2400系列厚煤層采煤機(jī)的應(yīng)用研究

馮 昊

（大同煤礦集團(tuán)挖金灣虎龍溝煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037003）

1 厚煤層采煤機(jī)概況

1.1 厚煤層采煤機(jī)結(jié)構(gòu)

厚煤層采煤機(jī)具有采高大、裝機(jī)功率大、截割能力強(qiáng)的特點(diǎn)。厚煤層采煤機(jī)總體結(jié)構(gòu)主要由左右滾筒、左右搖臂、機(jī)身、頂護(hù)板和大塊煤破碎機(jī)等組成。一般采用分體式直搖臂，在機(jī)身上平面設(shè)置頂護(hù)板，以防止片幫煤滑向采空側(cè)。在機(jī)身輸送機(jī)機(jī)尾側(cè)設(shè)有大塊煤破碎機(jī)，以防止大塊煤堵塞機(jī)身下方的過(guò)煤通道。機(jī)身部分一般分為三段，由中間電氣控制箱、左右牽引行走部組成，牽引減速箱體內(nèi)設(shè)有噴霧冷卻系統(tǒng)、液壓泵站，機(jī)身三段之間通過(guò)銷(xiāo)與液壓拉桿緊。當(dāng)前煤炭科學(xué)總院上海研究院是我國(guó)厚煤層大功率采煤機(jī)的開(kāi)發(fā)單位，自2005年后推出了截割功率650 kW以上典型的厚煤層采煤機(jī)機(jī)型有1620、1815、2245和2400系列，當(dāng)前主要是對(duì)2400系列采煤機(jī)進(jìn)行分析研究[1]。

2400系列采煤機(jī)主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：采用分體式搖臂，直搖臂主體可左右互換，內(nèi)外雙重冷卻，冷卻效果好；采用塊化設(shè)計(jì)，配套性好、適應(yīng)性范圍廣；多電機(jī)橫向布置，各機(jī)、電控組件采用抽屜式結(jié)構(gòu)，可從采空側(cè)抽出，便于安裝維護(hù)；采用大節(jié)距無(wú)鏈牽引機(jī)構(gòu)，牽引力大；配備機(jī)載破碎機(jī)，可防止大塊煤堵塞機(jī)身的過(guò)煤通道；采用先進(jìn)的基于DSP處理器的網(wǎng)絡(luò)分布式控制技術(shù)和信息傳輸技術(shù)[2]。

1.2 厚煤層采煤機(jī)適用條件

厚煤層采煤機(jī)適用于采高范圍3.0～7.0 m的厚煤層一次采全高綜合機(jī)械化工作面或煤層綜合放煤層開(kāi)采工作面，工作面傾角≤15°，煤層沿走向方向俯仰角≤±10°，煤質(zhì)硬度≤5，夾矸硬度≤10。

2 厚煤層采煤機(jī)技術(shù)特征

對(duì)煤炭科學(xué)總院上海研究院生產(chǎn)的2400系列厚煤層采煤機(jī)的技術(shù)特征進(jìn)行分析。

2.1 高強(qiáng)度搖臂殼體

搖臂是采煤機(jī)的重要工作部件，起傳遞截割功力和承受截割反力的作用。由于搖臂傳遞功率大，且其外形受空間限制，受力情況十分惡劣。搖臂殼體要承受零部件的重力，同時(shí)要承受滾筒割煤過(guò)程中受到的各種沖擊負(fù)載。因此，提高殼體力學(xué)性能是大功率厚煤層采煤機(jī)搖臂的關(guān)鍵技術(shù)之一。當(dāng)前2400系列厚煤層采煤機(jī)采用高強(qiáng)度搖臂殼體、Cr-Ni-Mo系低合金鑄鋼材料及熱處理工藝，鋼材具有較高的強(qiáng)度和韌性，屈服強(qiáng)度達(dá)550 MPa以上，抗拉強(qiáng)度達(dá)700 MPa以上，表面硬度（HB）達(dá) 200～240。

2.2 搖臂冷卻技術(shù)

搖臂傳動(dòng)系統(tǒng)在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，一部分是齒輪傳動(dòng)效率和軸承效率轉(zhuǎn)化的熱量，另一部分是齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)攪拌油液產(chǎn)生的熱量。搖臂熱量過(guò)多會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵零件的失效等問(wèn)題，所以解決好搖臂的熱平衡問(wèn)題，對(duì)于提高傳動(dòng)裝置工作的可靠性起著極為關(guān)鍵的作用。通過(guò)對(duì)搖臂溫度場(chǎng)分布的分析，獲得溫度場(chǎng)分布規(guī)律，優(yōu)化冷卻裝置，開(kāi)發(fā)出新型冷卻裝置，應(yīng)用于2400系列厚煤層采煤機(jī)中，以滿(mǎn)足大功率搖臂高強(qiáng)度長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的需要。

2.3 大節(jié)距無(wú)鏈行走系統(tǒng)

無(wú)鏈行走系統(tǒng)是保證采煤機(jī)沿工作面連續(xù)工作的基礎(chǔ)?，F(xiàn)代采煤機(jī)普遍采用齒輪-銷(xiāo)軌式無(wú)鏈牽引方式。隨著裝機(jī)功率、牽引力和引速度的增大，126 mm節(jié)距行走系統(tǒng)已無(wú)法滿(mǎn)足配重型采煤機(jī)高效生產(chǎn)的需要。通過(guò)嚙合仿直、齒形和材料與工藝優(yōu)化，研制了147 mm節(jié)距且承載能力為1 000 kN以及172 mm、176 mm節(jié)距且承在能力1 500 kN的采煤機(jī)無(wú)鏈行走系統(tǒng)，可配套中部槽長(zhǎng)度1750mm和2050 mm的工作面刮板輸送機(jī)[3]。

2.4 TDECS電氣拉制系統(tǒng)

2400系列厚煤層采煤機(jī)采用先進(jìn)的TDECS電氣控制系統(tǒng)，能滿(mǎn)足煤炭開(kāi)采對(duì)采煤機(jī)先進(jìn)可靠控制技術(shù)的需求，其特點(diǎn)主要有：

1）采用網(wǎng)絡(luò)分布式拉制結(jié)構(gòu)，以高可靠、高性能CAN控制總線(xiàn)技術(shù)為骨架，且有高度靈品的可擴(kuò)屬性，中等粒度模塊化設(shè)計(jì)，易于維護(hù)。

2）控制模塊核心采用先進(jìn)的ARM+DSP處理器，集成度極高。各CPU每秒可處理超過(guò)7 000萬(wàn)條指令，運(yùn)行速度快，與常規(guī)基于PLC或工控機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)相比，各項(xiàng)保護(hù)與操作反應(yīng)靈敏，處理能力強(qiáng)，可在不改動(dòng)硬件的情況下，增加更多的控制與系統(tǒng)故障診斷功能。

3）恒功率自動(dòng)控制。動(dòng)力監(jiān)測(cè)與保護(hù)模塊將兩截割電機(jī)的當(dāng)前負(fù)荷狀態(tài)通過(guò)CAN通道實(shí)時(shí)傳送到主控制器，由主控制器根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)，執(zhí)行恒功率自動(dòng)調(diào)節(jié)[4]。

4）自行開(kāi)發(fā)的采煤機(jī)操作控制軟件高效穩(wěn)定，智能化、自動(dòng)化程度高，對(duì)關(guān)鍵操作提供多重故障識(shí)別和保護(hù)，安全性高。

5）系統(tǒng)拓展性強(qiáng)，除先進(jìn)的順槽通信雙向無(wú)線(xiàn)電遙控選購(gòu)件外，系統(tǒng)還提供諸如遠(yuǎn)程操作控制、帶端頭工藝自動(dòng)循環(huán)的記憶截割以及擴(kuò)展工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等豐富的功能選購(gòu)件，具備遠(yuǎn)程控制、記憶截割等功能。

6）可選配帶OLED中文實(shí)時(shí)監(jiān)視功能的高級(jí)無(wú)線(xiàn)電遙控系統(tǒng)，通過(guò)該手持式雙向無(wú)級(jí)電遙控系統(tǒng)，操作司機(jī)可隨時(shí)方便地了解采煤機(jī)當(dāng)前運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

7）可配備的采煤機(jī)到順槽全雙工控制通信系統(tǒng)選購(gòu)件，采用高抗干機(jī)TSK調(diào)制與PLL解調(diào)技術(shù)，在無(wú)需單獨(dú)通信線(xiàn)的條件下，使得采煤機(jī)到順槽數(shù)據(jù)傳輸速度超過(guò)同類(lèi)進(jìn)口采煤機(jī)3倍，可靠性也大幅提升。

2.5 高強(qiáng)度液壓拉桿

采煤機(jī)機(jī)身除安裝有牽引傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、液壓泵站、供水系統(tǒng)外，還連接搖臂，起支撐、承受機(jī)器重力，截割和牽引反力的作用。為便于安裝運(yùn)輸，采煤機(jī)機(jī)身通常采用分體式結(jié)構(gòu)，分為左牽引箱、中間電氣控制箱和右牽引箱三個(gè)部分。機(jī)身各部分之間的連接可靠與否關(guān)系到采煤機(jī)的工作可靠性，針對(duì)機(jī)身各段之間易出現(xiàn)連接件松動(dòng)、斷裂等問(wèn)題，除采用圓柱銷(xiāo)定位外，還開(kāi)發(fā)了M64/M72液壓螺母、高強(qiáng)度拉桿，通過(guò)液壓螺母將拉桿拉緊，以緊固機(jī)身，機(jī)身的緊固力可達(dá)到外負(fù)載的5倍以上，連接可靠。由于長(zhǎng)拉桿產(chǎn)生較大的彈性變形量，也可有效防止松動(dòng)。

3 應(yīng)用實(shí)例分析

2400系列厚煤層大功率采煤機(jī)分別在同煤集團(tuán)、伊泰集團(tuán)、神華集團(tuán)、充礦集團(tuán)、淮南礦業(yè)、安徽恒源煤電、淮北礦業(yè)集團(tuán)、內(nèi)蒙古匯能集團(tuán)、陜西神木匯森集團(tuán)、鄂爾多斯東辰煤炭有限公詞、鄂爾多斯昊華精煤有限公司等礦使用。

2018年，MG750/2400-GWD型交流電牽引采煤機(jī)配套ZY8600/24/50D中部支架、SGZ100/3×700型工作面輸送機(jī)在同煤集團(tuán)挖金灣虎龍溝煤業(yè)公司使用，工作面平均開(kāi)采高度4.7 m，長(zhǎng)度300 m，煤層傾角1°～3°，采用走向長(zhǎng)壁后退式采煤法，取得最高日產(chǎn)4.65萬(wàn)t，最高月產(chǎn)108.22萬(wàn)t、連續(xù)3個(gè)月平均月產(chǎn)96.23萬(wàn)t的業(yè)績(jī)。MG750/2400-GWD型交流電牽引采煤機(jī)用于厚煤層開(kāi)采項(xiàng)目取得了成功，圓滿(mǎn)完成項(xiàng)目的各項(xiàng)考核指標(biāo)。