大采高采煤机破碎机构机械保护装置的优化改进设计

张沁锋

（山西沁和能源集团南凹寺煤业有限公司，山西 晋城 048000）

1 工程概况

山西沁和能源集团南凹寺煤业有限公司地处沁水煤田南部，位于山西省晋城市沁水县嘉峰镇永安村，井田面积2.5023 km2，可采储量2928 万t，设计生产能力为60 万t/a。南凹寺煤业含煤地质主要为上石炭系统太原组、下二叠系统山西组，3 号煤层位于山西组底部，主要开采3 号、9 号、15 号煤层，混合开拓方式。南凹寺煤业30407 工作面位于三盘区中部400 采区，上下巷走向长度1715 m，切眼沿倾向布置，长度210 m。30407 工作面地面标高+684～+738 m，井下标高+393～+430 m，主采3 号煤，煤层厚度为1.3～4.7 m，平均厚度2.86 m，煤层倾角1°～5°，平均倾角3°。3 号煤基本顶为24 m 的细砂岩，直接顶为5.4 m 的砂质泥岩，伪顶为0.3～0.5 m 的黑色泥岩，直接底为6 m 的黑色砂质泥岩，基本底为8 m 的深灰色中粒砂岩。

南凹寺煤业30407 工作面采用超向长壁分层综采采煤法，采高5.2 m，应用有ZY9600/25.5/55D 大采高支架，配套采用MG750/1940-GWD 采煤机、SGZ-1000/2×855 刮板运输机、SZZ-1200/525 转载机、SSJ80/40/2×40 带式输送机，采用全部跨落法处理采空区[1-3]。在30407 工作面的开采实践过程中，发现MG750/1940-GWD 型大采高采煤机破碎机构机械保护装置以往维修更换作业过程较为复杂，需要投入大量人力和物力，同时在维修更换期间还存在安全隐患，影响到维修更换作业人员的安全，因此有必要对该大采高采煤机破碎机构机械保护装置进行优化改进调整。

2 机械保护装置的工作原理及安全隐患分析

2.1 保护装置的工作原理

30407 工作面使用的MG750/1940-GWD 型大采高交流电牵引采煤机是由西安煤矿机械有限公司生产的。对该采煤机内部结构分析可知，在该采煤机破碎机构内部，通过一级行星机构传递扭矩，当破碎机构作业过程中如对大块原煤及矸石进行破碎时易造成设备负载过大，传动系统发生过载而被损坏，故障率较高。从该采煤机破碎机构结构分析可知，其破碎机构在行星机构太阳轮部件中间位置设置一处剪切槽，太阳轮外花键部分与破碎机构工作电机连接。

如设备传动系统发生过载，行星机构太阳轮部件将沿剪切槽处发生断裂故障，须实施对传动系统的安全保护[4-5]。行星机构机械保护装置的安装情况如图1 所示。

图1 采煤机破碎机构机械保护装置安装示意图

2.2 安全隐患分析

当传动系统过载时，太阳轮将沿剪切槽位置发生断裂，从而对破碎机构的传动系统进行保护。当太阳轮剪切槽位置发生断裂后，采煤机需停止开采作业，针对性地进行检修。采煤机检修工人对设备故障进行全面排查确定故障情况并设定维修更换方案后，拆开采煤机破碎装置盖板，取出行星减速机，并对太阳轮装置进行更换。该维修更换处置过程较为烦琐，需要多名工人相互之间进行配合，维修更换作业花费时间较长，同时该维修更换过程作业位置位于巷道内煤壁侧，工人维修更换作业时存在严重的安全隐患，会对工人造成人身伤害，因此有必要进行优化改进设计。

3 机械保护装置的优化改进设计

3.1 优化改进设计技术方案分析

在MG750/1940-GWD 型大采高采煤机破碎机构太阳轮原机械保护装置结构分析的基础上，结合以往破碎机构太阳轮原机械保护装置更换维修存在的安全问题及隐患，从维修更换安全性和经济性两方面着手设计新型的破碎机构太阳轮机械保护装置[6]。

3.1.1 拆装位置的改进设计

MG750/1940-GWD 型破碎机构最初机械保护装置与行星减速器直接相连，在更换时，需要拆开破碎装置盖板，这是导致机械保护装置更换费时费力的关键因素。针对这一情况，设计将机械保护装置拆装位置进行调整，安装在采煤机老塘侧位置区域。该改进设计后，机械保护装置的拆装过程不需要对破碎机构的盖板进行拆装，也不再需要将行星减速器全部取出，更换过程可节省大量的人力和物力。

机械保护装置拆装位置调整至采煤机老塘侧位置区域后，工人的拆装操作地点从煤壁侧调整至老塘侧位置，此时工人可以站在液压支架内作业，作业空间较大，活动较自由，工人的安全隐患大幅度降低。

3.1.2 太阳轮装置的改进设计

MG750/1940-GWD 型破碎机构最初机械保护装置设计在太阳轮上，一旦太阳轮出现过载断裂故障就需要对太阳轮进行整体更换，设备及维护更换成本较高。针对这一情况，设计将之前的太阳轮零件拆分为新太阳轮和扭矩轴两个零件，如图2 所示。

图2 新太阳轮及扭矩轴结构示意图

新太阳轮和扭矩轴采用内、外花键连接，原太阳轮剪切槽部件设计在扭矩轴。此时如果传动系统发生过载，扭矩轴从剪切槽处发生断裂，更换维修时仅需要对扭矩轴进行更换，新太阳轮得到保护没有被破坏可以继续使用。而扭矩轴零件对比太阳轮的成本来讲，采购成本是较小的，因此该优化改进设计可以大幅度降低设备进行更换维修的成本。

对MG750/1940-GWD 型采煤机破碎机构最初机械保护装置进行了拆装位置的改进设计和太阳轮装置的改进设计后，破碎机构机械保护装置安装情况如图3 所示。

图3 改进后破碎机构机械保护装置安装示意图

3.2 应用效果分析

MG750/1940-GWD 型采煤机破碎机构于2021 年10 月完成了对机械保护装置的优化改进设计，优化改进设计完成后的采煤机在南凹寺煤业30407 工作面进行了实践应用，设备整体运行稳定，有效地保障了工作面开采的安全性和可靠性。

采煤机破碎机构机械保护装置优化改进后，机械保护装置拆装时间从之前的2.5 h 缩短为0.5 h，作业时间大幅度降低；更换成本从之前的1635.7 元/次降低为923.3 元/次，更换成本大幅度降低；从2021年10 月至今无1 起机械保护装置拆装工人的安全事故发生。

优化改进后机械保护装置的应用，不仅解决了保护装置自身问题，同时有效地提高了30407 工作面采煤机的工作时间及工作效率。此次破碎机构机械保护装置的优化改进项目是成功和合理的，为企业创造了较好的安全、经济效益。

4 结语

以南凹寺煤业30407 工作面MG750/1940-GWD型采煤机为研究对象，对其破碎机构机械保护装置进行了优化改进设计，有效解决机械保护装置的问题。优化改进后，机械保护装置拆装时间从2.5 h 缩短为0.5 h，更换成本从1635.7 元/次降低为923.3 元/次，无1 起拆装工人安全事故发生，实现了预期的改进目标。该破碎机构机械保护装置的优化改进设计还可推广应用于其他大采高机型破碎机构中，具有较好的市场推广应用前景。