F2=f(Gcosα-PY1-PY2+PZ1+PZ2).

(2)

其中：PY1+PY2≈K2G，K2為截割阻力比例系數(shù),取值范圍為0～0.2，在此取K2=0.2；PZ1+PZ2≈2K3G，K3為側(cè)向?qū)蛄Ρ壤禂?shù),當工作傾角α=0°～40°時，K3取值范圍為0.12～0.15，在此取K3=0.15；f為摩擦因數(shù)，平均取f=0.18；α為煤層傾角，取α=25°。將相關(guān)數(shù)值代入公式(2)，得摩擦力的最大值F2max=92.31 kN。

2.3 重力分力

重力分力為：

F3=Gsinα=215.37 kN.

(3)

2.4 牽引阻力

根據(jù)力的平衡原理可知，最大牽引阻力為：

Fmax=F1max+F2max+F3=664.4 kN.

(4)

為了確保安全，最大牽引阻力再乘以安全系數(shù)K=1.1，即：

FmaxK=730.84 kN<750 kN.

因此，采煤機可以在25°工作面以0 m/min～7.7 m/min速度爬坡上行割煤。

3 上行40°空載時牽引阻力計算分析

上行空載時牽引阻力由兩部分組成：摩擦力和重力分力。

摩擦力為：

F4=fGcosα.

(5)

其中：α為煤層傾角，此處取α=40°。將相關(guān)數(shù)值代入公式(5)，得F4=70.27 kN。

重力分力為：

F5=Gsinα=327.56 kN.

(6)

所以此時最大牽引阻力為：

F=F4+F5=397.83 kN.

(7)

為了確保安全，最大牽引阻力再乘以安全系數(shù)K，得：

FK=437.61 kN<450 kN.

因此，采煤機上行空載時可以在40°工作面以0 m/min～12.8 m/min速度爬坡上行。

4 采煤機在以7 m/min速度下行割煤制動時計算分析

4.1 計算采煤機沿工作方向的合力

采煤機沿其工作方向重力分力為：

Fx1=mgsinα.

(8)

其中：α為煤層傾角，取α=30°；m為采煤機質(zhì)量，m=52 000 kg。將相關(guān)數(shù)值代入公式(8)，得Fx1=254.8 kN。

采煤機沿其工作方向的摩擦力為：

Ff=fmgcosα=79.4 kN.

(9)

所以，制動未開啟時，采煤機沿其工作方向的合力為：

Fx=Fx1-Ff=175.4 kN.

(10)

4.2 計算采煤機制動力及制動安全系數(shù)

(1) 一軸制動扭矩轉(zhuǎn)化為銷軌輪上的制動扭矩為：

Tz1=T1iη.

(11)

其中：T1為一軸制動器輸出扭矩，此制動器T1=400

N·m；i為總傳動比，此采煤機i=310.5；η為總傳動效率，此采煤機η=0.841 3。將相關(guān)數(shù)值代入公式(11)，得Tz1=104 489 N·m。

(2) 三軸制動扭矩轉(zhuǎn)化為銷軌輪上的制動扭矩為：

Tz2=T2izηz.

(12)

其中：T2為三軸制動器輸出扭矩，此制動器T2=280 N·m；iz為三軸制動器傳動比，此采煤機iz=111.33；ηz為三軸制動器傳動效率，此采煤機ηz=0.876。將相關(guān)數(shù)值代入公式(12)，得TZ2=27 308 N·m。

則兩個牽引傳動箱總制動力為：

(13)

其中：r為銷軌輪半徑，r=0.26 m。將式(11)、式(12)值代入式(13)，計算得Fz=1 013.83 kN。

因此，采煤機的制動安全系數(shù)為：

(14)

4.3 計算采煤機制動時間

采煤機在30°傾角工作面下行，在上述制動力作用下的制動加速度為：

(15)

經(jīng)計算得a=16.12 m/s2。

制動器開始制動后，采煤機下滑時間為：

(16)其中：v=7 m/min=0.116 7 m/s，經(jīng)計算得t=0.007 2 s。

因此，采煤機以7 m/min速度下行割煤時，制動時間只需要0.007 2 s。

5 結(jié)語

經(jīng)過計算得到以下3個結(jié)論：①采煤機完全可以以0 m/min～7.7 m/min速度上行爬坡割煤；②采煤機空載時可以在40°工作面以0 m/min～12.8 m/min速度爬坡上行，實行下行單向割煤；③采煤機以7 m/min速度在30°傾角工作面下行割煤時，采煤機可以在0.007 2 s內(nèi)制動，制動安全系數(shù)為5.78。

[1] 李永俊，劉燕平，范惠平.采煤機牽引力的確定[J].煤炭技術(shù)，2005(7):16.

Analysis Verification of Traction Capability of MG300/730-WD Electric Haulage Shearer

BAI Xin-li

(Technical Center of TZ Coal Machinery Co., Ltd., Taiyuan 030032, China)

Shanxi Liliu Group Hongyan Mine Co., Ltd ordered an MG300/730-WD shearer with face angle 25°from TZ Coal Machinery Co., Ltd., In order to ensure the safe reliability of traction of MG300/730-WD shearer, we carried out comprehensive traction analysis of MG300/730-WD electric haulage shearer. The analysis of the principle of force balance shows the tractive resistance and braking capability of MG300/730-WD electric haulage shearer can fully meet the need of Hongyan Mine’s geological condition.

shearer; traction; tractive resistance; analysis

1672- 6413(2015)06- 0207- 02

2015- 10- 12；

2015- 10- 20

白新利(1985-)，男，山西興縣人，助理工程師，本科。

TD421.6

B