馮 昊

（大同煤礦集團挖金灣虎龍溝煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037003）

1 厚煤層采煤機概況

1.1 厚煤層采煤機結(jié)構(gòu)

厚煤層采煤機具有采高大、裝機功率大、截割能力強的特點。厚煤層采煤機總體結(jié)構(gòu)主要由左右滾筒、左右搖臂、機身、頂護板和大塊煤破碎機等組成。一般采用分體式直搖臂，在機身上平面設(shè)置頂護板，以防止片幫煤滑向采空側(cè)。在機身輸送機機尾側(cè)設(shè)有大塊煤破碎機，以防止大塊煤堵塞機身下方的過煤通道。機身部分一般分為三段，由中間電氣控制箱、左右牽引行走部組成，牽引減速箱體內(nèi)設(shè)有噴霧冷卻系統(tǒng)、液壓泵站，機身三段之間通過銷與液壓拉桿緊。當前煤炭科學(xué)總院上海研究院是我國厚煤層大功率采煤機的開發(fā)單位，自2005年后推出了截割功率650 kW以上典型的厚煤層采煤機機型有1620、1815、2245和2400系列，當前主要是對2400系列采煤機進行分析研究[1]。

2400系列采煤機主要結(jié)構(gòu)特點：采用分體式搖臂，直搖臂主體可左右互換，內(nèi)外雙重冷卻，冷卻效果好；采用塊化設(shè)計，配套性好、適應(yīng)性范圍廣；多電機橫向布置，各機、電控組件采用抽屜式結(jié)構(gòu)，可從采空側(cè)抽出，便于安裝維護；采用大節(jié)距無鏈牽引機構(gòu)，牽引力大；配備機載破碎機，可防止大塊煤堵塞機身的過煤通道；采用先進的基于DSP處理器的網(wǎng)絡(luò)分布式控制技術(shù)和信息傳輸技術(shù)[2]。

1.2 厚煤層采煤機適用條件

厚煤層采煤機適用于采高范圍3.0～7.0 m的厚煤層一次采全高綜合機械化工作面或煤層綜合放煤層開采工作面，工作面傾角≤15°，煤層沿走向方向俯仰角≤±10°，煤質(zhì)硬度≤5，夾矸硬度≤10。

2 厚煤層采煤機技術(shù)特征

對煤炭科學(xué)總院上海研究院生產(chǎn)的2400系列厚煤層采煤機的技術(shù)特征進行分析。

2.1 高強度搖臂殼體

搖臂是采煤機的重要工作部件，起傳遞截割功力和承受截割反力的作用。由于搖臂傳遞功率大，且其外形受空間限制，受力情況十分惡劣。搖臂殼體要承受零部件的重力，同時要承受滾筒割煤過程中受到的各種沖擊負載。因此，提高殼體力學(xué)性能是大功率厚煤層采煤機搖臂的關(guān)鍵技術(shù)之一。當前2400系列厚煤層采煤機采用高強度搖臂殼體、Cr-Ni-Mo系低合金鑄鋼材料及熱處理工藝，鋼材具有較高的強度和韌性，屈服強度達550 MPa以上，抗拉強度達700 MPa以上，表面硬度（HB）達 200～240。

2.2 搖臂冷卻技術(shù)

搖臂傳動系統(tǒng)在工作過程中會產(chǎn)生熱量，一部分是齒輪傳動效率和軸承效率轉(zhuǎn)化的熱量，另一部分是齒輪轉(zhuǎn)動時攪拌油液產(chǎn)生的熱量。搖臂熱量過多會導(dǎo)致關(guān)鍵零件的失效等問題，所以解決好搖臂的熱平衡問題，對于提高傳動裝置工作的可靠性起著極為關(guān)鍵的作用。通過對搖臂溫度場分布的分析，獲得溫度場分布規(guī)律，優(yōu)化冷卻裝置，開發(fā)出新型冷卻裝置，應(yīng)用于2400系列厚煤層采煤機中，以滿足大功率搖臂高強度長時間連續(xù)運行的需要。

2.3 大節(jié)距無鏈行走系統(tǒng)

無鏈行走系統(tǒng)是保證采煤機沿工作面連續(xù)工作的基礎(chǔ)。現(xiàn)代采煤機普遍采用齒輪-銷軌式無鏈牽引方式。隨著裝機功率、牽引力和引速度的增大，126 mm節(jié)距行走系統(tǒng)已無法滿足配重型采煤機高效生產(chǎn)的需要。通過嚙合仿直、齒形和材料與工藝優(yōu)化，研制了147 mm節(jié)距且承載能力為1 000 kN以及172 mm、176 mm節(jié)距且承在能力1 500 kN的采煤機無鏈行走系統(tǒng)，可配套中部槽長度1750mm和2050 mm的工作面刮板輸送機[3]。

2.4 TDECS電氣拉制系統(tǒng)

2400系列厚煤層采煤機采用先進的TDECS電氣控制系統(tǒng)，能滿足煤炭開采對采煤機先進可靠控制技術(shù)的需求，其特點主要有：

1）采用網(wǎng)絡(luò)分布式拉制結(jié)構(gòu)，以高可靠、高性能CAN控制總線技術(shù)為骨架，且有高度靈品的可擴屬性，中等粒度模塊化設(shè)計，易于維護。

2）控制模塊核心采用先進的ARM+DSP處理器，集成度極高。各CPU每秒可處理超過7 000萬條指令，運行速度快，與常規(guī)基于PLC或工控機構(gòu)的系統(tǒng)相比，各項保護與操作反應(yīng)靈敏，處理能力強，可在不改動硬件的情況下，增加更多的控制與系統(tǒng)故障診斷功能。

3）恒功率自動控制。動力監(jiān)測與保護模塊將兩截割電機的當前負荷狀態(tài)通過CAN通道實時傳送到主控制器，由主控制器根據(jù)當前系統(tǒng)狀態(tài)，執(zhí)行恒功率自動調(diào)節(jié)[4]。

4）自行開發(fā)的采煤機操作控制軟件高效穩(wěn)定，智能化、自動化程度高，對關(guān)鍵操作提供多重故障識別和保護，安全性高。

5）系統(tǒng)拓展性強，除先進的順槽通信雙向無線電遙控選購件外，系統(tǒng)還提供諸如遠程操作控制、帶端頭工藝自動循環(huán)的記憶截割以及擴展工況監(jiān)測系統(tǒng)等豐富的功能選購件，具備遠程控制、記憶截割等功能。

6）可選配帶OLED中文實時監(jiān)視功能的高級無線電遙控系統(tǒng)，通過該手持式雙向無級電遙控系統(tǒng)，操作司機可隨時方便地了解采煤機當前運轉(zhuǎn)情況。

7）可配備的采煤機到順槽全雙工控制通信系統(tǒng)選購件，采用高抗干機TSK調(diào)制與PLL解調(diào)技術(shù)，在無需單獨通信線的條件下，使得采煤機到順槽數(shù)據(jù)傳輸速度超過同類進口采煤機3倍，可靠性也大幅提升。

2.5 高強度液壓拉桿

采煤機機身除安裝有牽引傳動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、液壓泵站、供水系統(tǒng)外，還連接搖臂，起支撐、承受機器重力，截割和牽引反力的作用。為便于安裝運輸，采煤機機身通常采用分體式結(jié)構(gòu)，分為左牽引箱、中間電氣控制箱和右牽引箱三個部分。機身各部分之間的連接可靠與否關(guān)系到采煤機的工作可靠性，針對機身各段之間易出現(xiàn)連接件松動、斷裂等問題，除采用圓柱銷定位外，還開發(fā)了M64/M72液壓螺母、高強度拉桿，通過液壓螺母將拉桿拉緊，以緊固機身，機身的緊固力可達到外負載的5倍以上，連接可靠。由于長拉桿產(chǎn)生較大的彈性變形量，也可有效防止松動。

3 應(yīng)用實例分析

2400系列厚煤層大功率采煤機分別在同煤集團、伊泰集團、神華集團、充礦集團、淮南礦業(yè)、安徽恒源煤電、淮北礦業(yè)集團、內(nèi)蒙古匯能集團、陜西神木匯森集團、鄂爾多斯東辰煤炭有限公詞、鄂爾多斯昊華精煤有限公司等礦使用。

2018年，MG750/2400-GWD型交流電牽引采煤機配套ZY8600/24/50D中部支架、SGZ100/3×700型工作面輸送機在同煤集團挖金灣虎龍溝煤業(yè)公司使用，工作面平均開采高度4.7 m，長度300 m，煤層傾角1°～3°，采用走向長壁后退式采煤法，取得最高日產(chǎn)4.65萬t，最高月產(chǎn)108.22萬t、連續(xù)3個月平均月產(chǎn)96.23萬t的業(yè)績。MG750/2400-GWD型交流電牽引采煤機用于厚煤層開采項目取得了成功，圓滿完成項目的各項考核指標。