趙春雷，張寶

(北京天地華泰礦業(yè)管理股份有限公司，北京 100013)

0 引言

伊泰紅慶河煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市伊金霍洛旗境內(nèi)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為1 500萬(wàn)t/a，礦井服務(wù)年限為97.0 a，井田長(zhǎng)13～19 km、寬約8.7 km、面積140.759 km2，低瓦斯礦井，礦井采用立井開拓方式，工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)布置主、副、中央1號(hào)風(fēng)井、中央2號(hào)風(fēng)井4個(gè)井筒；礦井一水平設(shè)在3-1煤層中，標(biāo)高為+677 m，初期開采3-11、3-14兩個(gè)采區(qū)，工作面采用大巷條帶布置方式，均采用長(zhǎng)壁后退式采煤方法，各采區(qū)裝備一套綜合機(jī)械化一次采全高采煤工作面，全部冒落法管理頂板。3-1402工作面位于3-14采區(qū)，工作面煤層平均厚度6.33 m，走向長(zhǎng)度3 535 m，傾向長(zhǎng)度245.75 m，可采儲(chǔ)量654.6 Mt,該工作面采煤機(jī)選用天地科技股份有限公司上海分公司生產(chǎn)的MG1000/2540-GWD型交流電牽引采煤機(jī)，適用于高產(chǎn)高效采煤工作面。

1 MG1000/2540-GWD型交流電牽引采煤機(jī)總體架構(gòu)

MG1000/2540-GWD型交流電牽引采煤機(jī)采用截割電動(dòng)機(jī)橫向布置，多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的總體結(jié)構(gòu)型式。各部件都有獨(dú)立的動(dòng)力源，機(jī)身采用三段式結(jié)構(gòu)，搖臂主體結(jié)構(gòu)左右互換，與機(jī)身采用特殊絞接軸，其強(qiáng)度高，拆卸方便，并采用“一拖一”機(jī)載二象限交流變頻調(diào)速裝置。電氣控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的DSP芯片(數(shù)字信號(hào)處理器)為核心的嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。該機(jī)適用于采高4.2～6.5 m,機(jī)身高度2 601 mm，供電電壓3 300 V,總裝機(jī)功率為2 540 kW,其中截割電動(dòng)機(jī)功率2×1 000 kW,牽引變頻電動(dòng)機(jī)功率2×150 kW，破碎機(jī)電動(dòng)機(jī)功率200 kW，調(diào)高泵電動(dòng)機(jī)功率40 kW。具有功率、溫度、水壓、油壓、漏電、瓦斯超限等保護(hù)；具有無(wú)限電遙控、端頭站、面板、遠(yuǎn)程等多點(diǎn)操作和控制方式[1]。如圖1所示。

2 采煤機(jī)機(jī)械部分

2.1 牽引機(jī)構(gòu)

采煤機(jī)牽引機(jī)構(gòu)由左、右牽引部和左、右行走箱組成。配套牽引電動(dòng)機(jī)通過(guò)二級(jí)直齒輪和行星輪傳動(dòng)減速至驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)輪通過(guò)一級(jí)直齒輪傳動(dòng)至行走輪，牽引采煤機(jī)。最大牽引力1 320 kN，最大牽引力時(shí)牽引速度12 m/min(50 Hz時(shí))。

牽引部由機(jī)殼、電動(dòng)機(jī)、柔性軸、牽I軸組、牽II軸組、牽III軸組、惰輪軸組、牽引行星機(jī)構(gòu)I、牽引行星機(jī)構(gòu)II、油標(biāo)等部件組成。行走箱由機(jī)殼、驅(qū)動(dòng)輪、花鍵軸、惰輪組件、二軸、三軸、導(dǎo)向滑靴等組成[2]。牽引部齒輪減速箱傳動(dòng)齒輪、軸承采用飛濺式潤(rùn)滑。如圖1所示。

1-左牽引部； 2-破碎機(jī)； 3-左搖臂； 4-滾筒； 5-行走箱； 6-電控箱； 7-組合電控箱； 8-左搖臂； 9-調(diào)高油缸； 10-噴霧系統(tǒng)。

2.2 截割機(jī)構(gòu)

截割機(jī)構(gòu)由左右搖臂、左右滾筒組成，對(duì)工作面上部、下部煤壁進(jìn)行割煤，左、右搖臂各安裝一臺(tái)1 000 kW截割電動(dòng)機(jī)，其動(dòng)力通過(guò)兩級(jí)直齒輪減速和兩級(jí)行星齒輪減速傳給輸出軸方頭法蘭驅(qū)動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)。搖臂減速箱設(shè)有離合裝置、冷卻潤(rùn)滑裝置、噴霧降塵裝置等[3]。左截割機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

截割機(jī)構(gòu)主要由截割電動(dòng)機(jī)、搖臂減速箱、滾筒等組成，機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)有冷卻系統(tǒng)，內(nèi)噴霧等裝置。搖臂通過(guò)銷軸與連接架連接，再與牽引部機(jī)殼鉸接，搖臂通過(guò)連接架回轉(zhuǎn)臂上的銷軸與調(diào)高油缸座鉸接，通過(guò)油缸實(shí)現(xiàn)截割滾筒升降。 搖臂的回轉(zhuǎn)采用鉸軸結(jié)構(gòu)，無(wú)機(jī)械傳動(dòng)。截割電動(dòng)機(jī)和搖臂主動(dòng)軸齒輪之間，采用細(xì)長(zhǎng)柔性軸連接，當(dāng)采煤遇到夾矸或因操作不當(dāng)割到液壓支架護(hù)幫板，出現(xiàn)嚴(yán)重超載，柔性軸應(yīng)力集中處首先斷裂，起到過(guò)載保護(hù)的作用。搖臂機(jī)殼內(nèi)外及行星頭均設(shè)有水道或冷卻水管，兼顧外噴霧降塵和減速箱冷卻作用。

搖臂采用飛濺潤(rùn)滑方式，行星傳動(dòng)與臂身直齒傳動(dòng)分油池潤(rùn)滑，保證滾筒在升高和降低時(shí)，潤(rùn)滑效果良好。

滾筒由端蓋板、螺旋葉片、筒轂、齒座、截齒和噴嘴裝置組成。

2.3 調(diào)高液壓系統(tǒng)

調(diào)高液壓系統(tǒng)對(duì)煤機(jī)左右搖臂、護(hù)板及破碎機(jī)進(jìn)行調(diào)高控制，液壓系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、油泵、油缸、液壓鎖、液壓閥組、冷卻器、濾油器、壓力表、油箱等組成。調(diào)高泵電動(dòng)機(jī)功率為40 kW。液壓站配有自封式吸油濾油器，用避免油箱內(nèi)污物進(jìn)入液壓泵及液壓系統(tǒng)，調(diào)高泵出口安裝有高壓過(guò)濾器，以保持油液清潔，提高液壓泵等元件的工作壽命和可靠性。調(diào)高液壓系統(tǒng)如圖3所示。

如果液壓系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，首先將油泵的排油口打開，再開機(jī)使油泵開始工作，觀察排油量及壓力的大?。蝗绻麤](méi)有壓力，則可斷定是齒輪泵到油池的部分出了問(wèn)題。如果壓力很大而油也能連續(xù)流出，則檢查閥組到油缸的部分。檢查油箱是否有油，吸油濾油器濾網(wǎng)是否需清洗；檢查吸油管路的密封狀況；檢查配油塊的油路是否堵塞；檢查手動(dòng)調(diào)高閥的進(jìn)、回油的情況；檢查油缸前后腔串油導(dǎo)致油直接回流到油池。

1-離合機(jī)構(gòu); 2-軸組件; 3-二軸組件; 4-三軸組件; 5-四軸組件; 6-雙級(jí)行星減速器; 7-七軸組件; 8-截割電動(dòng)機(jī)。

圖3 采煤機(jī)液壓系統(tǒng)

2.4 破碎機(jī)構(gòu)

破碎機(jī)構(gòu)主要由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、破碎頭減速器、臂架、破碎滾筒、油缸等組成，如圖4所示。破碎電動(dòng)機(jī)同軸安裝在破碎滾筒內(nèi)，通過(guò)一級(jí)行星齒輪減速傳遞到滾筒上，破碎機(jī)構(gòu)臂架和牽引部鉸接，通過(guò)油缸與牽引部上支座鉸接，實(shí)現(xiàn)升降。

2.5 噴霧冷卻裝置

冷卻高壓水經(jīng)反沖洗過(guò)濾器進(jìn)入煤機(jī)噴霧冷卻裝置，分別對(duì)左、右搖臂進(jìn)行冷卻，在形成滾筒內(nèi)、外噴霧，對(duì)左、右截割電動(dòng)機(jī)，牽引電動(dòng)機(jī)、破碎電動(dòng)機(jī)、調(diào)高泵電動(dòng)機(jī)、變壓器及變頻器進(jìn)行冷卻。噴霧冷卻系統(tǒng)原理如圖5所示。

3 采煤機(jī)電氣部分

MG1000/2540-GWD采煤機(jī)電控系統(tǒng)具有技術(shù)先進(jìn)，操作方便，自動(dòng)保護(hù)和接口豐富等特點(diǎn)。人機(jī)界面友好，系統(tǒng)參數(shù)顯示全面準(zhǔn)確，有運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)、故障記憶功能，有助于分析查找系統(tǒng)故障原因，具備較強(qiáng)的故障診斷能力。煤機(jī)系統(tǒng)主回路高壓進(jìn)線具備漏電保護(hù)功能，牽引變頻器具備漏電保護(hù)功能。

1-支撐座； 2-油缸； 3-破碎電動(dòng)機(jī)； 4-破碎機(jī)構(gòu)； 5-破碎機(jī)截齒； 6-護(hù)罩。

圖5 噴霧冷卻系統(tǒng)原理

3.1 高壓控制箱

高壓箱布置于采煤機(jī)的右牽引箱內(nèi)，具有控制、操作、顯示、電源配置及連線等功能。箱內(nèi)裝有3 300 V輸入電源的隔離開關(guān)，控制截割電動(dòng)機(jī)、破碎電動(dòng)機(jī)和泵電動(dòng)機(jī)的真空接觸器，檢測(cè)各電動(dòng)機(jī)電流和牽引變壓器電流的電流互感器，各電動(dòng)機(jī)的漏電閉鎖模塊、負(fù)責(zé)各電動(dòng)機(jī)啟停的啟停模塊、檢測(cè)各電動(dòng)機(jī)溫度和電流的模擬量模塊等。

3.2 組合控制箱

組合控制箱布置于采煤機(jī)的中間框架內(nèi)，具有控制、操作、顯示、電源配置及連線、分線等功能，整個(gè)組合控制箱由變壓器腔、計(jì)算機(jī)控制腔、變頻器腔和接線腔組成,如圖6所示。

3.3 電控系統(tǒng)控制及保護(hù)功能

煤機(jī)控制有無(wú)線遙控、端頭控制、面板控制、應(yīng)急近控4種方式[4]。通過(guò)無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的牽引停止、牽引方向、加減速、急停、左右搖臂升降以及其他液壓閥組的控制，為常用方式。系統(tǒng)在主機(jī)內(nèi)部預(yù)留有備用的通信接口，接口協(xié)議為 CAN 或RS485，為今后用戶進(jìn)行功能擴(kuò)展和升級(jí)做好了準(zhǔn)備。系統(tǒng)具備先導(dǎo)與運(yùn)閉控制功能,其基本功能為：

1) 恒功率自動(dòng)控制功能。目的是為了充分利用截割電動(dòng)機(jī)的功率，同時(shí)也不使電動(dòng)機(jī)超載而損壞。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的截割電動(dòng)機(jī)負(fù)荷狀態(tài)，進(jìn)行恒功率自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)任一截割電動(dòng)機(jī)工作電流大于 110%Ie時(shí)，系統(tǒng)輸出命令自動(dòng)降低牽引速度，直到截割電動(dòng)機(jī)退出超載區(qū)。

2) 重載反牽引功能。如果采煤機(jī)的嚴(yán)重過(guò)載，可以保護(hù)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)截割電動(dòng)機(jī)負(fù)荷大于 130%Ie時(shí)，系統(tǒng)讓煤機(jī)以給定速度反向牽引一段時(shí)間后，再繼續(xù)正向牽引；如果負(fù)荷并沒(méi)有下降到額定值內(nèi)，則系統(tǒng)進(jìn)入故障鎖定狀態(tài)。

圖6 組合控制箱

圖7 截割電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)動(dòng)作時(shí)間與過(guò)載值之間關(guān)系

3) 溫度檢測(cè)和過(guò)熱保護(hù)功能。當(dāng)截割電動(dòng)機(jī)和牽引電動(dòng)機(jī)溫度達(dá)到135 ℃時(shí)，相應(yīng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)自動(dòng)降為額定值的70%；當(dāng)截割電動(dòng)機(jī)、牽引電動(dòng)機(jī)、泵電動(dòng)機(jī)及破碎電動(dòng)機(jī)溫度達(dá)到155 ℃，相應(yīng)設(shè)備停機(jī)保護(hù)動(dòng)作。截割電動(dòng)機(jī)、破碎電動(dòng)機(jī)及泵電動(dòng)機(jī)均有三相電流互感器，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的各電動(dòng)機(jī)的額定值與反時(shí)限特性，執(zhí)行短路、過(guò)載和缺相保護(hù)。截割電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)也具備反時(shí)限功能，有效保護(hù)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。牽引電動(dòng)機(jī)有相應(yīng)的變壓器、變頻器供電，電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)，變頻器過(guò)、欠壓保護(hù)，牽引變壓器溫度保護(hù)及短路、斷相、缺相保護(hù)均具備。

4) 截割高度檢測(cè)功能。通過(guò)安裝在左右搖臂與機(jī)身連接軸處的旋轉(zhuǎn)角度傳感器，檢測(cè)并顯示當(dāng)前煤機(jī)左右搖臂的截割高度。煤機(jī)具有位置檢測(cè)功能，通過(guò)安裝在行走箱驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)軸處的旋轉(zhuǎn)編碼器，檢測(cè)并計(jì)算采煤機(jī)的位置和牽引速度。為實(shí)現(xiàn)三機(jī)配套的全自動(dòng)采煤作業(yè)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

5) 冷卻水回路有水壓傳感器，用來(lái)檢測(cè)冷卻水壓。當(dāng)水壓達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，采煤機(jī)可以正常運(yùn)行，當(dāng)冷卻水回路發(fā)生故障導(dǎo)致水壓不足時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)置故障報(bào)警或停機(jī)保護(hù)。煤機(jī)用液壓站油箱安裝油位傳感器，檢測(cè)油量，當(dāng)油量不足時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)置故障報(bào)警提示或停機(jī)保護(hù)。

4 應(yīng)用效果

3-1402工作面煤層平均厚度6.33 m，走向長(zhǎng)度3 535 m，傾向長(zhǎng)度245.75 m，可采儲(chǔ)量654.6 Mt。天地科技股份有限公司上海分公司生產(chǎn)的MG1000/2540-GWD型交流電牽引采煤機(jī)，在工作面使用效果良好，大采高采煤方法與放頂煤采煤法相比較，具備回采率高的特點(diǎn)，大采高采煤法回采率為93%以上，而放頂煤采煤法回采率為80%～90%；具備回采工藝相對(duì)簡(jiǎn)單特點(diǎn)，大采高采煤法的回采工藝：采煤機(jī)割煤、裝煤，移架、推溜，頂板自行垮落；大采高采煤瞬時(shí)瓦斯涌出小，通風(fēng)易于管理，對(duì)安全生產(chǎn)有利；具備生產(chǎn)效率高,單班作業(yè)人員少特點(diǎn)。該采煤機(jī)設(shè)備自投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低，開機(jī)率高；工作面綜采隊(duì)，按照“四六”制組織生產(chǎn)，三班生產(chǎn)，一班檢修，每天日出煤量2萬(wàn)t左右，具有良好的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。