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(jī)設(shè)備在結(jié)構(gòu)組成、開采的功能特點(diǎn)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(jī)設(shè)備的更新設(shè)計(jì)，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(jī)設(shè)備的更新?lián)Q代設(shè)計(jì)，提高設(shè)備的綜合性能，已成為當(dāng)前企業(yè)重要的改進(jìn)方向。為此，對MG2×200/925-AWD型采煤機(jī)中關(guān)鍵部分的升級設(shè)計(jì)研究及使用時常見的故障失效展開分析研究。

1 采煤機(jī)結(jié)構(gòu)組成及工作原理分析

采煤機(jī)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(diǎn)均將會提高煤礦的開采量。以MG2×200-AWD型采煤機(jī)為例，該設(shè)備采用了多組三相交流電機(jī)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(jī)主架、搖臂、牽引部、滾筒、截割電機(jī)、牽引電機(jī)、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(jī)作業(yè)過程中，首先通過電機(jī)驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，并與銷齒進(jìn)行有效嚙合，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)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(jī)帶動牽引部上的減速箱運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)設(shè)備的牽引移動。采煤機(jī)作業(yè)過程中，保證其電機(jī)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(jī)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(jī)整體進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。

圖1 MG2×200-AWD型采煤機(jī)結(jié)構(gòu)組成圖

2 采煤機(jī)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 牽引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

牽引機(jī)構(gòu)作為采煤機(jī)中的動力傳動機(jī)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(jī)高效作業(yè)的重要前提。所設(shè)計(jì)的牽引機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)主要包括：一軸、二軸、行星齒輪組、牽引電機(jī)、透氣塞及油位探尺、牽引電機(jī)、中心齒輪組等部件。根據(jù)采煤機(jī)的整體布局，設(shè)計(jì)了兩個牽引機(jī)構(gòu)，并將其安裝布置在機(jī)身的左右兩側(cè)，通過螺栓進(jìn)行固定連接。同時，為實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)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(jī)，并在電機(jī)后端設(shè)計(jì)了兩級直齒輪及二級行星齒輪，以將電機(jī)輸出的扭矩及動力進(jìn)行有效擴(kuò)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(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)沿工作面的移動驅(qū)動。所設(shè)計(jì)的牽引機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖如下頁圖2所示。

圖2 采煤機(jī)牽引機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

2.2 液壓制動器設(shè)計(jì)

液壓制動器是采煤機(jī)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(jī)器上，摩擦片與采煤機(jī)牽引部電機(jī)齒輪相連。液壓油從缸體上M12×1.5油孔進(jìn)入推動活塞向右運(yùn)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(yùn)動產(chǎn)生摩擦力矩使制動器處于“抱閘狀態(tài)，機(jī)器被制動”。經(jīng)過計(jì)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(jī)液壓制動器

2.3 搖臂減速箱的設(shè)計(jì)

采煤機(jī)在開采作業(yè)過程中，主要通過搖臂結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jī)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(jì)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(shí)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(jī)的轉(zhuǎn)速為1 470 r/min，故將減速箱中轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)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(jìn)行配合時，安裝相應(yīng)的配合精度及裝配順序進(jìn)行安裝。經(jīng)過選型及設(shè)計(jì)后，完成了搖臂減速箱的總體設(shè)計(jì)，如圖4所示。

圖4 采煤機(jī)減速軸

3 采煤機(jī)的控制保護(hù)功能設(shè)計(jì)

3.1 采煤機(jī)過零保護(hù)

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

3.2 重載反牽保護(hù)

重載反牽功能的設(shè)置是為了使采煤機(jī)避免嚴(yán)重過載，達(dá)到保護(hù)電機(jī)的目的，當(dāng)任一截割電機(jī)負(fù)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(jī)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(hù)

牽引變壓器三相繞組內(nèi)各埋一個160℃的溫度接點(diǎn)，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(jìn)入PLC主機(jī)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(jī)的運(yùn)行效果

在完成采煤機(jī)的關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)及常見故障分析后，MG2×200-AWD型采煤機(jī)在某礦井工作面中進(jìn)行了實(shí)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(xiàng)功能運(yùn)行正常，設(shè)備中各部件的可靠性及穩(wěn)定性更高，運(yùn)行時的噪聲更低，截割頭的轉(zhuǎn)速可根據(jù)煤層的實(shí)際硬度進(jìn)行自動調(diào)整，使其保持在一個相對高效的運(yùn)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(jī)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(bào)警提示，并實(shí)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(jìn)行維修操作，達(dá)到了設(shè)計(jì)效果。