陳 哲

（山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長治 046699）

引言

目前，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，原有的采煤機設(shè)備在結(jié)構(gòu)組成、開采的功能特點及控制功能等方面均相對落后，部分企業(yè)也加大了對采煤機設(shè)備的更新設(shè)計，但設(shè)備更新速度較慢，提升后的開采效率不明顯[1]。不斷加大對采煤機設(shè)備的更新?lián)Q代設(shè)計，提高設(shè)備的綜合性能，已成為當(dāng)前企業(yè)重要的改進方向。為此，對MG2×200/925-AWD型采煤機中關(guān)鍵部分的升級設(shè)計研究及使用時常見的故障失效展開分析研究。

1 采煤機結(jié)構(gòu)組成及工作原理分析

采煤機是煤礦開采中的關(guān)鍵設(shè)備，其設(shè)備的工作效率高、自動化水平好等特點均將會提高煤礦的開采量。以MG2×200-AWD型采煤機為例，該設(shè)備采用了多組三相交流電機和無級無鏈條雙驅(qū)動模式，其結(jié)構(gòu)主要包括截割臂、電機主架、搖臂、牽引部、滾筒、截割電機、牽引電機、傳動箱、控制箱、液壓系統(tǒng)等組成，通過各部件的相互配合完成對煤礦資源的開采[2]，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。在采煤機作業(yè)過程中，首先通過電機驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，并與銷齒進行有效嚙合，實現(xiàn)采煤機正向或方向的牽引移動；同時，通過設(shè)備上滾筒的旋轉(zhuǎn)可完成對煤層的切割及裝煤作用。另外，在設(shè)備中牽引部上對稱布置著兩個行走箱，利用電機帶動牽引部上的減速箱運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)采煤機設(shè)備的牽引移動。采煤機作業(yè)過程中，保證其電機不出現(xiàn)故障、結(jié)構(gòu)支架不發(fā)生變形或斷裂失效現(xiàn)象、截割頭正常旋轉(zhuǎn)切割等操作，這對保障采煤機具有較高的開采效率及作業(yè)安全性至關(guān)重要，為此，對采煤機整體進行了系統(tǒng)設(shè)計研究。

圖1 MG2×200-AWD型采煤機結(jié)構(gòu)組成圖

2 采煤機關(guān)鍵部件設(shè)計

2.1 牽引機構(gòu)設(shè)計

牽引機構(gòu)作為采煤機中的動力傳動機構(gòu)，保證其內(nèi)部部件之間的有效嚙合及配合，是保障采煤機高效作業(yè)的重要前提。所設(shè)計的牽引機構(gòu)結(jié)構(gòu)主要包括：一軸、二軸、行星齒輪組、牽引電機、透氣塞及油位探尺、牽引電機、中心齒輪組等部件。根據(jù)采煤機的整體布局，設(shè)計了兩個牽引機構(gòu)，并將其安裝布置在機身的左右兩側(cè)，通過螺栓進行固定連接。同時，為實現(xiàn)采煤機的牽引移動，在其結(jié)構(gòu)上各安裝了1套60 kW的三相交流驅(qū)動電機，并在電機后端設(shè)計了兩級直齒輪及二級行星齒輪，以將電機輸出的扭矩及動力進行有效擴散，經(jīng)過變大的動力直接傳輸至驅(qū)動輪上，在差速器及齒輪的相互嚙合下實現(xiàn)對采煤機沿工作面的移動驅(qū)動。所設(shè)計的牽引機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖如下頁圖2所示。

圖2 采煤機牽引機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

2.2 液壓制動器設(shè)計

液壓制動器是采煤機的安全防滑裝置，其結(jié)構(gòu)主要包括：前蓋、內(nèi)外摩擦片、內(nèi)圈、缸體、活塞、后蓋。制動器由螺栓固定在機器上，摩擦片與采煤機牽引部電機齒輪相連。液壓油從缸體上M12×1.5油孔進入推動活塞向右運動制動器處于松開狀態(tài)[5]。

當(dāng)切斷油壓時活塞在彈簧力作用下推動活塞向左運動產(chǎn)生摩擦力矩使制動器處于“抱閘狀態(tài)，機器被制動”。經(jīng)過計算確定了制動器的釋放壓力為1.6～2.0 MPa，在動態(tài)狀態(tài)下的制動力矩為580 N·m，靜態(tài)制動力矩為700 N·m，制動器外接油口尺寸為M12 mm×1.5 mm，制動器外形尺寸：200 mm×200 mm×115 mm，制動器的結(jié)構(gòu)組成圖如圖3所示。

圖3 采煤機液壓制動器

2.3 搖臂減速箱的設(shè)計

采煤機在開采作業(yè)過程中，主要通過搖臂結(jié)構(gòu)進行不同方位煤層的開采作業(yè)，其中，搖臂減速箱則是搖臂機構(gòu)的中的關(guān)鍵部件。結(jié)合市場上成熟的搖臂減速箱結(jié)構(gòu)，所設(shè)計的搖臂減速箱內(nèi)部通過花鍵與扭轉(zhuǎn)軸上的軸齒之間的相互嚙合，實現(xiàn)扭矩的轉(zhuǎn)向傳動。減速箱中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括花鍵、行走減速器、離合器、中心齒輪組、扭矩軸、惰輪組等結(jié)構(gòu)，經(jīng)過減速箱的速度減速后，能保證搖臂作業(yè)及換向過程具有穩(wěn)定的移動速度。同時，由于所選用的交流電機的轉(zhuǎn)速為1 470 r/min，故將減速箱中轉(zhuǎn)速設(shè)計為了47/57/67三級轉(zhuǎn)速，以滿足不同煤層的切割需求。另外，減速扭轉(zhuǎn)軸上安裝了軸承、軸齒輪、齒輪、端蓋及油位等部件，在與花鍵及其他部件進行配合時，安裝相應(yīng)的配合精度及裝配順序進行安裝。經(jīng)過選型及設(shè)計后，完成了搖臂減速箱的總體設(shè)計，如圖4所示。

圖4 采煤機減速軸

3 采煤機的控制保護功能設(shè)計

3.1 采煤機過零保護

采煤機在牽引驅(qū)動過程中，設(shè)計了左牽引按鈕及右牽引按鈕來實現(xiàn)采煤機的驅(qū)動速度進行控制。若采煤機處于左牽引狀態(tài)時，可實時按下右側(cè)牽引按鈕來實現(xiàn)采煤機左側(cè)的牽引減速，持續(xù)按右側(cè)按鈕，采煤機左側(cè)速度將會減速至零，此時采煤機處于停止移動狀態(tài)；當(dāng)按下左側(cè)牽引按鈕時，采煤機則按照反方向進行移動行走，由此通過左右相反的按鈕控制，實現(xiàn)對采煤機過零保護。

3.2 重載反牽保護

重載反牽功能的設(shè)置是為了使采煤機避免嚴(yán)重過載，達到保護電機的目的，當(dāng)任一截割電機負荷大于額定載荷的1.3倍時，通過控制器反牽引定時程序；使采煤機以給定速度反牽引一段時間后，再繼續(xù)向前牽引。

3.3 牽引變壓器溫度保護

牽引變壓器三相繞組內(nèi)各埋一個160℃的溫度接點，三相串聯(lián)，中間一相內(nèi)埋有一個Pt100電阻，電阻信號經(jīng)過熱電阻輸入模塊轉(zhuǎn)換后進入PLC主機中。當(dāng)變壓器溫度超過160℃時，不允許牽引或者停止?fàn)恳?/p>

4 采煤機的運行效果

在完成采煤機的關(guān)鍵部件設(shè)計及常見故障分析后，MG2×200-AWD型采煤機在某礦井工作面中進行了實際應(yīng)用測試，應(yīng)用時間將近6個月，主要觀察該設(shè)備的工作效率及故障發(fā)生率等。經(jīng)過測試可知，該設(shè)備各項功能運行正常，設(shè)備中各部件的可靠性及穩(wěn)定性更高，運行時的噪聲更低，截割頭的轉(zhuǎn)速可根據(jù)煤層的實際硬度進行自動調(diào)整，使其保持在一個相對高效的運行速度下。同時，設(shè)備的開采效率明顯提高，內(nèi)部齒輪、軸承、電機等關(guān)鍵部件的故障率也明顯降低，針對出現(xiàn)的故障問題，該設(shè)備也能智能化地發(fā)出相應(yīng)發(fā)聲光報警提示，并實時顯示設(shè)備的故障發(fā)生位置，人員即可根據(jù)故障位置及類型快速對設(shè)備進行維修操作，達到了設(shè)計效果。