关于MG2×200-AWD型采煤机的设计应用分析

陈 哲

（山西霍尔辛赫煤业有限责任公司，山西 长治 046699）

引言

目前，随着技术的不断发展，原有的采煤机设备在结构组成、开采的功能特点及控制功能等方面均相对落后，部分企业也加大了对采煤机设备的更新设计，但设备更新速度较慢，提升后的开采效率不明显[1]。不断加大对采煤机设备的更新换代设计，提高设备的综合性能，已成为当前企业重要的改进方向。为此，对MG2×200/925-AWD型采煤机中关键部分的升级设计研究及使用时常见的故障失效展开分析研究。

1 采煤机结构组成及工作原理分析

采煤机是煤矿开采中的关键设备，其设备的工作效率高、自动化水平好等特点均将会提高煤矿的开采量。以MG2×200-AWD型采煤机为例，该设备采用了多组三相交流电机和无级无链条双驱动模式，其结构主要包括截割臂、电机主架、摇臂、牵引部、滚筒、截割电机、牵引电机、传动箱、控制箱、液压系统等组成，通过各部件的相互配合完成对煤矿资源的开采[2]，其结构示意图如图1所示。在采煤机作业过程中，首先通过电机驱动齿轮转动，并与销齿进行有效啮合，实现采煤机正向或方向的牵引移动；同时，通过设备上滚筒的旋转可完成对煤层的切割及装煤作用。另外，在设备中牵引部上对称布置着两个行走箱，利用电机带动牵引部上的减速箱运转，实现采煤机设备的牵引移动。采煤机作业过程中，保证其电机不出现故障、结构支架不发生变形或断裂失效现象、截割头正常旋转切割等操作，这对保障采煤机具有较高的开采效率及作业安全性至关重要，为此，对采煤机整体进行了系统设计研究。

图1 MG2×200-AWD型采煤机结构组成图

2 采煤机关键部件设计

2.1 牵引机构设计

牵引机构作为采煤机中的动力传动机构，保证其内部部件之间的有效啮合及配合，是保障采煤机高效作业的重要前提。所设计的牵引机构结构主要包括：一轴、二轴、行星齿轮组、牵引电机、透气塞及油位探尺、牵引电机、中心齿轮组等部件。根据采煤机的整体布局，设计了两个牵引机构，并将其安装布置在机身的左右两侧，通过螺栓进行固定连接。同时，为实现采煤机的牵引移动，在其结构上各安装了1套60 kW的三相交流驱动电机，并在电机后端设计了两级直齿轮及二级行星齿轮，以将电机输出的扭矩及动力进行有效扩散，经过变大的动力直接传输至驱动轮上，在差速器及齿轮的相互啮合下实现对采煤机沿工作面的移动驱动。所设计的牵引机构结构示意图如下页图2所示。

图2 采煤机牵引机构结构图

2.2 液压制动器设计

液压制动器是采煤机的安全防滑装置，其结构主要包括：前盖、内外摩擦片、内圈、缸体、活塞、后盖。制动器由螺栓固定在机器上，摩擦片与采煤机牵引部电机齿轮相连。液压油从缸体上M12×1.5油孔进入推动活塞向右运动制动器处于松开状态[5]。

当切断油压时活塞在弹簧力作用下推动活塞向左运动产生摩擦力矩使制动器处于“抱闸状态，机器被制动”。经过计算确定了制动器的释放压力为1.6～2.0 MPa，在动态状态下的制动力矩为580 N·m，静态制动力矩为700 N·m，制动器外接油口尺寸为M12 mm×1.5 mm，制动器外形尺寸：200 mm×200 mm×115 mm，制动器的结构组成图如图3所示。

图3 采煤机液压制动器

2.3 摇臂减速箱的设计

采煤机在开采作业过程中，主要通过摇臂结构进行不同方位煤层的开采作业，其中，摇臂减速箱则是摇臂机构的中的关键部件。结合市场上成熟的摇臂减速箱结构，所设计的摇臂减速箱内部通过花键与扭转轴上的轴齿之间的相互啮合，实现扭矩的转向传动。减速箱中的内部结构包括花键、行走减速器、离合器、中心齿轮组、扭矩轴、惰轮组等结构，经过减速箱的速度减速后，能保证摇臂作业及换向过程具有稳定的移动速度。同时，由于所选用的交流电机的转速为1 470 r/min，故将减速箱中转速设计为了47/57/67三级转速，以满足不同煤层的切割需求。另外，减速扭转轴上安装了轴承、轴齿轮、齿轮、端盖及油位等部件，在与花键及其他部件进行配合时，安装相应的配合精度及装配顺序进行安装。经过选型及设计后，完成了摇臂减速箱的总体设计，如图4所示。

图4 采煤机减速轴

3 采煤机的控制保护功能设计

3.1 采煤机过零保护

采煤机在牵引驱动过程中，设计了左牵引按钮及右牵引按钮来实现采煤机的驱动速度进行控制。若采煤机处于左牵引状态时，可实时按下右侧牵引按钮来实现采煤机左侧的牵引减速，持续按右侧按钮，采煤机左侧速度将会减速至零，此时采煤机处于停止移动状态；当按下左侧牵引按钮时，采煤机则按照反方向进行移动行走，由此通过左右相反的按钮控制，实现对采煤机过零保护。

3.2 重载反牵保护

重载反牵功能的设置是为了使采煤机避免严重过载，达到保护电机的目的，当任一截割电机负荷大于额定载荷的1.3倍时，通过控制器反牵引定时程序；使采煤机以给定速度反牵引一段时间后，再继续向前牵引。

3.3 牵引变压器温度保护

牵引变压器三相绕组内各埋一个160℃的温度接点，三相串联，中间一相内埋有一个Pt100电阻，电阻信号经过热电阻输入模块转换后进入PLC主机中。当变压器温度超过160℃时，不允许牵引或者停止牵引。

4 采煤机的运行效果

在完成采煤机的关键部件设计及常见故障分析后，MG2×200-AWD型采煤机在某矿井工作面中进行了实际应用测试，应用时间将近6个月，主要观察该设备的工作效率及故障发生率等。经过测试可知，该设备各项功能运行正常，设备中各部件的可靠性及稳定性更高，运行时的噪声更低，截割头的转速可根据煤层的实际硬度进行自动调整，使其保持在一个相对高效的运行速度下。同时，设备的开采效率明显提高，内部齿轮、轴承、电机等关键部件的故障率也明显降低，针对出现的故障问题，该设备也能智能化地发出相应发声光报警提示，并实时显示设备的故障发生位置，人员即可根据故障位置及类型快速对设备进行维修操作，达到了设计效果。