綜采工作面采煤機(jī)滾筒葉片磨損問題研究

武慧文

（大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 山西 大同 037024）

0 引言

采煤機(jī)作為綜采工作面關(guān)鍵的生產(chǎn)設(shè)備，其設(shè)備構(gòu)造包括牽引機(jī)構(gòu)、截割機(jī)構(gòu)、電氣液壓機(jī)構(gòu)以及其它輔助機(jī)構(gòu)等，其中截割機(jī)構(gòu)是進(jìn)行綜采工作面煤壁截割的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，煤壁的截割效率也與之密切相關(guān)。在采煤機(jī)設(shè)備沿煤壁截割運(yùn)行過程中，通過操控采煤機(jī)搖臂升降及滾筒調(diào)高來控制煤壁截割效果，通過控制滾筒轉(zhuǎn)速來控制截割速率。滾筒葉片在采煤機(jī)滾筒裝煤過程中起著重要的作用，因此本文通過研究上述幾個因素對采煤機(jī)滾筒葉片磨損的影響，找出最優(yōu)的參數(shù)控制范圍，提高綜采工作面采煤機(jī)截割效率。

1 采煤機(jī)滾筒葉片磨損問題因素分析

1.1 煤矸性質(zhì)方面的影響

綜采工作面采煤機(jī)設(shè)備截割煤壁時的截割對象首先就是煤矸巖體，因此在截割過程中，煤體矸石的硬度、顆粒大小不同都會對滾筒葉片造成不同程度的磨損，煤體矸石的硬度越大，對采煤機(jī)滾筒葉片的磨損程度也就越劇烈。對于不同煤矸巖體來說，在顆粒大小以及密度等參數(shù)不同時，對采煤機(jī)滾筒葉片的磨損情況也會有所差異，本文主要考慮煤矸硬度對采煤機(jī)滾筒葉片造成的影響，對比不同煤矸堅固性系數(shù)對采煤機(jī)滾筒葉片磨損情況進(jìn)行分析，如圖1 所示，在控制其他因素保持不變的情況下，即采煤機(jī)牽引速度為3 m/min、滾筒葉片螺旋升角11°、滾筒截割速率102 r/min 時，分別取煤矸堅固性系數(shù)為1.4、3.5、5.1、6.8、8.4 以下五種參數(shù)時，分析對滾筒葉片磨損量造成的影響。

圖1 煤矸堅固性系數(shù)對滾筒葉片磨損效果分析

由圖1 可以看出，在煤矸堅固性系數(shù)為1.4 時，滾筒葉片磨損量為0.2 mm；而當(dāng)堅固性系數(shù)升至8.4時，磨損量接近1.0 mm；隨著煤矸堅固性系數(shù)的增大，滾筒葉片的總磨損量也在增加，磨損情況也越劇烈。因此在進(jìn)行綜采工作面采煤機(jī)截割作業(yè)前，可通過測定煤矸堅固性系數(shù)來靈活更換采煤機(jī)滾筒葉片材質(zhì)，或通過及時維護(hù)保養(yǎng)等方式降低煤矸巖體對滾筒葉片造成的磨損程度。

1.2 采煤機(jī)滾筒截割速率的影響

同樣在保持采煤機(jī)滾筒牽引速度為3 m/min、滾筒葉片螺旋升角11°不變，選取煤矸堅固性系數(shù)5.1的情況下，分別測試采煤機(jī)滾筒截割速率72 r/min、82 r/min、92 r/min、102 r/min、112 r/min 下對滾筒葉片的磨損程度，具體關(guān)系如圖2 所示[1]。

圖2 不同截割速率對采煤機(jī)滾筒葉片的磨損情況分析

由圖2 可以看出，在采煤機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速為72 r/min時，滾筒葉片的磨損量最高為1.0 mm；而當(dāng)提升滾筒轉(zhuǎn)速至112 r/min 時，滾筒葉片的磨損情況顯著下降，僅為0.3 mm 左右。因此，在一定范圍內(nèi)提高采煤機(jī)滾筒的截割轉(zhuǎn)速，可以有效降低采煤機(jī)滾筒葉片的磨損。分析其原因，采煤機(jī)滾筒截割速率越快對煤矸巖體的破碎效果也就越好，減少了滾筒的切削厚度，也就減少了煤矸對滾筒葉片造成的磨損。同時隨著滾筒轉(zhuǎn)速的提高，滾筒葉片中的煤矸會快速拋出，滾筒葉片承載煤矸的時間縮短，磨損程度也就隨之降低。

1.3 采煤機(jī)牽引速度方面的影響

由上述采煤機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速對滾筒葉片磨損情況分析可知，在選取轉(zhuǎn)速102 r/min 時，滾筒葉片的磨損量較小。同時選取煤矸堅固性系數(shù)值5.1，滾筒葉片螺旋升角11°，在保持以上參數(shù)不變的情況下，改變采煤機(jī)運(yùn)行過程中的牽引速度，來分析采煤機(jī)牽引速度2 m/min、3 m/min、4 m/min、5 m/min、6 m/min 下對滾筒葉片磨損情況的影響，具體結(jié)果如圖3 所示[2]。

圖3 不同牽引速度下采煤機(jī)滾筒葉片磨損情況

由圖3 可以看出，在牽引速度為6 m/min 時，采煤機(jī)滾筒葉片的磨損量最大，達(dá)到0.65 mm，此時對滾筒葉片的磨損也越為嚴(yán)重；而當(dāng)牽引速度下降至2 m/min 時，采煤機(jī)滾筒葉片的磨損量逐步下降至0.1 mm。因此，在一定范圍內(nèi)，采煤機(jī)牽引速度越快，滾筒葉片的磨損情況也就越為劇烈。分析不同牽引速度下采煤機(jī)滾筒葉片的磨損情況出現(xiàn)上述差異的原因，主要是在牽引速度不斷提高的同時，采煤機(jī)滾筒切削量在隨之增加，造成了滾筒葉片較大的承載力以及滾筒葉片與煤矸之間的摩擦力，也就加劇了采煤機(jī)滾筒葉片的磨損。

1.4 螺旋升角對滾筒葉片的影響

采煤機(jī)滾筒葉片除了起到截割煤壁的作用，還起到一定的裝煤運(yùn)煤作用，在截割煤壁的同時將煤矸巖體截割下并運(yùn)至刮板機(jī)中，而不同的滾筒葉片螺旋升角，對煤矸的裝運(yùn)效果也就不同，同時受到的煤矸承載體的作用力也就不同，造成的滾筒葉片磨損程度也就有所差異。根據(jù)上述三種采煤機(jī)滾筒葉片磨損因素確定的參數(shù)，控制煤矸堅固性系數(shù)為5.1，采煤機(jī)的牽引速度控制為3 m/min，滾筒截割速率控制在102 r/min，研究螺旋升角10°、11.5°、13°、14.5°、16°下的采煤機(jī)滾筒葉片磨損情況，具體變化關(guān)系如圖4所示[3]。

圖4 不同螺旋升角下采煤機(jī)滾筒葉片磨損情況

由圖4 可以看出，在采煤機(jī)滾筒葉片螺旋升角為10°時采煤機(jī)滾筒葉片的磨損量在0.1 mm，而隨著螺旋升角的增加升至14.5°時，采煤機(jī)滾筒葉片的磨損情況加劇，升至0.5 mm 左右，在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)出隨著螺旋升角的增加，采煤機(jī)滾筒葉片的磨損程度越為嚴(yán)重的趨勢。根據(jù)滾筒葉片裝運(yùn)煤矸的功能可以推斷出，在采煤機(jī)滾筒截割煤壁的過程中，隨著螺旋升角的增大，滾筒葉片承載煤矸的能力也就越大，造成了煤矸對滾筒葉片更大的作用力以及摩擦力，也就加劇了采煤機(jī)滾筒葉片的磨損程度。

2 采煤機(jī)滾筒葉片磨損因素的參數(shù)確定

綜上四個采煤機(jī)滾筒葉片磨損情況的影響因素，可得以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）采煤機(jī)滾筒葉片的磨損效果與煤矸堅固性系數(shù)成正比，煤矸堅固性系數(shù)越大，滾筒葉片的磨損量也就越大。在實(shí)際綜采工作面采煤機(jī)截割作業(yè)之間，可根據(jù)監(jiān)測到的煤矸堅固性系數(shù)靈活采取必要的保養(yǎng)維護(hù)措施，來提高采煤機(jī)滾筒葉片的使用壽命。

2）采煤機(jī)牽引速度與滾筒葉片的磨損量同樣成正比關(guān)系，在一定范圍之內(nèi)提升采煤機(jī)的牽引速度，滾筒葉片的磨損情況會加劇。也就是說在實(shí)際綜采工作面進(jìn)行截割作業(yè)時要合理控制采煤機(jī)牽引速度，避免造成滾筒葉片的劇烈磨損。

3）采煤機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速與滾筒葉片的磨損量成反比關(guān)系，在一定范圍內(nèi)增加采煤機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速會降低滾筒葉片的磨損量。因此在采煤機(jī)截割煤壁的過程中適當(dāng)提高滾筒轉(zhuǎn)速有利于降低采煤機(jī)滾筒葉片的磨損。

4）滾筒葉片螺旋升角與采煤機(jī)滾筒葉片磨損量成正比關(guān)系，在一定范圍內(nèi)增大采煤機(jī)滾筒的螺旋升角會加劇滾筒葉片的磨損情況。

綜合上述影響對采煤機(jī)滾筒葉片磨損情況的因素進(jìn)行分析，在綜采工作面進(jìn)行采煤機(jī)截割作業(yè)的過程中，可控制采煤機(jī)牽引速度為3 m/min，采煤機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速控制在102 r/min，滾筒葉片螺旋升角為11°，此時在煤矸堅固性系數(shù)不高的情況下，采煤機(jī)滾筒葉片的磨損量保持在0.2 mm 左右，磨損情況較低。同時為提高采煤機(jī)設(shè)備的高效截割效率，應(yīng)靈活控制各參數(shù)值，在確保滾筒葉片磨損量較低的情況下發(fā)揮采煤機(jī)設(shè)備的最優(yōu)截割性能。具體操作可在煤矸堅固性系數(shù)較低的煤壁區(qū)域適當(dāng)提高采煤機(jī)的牽引速度，而當(dāng)遇到堅硬煤矸時適當(dāng)降低采煤機(jī)的牽引速度，靈活調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)綜采工作面采煤機(jī)設(shè)備的高效運(yùn)行。

3 結(jié)語

通過分析綜采工作面采煤機(jī)滾筒葉片磨損情況的各影響因素，并進(jìn)行參數(shù)對比發(fā)現(xiàn)，在合理控制采煤機(jī)牽引速度、滾筒截割轉(zhuǎn)速以及滾筒葉片螺旋升角的情況下可以明顯減緩采煤機(jī)滾筒葉片的磨損效果。經(jīng)過具體測試得出，將采煤機(jī)牽引速度控制在3 m/min，滾筒轉(zhuǎn)速控制在102 r/min，滾筒螺旋升角11°時，采煤機(jī)滾筒葉片的磨損量保持在0.2 mm 左右。同時在實(shí)際生產(chǎn)過程中，根據(jù)煤矸堅固性系數(shù)靈活調(diào)節(jié)采煤機(jī)牽引速度，有助于減緩采煤機(jī)滾筒葉片的磨損。