滚筒式采煤机的机电优化设计及应用

摘要 本文立足于滚筒式采煤机机电设计现状，分析了喷雾系统、扭矩轴、牵引技术、电气控制技术和监控系统目前各自存在的各类问题，从各个系统在工作中的不同需要出发，结合当前新技术介绍了优化设计方法及使用效果。在综合分析的基础上介绍了基于不同技术和适用于各种情况的采煤机常用机型。

关键词 滚筒式采煤机；机电优化；机型

中图分类号 TD421.61 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0177-01

1 概述

我国正处于全面建成小康社会现代化进程中，社会发展对煤炭的需求快速增加，机械化采煤不仅可以减轻体力劳动、提高工作安全性，还能增大产量、提高效率。煤矿井下广泛使用的采煤机分为采煤机和刨煤机两大类，是机械化采煤作业的主要设备，其功能是破落煤层和装煤。我国地质条件复杂，需要采高范围大、煤层适应性强和能截割硬煤的采煤机械，滚筒采煤机的滚筒构造比较简单、作业强度大、作业时能量损失小，并且改装相对较为容易。滚筒的合理截深和位置不仅满足以上要求，还能适复杂的顶、底板条件，是目前应用最广泛的采煤机。滚筒式采煤机由截割、牵引、动力和辅助装置等几部分构成，辅助装置主要包括底托架、喷雾装置、电缆架及信号照明等设备。滚筒式采煤机在应用中经历了两次重大变革，实现了由固定式滚筒改为可调高滚筒和由单滚筒改进为双滚筒，并且在实际工作中实现了由“一端双滚筒+中间双滚筒”的模式优化到“两端可调双滚筒”模式。随着采煤机需求量的增加和科技的进步，第三次采煤机变革已悄然来到，最近几年兴起的无线电遥控技术、内外喷水技术、静力铲煤板技术、扭矩轴的优化设计、智能电气控制技术、智能监控保护技术以及虚拟样机技术在采煤机优化设计中逐渐引入，同时，提升机、皮带输送机和截割部等组合设计等也成为行内关注的课题。

2 机电优化设计

2.1 喷雾系统优化设计

传统的滚筒式采煤机喷雾系统主要存在长时间工作后的空气中煤尘含量快速增加、环境恶化、能见度降低及瓦斯煤尘爆炸概率增加，严重威胁矿工生命安全等问题。优化设计时对送水管座分支进行处理，引入到煤尘产生的环节，主要是在送水管的一侧焊接一个圆形内接头， 增加装备一个弯头，扩大进水接头孔，并把输水管接入弯头内，同时在滚筒速水管管孔上钻均匀分布的小孔，在叶片辐射状设备周围增加喷头数理。也可引进MG500/1280-WD型交流变频电牵引采煤机冷却喷雾系统，将所有的管路改为高压胶管快速接头，用O形圈密封，使用U形卡固定。改进后，喷雾压力水可以直接压入送水管，供水板也能保护输水管接头，能见度明显提高，空气中煤尘密度大大降低，生产中安全事故发生概率也大幅下降。

2.2 扭矩轴优化设计

传统扭矩轴可能会在采煤机工作时提前破坏，导致其余传动元件丧失强度潜力，同时过载现象也时有发生，使得其它传动系统丧失保护。优化时将离含器处设计为扭矩轴的形式，使其不仅能完成机械传动系统和截割电动机之间的功率传递，还能在过载现象出现时扭矩轴及时地发生破坏将传动链断开，起到保护其余元件的作用。

2.3 牵引技术优化设计

将直流牵引改为交流变频设备电牵引，交流变频设备电牵引设备具有调速范围广、体积小及故障少等优点，同时牵引速度和牵引力相比直流更大。目前一般使用“两个变频器配套两台牵引电机”的牵引系统，提升了牵引控制性和保护性，两台设备互为备份，充分保障采煤连续性，维护也更方便快捷。交流变频设备引进牵引系统是采煤机发展的必然趋势。

2.4 电气控制技术优化设计

采煤机的启动和停机一般利用动力电缆控制芯线将采煤机控制回路与磁力启动器先导回路连接，构建远方控制回路，实现除启动和停机外的电机设备温度检测、热保护与电控箱面板的智能控制和无线电遥控等基本功能，目前优化后的电气控制还可以实现电流的检测、负荷的控制和故障的跟踪记忆。比如，在控制回路中设置四个停机按纽，在启动回路中引进多台温度保护热敏接点，使得任何一台电机出现温升超限后都能切断电源，只有在温度恢复到工作允许值时才正常工作。随着科技的进步和多学科多技术的融合，DSP 控制模块、网络分布式技术、网络检测和远程监控技术也不断被引入电气控制系统。

2.5 监控系统优化设计

目前，国内大多数采煤机的监控系统普遍存在系统实时性差、信息封闭及事故过程监控记录汇总分析等问题，设备故障甚至在事故发生后技术人员无法找到原因，增加了投资，也增大了工作难度，降低了工作效率。近年来新上线的机型基本都配置了PIE监控保护系统，以计算机处理系统为基础，引进远程监控、无线电遥控技术及工况数据的实时采集、自动归档和历史数据查询等相关数据处理等技术，以保障数据精确传输，预告机械故障。为提高系统的实时性和可靠性，有的设备从网络安全和系统控制级分配等方面对系统进行优化设计，基于WINCC组态技术搭建远程控制监控系统，该系统以SIMATICS7-300PLC为控制核心。应用表明，优化后的监控系统使得采煤机使用寿命和工作效率得到提高，事故预警效果明显。

3 设备应用介绍

经过两次变革和新技术引进优化设计后，滚筒采煤机为适应多样化的条件和工作要求，出现了各式各样的类型。早期主要有EDW系列，EDW450/1000和EDW300-LN是其代表性机型，优化后出现了相对于ELECTRA1000及SL500的适用于中厚煤层的EDW—150—2L型，适用于倾斜煤层的EDW—150—2L.2型，相对于ELECTRA型的适用于普通薄煤层的EDW—230—2LE型，另外还有EDW—450—2L型特大功率采煤机等，适用于薄煤层的采煤机MG375—AW型源于MG375—W型，也是其中的佼佼者。交流电牵引采煤机主要有MCLE - DR101101型、MCLEDR102102型及PABDE-E型等。在牵引速度上，一台改进的4LS采煤机牵引速度可达28.5米/分钟。我国主要应用于综采工作面的MXA300型和AM500系列发展较快，优化较为完善，液压牵引的MG150（ 200）—W1型、MG200—W型、MG300（2*300）—W型、AM 500/ 3. 5型和

MXA 300 型等应用也较为广泛。另外，基于我国地质条件多样化的事实，还设计了MG200—QW型、MGD150—NW型、5MG200—B型、MG250—BW型和MG344—PWD 型等特殊型号的采煤机。从耐震、散热冷却方面看，MG250/600—WD1等型号使用效果较好。

4 结语

本文立足于实际工作情况，对滚筒式采煤机机电设计目前普遍存在的问题进行了分析，并结合新技术对喷雾系统、扭矩轴、牵引技术、电气控制技术和监控系统进行了优化设计，介绍了适用于不同情况和基于不同目标的常见机型，实际工作表明优化设计后的设备效果明显改善。

参考文献

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