同煤浙能麻家梁煤礦井下三機設備研究

王曉天

(同煤浙能麻家梁煤業有限責任公司，山西朔州036002)

1 卡特彼勒三機設備

1.1 刮板運輸機

工作面前部運輸機型號為PF6/1142，后部運輸機型號為PF6/1342?？ㄌ刂匦凸ぷ髅孑斔蜋C就是設計用于保證連續生產，將最大的煤從采煤工作面平穩運出。它們具有高可用性和低運營成本。易于維護，使用壽命長。先進的技術，產品的質量，積累的經驗到出色的產品支持，卡特重型工作面輸送機為煤礦的保質保產提供了強有力的支持。中部溜槽基架是軋制的，上槽可更換，而且可更換上槽的壽命取決于磨損因素。基架的壽命可在同等條件下使用多于3 次。軋制鋼材與鍛造鋼材相比表面更加平滑，強度更高，更加耐磨和降低噪音。槽幫與刮板會盡量增大接觸面積，從而將運行時接觸壓力降至最低，將摩擦力降到最低進而減少輸送機的功率需求，提高刮板和槽幫的壽命。軋制鋼材的表面比鑄鋼更加平滑，并且在最初的物料運輸后顯示極大的耐磨性。摩擦力小，磨損件的壽命長，在正常開采條件下可達1 000 萬噸，開采條件好時可達2 000萬噸。溜槽采取四節式槽幫設計，四節槽幫完全相同，每一節槽幫用兩條焊縫焊接在選定厚度和寬度的溜槽中板之上。溜槽之間可以垂直偏轉6°，水平偏轉0.8 ～1.2°，增加了靈活性，適應起伏不平的煤層。

為了保證無故障運行，空載運行軌道上的鏈條必須保持足夠的預張緊力，保證在負載運行狀態下鏈條適度松弛。為此，在空載運行軌道上鏈條要張緊到一定程度，使鏈條在機尾驅動部的底板上溜過，而各個鏈環彼此不會相互卡入。如果鏈條松弛度過大，鏈條容易在鏈輪上爬行和跳動。張得太緊的鏈條在鏈條越過鏈輪時會造成功率損失。導致鏈條和鏈輪的磨損更大，噪聲更強。根據經驗，在負載運轉時，鏈條在驅動部只允許下垂約一手寬的程度。否則，鏈條將會過分碰撞下鏈槽入口導軌的邊沿，造成過大的噪聲和較嚴重的磨損。此外，還會加劇鏈條爬鏈輪和跳鏈輪。如果運行軌道不僅在水平方向而且在垂直方向發生不同的彎曲，則鏈條的預張緊狀態在采煤推進過程也會發生變化。中部溜槽較明顯的壓縮或伸長和工作面角度的改變也可能使鏈條預張緊力發生變化。此外，所運送礦料特性的不穩定，如濕度或含矸率的波動，也可能改變鏈條預張力。最后，不斷增加的永久伸長變形也使鏈條本身不斷變化。為了保證鏈條和鏈輪無故障運行、高效的驅動性能以及較長的使用壽命，必須對鏈條的松弛度和噪聲強度等項指標進行連續監控。通過監控可以及時斷定鏈條何時必須縮短或加長。

1.2 轉載機

轉載機型號為PF6/1542，本系統轉載機和破碎機與工作面運輸機完全匹配，都具有高能力以防止出現瓶頸。并且可適應順槽縱向和橫向傾角變化。轉載機的驅動架、減速器和類似部件可裝備一個溫度和固體噪聲監控系統。當達到不允許的溫度時，或出現不允許的固體噪聲特性時，該系統會關閉驅動部。轉載機張緊架上裝有集中潤滑裝置，集中潤滑裝置可以從一個集中點上通過一個連接組件對機架進行潤滑。張緊架上的軸承和導向梁通過集中潤滑裝置獲得潤滑油脂。轉載機尾的軸承蓋上分別設有一個潤滑脂入口和一個潤滑脂進口，將油脂壓入潤滑脂入口的潤滑脂嘴，直到潤滑脂出口處溢出新鮮的油脂。鏈輪與通常的鏈輪不同，經過特殊設計，可將載荷分配在三個輪齒上，確保運行時鏈環與輪齒之間的接觸面積最大，這樣可以降低鏈輪和鏈條的磨損并延長其使用壽命。該鏈輪可將功率傳輸效率從93%提高到97%，延長鏈輪和鏈條的壽命，減少鏈條的延展。

1.3 破碎機

在硬件系統設計中，SK1118 型反擊輥式破碎機是集成在采煤系統的轉載機中的一種連續破碎機。它用來對采掘的煤進行粗破碎，以便后面的帶式輸送機把破碎的煤送出去。待破碎的煤借助轉載機通過破碎機輸送出去。其中，較大的煤塊用破碎機輥破碎，而較小的煤塊則在破碎機輥下面被輸送出去。破碎機的機殼和帶溜槽的底架是用不同的耐磨材料制成的焊接結構。破碎機機殼與底架用螺栓連接在一起。溜槽中焊接的軌道保證鏈條順暢通過。為了有效除塵，在破碎機機殼上設有噴水的接頭，旋入的扁射噴嘴伸到破碎機機殼內，水管接頭與噴水管相連接，由此使水經過扁射流噴嘴噴入破碎機內腔。

破碎機機輥為實心輥，同樣也是焊接結構。輥體用緊固元件固定在破碎機軸上，并經過平衡處理。破碎機輥可在軸承座和自動調心滾子軸承中進行轉動，破碎機軸換位機構的殼體用螺栓連接在自動調心滾子軸承上，經過螺紋桿實現與破碎機機殼的連接。另有定距板可用來調整破碎機輥與轉載機之間的通過高度，可借助液壓缸進行高度調節。

換向式錘頭用耐磨材料制成。換向式錘頭用一個六角膨脹螺栓和一個鎖緊螺母固定在錘柄上，錘頭一面磨損后可以翻轉過來再重新安裝使用。

2 卡特彼勒CST 減速器

減速器設計用單獨支承的軸安裝在機架上的構式。輸出軸配置了一個采用N260X10x30x24DIN5480 的可更換嚙合件。電動機與減速器之間經過一個彈性聯軸器進行連接。CST 系統可以實現電動機無負載和分級加速，機頭和機尾驅動部均衡負載，被卡住時的過載保護，重載啟動電動機，直到最大轉矩。由于CST 離合器安裝在低速輸出軸上，所以在出現突然卡鏈時能夠表現出優異的過載保護，實現鏈輪載荷的理想分配，非常精確的離合器控制。多于的鏈條所承受載荷和突然斷鏈的危險從本質上被消除，由于沖擊載荷被吸收可以大大減少鏈條、鏈輪和傳輸裝置的磨損。在驅動之間精確的負載分配，充分利用了可供功率，避免電機過熱，即使在工作面鏈條的節距發生變化時仍能減少停機時間。

KP-45CST -V 型錐齒輪行星齒輪減速器是一種四級減速器，包括一個傘齒輪級，兩個圓柱齒輪級和行星輸出級。通過更換第一個圓柱齒輪級實行減速比的變化。本減速器在結構上類似于傳統的行星齒輪減速器。對于CST 減速器來說，區別在于行星輸出級的設計。行星級的齒圈不是殼體的組成部分，而是被設計成可轉動的結構型式，并通過一個內置的CST聯軸器在一定程度上保持固定，導致輸出轉速改變。輸出軸用一個免維修的傳動機構密封件密封。輸出軸N260 ×10 ×30 ×24DIN5480 的內齒如果磨損，可以從外面進行更換。允許的持續功率視減速器的變比而定，允許持續輸入功率在輸入轉速n=1 500 轉/分時最大為 p =1 050 kw，在 n =1 800轉/分時最大為p =1 250 HP(英制馬力)。輸出端的最大允許轉矩為450 000 Nm。

KP-45CST -V 型錐齒輪行星齒輪減速器作為輸送機的減速器適用于用支承軸安裝在機架上，而且擁有一個油腔。除了錐形小齒輪軸的軸承外，所有其他齒輪和滾動軸承都是靠濺油潤滑的。錐形小齒輪的滾動軸承用一臺內裝的油泵供油。油位根據減速器的安裝位置而定，可在外部固定在減速器上的油位標牌上讀取，并可用量油尺檢查。減速器內腔用一個通氣濾器通氣。為了防止超壓，內裝的油冷卻器使用一個壓力可設定到30 bar 的限壓閥保護。冷卻水量約為25 l/min。進水口和出水口G3/4 的接頭在供液單元電動機側的前壁上。冷卻水必須在進入減速器之前過濾，而且進口溫度最高不得超過25℃。所有為保證CST 減速器運行所需要的零部件，例如泵、閥和監控機構，都安裝在減速器內。從外部只有冷卻水和一根37 芯的連接導線與PMC-D 計算機相連接。

3 卡特彼勒CST 系統

每一部驅動裝置配置一臺驅動裝置計算機PMC -D，用來控制減速器內裝的CST 聯軸器，并監控壓力、溫度、轉速、注油油位等。CST 聯軸器浸在油里，其特殊設計受專利的保護。通過調節聯軸器盤間的壓力，能夠實現從0 到100%之間的滑差，也就是說輸出速度可以在0 到額定轉速之間變化而不產生爬行和磨損。聯軸器滑動所產生的熱量將會不斷地由流向冷卻器的潤滑油帶走。減速器能夠執行以下功能。

3.1 電動機無負載起動和分級加速

電動機能夠無負載相繼起動，沒有力傳遞到鏈輪。這樣電動機能夠在無負載的情況下達到全速，因而電網的負載保持盡可能最小。

3.2 軟起動

電動機以空載轉速運轉，減速器輸出軸不動。在一段可預設的時間內(0 ～15 s)經過計算機控制，輸出軸上的轉矩提高，直到輸送機起動之后，轉速上升，因而鏈帶被平穩加速到額定速度。

3.3 重載起動電動機，直到最大轉矩

電動機以空載轉速運轉，減速器輸出軸不動。在預設的時間內經過計算機控制，輸出軸上的轉矩提高，直到輸送機起動之后，轉速上升，因而鏈帶被平穩加速到額定轉速。但驅動裝置可以加載到電動機的極限轉矩，以便在所有驅動裝置均衡參與下起動輸送機。

3.4 均衡負載

消耗的電動機功率經過單元集裝站內的功率測量單元連續進行測量，并經過PMC-D 計算機進行相互比較。發生功率變換時，PMC-D 計算機對減速器的CST 離合器進行控制，使所有驅動裝置都具有相同的耗用功率，并均勻地分配投入的驅動力，以驅動輸送機運動。設備功率的優化使用使輸送機需要的功率降低，并減少了由于熱敏電阻關斷電路引起的停機時間。

3.5 輸送機鏈被卡住時的過載保護

此減速器的一個極為重要的優點是，CST 聯軸器安裝在減速器的輸出軸上。當輸送機鏈被卡住時，CST 聯軸器會立即脫開而避免電動機和減速器的旋轉慣性作用到輸送機鏈上，從而保護了鏈條的使用壽命。電動機、減速器和鏈條的轉動慣量之比為 100 ∶10 ∶1。

4 卡特彼勒CST 液壓控制系統

CST 減速器的聯軸器用油壓進行控制，為此提供了專用的液壓控制回路和專用油箱。此專用油箱安裝在減速器的底部，因此低于減速器注油油位的高度?？刂朴拖涞谋趁嬖O有補償孔。該補償孔保證在向減速器注油時，同時也向油箱注油。液壓控制系統需要約100 bar 恒定的系統壓力。這一壓力用一臺活塞泵來保證。該活塞泵用一個直接并聯的120 bar 限壓閥保護，該限壓閥的回油直接進入齒輪箱。利用一個可調限壓閥來設定恒定系統壓力值。設定值為100 bar。該壓力值可通過安裝在“P2”接口上的壓力開關來監控。如果系統壓力下降到80 bar 以下，驅動裝置會被關閉。由活塞泵輸送的控制油用一過濾器濾清，以保護伺服閥不會臟污。該過濾器配有一個壓差開關。若過濾器進口和出口之間的壓力差超過6.9 bar，該壓差開關即作出反應。壓差顯示在PMC-V 控制器上。必須盡快更換過濾器濾芯。如果系統壓力在100 bar 時壓差開關切換，則過濾器輸入端壓力為100bar +6.9bar =106.9 bar。如果過濾器濾芯在十分堵塞的情況下仍未更換時，壓差以及過濾器輸入端的壓力就會繼續上升。當過濾器輸入端壓力達到120 bar，120 bar 限壓閥便被打開。如果過濾器進一步堵塞時，過濾器輸入端壓力不再上升，而系統壓力會降低。聯軸器上的壓力調節要借助伺服閥進行。若伺服閥受正向電流控制，則控制油由閥的壓力管路接口“P”流向閥的控制管路接頭“B”。這樣，CST 液壓缸中的控制壓力上升。若伺服閥受負向電流控制，則控制油由閥的控制接頭“B”回流到油箱。這時，CST 液壓缸中的控制壓力就會下降。所需要的控制電流由PMC-D 計算確定。計算的基礎是通過對實際的壓力值與額定壓力值進行比較而得出的。實際的壓力值由液壓控制盤上的PPT100 壓力傳感器測得。

應急運行時必須將液壓控制盤上的手動閥向左轉到止擋位置，插接套管“N”上的截止閥必須是打開的。在轉換到液壓應急狀態之前，輸入端的電機至少必須停轉90 s，以便能消除系統內可能存在的剩余壓力。驅動電機一旦起動電源，活塞泵就開始輸油。經過1 ～2 s 后，液壓控制盤的接口“P”上的壓力就達到100 bar 的額定壓力。這時，油從接口“P”經過一個節流閥流到環狀液壓缸。在接通驅動電機后，液壓控制盤的接口“Zy”上的壓力上升到約10 bar。此時幾乎不傳遞任何轉矩。電動機無負荷加速。約3 s 后壓力上升，在后續的5 s 內壓力上升到100 bar，并使輸送機加速。在100 bar 時聯軸器幾乎處于剛性聯結狀態。

5 機尾自動張緊

通過在張緊架上(機尾驅動部)縮回或伸出的液壓缸可以調節鏈條預張緊狀態，使之與開采條件相匹配。液壓缸活塞伸出時張緊鏈條，而縮回時則放松鏈條。液壓缸活塞的最大行程為1 000 mm。液壓缸可以手動或通過自動壓控式鏈條預張緊調節機構加壓。利用液壓缸上液壓釋放式單向閥可以封閉活塞空腔，保證氣密。裝在液控單向閥上的一個限壓閥被設定到480 bar，用來防止過載。壓力表用來監視規定的鏈條張緊力。

機尾自動張緊系統是為了使鏈條的預張緊狀態與輸送機的實際工作狀態盡可能達到最佳匹配。自動鏈條張緊系統保證鏈條預張緊狀態與輸送機的主要工作狀態達到最佳匹配，延長鏈條的使用壽命，減少構件的維修工作量(鏈條、鏈輪、傳動部件)，減小各轉動及摩擦面的磨損，達到最佳的電動機電流消耗。

該功能的基本電氣系統由兩大主要構件組成，一個壓力傳感器和一個位移傳感器。兩個構件都與電液控制單元相連?？刂茊卧惭b在張緊裝置的液壓系統附近，根據可張緊機架的結構型式，借助一個或多個張緊液壓缸控制鏈條預張緊狀態。控制器單元由在工作面自動化中十分常見的單一控制器PMCR 構成。PMC-R 經過一個電磁驅動器控制一個雙電磁閥，通過該閥觸發張緊架內張緊液壓缸的運動。鏈條預張緊狀態的調整在兩個關鍵參數之間進行，即最小和最大鏈條松弛度。當輸送機滿載運行時，鏈條松弛度最大，當輸送機處于空載運行狀態時，鏈條松弛程度減至最小。鏈條預張緊狀態的自動調整在這兩個鏈條松弛極限值之間進行。必要時，在PMC-R 上預設定的額定值曲線參數必須根據輸送機工作點上實際存在的情況作必要的修改。為此，必須測定輸送機空載運行時和滿載時的壓力參數，并輸入到PMC-R 中。這樣使額定值與實際存在的情況相匹配。在測定參數時，輸送機必須運行，并注意觀察在機尾驅動部上經過的鏈條?？蛰d運行狀態參數的測定過程如下。

將輸送機排空，輸送機運行時手動使張緊液壓缸活塞伸出，直到鏈條離開張緊上槽時不再形成懸垂為止。然后以約25 mm的步距縮回張緊液壓缸活塞，直到觀察到輕微的鏈條松弛為止。當達到形成垂懸鏈的過渡狀態時，在PMC-R 上讀取壓力值。記錄讀取的值，并作為空載運行的參數輸入到PMC-R中。測定適合滿載狀態的正常運行值必須滿足。

在PMC-R 上預先設定了有效參數，輸送機必須加載到最大負載。注意觀察鏈條在張緊架上的經過過程。如果沒有形成懸垂鏈，要在PMC-R 上把滿載運行狀態的參數壓力以大約10 bar 的步幅逐步減小。重復這一過程，直到形成較明顯的垂懸鏈為止。要確保張緊液壓缸活塞此時還有足夠的剩余行程。如果發現鏈條在預先設定的參數壓力值下松弛度過大，則必須將滿載壓力以約10bar 的步幅逐步升高。前提是張緊架液壓缸活塞還有足夠的剩余行程。當形成足夠的懸垂鏈時，在PMC-R 上讀取壓力值，記錄該壓力值，并作為滿載運行的參數輸入到PMC-R 中。

6 結語

充分了解、掌握卡特彼勒三機自動化是成功進行采礦作業的基礎。其先進的微控技術和提升的計算能力可實現完全新尺寸的自動化，提供所有所需的功能，增強對驅動裝置的控制的采礦自動化系統最大程度地提高整個長壁系統的自動化程度，最大程度地提高產量，最大程度地提高安全性，優化設備的使用，使部件的過載機會降到最少，最大程度地避免使采礦人員暴露在危險的、充滿塵埃的區域。