任飛

【摘要】針對神東煤炭集團(tuán)使用的JOY7LS8大采高采煤機(jī)搖臂調(diào)高油缸頻繁損壞的情況，通過對此類故障從作業(yè)環(huán)境、布置結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)強(qiáng)度等方面進(jìn)行了損壞原因分析，并提出改進(jìn)措施。

【關(guān)鍵詞】大采高采煤機(jī);結(jié)構(gòu);改造

一、前言

神東煤炭集團(tuán)神東礦區(qū)地處陜北、蒙南、晉西三省交界，作為中國神華能源股份有限公司下屬的核心煤炭生產(chǎn)基地，自1998年陜西神府、內(nèi)蒙東勝兩公司合并以來，神華神東礦區(qū)煤炭產(chǎn)量連年以千萬噸速度增長，并于2005年率先成為中國第一個億噸級煤炭生產(chǎn)基地。目前擁有19個礦井，整體產(chǎn)能超過2億噸/年。近年來隨著公司高產(chǎn)高效的發(fā)展，神東礦區(qū)根據(jù)生產(chǎn)條件提出了新的要求，JOY公司研發(fā)了世界最大采高7m采煤機(jī)7LS8，先后在神東礦區(qū)大柳塔、補(bǔ)連塔等煤礦的7米大采高工作面配套使用。

二、JOY7LS8采煤機(jī)主要技術(shù)參數(shù)及與其配套的設(shè)備

JOY7LS8采煤機(jī)設(shè)計(jì)采高7M;生產(chǎn)能力6000t/h;供電電壓3300V;總裝機(jī)功率2925 kW;截割電機(jī)功率2×1100kW;交流牽引電機(jī)功率2×200kW;破碎功率270kw;泵電機(jī)功率55kw;機(jī)身長度9078mm;機(jī)身寬度1708mm;機(jī)身高度2738mm;機(jī)身總重量160，000kg;搖臂長度3641mm，調(diào)高范圍1186mm到5258mm，重量19，960kg;調(diào)高油缸內(nèi)徑450mm，行程1020mm;采煤機(jī)滾筒直徑3500mm，有效截深865mm，重量10，000kg。主要配套的設(shè)備包括DBT3×1600KW/2.05米槽寬刮板輸送機(jī)和鄭煤機(jī)7.0米/16800KN阻力液壓支架。

三、JOY7LS8采煤機(jī)調(diào)高油缸損壞現(xiàn)狀及存在問題

神東礦區(qū)目前共有8套7米大采高采煤機(jī)，其中3臺JOY 7LS8采煤機(jī)，2臺JOY 7LS7采煤機(jī)，3臺艾柯夫SL1000/7m采煤機(jī)。在大柳塔礦52304大采高工作面配套的7LS8采煤機(jī)，最初使用的半年中共出現(xiàn)5次搖臂調(diào)高油缸損壞的故障。搖臂調(diào)高油缸故障的現(xiàn)象有油缸的活塞桿變形和缸體密封損壞漏油等情況。JOY7LS8采煤機(jī)搖臂調(diào)高油缸出現(xiàn)的頻繁損壞故障，將公司儲備的調(diào)高油缸備件全部更換完，由于進(jìn)口備件的采購周期較長，不能及時到貨，隨時可能造成大柳塔礦千萬噸的大采高工作面面臨停產(chǎn)，影響公司整體煤炭產(chǎn)量。在因缺備件面臨停產(chǎn)的情況下，JOY公司仍不能及時分析調(diào)高油缸損壞的原因，我公司組織相關(guān)技術(shù)人員經(jīng)過多方面的分析和總結(jié)，最終找到了解決這一問題的方法，并開發(fā)了7LS8采煤機(jī)搖臂調(diào)高油缸。

四、原因分析

1.JOY7LS8采煤機(jī)的作業(yè)環(huán)境

綜采工作面在生產(chǎn)過程中采煤機(jī)實(shí)際割煤時，截割滾筒采落下的煤或矸石有一部分會飛濺到機(jī)身側(cè)和機(jī)身上面，若長期不進(jìn)行清理，受工作面煤層水分的影響會形成硬煤泥。當(dāng)采煤機(jī)在臥底割煤時夾在調(diào)高油缸與機(jī)身中間的煤泥不僅會阻礙油缸的正常動作，而且會使油缸受到較大的不均衡外力作用，在受這種外力作用下長時工作極易導(dǎo)致調(diào)高油缸變形損壞。

2.JOY7LS8采煤機(jī)搖臂調(diào)高油缸的布置結(jié)構(gòu)

采煤機(jī)搖臂調(diào)高油缸是液壓油缸，是采煤機(jī)一個很重要的部件。調(diào)高油缸的設(shè)計(jì)是根據(jù)搖臂擺角的大小確定油缸的行程，根據(jù)油缸前后連接位置確定油缸的最大長度和最小長度，根據(jù)工作中需要的推力及液壓系統(tǒng)的額定壓力確定油缸的缸徑及活塞桿直徑、前后銷軸直徑等。傳統(tǒng)的采煤機(jī)搖臂調(diào)高油缸布置結(jié)構(gòu)多為下置式，即油缸一端固定在采煤機(jī)牽引裝置下部，另一端與搖臂連接，通過油缸的伸縮來調(diào)節(jié)搖臂的升降。JOY7LS8采煤機(jī)其搖臂調(diào)高油缸的布置結(jié)構(gòu)為上置式，及油缸一端固定在采煤機(jī)機(jī)身牽引裝置上部，另一端與搖臂連接，如圖1所示。

圖1 JOY7LS8采煤機(jī)調(diào)高油缸布置圖

采煤機(jī)在割煤的過程中，要受到截割力、牽引力等的作用。當(dāng)采煤機(jī)挑頂割煤時，調(diào)高油缸收回，承受壓應(yīng)力;當(dāng)采煤機(jī)臥底割煤時，調(diào)高油缸伸出，承受拉應(yīng)力。生產(chǎn)時由于工作面煤壁經(jīng)常出現(xiàn)片幫漏矸等情況，采煤機(jī)機(jī)身牽引裝置上部和調(diào)高油缸夾縫處易堆積很多煤或矸石。搖臂在臥底割煤下降過程中，由于調(diào)高油缸活塞桿伸出，并且缸體向牽引部方向小幅度動作，造成調(diào)高油缸和牽引裝置夾縫間隙逐漸減小。在這一動作過程中，牽引裝置上堆積的煤就成為阻礙油缸動作的外部因素，尤其在采煤機(jī)搖臂下擺角最大臥底割煤時，油缸的活塞桿行程全部伸出，且推力加大，這巨大的阻力全部作用于油缸缸體鉸接點(diǎn)和活塞桿鉸接點(diǎn)處，導(dǎo)致調(diào)高油缸活塞桿頭部變形等頻繁損壞現(xiàn)象。

3.JOY7LS8采煤機(jī)搖臂調(diào)高油缸設(shè)計(jì)方面存在的不足

根據(jù)在神東礦區(qū)大柳塔礦52304大采高工作面配套的JOY7LS8采煤機(jī)，在生產(chǎn)期間出現(xiàn)的搖臂調(diào)高油缸頻繁損壞的故障情況，我公司組織相關(guān)技術(shù)人員經(jīng)過多方面的分析，查找出了JOY7LS8采煤機(jī)調(diào)高油缸設(shè)計(jì)方面存在的以下幾點(diǎn)不足：

1）調(diào)高油缸的活塞桿直徑過小、過短，正常生產(chǎn)時達(dá)不到要求的臥底量，油缸活塞桿在全部伸出后長時間運(yùn)行受力較大，易造成油缸頻繁損壞。

2）調(diào)高油缸的活塞桿頭螺紋直徑過小，油缸活塞桿全部伸出后承重能力不足，生產(chǎn)中調(diào)高油缸長時間受力較大，易造成油缸活塞桿變形損壞。

3）調(diào)高油缸的導(dǎo)向套過窄，在油缸伸縮過程中不能很好的起到導(dǎo)向作用，導(dǎo)致活塞桿擠壓密封，造成密封損壞油缸漏油故障。

五、改進(jìn)措施

1.對JOY7LS8采煤機(jī)調(diào)高油缸的優(yōu)化改造

為保證調(diào)高油缸在受較大壓力時的可靠性，針對JOY7LS8采煤機(jī)搖臂調(diào)高油缸在大柳塔礦的實(shí)際使用情況，對采煤機(jī)搖臂調(diào)高油缸進(jìn)行改造。改造內(nèi)容如下：

1）加粗調(diào)高油缸的活塞桿

采煤機(jī)臥底量不夠，增加調(diào)高油缸活塞桿長度可以解決臥底量，但同時會降低采高，故油缸活塞桿本身不可增加。在無法增加活塞桿長度的條件下，將原JOY公司設(shè)計(jì)的調(diào)高油缸活塞桿直徑Φ225mm增加到Φ245mm，增加活塞桿承重能力（如圖2、圖3所示）。

圖2 原JOY公司調(diào)高油缸設(shè)計(jì)圖紙

圖3 該進(jìn)后調(diào)高油缸的設(shè)計(jì)圖紙

2）將調(diào)高油缸活塞桿頭螺紋直徑加粗，加到與活塞桿直徑相同Φ245mm，增加油缸活塞桿伸出后的承重能力。

3）加長調(diào)高油缸的導(dǎo)向套

由于調(diào)高油缸在機(jī)身的空間相對固定，油缸安裝位置無法更改。同時活塞桿長度無法增加，故將導(dǎo)向帶部分增加，在活塞桿全部打出時增加活塞桿與油缸的接觸面積，更好的承重和緩解沖擊。

2.減少積煤對采煤機(jī)調(diào)高油缸的影響

根據(jù)對礦井現(xiàn)場工作環(huán)境的了解，可以知道防止采煤機(jī)調(diào)高油缸變形的最直接有效方法是進(jìn)行現(xiàn)場管理，減小生產(chǎn)過程中積煤對油缸動作的影響。由于硬煤泥形成需要一定時間，因而防止積煤形成硬煤泥，可有效遏制油缸的變形現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)上可加裝調(diào)高油缸護(hù)罩，并在其中添加填充物以減少煤塊和積煤進(jìn)入油缸護(hù)罩。

3.要求使用單位在使用過程中的注意事項(xiàng)

針對神東煤炭集團(tuán)目前JOY7LS8大采高采煤機(jī)調(diào)高油缸頻繁損壞的故障情況，要求使用單位在生產(chǎn)過程中注意的事項(xiàng)：

1）要求使用單位生產(chǎn)過程中，采煤機(jī)司機(jī)在挑頂、臥底割煤時，應(yīng)緩慢操作搖臂的升降，合理控制割煤的速度，避免因操作不當(dāng)造成的油缸損壞。

2）要求使用單位生產(chǎn)期間合理安排采煤機(jī)停機(jī)時間，及時清理調(diào)高油缸處的浮煤，同時正確安裝調(diào)高油缸護(hù)罩，減少積煤對調(diào)高油缸的影響，避免此類故障的頻繁發(fā)生。

3）要求使用單位在工作面煤層遇到斷層、沖刷等地質(zhì)構(gòu)造變化時，必須制定相應(yīng)的措施，當(dāng)斷層巖石硬度系數(shù)f小于4時，可用采煤機(jī)截割，但采煤機(jī)牽引速度應(yīng)降低控制在2-3m/min。當(dāng)斷層巖石硬度系數(shù)f大于4時，則采用打淺眼、少裝藥、放小炮的方法預(yù)先挑頂或臥底。嚴(yán)禁采煤機(jī)司機(jī)在采煤夾矸重，割不動時野蠻操作采煤機(jī)，造成采煤機(jī)搖臂調(diào)高油缸等部件的損壞。

六、結(jié)語

神東礦區(qū)大柳塔礦52304大采高工作面配套的7LS8采煤機(jī)出現(xiàn)調(diào)高油缸頻繁損壞，備件全部消耗完，進(jìn)口件采購周期長，不能及時到貨。該工作面隨時面臨停產(chǎn)的情況，經(jīng)過改進(jìn)加工的調(diào)高油缸從論證至到貨用時3周，遠(yuǎn)低于JOY公司交貨期10周，為生產(chǎn)贏得了寶貴的時間。同時，改進(jìn)后的油缸價格約為66萬，進(jìn)口油缸約為122萬，每根油缸節(jié)約56萬元。通過井下的實(shí)際使用，改進(jìn)后的油缸故障率明顯降低，使用壽命遠(yuǎn)超JOY進(jìn)口油缸，該調(diào)高油缸目前已在神東礦區(qū)取得良好的使用效果。

項(xiàng)目來源：本文受國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“大型煤炭基地組合服務(wù)技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用示范（項(xiàng)目編號：2013BAH12F00）”課題;“設(shè)備有償托管與租賃方式研究及應(yīng)用示范（項(xiàng)目編號：2013BAH12F05）”資助。