MG300/730-WD电牵引采煤机牵引能力分析验证

白新利

(太重煤机有限公司 技术中心，山西 太原 030032)

MG300/730-WD电牵引采煤机牵引能力分析验证

白新利

(太重煤机有限公司 技术中心，山西 太原 030032)

离柳集团宏岩矿订购了太重煤机有限公司一台MG300/730-WD采煤机，工作面倾角≤25°(局部≤40°)。为了确保公司所设计的MG300/730-WD采煤机牵引能力安全可靠，针对太重煤机MG300/730-WD电牵引采煤机进行了全面的牵引力分析。通过力的平衡原理分析，证明其牵引能力和制动能力完全满足矿方地质条件的要求。

采煤机；牵引力；牵引阻力；分析

1 概述

采煤机由两个牵引传动部组成，每个牵引传动部均由牵引传动箱和外牵引两部分组成，各由一台55 kW牵引电机分别驱动。为适应复杂的地质条件，由交流变频器控制牵引传动部电机以获得不同的转速，从而使采煤机得到不同速度。为适应大倾角工作面的要求，每台牵引传动部一轴和三轴各装有一个制动器。

牵引力传递过程为：电机(55 kW)→第一传动轴装配→第二传动轴装配→第三传动轴装配→太阳轮装配→双行星传动装置→外牵引，外牵引的销轨轮与固定在工作面输送机上的销轨相啮合，从而驱动采煤机行走。

牵引传动部技术参数如下：每台牵引电机功率为55 kW，转速为1 470 r/min，牵引传动比为310.5，牵引速度为0 m/min～7.7 m/min～12.8 m/min，牵引力为450 kN～750 kN，销轨轮半径r=260 mm。

2 上行割煤时牵引阻力计算分析

影响采煤机牵引阻力的因素很多，其受力分析如图1所示。滚筒截煤时受到的阻力，可以分解为互相垂直的两个分力：前滚筒为PX1和PY1，后滚筒为PX2和PY2。PY1和PY2是作用在滚筒圆周上的截割阻力，其影响牵引力的方式是造成摩擦力；PX1和PX2是滚筒的推进阻力，其作用方向与采煤机的牵引方向相反，直接影响牵引力的大小。PZ1和PZ2是滚筒受到的轴向力，其影响牵引力的方式是造成摩擦力。

综上所述，牵引阻力由3部分组成：推进阻力、摩擦力和重力分力。

2.1 推进阻力

推进阻力的计算公式为：

F1=PX1+PX2≈K1G.

(1)

其中：K1为推进阻力比例系数,对于中等摩擦程度截齿，其取值范围为0.5～0.7,在此取K1=0.7；G为采煤机重力，G=509.6 kN，将相关数值代入公式(1)，得推进阻力的最大值F1max=356.72 kN。

图1 滚筒受力分析图

2.2 摩擦力

摩擦力的计算公式为：

F2=f(Gcosα-PY1-PY2+PZ1+PZ2).

(2)

其中：PY1+PY2≈K2G，K2为截割阻力比例系数,取值范围为0～0.2，在此取K2=0.2；PZ1+PZ2≈2K3G，K3为侧向导向力比例系数,当工作倾角α=0°～40°时，K3取值范围为0.12～0.15，在此取K3=0.15；f为摩擦因数，平均取f=0.18；α为煤层倾角，取α=25°。将相关数值代入公式(2)，得摩擦力的最大值F2max=92.31 kN。

2.3 重力分力

重力分力为：

F3=Gsinα=215.37 kN.

(3)

2.4 牵引阻力

根据力的平衡原理可知，最大牵引阻力为：

Fmax=F1max+F2max+F3=664.4 kN.

(4)

为了确保安全，最大牵引阻力再乘以安全系数K=1.1，即：

FmaxK=730.84 kN<750 kN.

因此，采煤机可以在25°工作面以0 m/min～7.7 m/min速度爬坡上行割煤。

3 上行40°空载时牵引阻力计算分析

上行空载时牵引阻力由两部分组成：摩擦力和重力分力。

摩擦力为：

F4=fGcosα.

(5)

其中：α为煤层倾角，此处取α=40°。将相关数值代入公式(5)，得F4=70.27 kN。

重力分力为：

F5=Gsinα=327.56 kN.

(6)

所以此时最大牵引阻力为：

F=F4+F5=397.83 kN.

(7)

为了确保安全，最大牵引阻力再乘以安全系数K，得：

FK=437.61 kN<450 kN.

因此，采煤机上行空载时可以在40°工作面以0 m/min～12.8 m/min速度爬坡上行。

4 采煤机在以7 m/min速度下行割煤制动时计算分析

4.1 计算采煤机沿工作方向的合力

采煤机沿其工作方向重力分力为：

Fx1=mgsinα.

(8)

其中：α为煤层倾角，取α=30°；m为采煤机质量，m=52 000 kg。将相关数值代入公式(8)，得Fx1=254.8 kN。

采煤机沿其工作方向的摩擦力为：

Ff=fmgcosα=79.4 kN.

(9)

所以，制动未开启时，采煤机沿其工作方向的合力为：

Fx=Fx1-Ff=175.4 kN.

(10)

4.2 计算采煤机制动力及制动安全系数

(1) 一轴制动扭矩转化为销轨轮上的制动扭矩为：

Tz1=T1iη.

(11)

其中：T1为一轴制动器输出扭矩，此制动器T1=400

N·m；i为总传动比，此采煤机i=310.5；η为总传动效率，此采煤机η=0.841 3。将相关数值代入公式(11)，得Tz1=104 489 N·m。

(2) 三轴制动扭矩转化为销轨轮上的制动扭矩为：

Tz2=T2izηz.

(12)

其中：T2为三轴制动器输出扭矩，此制动器T2=280 N·m；iz为三轴制动器传动比，此采煤机iz=111.33；ηz为三轴制动器传动效率，此采煤机ηz=0.876。将相关数值代入公式(12)，得TZ2=27 308 N·m。

则两个牵引传动箱总制动力为：

(13)

其中：r为销轨轮半径，r=0.26 m。将式(11)、式(12)值代入式(13)，计算得Fz=1 013.83 kN。

因此，采煤机的制动安全系数为：

(14)

4.3 计算采煤机制动时间

采煤机在30°倾角工作面下行，在上述制动力作用下的制动加速度为：

(15)

经计算得a=16.12 m/s2。

制动器开始制动后，采煤机下滑时间为：

(16)其中：v=7 m/min=0.116 7 m/s，经计算得t=0.007 2 s。

因此，采煤机以7 m/min速度下行割煤时，制动时间只需要0.007 2 s。

5 结语

经过计算得到以下3个结论：①采煤机完全可以以0 m/min～7.7 m/min速度上行爬坡割煤；②采煤机空载时可以在40°工作面以0 m/min～12.8 m/min速度爬坡上行，实行下行单向割煤；③采煤机以7 m/min速度在30°倾角工作面下行割煤时，采煤机可以在0.007 2 s内制动，制动安全系数为5.78。

[1] 李永俊，刘燕平，范惠平.采煤机牵引力的确定[J].煤炭技术，2005(7):16.

Analysis Verification of Traction Capability of MG300/730-WD Electric Haulage Shearer

BAI Xin-li

(Technical Center of TZ Coal Machinery Co., Ltd., Taiyuan 030032, China)

Shanxi Liliu Group Hongyan Mine Co., Ltd ordered an MG300/730-WD shearer with face angle 25°from TZ Coal Machinery Co., Ltd., In order to ensure the safe reliability of traction of MG300/730-WD shearer, we carried out comprehensive traction analysis of MG300/730-WD electric haulage shearer. The analysis of the principle of force balance shows the tractive resistance and braking capability of MG300/730-WD electric haulage shearer can fully meet the need of Hongyan Mine’s geological condition.

shearer; traction; tractive resistance; analysis

1672- 6413(2015)06- 0207- 02

2015- 10- 12；

2015- 10- 20

白新利(1985-)，男，山西兴县人，助理工程师，本科。

TD421.6

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