采煤机及其技术创新在太重煤机有限公司中的应用

刘霞　商开振

摘 要：本文主要针对采煤机技术的形成与发展进行了阐述，并介绍了太重煤机有限公司近期通过引进CAD、CAM、CAPP等先进的信息化系统，创新性地使用了一些新技术、新工艺。并对太重煤机有限公司近期两年结合国家“十一五”、“十二五”计划项目进行的对采煤机智能化系统方面做出的改进进行了介绍，总结相关经验，为后续采煤机的技术创新提供参考。

关键词：采煤机；技术创新；导向靴

中图分类号：TD632.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）03-0143-02

煤炭能源一直在我们国家的能源上占据着非常重要的角色。相对于其他能源，煤炭能源的价格低廉，质量优质更决定了其在国内工业上的不可或缺。因此，煤炭资源的开采技术是十分重要的。采煤机作为我国开采煤炭资源的主要工具，也开始运用这些技术，如智能化采煤机、增材制造的使用等。

1 采煤机的诞生及发展

世界上第一台采煤机是原苏联于1932年生产并在顿巴斯煤矿开始使用的。之后，英国和德国相继研制出了链式采煤机。链式采煤机是将截齿安装在截链上，并依此截落煤，其工作效率低。后来，德国已另一种采煤工艺为基础，研制出了用刨削方式落煤的刨煤机。直至20世纪50年代初，滚筒式采煤机才被英国和德国研发出来。此时的滚筒式采煤机上安装有截煤滚筒，并将截齿安装在滚筒上，用截煤滚筒实现落煤和装煤。这种采煤机与可弯曲输送机配套，奠定了煤炭开采机械化的基础。

2 采煤机的组成结构及工作原理

2.1 采煤机的组成结构

采煤机基本上以双滚筒采煤机为主，由以下部分组成。

2.1.1 截割部

包括摇臂齿轮箱、滚筒及附件。对整体调高采煤机来说，摇臂齿轮箱和机头齿轮箱为一整体。主要作用是落煤、碎煤和装煤。

2.1.2 牵引部

由牵引传动箱和外牵引组成，外牵引是移动采煤机的执行机构，又分为链牵引和无链牵引。牵引传动箱的主要作用是给采煤机以动力，并使其按要求沿工作面运行，并对采煤机进行过载保护。

2.1.3 电气系统

包括电动机及电控箱。电气系统为采煤机提供动力，控制采煤机启停、行走、割煤等各种动作，并對其进行过载保护。以采煤机启动和停机控制为例，其分为遥控、远方控制及按钮板三种方式，远方控制回路是借用动力电缆一根控制芯线，使采煤机上的控制回路与磁力启动器先导回路相连。在采煤机启动和停机的控制回路中有四个停机按纽，一个启动回路中串进了三台电机温度保护的热敏接点，无论哪台电机温升超限均可切断电源，只有温度恢复到允许值时，机器方可正常工作。

2.1.4 辅助（附属）装置

包括挡煤板、底托架、电缆拖拽装置、供水喷雾冷却装置及调高、调斜等装置。

2.2 采煤机的工作原理

采煤机最关键要实现的两个目的及工作的内容是割煤以及装煤。采煤机的割煤是通过滚筒上的螺旋截齿对煤壁进行切割实现的。采煤机的装煤是通过滚筒螺旋叶片的螺旋面进行装载的，利用螺旋叶片的轴向推力，将从煤壁上切割下的煤抛到刮板机溜槽内运走。

3 二千五百千瓦电牵引采煤机设计[1]

2009年9月，国家 “十一五”项目“千万吨级矿井高产高效工作面综采成套设备与关键技术攻关”科研项目通过了专家组的评议验收。此项目中最关键核心的课题就是太重煤机有限公司设计的2500kw采煤机。在原有采煤机设计的基础上，该采煤机不仅功率更大，也有诸多方面的技术创新。第一，交流变频调速电控装置设计。该项目设计了国内首套交流电控装置，并在2500kw采煤机上成功应用实施。第二，监测系统的设计。本设计包含了多点传遥器、工控机等县级的检测分析设备。结合工业控制计算机、多点传遥器对采煤机的温度、过流、振动、倾斜、潮湿、油温和油压进行检测并对检测数据进行记录、诊断处理。第三，创新型工艺设计。结合各种高精尖的数控、数显加工检测装备，研发创新型机加工工艺，保证了产品零部件的技术精度和质量。此项目改变了高端综采成套设备被迫从美、德进口的历史，具有重大意义。

3.1 860千瓦智能化采煤机设计

2012年，太重煤机有限公司今年承担了国家“十二五”“综采成套装备智能化系统开发与示范应用”项目中智能化采煤机的设计。总功率3000KW。该项目由太重煤机、平阳重工、山西煤机、汾西机电、科达自控、罗克佳华、西山煤电等多家公司共同承担，并在我公司进行现场安装调试及验收工作。3000kw采煤机的智能化设计主要体现在以下方面。自动调高系统，即采煤机能依据工作面上的煤层和岩石分界情况，自动调节滚筒升降高度，达到最佳的割煤效果。智能控制系统，即实现实时检测与远程控制。这种控制系统设计新颖、技术先进、使用安全可靠，而且大大减少了煤矿工人对设备的维护量，降低了工人在艰苦工作环境下的劳动强度。记忆截割功能，即利用采煤机滚筒接触到不同煤层时截割电动机负载不同及滚筒调高油缸前后腔压力具有变化这一新型煤岩识别，选择程序控制采煤机实时状态下的各种动作，以达到记忆截割，少人化操作的目的。此项目多项创新技术填补了国内外空白，创造了一定的经济效益，标志着我国向实现“少人采煤工作面”迈出重要一步。

3.2 激光熔覆处理在我公司中的应用

确保采煤机导向靴的寿命和使用性能，对于煤矿高效开采具有重要意义。为此，我单位曾尝试过诸如表面淬火、堆焊耐磨层、焊耐磨板以及激光熔覆处理等各种方案。

3.2.1 导向靴表面处理方案的技术背景

内槽面表面淬火是我公司研发生产采煤机时最早选择的处理方法。这种方法变形量小，尺寸比较容易控制。但使用效果欠佳，在恶劣的工作状态下，导向靴破裂现象仍然会经常发生。

选用高锰合金耐磨焊条堆焊耐磨层。在最终机械加工工序时在内槽面为堆焊层留下空位。经过实际生产试验及矿井下生产运行检验，此堆焊耐磨层的处理方案使用效果良好，也未收到来自于煤矿方的不利消息。但因为导向靴内槽面的结构限制，对焊接操作工提出了非常高的技术要求，生产效率不高；内槽面焊耐磨板，由于内槽面的复杂结构，同样对焊接操作工提出了更高的技术要求。经客户反映，经常有导向靴因焊接效果不好，耐磨板在使用过程中易发生脱落。在这种情况下，我们尝试了激光熔覆处理的方法。

3.2.2 激光熔覆处理技术试用分析[2]

为了解决这个长久以来没有克服的问题，我厂于2012年年初试制了6件导向靴，并与太原理工大学及专业制造商进行了交流，应用了激光熔覆处理技术。

激光熔覆技术可以以填料的方式在被涂覆基体表面上放置耐磨的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等。

熔覆后的尺寸要求熔入本体2-3mm，突出2mm，熔覆后各面的表面硬度为HRC46-52，各面在磨损4-5mm之内硬度保持不变，冲击韧性不低于75.4J/cm2，经过本批次6件导向靴的试生产，熔覆处理过程中暴露了以下问题。

（1）熔覆处理后表面平整度较低[3]。熔覆处理导向靴内槽各面后，有样板不能穿过内槽面的现象，不能满足图样要求。而在熔覆处理后零件尺寸不合适的情况下，因内表面堆焊的是一层耐磨陶瓷粉末，对熔覆表面进行后期修整加工相当困难。无奈只能购买昂贵刀具进行铣削加工，效率低下，成本昂贵。（2）价格过高，不适合批量生产。六件导向靴的熔覆处理费用为一万元左右。相比上述其他处理方案，费用更高。（3）实际使用情况良好。在制造完成后，根据客户反映，此批导向靴机械性能良好，断裂现象相比较上述其他处理方案而言有了一定程度的缓解，导向靴更加耐用。（4）技术具有先进性[4]。使用不同材料进行增材制造以获得不同的力学性能的阶梯型的零件结构，运用增材制造可以获得芯部高韧性，表层高硬度、高耐磨性的零件。这将是机械制造业的一场革新。相信随着科学技术的发展，激光熔覆处理技术很快能真正应用到重载装备中。

4 结语

近期，太重煤机有限公司通过与高校建立联系，积极運用现代CAE、CAD、CAPP技术，不断提升自身创新能力，实践新工艺新方法，为公司在近期煤矿市场不景气的情况下实现战略转型打下了一定的技术基础，希望公司在《中国制造2025》的大背景下，能尽快走出低迷，医好旧疾，早日实现转型跨越发展。

参考文献

[1]邵世权.采煤机导向靴磨损原因分析及减摩抗磨技术的应用[J].探索科学，2016.

[2]林吉祥.采煤机电气设备与电气控制技术[J].中国科技博览，2012.

[3]于东曼，杨晓静，王迪.熔融沉积快速成型工艺过程分析及应用[J].机械设计与制造，2011.