電牽引采煤機(jī)電纜拖拽裝置應(yīng)用研究

楊 航

（潞寧煤業(yè)公司，山西 忻州 036700）

隨著煤炭工業(yè)的不斷發(fā)展，綜合機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)與裝備已經(jīng)成為了煤礦高效開(kāi)采的保證[1]。采煤機(jī)是煤礦綜采工作面的關(guān)鍵設(shè)備之一，在回采過(guò)程中，采煤機(jī)的電纜需要跟隨采煤機(jī)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且在此過(guò)程中電纜會(huì)發(fā)生較大的彎曲，電纜如此往復(fù)出現(xiàn)擠壓、過(guò)度彎曲扭卷、磨損、過(guò)度拉伸和翻轉(zhuǎn)極易導(dǎo)致電纜破損甚至斷裂而發(fā)生漏電傷人以及停產(chǎn)事故，而且電纜一旦發(fā)生破損或斷裂的維護(hù)成本較高[2-3]。因此在采煤機(jī)割煤過(guò)程中，需要專(zhuān)人對(duì)電纜進(jìn)行跟隨管理，但采煤工作面空間狹小且路面不平整容易導(dǎo)致人員受傷，亟需設(shè)計(jì)一種采煤機(jī)電纜拖拽裝置保障煤礦綜采工作面的安全高效生產(chǎn)。

1 現(xiàn)場(chǎng)概況

潞寧煤礦22113綜采工作面設(shè)計(jì)日生產(chǎn)能力為6864t。工作面可采長(zhǎng)度為1100m，工作面凈斜長(zhǎng)207.054m，采煤機(jī)高度3.5（±0.1）m，煤層的平均厚度為3.5m，采煤機(jī)型號(hào)為MG500/1130-WD，采煤機(jī)的工作電壓為1900/3300V，配套的電纜MCPTJ-1.9/3.3kV。

2 拖拽裝置的方案設(shè)計(jì)

分析電牽引采煤機(jī)電纜在割煤工作過(guò)程的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是設(shè)計(jì)采煤機(jī)電纜拖拽裝置的基礎(chǔ)[4]?，F(xiàn)對(duì)拖拽裝置與采煤機(jī)工作的關(guān)系進(jìn)行分析。由于不論采取何種進(jìn)刀與割煤方式，采煤機(jī)都會(huì)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，與采煤機(jī)連接的電纜也隨之在刮板輸送機(jī)的電纜槽中進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不斷出現(xiàn)彎折，造成電纜的磨損與折斷?？赏ㄟ^(guò)保證電纜在采煤機(jī)的任何狀態(tài)下均只發(fā)生一次彎曲，來(lái)避免采煤機(jī)電纜由于多次彎曲而破損斷裂。如圖1所示，采煤機(jī)電纜拖拽裝置的原理示意圖。

圖1 采煤機(jī)電纜拖拽裝置的原理示意圖

設(shè)計(jì)的電纜拖拽裝置可適用于長(zhǎng)度為150～300m的綜采工作面。拖拽裝置與采煤機(jī)的運(yùn)行方向及速度配合，且還需與刮板輸送機(jī)電纜槽結(jié)構(gòu)相搭配。一般采煤機(jī)在工作時(shí)的運(yùn)行速度為0～40m/min，由于電纜拖拽裝置的運(yùn)行距離為采煤機(jī)的一半，因此電纜拖拽裝置需要運(yùn)行105m，考慮到驅(qū)動(dòng)機(jī)頭和回轉(zhuǎn)機(jī)尾的安裝長(zhǎng)度，將電纜拖拽裝置的長(zhǎng)度定為130m。因?yàn)殡娎|拖拽裝置的行程為采煤機(jī)的一半，因此拖拽裝置的運(yùn)行速度設(shè)計(jì)為0～20m/min。

拖纜小車(chē)在設(shè)定軌道上保持與采煤機(jī)相同的運(yùn)動(dòng)方向往返運(yùn)動(dòng)于驅(qū)動(dòng)機(jī)頭與回轉(zhuǎn)機(jī)尾之間。在采煤機(jī)進(jìn)行上行割煤時(shí)，電纜會(huì)在拖纜小車(chē)的拖動(dòng)下在采煤機(jī)的前方運(yùn)動(dòng)；當(dāng)采煤機(jī)進(jìn)行下行割煤時(shí)，電纜會(huì)在拖纜小車(chē)的拖動(dòng)下在采煤機(jī)的后方運(yùn)動(dòng)。在割煤時(shí)拖纜小車(chē)會(huì)跟隨采煤機(jī)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)滑輪保證電纜在此過(guò)程中只會(huì)發(fā)生一次彎曲，并且拖纜裝置會(huì)自動(dòng)檢測(cè)電纜的狀態(tài)調(diào)整電纜上的張力，既可避免由于電纜張力過(guò)大發(fā)生拉壞電纜固定裝置，還能防止電纜張力過(guò)小而發(fā)生電纜彎曲折疊。

拖纜裝置主要包括拖纜小車(chē)、滑軌和傳動(dòng)系統(tǒng)三部分，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 拖纜小車(chē)設(shè)計(jì)

拖纜小車(chē)是采煤機(jī)拖纜裝置的關(guān)鍵部件，通過(guò)拖纜小車(chē)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)采煤過(guò)程中電纜的自動(dòng)收放。拖纜小車(chē)包括支撐滑塊、電纜夾輪架、電纜夾輪、滑動(dòng)底座、鏟煤板和鏟煤楔形塊。支撐滑塊是基礎(chǔ)構(gòu)件，電纜夾輪架固定在支撐滑塊上，電纜夾通過(guò)銷(xiāo)軸固定在電纜夾輪架末端，滑動(dòng)底座位于支撐滑塊的底部，鏟煤板安裝在滑動(dòng)底座的兩端，鏟煤楔形塊安裝在電纜夾輪架的末端。

2.2 滑軌設(shè)計(jì)

考慮到綜采工作面空間狹小，因此在刮板輸送機(jī)的電纜槽內(nèi)安裝電纜拖纜裝置。拖纜小車(chē)通過(guò)滑動(dòng)底座在電纜槽內(nèi)滑行，進(jìn)而跟隨采煤機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于刮板輸送機(jī)的電纜槽不平整，因此需要在電纜槽的底部設(shè)計(jì)一個(gè)可供拖纜小車(chē)移動(dòng)的導(dǎo)軌，此導(dǎo)軌需提供鏈條運(yùn)動(dòng)的通道。由于拖拽裝置在輸送機(jī)的電纜槽內(nèi)，則將拖拽裝置的機(jī)頭也安設(shè)在刮板輸送機(jī)的機(jī)頭，在機(jī)頭處安裝電動(dòng)機(jī)、減速器以及主動(dòng)鏈輪。拖拽裝置的行程為采煤機(jī)的一半，因此拖拽裝置的機(jī)尾安裝在刮板輸送機(jī)槽的中部，在此處需要設(shè)計(jì)一個(gè)電纜槽，用于容納從動(dòng)鏈輪和張緊鏈條的液壓油缸。

（1）電纜槽底部導(dǎo)軌。鏈條傳動(dòng)的拖纜小車(chē)會(huì)在驅(qū)動(dòng)機(jī)頭與回轉(zhuǎn)機(jī)尾間來(lái)回移動(dòng)，因此導(dǎo)軌除了可供拖纜小車(chē)移動(dòng)可容納鏈條運(yùn)行。如圖2所示，為電纜槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。在電纜槽的底板通過(guò)焊接固定兩個(gè)開(kāi)口方向相反的槽鋼，為避免電纜槽受到外部撞擊導(dǎo)致槽鋼變形脫離電纜槽，每根槽鋼采用3根螺釘固定在電纜槽的內(nèi)壁上，并且在槽鋼的上部設(shè)置一塊與電纜槽緊密連接的壓板，避免槽鋼翹起。兩個(gè)槽鋼的上表面組成一條導(dǎo)軌，同時(shí)在槽鋼的中部焊接上一塊鋼板，進(jìn)一步保證槽鋼的穩(wěn)定性，還可將槽鋼內(nèi)部分成上下兩個(gè)空間，為鏈條提供不受外界雜物影響的運(yùn)動(dòng)空間。

圖2 電纜槽內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

（2）機(jī)頭電纜槽。在刮板輸送機(jī)的機(jī)頭處設(shè)置拖纜裝置的驅(qū)動(dòng)機(jī)頭，在此處安裝電動(dòng)機(jī)、減速器和主動(dòng)鏈輪。在電纜槽的外部安裝固定電動(dòng)機(jī)和減速器，在電纜槽上鉆一個(gè)略大于減速器輸出軸的圓孔，在減速器的輸出軸上安裝主動(dòng)鏈輪。啟動(dòng)電機(jī)，拖纜小車(chē)就會(huì)在鏈條的帶動(dòng)下往返運(yùn)動(dòng)于機(jī)頭與機(jī)尾之間。

（3）機(jī)尾電纜槽。在刮板輸送機(jī)電纜槽的中部設(shè)置拖纜裝置的回轉(zhuǎn)機(jī)尾，在此處安裝從動(dòng)鏈輪和張緊液壓油缸。張緊液壓油缸與從動(dòng)鏈輪連接，在從動(dòng)鏈輪軸上安裝從動(dòng)鏈輪。根據(jù)從動(dòng)鏈輪的位置調(diào)節(jié)鏈條的松緊程度，實(shí)現(xiàn)鏈條的張緊。

2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采煤機(jī)電纜拖拽裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)包括電纜夾、鏈條和電動(dòng)機(jī)，現(xiàn)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。

（1）電纜夾選型。如圖3所示，為工作過(guò)程中電纜夾的受力示意圖。

由于是動(dòng)滑輪，則Fp1=Fp2，電纜夾的運(yùn)行阻力可通過(guò)下式計(jì)算[3]：

式中：

Fd-電纜夾的張力，N；

ρ-電纜的線密度，取28kg/m；

g-重力比例系數(shù)，取9.8N/kg；

μ-電纜夾與電纜槽之間的摩擦系數(shù)，取0.4；

S-機(jī)頭與機(jī)尾之間的距離，取130m；

s-拖纜小車(chē)某時(shí)刻距離回轉(zhuǎn)機(jī)尾之間的距離，m；

Fs-采煤機(jī)拖纜架處的張力，設(shè)定為恒定值，取500N。

為確保拖纜夾的可靠性，則電纜夾在運(yùn)行阻力最大時(shí)也不會(huì)發(fā)生斷裂，此時(shí)s取0m，則在運(yùn)行過(guò)程中電纜夾的最大拉力為29537.6N。因此可采用工作荷載為52kN的LJO型電纜夾。

圖3 電纜夾的受力示意圖

（2）鏈條及電動(dòng)機(jī)選型。由于工作面長(zhǎng)度為350m，拖纜長(zhǎng)度為105m，所需鏈條長(zhǎng)度130m，電纜拖動(dòng)速度為0～20m/min。經(jīng)過(guò)測(cè)量采用鏈條傳動(dòng)時(shí)，主動(dòng)鏈輪的最大驅(qū)動(dòng)力為384950N，因此采用破斷荷載為410000N的Φ18×64mm圓環(huán)鏈條。根據(jù)驅(qū)動(dòng)力和運(yùn)行速度，考慮到存在瓦斯突出危險(xiǎn)，選用YBBP200L-4型防爆電機(jī)。

3 應(yīng)用效果分析

潞寧煤礦22113綜采工作面自2018年7月開(kāi)始使用設(shè)計(jì)的采煤機(jī)拖纜裝置。表1為使用此裝置前后的22113綜采工作面回采進(jìn)尺情況。由表1可知，采用拖纜裝置之后，提高了采煤機(jī)電纜的收放效率，降低了電纜故障概率，避免了故障干擾，大幅增加了有效作業(yè)時(shí)間，將原本45min的調(diào)機(jī)時(shí)間縮短到了20min，平均月進(jìn)尺由152.4m提高到了182.8m。

表1 使用拖纜裝置前后22113綜采工作面回采進(jìn)尺情況

4 結(jié)論

為解決采煤機(jī)回采過(guò)程中電纜磨損嚴(yán)重的問(wèn)題，采用理論分析、理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等研究方法對(duì)采煤機(jī)電纜展開(kāi)研究。

（1）設(shè)計(jì)了一種安裝在刮板輸送機(jī)電纜槽內(nèi)由拖纜小車(chē)、驅(qū)動(dòng)機(jī)頭和回轉(zhuǎn)機(jī)尾組成的采煤機(jī)拖纜裝置；

（2）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，采用設(shè)計(jì)的拖纜裝置可以有效避免在割煤過(guò)程中由于采煤機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)造成的電纜磨損斷裂問(wèn)題，保障了工作面的安全生產(chǎn)，大幅提高了回采速度，具有較高的適用性。