神东煤炭集团JOY7LS8大采高采煤机摇臂调高油缸损坏原因分析及改进措施

【摘要】针对神东煤炭集团使用的JOY7LS8大采高采煤机摇臂调高油缸频繁损坏的情况，通过对此类故障从作业环境、布置结构、设计强度等方面进行了损坏原因分析，并提出改进措施。

【关键词】大采高采煤机;结构;改造

一、前言

神东煤炭集团神东矿区地处陕北、蒙南、晋西三省交界，作为中国神华能源股份有限公司下属的核心煤炭生产基地，自1998年陕西神府、内蒙东胜两公司合并以来，神华神东矿区煤炭产量连年以千万吨速度增长，并于2005年率先成为中国第一个亿吨级煤炭生产基地。目前拥有19个矿井，整体产能超过2亿吨/年。近年来随着公司高产高效的发展，神东矿区根据生产条件提出了新的要求，JOY公司研发了世界最大采高7m采煤机7LS8，先后在神东矿区大柳塔、补连塔等煤矿的7米大采高工作面配套使用。

二、JOY7LS8采煤机主要技术参数及与其配套的设备

JOY7LS8采煤机设计采高7M;生产能力6000t/h;供电电压3300V;总装机功率2925 kW;截割电机功率2×1100kW;交流牵引电机功率2×200kW;破碎功率270kw;泵电机功率55kw;机身长度9078mm;机身宽度1708mm;机身高度2738mm;机身总重量160，000kg;摇臂长度3641mm，调高范围1186mm到5258mm，重量19，960kg;调高油缸内径450mm，行程1020mm;采煤机滚筒直径3500mm，有效截深865mm，重量10，000kg。主要配套的设备包括DBT3×1600KW/2.05米槽宽刮板输送机和郑煤机7.0米/16800KN阻力液压支架。

三、JOY7LS8采煤机调高油缸损坏现状及存在问题

神东矿区目前共有8套7米大采高采煤机，其中3台JOY 7LS8采煤机，2台JOY 7LS7采煤机，3台艾柯夫SL1000/7m采煤机。在大柳塔矿52304大采高工作面配套的7LS8采煤机，最初使用的半年中共出现5次摇臂调高油缸损坏的故障。摇臂调高油缸故障的现象有油缸的活塞杆变形和缸体密封损坏漏油等情况。JOY7LS8采煤机摇臂调高油缸出现的频繁损坏故障，将公司储备的调高油缸备件全部更换完，由于进口备件的采购周期较长，不能及时到货，随时可能造成大柳塔矿千万吨的大采高工作面面临停产，影响公司整体煤炭产量。在因缺备件面临停产的情况下，JOY公司仍不能及时分析调高油缸损坏的原因，我公司组织相关技术人员经过多方面的分析和总结，最终找到了解决这一问题的方法，并开发了7LS8采煤机摇臂调高油缸。

四、原因分析

1.JOY7LS8采煤机的作业环境

综采工作面在生产过程中采煤机实际割煤时，截割滚筒采落下的煤或矸石有一部分会飞溅到机身侧和机身上面，若长期不进行清理，受工作面煤层水分的影响会形成硬煤泥。当采煤机在卧底割煤时夹在调高油缸与机身中间的煤泥不仅会阻碍油缸的正常动作，而且会使油缸受到较大的不均衡外力作用，在受这种外力作用下长时工作极易导致调高油缸变形损坏。

2.JOY7LS8采煤机摇臂调高油缸的布置结构

采煤机摇臂调高油缸是液压油缸，是采煤机一个很重要的部件。调高油缸的设计是根据摇臂摆角的大小确定油缸的行程，根据油缸前后连接位置确定油缸的最大长度和最小长度，根据工作中需要的推力及液压系统的额定压力确定油缸的缸径及活塞杆直径、前后销轴直径等。传统的采煤机摇臂调高油缸布置结构多为下置式，即油缸一端固定在采煤机牵引装置下部，另一端与摇臂连接，通过油缸的伸缩来调节摇臂的升降。JOY7LS8采煤机其摇臂调高油缸的布置结构为上置式，及油缸一端固定在采煤机机身牵引装置上部，另一端与摇臂连接，如图1所示。

图1 JOY7LS8采煤机调高油缸布置图

采煤机在割煤的过程中，要受到截割力、牵引力等的作用。当采煤机挑顶割煤时，调高油缸收回，承受压应力;当采煤机卧底割煤时，调高油缸伸出，承受拉应力。生产时由于工作面煤壁经常出现片帮漏矸等情况，采煤机机身牵引装置上部和调高油缸夹缝处易堆积很多煤或矸石。摇臂在卧底割煤下降过程中，由于调高油缸活塞杆伸出，并且缸体向牵引部方向小幅度动作，造成调高油缸和牵引装置夹缝间隙逐渐减小。在这一动作过程中，牵引装置上堆积的煤就成为阻碍油缸动作的外部因素，尤其在采煤机摇臂下摆角最大卧底割煤时，油缸的活塞杆行程全部伸出，且推力加大，这巨大的阻力全部作用于油缸缸体铰接点和活塞杆铰接点处，导致调高油缸活塞杆头部变形等频繁损坏现象。

3.JOY7LS8采煤机摇臂调高油缸设计方面存在的不足

根据在神东矿区大柳塔矿52304大采高工作面配套的JOY7LS8采煤机，在生产期间出现的摇臂调高油缸频繁损坏的故障情况，我公司组织相关技术人员经过多方面的分析，查找出了JOY7LS8采煤机调高油缸设计方面存在的以下几点不足：

1）调高油缸的活塞杆直径过小、过短，正常生产时达不到要求的卧底量，油缸活塞杆在全部伸出后长时间运行受力较大，易造成油缸频繁损坏。

2）调高油缸的活塞杆头螺纹直径过小，油缸活塞杆全部伸出后承重能力不足，生产中调高油缸长时间受力较大，易造成油缸活塞杆变形损坏。

3）调高油缸的导向套过窄，在油缸伸缩过程中不能很好的起到导向作用，导致活塞杆挤压密封，造成密封损坏油缸漏油故障。

五、改进措施

1.对JOY7LS8采煤机调高油缸的优化改造

为保证调高油缸在受较大压力时的可靠性，针对JOY7LS8采煤机摇臂调高油缸在大柳塔矿的实际使用情况，对采煤机摇臂调高油缸进行改造。改造内容如下：

1）加粗调高油缸的活塞杆

采煤机卧底量不够，增加调高油缸活塞杆长度可以解决卧底量，但同时会降低采高，故油缸活塞杆本身不可增加。在无法增加活塞杆长度的条件下，将原JOY公司设计的调高油缸活塞杆直径Φ225mm增加到Φ245mm，增加活塞杆承重能力（如图2、图3所示）。

图2 原JOY公司调高油缸设计图纸

图3 该进后调高油缸的设计图纸

2）将调高油缸活塞杆头螺纹直径加粗，加到与活塞杆直径相同Φ245mm，增加油缸活塞杆伸出后的承重能力。

3）加长调高油缸的导向套

由于调高油缸在机身的空间相对固定，油缸安装位置无法更改。同时活塞杆长度无法增加，故将导向带部分增加，在活塞杆全部打出时增加活塞杆与油缸的接触面积，更好的承重和缓解冲击。

2.减少积煤对采煤机调高油缸的影响

根据对矿井现场工作环境的了解，可以知道防止采煤机调高油缸变形的最直接有效方法是进行现场管理，减小生产过程中积煤对油缸动作的影响。由于硬煤泥形成需要一定时间，因而防止积煤形成硬煤泥，可有效遏制油缸的变形现象。在设计上可加装调高油缸护罩，并在其中添加填充物以减少煤块和积煤进入油缸护罩。

3.要求使用单位在使用过程中的注意事项

针对神东煤炭集团目前JOY7LS8大采高采煤机调高油缸频繁损坏的故障情况，要求使用单位在生产过程中注意的事项：

1）要求使用单位生产过程中，采煤机司机在挑顶、卧底割煤时，应缓慢操作摇臂的升降，合理控制割煤的速度，避免因操作不当造成的油缸损坏。

2）要求使用单位生产期间合理安排采煤机停机时间，及时清理调高油缸处的浮煤，同时正确安装调高油缸护罩，减少积煤对调高油缸的影响，避免此类故障的频繁发生。

3）要求使用单位在工作面煤层遇到断层、冲刷等地质构造变化时，必须制定相应的措施，当断层岩石硬度系数f小于4时，可用采煤机截割，但采煤机牵引速度应降低控制在2-3m/min。当断层岩石硬度系数f大于4时，则采用打浅眼、少装药、放小炮的方法预先挑顶或卧底。严禁采煤机司机在采煤夹矸重，割不动时野蛮操作采煤机，造成采煤机摇臂调高油缸等部件的损坏。

六、结语

神东矿区大柳塔矿52304大采高工作面配套的7LS8采煤机出现调高油缸频繁损坏，备件全部消耗完，进口件采购周期长，不能及时到货。该工作面随时面临停产的情况，经过改进加工的调高油缸从论证至到货用时3周，远低于JOY公司交货期10周，为生产赢得了宝贵的时间。同时，改进后的油缸价格约为66万，进口油缸约为122万，每根油缸节约56万元。通过井下的实际使用，改进后的油缸故障率明显降低，使用寿命远超JOY进口油缸，该调高油缸目前已在神东矿区取得良好的使用效果。

项目来源：本文受国家科技支撑计划项目“大型煤炭基地组合服务技术研发及应用示范（项目编号：2013BAH12F00）”课题;“设备有偿托管与租赁方式研究及应用示范（项目编号：2013BAH12F05）”资助。