采煤機新型沖擊截齒結(jié)構(gòu)及其控制系統(tǒng)研究

張紅兵

（山西興新安全技術(shù)服務(wù)有限公司， 山西 太原 030024）

引言

采煤機是煤礦井下煤炭開采所不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備，在工作時通過電液控制系統(tǒng)帶動截割滾筒旋轉(zhuǎn)，利用截割滾筒上的截齒將煤壁上的煤炭壓裂并剝離，完成井下綜采作業(yè)。由于煤壁硬度高，截齒在截割作業(yè)時受到較大的載荷沖擊和磨損，因此導(dǎo)致采煤機的實際截割效率較低，而且截齒磨損嚴重，極大地限制了井下綜采作業(yè)效率的進一步提升。

因此，本文提出了一種新的采煤機沖擊截齒結(jié)構(gòu)，在滾筒上設(shè)置預(yù)裂截齒，提前對煤壁進行沖擊預(yù)裂，降低煤壁煤層的硬度，從而減少采煤機截割滾筒截齒在接觸煤壁時的沖擊載荷和磨損。本文重點對沖擊截齒的結(jié)構(gòu)組成、液壓系統(tǒng)控制原理等進行分析。

1 沖擊截齒改造方案分析

以MG300/700 型采煤機為改造對象，該采煤機的額定功率為700 kW，工作時的額定截割功率為2×300 kW，額定牽引功率為2×40 kW，為了提高截割滾筒截割作業(yè)效率，在滾筒上增加了液壓沖擊截齒和回轉(zhuǎn)接頭，當截割滾筒工作時，沖擊截齒在液壓系統(tǒng)的控制下先對截齒進行預(yù)裂沖擊，然后普通截齒再切入碎裂的煤巖中，降低截割作業(yè)時的磨損和載荷沖擊。該沖擊截齒的整體結(jié)構(gòu)如圖1-1 所示，回轉(zhuǎn)機構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)如圖1-2 所示[1]。

圖1 沖擊截齒及回轉(zhuǎn)接頭結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1 可知，沖擊截齒組件包括液壓缸和沖擊截齒兩個部分，沖擊截齒安裝在截齒座上，截齒座焊接在截割滾筒上，液壓缸的缸體采用了高強度滲碳鋼，從而達到提高耐磨性和耐沖擊性的雙重效果。回轉(zhuǎn)接頭的作用是為沖擊截齒提供運行高壓油并在截割作業(yè)時噴霧，降低粉塵濃度?；剞D(zhuǎn)接頭主要包括了外殼、旋轉(zhuǎn)軸承等構(gòu)成，為了提高供液的可靠性，在回轉(zhuǎn)體上設(shè)置了用于高壓液體和降塵水的流道，實現(xiàn)油水的同步流動，提高對沖擊截齒的控制可靠性。沖擊截齒的不同布置位置和數(shù)量將直接影響到截割作業(yè)的效率和截齒使用壽命，沖擊截齒數(shù)量不足無法起到應(yīng)用的效果，沖擊截齒數(shù)量過多將導(dǎo)致同時工作時的沖擊力不足，影響沖擊預(yù)裂效果。文章對多種截齒布置方案進行了研究，最終確定在截割滾上設(shè)置6 組液壓沖擊截齒，各個截齒分布在不同的斷面上，從而保證截割滾筒旋轉(zhuǎn)截割時在任何角度都至少有一個沖擊截齒能和煤壁接觸，有效提升截割作業(yè)時的截割效率，降低對截齒的磨損，沖擊截齒在截割滾筒上的分布如圖2 所示[2]。

圖2 沖擊截齒分布結(jié)構(gòu)示意圖

2 沖擊截齒液壓系統(tǒng)

沖擊截齒在工作時需要由液壓系統(tǒng)提供動力，確保截齒在沖擊時的沖擊頻率和沖擊力，為了滿足在井下復(fù)雜環(huán)境下的工作可靠性需求，本文所提出的液壓控制系統(tǒng)采用了封閉式控制和負載敏感控制技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，控制精度高的優(yōu)點，其整體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1 可知，液壓控制系統(tǒng)能夠?qū)λ薪佚X進行單獨控制，提高供液效率和沖擊破裂效果。在工作的過程中，首先啟動油泵對系統(tǒng)進行補液，壓力傳感器對液壓系統(tǒng)高壓端和低壓端的油液壓力進行監(jiān)測，避免出現(xiàn)超壓泄漏事故。當沖擊截齒工作時，啟動控制泵，將油液壓入到帶有負載的沖擊截齒的油缸內(nèi)，驅(qū)動沖擊截齒開始工作，一次沖擊后的油液從截齒的回油口流出，然后再進入到柱塞泵內(nèi)，重新供液，不僅能夠減少油液的流動距離，而且能夠提高油壓，提升控制效果，實現(xiàn)閉式控制供油。

由于截割作業(yè)時的負載沖擊嚴重，因此對液壓系統(tǒng)的供液穩(wěn)定性要求較高，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置進液安全閥[3]，用于限制系統(tǒng)內(nèi)的最高供油壓力，防止管路及換熱器受高壓沖擊而損壞，在截齒以一定的頻率沖擊煤壁時，利用流量傳感器對流程的油液量進行檢查，然后傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，由控制系統(tǒng)根據(jù)供液需求調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，提高供液效率和可靠性。安全閥設(shè)置的主要目的是為了限制沖擊截齒的最高工作壓力，特別是進油安全閥組主要限制系統(tǒng)低壓端的最高工作壓力，當系統(tǒng)壓力超過了設(shè)定值以后，進油安全閥組則開啟，使油泵內(nèi)的液壓油回到油箱，保護換熱器因高壓而損壞。當沖擊截齒在反復(fù)沖擊煤壁的過程中，系統(tǒng)對沖擊流量進行監(jiān)測，然后經(jīng)過分析處理后，調(diào)節(jié)泵的輸出流量，精確控制沖擊截齒的工作頻率。

3 沖擊截齒電液控制系統(tǒng)

由于截割滾筒不斷轉(zhuǎn)動，在不同時間內(nèi)參加液壓沖擊的截齒不同，因此對沖擊截齒控制系統(tǒng)的控制精確性和穩(wěn)定性要求極高，該電液控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖4 所示[4-6]。在該控制系統(tǒng)中，監(jiān)測到數(shù)據(jù)信號后通過8AD 模塊進行模擬量和數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換，然后系統(tǒng)自主對數(shù)據(jù)信號進行對比，獲取控制量，然后經(jīng)過處理后轉(zhuǎn)換為電流信號，傳遞給變頻控制器，實現(xiàn)對泵驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速的控制。

圖4 電液控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

該新型截割滾筒投入應(yīng)用后，對其應(yīng)用情況進行對比分析，結(jié)果表明優(yōu)化后的截割滾筒截割作業(yè)時的效率提高15%以上，將截齒的使用壽命由3.4 d/個，提升到了4.2 d/個，使用壽命提高了23.5%，顯著地提升了采煤機的截割效率和截割經(jīng)濟性。

4 結(jié)論

1）沖擊截齒組件包括液壓缸和沖擊截齒兩個部分，沖擊截齒安裝在截齒座上，在截割滾上設(shè)置6 組液壓沖擊截齒，保證截割滾筒旋轉(zhuǎn)截割時在任何角度都至少有一個沖擊截齒能和煤壁接觸；

2）液壓控制系統(tǒng)采用了封閉式控制和負載敏感控制技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)緊湊，控制精度高的優(yōu)點；

3）新的采煤機截割滾筒能夠?qū)⒔馗钭鳂I(yè)時的效率提高15%以上，將截齒的使用壽命提高23.5%以上，對提升井下截割經(jīng)濟性和采煤機運行穩(wěn)定性具有十分重要的意義。