采煤機及其技術創新在太重煤機有限公司中的應用

劉霞　商開振

摘 要：本文主要針對采煤機技術的形成與發展進行了闡述，并介紹了太重煤機有限公司近期通過引進CAD、CAM、CAPP等先進的信息化系統，創新性地使用了一些新技術、新工藝。并對太重煤機有限公司近期兩年結合國家“十一五”、“十二五”計劃項目進行的對采煤機智能化系統方面做出的改進進行了介紹，總結相關經驗，為后續采煤機的技術創新提供參考。

關鍵詞：采煤機；技術創新；導向靴

中圖分類號：TD632.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）03-0143-02

煤炭能源一直在我們國家的能源上占據著非常重要的角色。相對于其他能源，煤炭能源的價格低廉，質量優質更決定了其在國內工業上的不可或缺。因此，煤炭資源的開采技術是十分重要的。采煤機作為我國開采煤炭資源的主要工具，也開始運用這些技術，如智能化采煤機、增材制造的使用等。

1 采煤機的誕生及發展

世界上第一臺采煤機是原蘇聯于1932年生產并在頓巴斯煤礦開始使用的。之后，英國和德國相繼研制出了鏈式采煤機。鏈式采煤機是將截齒安裝在截鏈上，并依此截落煤，其工作效率低。后來，德國已另一種采煤工藝為基礎，研制出了用刨削方式落煤的刨煤機。直至20世紀50年代初，滾筒式采煤機才被英國和德國研發出來。此時的滾筒式采煤機上安裝有截煤滾筒，并將截齒安裝在滾筒上，用截煤滾筒實現落煤和裝煤。這種采煤機與可彎曲輸送機配套，奠定了煤炭開采機械化的基礎。

2 采煤機的組成結構及工作原理

2.1 采煤機的組成結構

采煤機基本上以雙滾筒采煤機為主，由以下部分組成。

2.1.1 截割部

包括搖臂齒輪箱、滾筒及附件。對整體調高采煤機來說，搖臂齒輪箱和機頭齒輪箱為一整體。主要作用是落煤、碎煤和裝煤。

2.1.2 牽引部

由牽引傳動箱和外牽引組成，外牽引是移動采煤機的執行機構，又分為鏈牽引和無鏈牽引。牽引傳動箱的主要作用是給采煤機以動力，并使其按要求沿工作面運行，并對采煤機進行過載保護。

2.1.3 電氣系統

包括電動機及電控箱。電氣系統為采煤機提供動力，控制采煤機啟停、行走、割煤等各種動作，并對其進行過載保護。以采煤機啟動和停機控制為例，其分為遙控、遠方控制及按鈕板三種方式，遠方控制回路是借用動力電纜一根控制芯線，使采煤機上的控制回路與磁力啟動器先導回路相連。在采煤機啟動和停機的控制回路中有四個停機按紐，一個啟動回路中串進了三臺電機溫度保護的熱敏接點，無論哪臺電機溫升超限均可切斷電源，只有溫度恢復到允許值時，機器方可正常工作。

2.1.4 輔助（附屬）裝置

包括擋煤板、底托架、電纜拖拽裝置、供水噴霧冷卻裝置及調高、調斜等裝置。

2.2 采煤機的工作原理

采煤機最關鍵要實現的兩個目的及工作的內容是割煤以及裝煤。采煤機的割煤是通過滾筒上的螺旋截齒對煤壁進行切割實現的。采煤機的裝煤是通過滾筒螺旋葉片的螺旋面進行裝載的，利用螺旋葉片的軸向推力，將從煤壁上切割下的煤拋到刮板機溜槽內運走。

3 二千五百千瓦電牽引采煤機設計[1]

2009年9月，國家 “十一五”項目“千萬噸級礦井高產高效工作面綜采成套設備與關鍵技術攻關”科研項目通過了專家組的評議驗收。此項目中最關鍵核心的課題就是太重煤機有限公司設計的2500kw采煤機。在原有采煤機設計的基礎上，該采煤機不僅功率更大，也有諸多方面的技術創新。第一，交流變頻調速電控裝置設計。該項目設計了國內首套交流電控裝置，并在2500kw采煤機上成功應用實施。第二，監測系統的設計。本設計包含了多點傳遙器、工控機等縣級的檢測分析設備。結合工業控制計算機、多點傳遙器對采煤機的溫度、過流、振動、傾斜、潮濕、油溫和油壓進行檢測并對檢測數據進行記錄、診斷處理。第三，創新型工藝設計。結合各種高精尖的數控、數顯加工檢測裝備，研發創新型機加工工藝，保證了產品零部件的技術精度和質量。此項目改變了高端綜采成套設備被迫從美、德進口的歷史，具有重大意義。

3.1 860千瓦智能化采煤機設計

2012年，太重煤機有限公司今年承擔了國家“十二五”“綜采成套裝備智能化系統開發與示范應用”項目中智能化采煤機的設計。總功率3000KW。該項目由太重煤機、平陽重工、山西煤機、汾西機電、科達自控、羅克佳華、西山煤電等多家公司共同承擔，并在我公司進行現場安裝調試及驗收工作。3000kw采煤機的智能化設計主要體現在以下方面。自動調高系統，即采煤機能依據工作面上的煤層和巖石分界情況，自動調節滾筒升降高度，達到最佳的割煤效果。智能控制系統，即實現實時檢測與遠程控制。這種控制系統設計新穎、技術先進、使用安全可靠，而且大大減少了煤礦工人對設備的維護量，降低了工人在艱苦工作環境下的勞動強度。記憶截割功能，即利用采煤機滾筒接觸到不同煤層時截割電動機負載不同及滾筒調高油缸前后腔壓力具有變化這一新型煤巖識別，選擇程序控制采煤機實時狀態下的各種動作，以達到記憶截割，少人化操作的目的。此項目多項創新技術填補了國內外空白，創造了一定的經濟效益，標志著我國向實現“少人采煤工作面”邁出重要一步。

3.2 激光熔覆處理在我公司中的應用

確保采煤機導向靴的壽命和使用性能，對于煤礦高效開采具有重要意義。為此，我單位曾嘗試過諸如表面淬火、堆焊耐磨層、焊耐磨板以及激光熔覆處理等各種方案。

3.2.1 導向靴表面處理方案的技術背景

內槽面表面淬火是我公司研發生產采煤機時最早選擇的處理方法。這種方法變形量小，尺寸比較容易控制。但使用效果欠佳，在惡劣的工作狀態下，導向靴破裂現象仍然會經常發生。

選用高錳合金耐磨焊條堆焊耐磨層。在最終機械加工工序時在內槽面為堆焊層留下空位。經過實際生產試驗及礦井下生產運行檢驗，此堆焊耐磨層的處理方案使用效果良好，也未收到來自于煤礦方的不利消息。但因為導向靴內槽面的結構限制，對焊接操作工提出了非常高的技術要求，生產效率不高；內槽面焊耐磨板，由于內槽面的復雜結構，同樣對焊接操作工提出了更高的技術要求。經客戶反映，經常有導向靴因焊接效果不好，耐磨板在使用過程中易發生脫落。在這種情況下，我們嘗試了激光熔覆處理的方法。

3.2.2 激光熔覆處理技術試用分析[2]

為了解決這個長久以來沒有克服的問題，我廠于2012年年初試制了6件導向靴，并與太原理工大學及專業制造商進行了交流，應用了激光熔覆處理技術。

激光熔覆技術可以以填料的方式在被涂覆基體表面上放置耐磨的涂層材料，經激光輻照使之和基體表面一薄層同時熔化，從而顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等。

熔覆后的尺寸要求熔入本體2-3mm，突出2mm，熔覆后各面的表面硬度為HRC46-52，各面在磨損4-5mm之內硬度保持不變，沖擊韌性不低于75.4J/cm2，經過本批次6件導向靴的試生產，熔覆處理過程中暴露了以下問題。

（1）熔覆處理后表面平整度較低[3]。熔覆處理導向靴內槽各面后，有樣板不能穿過內槽面的現象，不能滿足圖樣要求。而在熔覆處理后零件尺寸不合適的情況下，因內表面堆焊的是一層耐磨陶瓷粉末，對熔覆表面進行后期修整加工相當困難。無奈只能購買昂貴刀具進行銑削加工，效率低下，成本昂貴。（2）價格過高，不適合批量生產。六件導向靴的熔覆處理費用為一萬元左右。相比上述其他處理方案，費用更高。（3）實際使用情況良好。在制造完成后，根據客戶反映，此批導向靴機械性能良好，斷裂現象相比較上述其他處理方案而言有了一定程度的緩解，導向靴更加耐用。（4）技術具有先進性[4]。使用不同材料進行增材制造以獲得不同的力學性能的階梯型的零件結構，運用增材制造可以獲得芯部高韌性，表層高硬度、高耐磨性的零件。這將是機械制造業的一場革新。相信隨著科學技術的發展，激光熔覆處理技術很快能真正應用到重載裝備中。

4 結語

近期，太重煤機有限公司通過與高校建立聯系，積極運用現代CAE、CAD、CAPP技術，不斷提升自身創新能力，實踐新工藝新方法，為公司在近期煤礦市場不景氣的情況下實現戰略轉型打下了一定的技術基礎，希望公司在《中國制造2025》的大背景下，能盡快走出低迷，醫好舊疾，早日實現轉型跨越發展。

參考文獻

[1]邵世權.采煤機導向靴磨損原因分析及減摩抗磨技術的應用[J].探索科學，2016.

[2]林吉祥.采煤機電氣設備與電氣控制技術[J].中國科技博覽，2012.

[3]于東曼，楊曉靜，王迪.熔融沉積快速成型工藝過程分析及應用[J].機械設計與制造，2011.