關于MG2×200-AWD型采煤機的設計應用分析

陳 哲

（山西霍爾辛赫煤業有限責任公司，山西 長治 046699）

引言

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

1 采煤機結構組成及工作原理分析

采煤機是煤礦開采中的關鍵設備，其設備的工作效率高、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，該設備采用了多組三相交流電機和無級無鏈條雙驅動模式，其結構主要包括截割臂、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]，其結構示意圖如圖1所示。在采煤機作業過程中，首先通過電機驅動齒輪轉動，并與銷齒進行有效嚙合，實現采煤機正向或方向的牽引移動；同時，通過設備上滾筒的旋轉可完成對煤層的切割及裝煤作用。另外，在設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，實現采煤機設備的牽引移動。采煤機作業過程中，保證其電機不出現故障、結構支架不發生變形或斷裂失效現象、截割頭正常旋轉切割等操作，這對保障采煤機具有較高的開采效率及作業安全性至關重要，為此，對采煤機整體進行了系統設計研究。

圖1 MG2×200-AWD型采煤機結構組成圖

2 采煤機關鍵部件設計

2.1 牽引機構設計

牽引機構作為采煤機中的動力傳動機構，保證其內部部件之間的有效嚙合及配合，是保障采煤機高效作業的重要前提。所設計的牽引機構結構主要包括：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。根據采煤機的整體布局，設計了兩個牽引機構，并將其安裝布置在機身的左右兩側，通過螺栓進行固定連接。同時，為實現采煤機的牽引移動，在其結構上各安裝了1套60 kW的三相交流驅動電機，并在電機后端設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，經過變大的動力直接傳輸至驅動輪上，在差速器及齒輪的相互嚙合下實現對采煤機沿工作面的移動驅動。所設計的牽引機構結構示意圖如下頁圖2所示。

圖2 采煤機牽引機構結構圖

2.2 液壓制動器設計

液壓制動器是采煤機的安全防滑裝置，其結構主要包括：前蓋、內外摩擦片、內圈、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[5]。

當切斷油壓時活塞在彈簧力作用下推動活塞向左運動產生摩擦力矩使制動器處于“抱閘狀態，機器被制動”。經過計算確定了制動器的釋放壓力為1.6～2.0 MPa，在動態狀態下的制動力矩為580 N·m，靜態制動力矩為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，制動器的結構組成圖如圖3所示。

圖3 采煤機液壓制動器

2.3 搖臂減速箱的設計

采煤機在開采作業過程中，主要通過搖臂結構進行不同方位煤層的開采作業，其中，搖臂減速箱則是搖臂機構的中的關鍵部件。結合市場上成熟的搖臂減速箱結構，所設計的搖臂減速箱內部通過花鍵與扭轉軸上的軸齒之間的相互嚙合，實現扭矩的轉向傳動。減速箱中的內部結構包括花鍵、行走減速器、離合器、中心齒輪組、扭矩軸、惰輪組等結構，經過減速箱的速度減速后，能保證搖臂作業及換向過程具有穩定的移動速度。同時，由于所選用的交流電機的轉速為1 470 r/min，故將減速箱中轉速設計為了47/57/67三級轉速，以滿足不同煤層的切割需求。另外，減速扭轉軸上安裝了軸承、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，安裝相應的配合精度及裝配順序進行安裝。經過選型及設計后，完成了搖臂減速箱的總體設計，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計

3.1 采煤機過零保護

采煤機在牽引驅動過程中，設計了左牽引按鈕及右牽引按鈕來實現采煤機的驅動速度進行控制。若采煤機處于左牽引狀態時，可實時按下右側牽引按鈕來實現采煤機左側的牽引減速，持續按右側按鈕，采煤機左側速度將會減速至零，此時采煤機處于停止移動狀態；當按下左側牽引按鈕時，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，實現對采煤機過零保護。

3.2 重載反牽保護

重載反牽功能的設置是為了使采煤機避免嚴重過載，達到保護電機的目的，當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各埋一個160℃的溫度接點，三相串聯，中間一相內埋有一個Pt100電阻，電阻信號經過熱電阻輸入模塊轉換后進入PLC主機中。當變壓器溫度超過160℃時，不允許牽引或者停止牽引。

4 采煤機的運行效果

在完成采煤機的關鍵部件設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用測試，應用時間將近6個月，主要觀察該設備的工作效率及故障發生率等。經過測試可知，該設備各項功能運行正常，設備中各部件的可靠性及穩定性更高，運行時的噪聲更低，截割頭的轉速可根據煤層的實際硬度進行自動調整，使其保持在一個相對高效的運行速度下。同時，設備的開采效率明顯提高，內部齒輪、軸承、電機等關鍵部件的故障率也明顯降低，針對出現的故障問題，該設備也能智能化地發出相應發聲光報警提示，并實時顯示設備的故障發生位置，人員即可根據故障位置及類型快速對設備進行維修操作，達到了設計效果。