孫燎原

(天地科技股份有限公司 上海分公司，上海 200030)

MG650/1620-WD系列交流電牽引采煤機(jī)的研制

孫燎原

(天地科技股份有限公司 上海分公司，上海 200030)

詳細(xì)介紹了MG650/1620-WD系列交流電牽引采煤機(jī)的主要特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)組成和技術(shù)參數(shù)，并對(duì)該系列采煤機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)從件間連接、仿真分析技術(shù)的應(yīng)用、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)方面進(jìn)行了闡述。

采煤機(jī)；研制；特點(diǎn)；關(guān)鍵技術(shù)

DevelopmentofMG650/1620-WDAlternatingCurrentTractionCoal-cutter

我國(guó)中厚煤層資源豐富，近年來(lái)隨著技術(shù)的發(fā)展，大采高支架和大運(yùn)量刮板運(yùn)輸機(jī)相繼出現(xiàn)，對(duì)大功率采煤機(jī)的市場(chǎng)需求日益增加。

“一井一面”高產(chǎn)高效礦井的發(fā)展，也對(duì)煤機(jī)產(chǎn)品的可靠性提出了更高的要求，為此研制了MG650/1620-WD型系列大功率電牽引采煤機(jī)，以滿足10～20kt/d工作面的高效生產(chǎn)需要。

1 MG650/1620-WD系列采煤機(jī)的主要特點(diǎn)

MG650/1620-WD系列交流電牽引采煤機(jī)的主要特點(diǎn)有：

(1)采高范圍大(2.1～5.4m)，配套適應(yīng)性強(qiáng)，可配SGZ900，SGZ1000，SGZ1200三種型號(hào)的運(yùn)輸機(jī)。

(2)整機(jī)采用截割電機(jī)橫向布置，多電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的總體結(jié)構(gòu)形式，各部件都有獨(dú)立的動(dòng)力源，相互之間沒(méi)有動(dòng)力傳遞，無(wú)通軸、無(wú)傘齒輪，減少了漏油環(huán)節(jié)，使傳動(dòng)系統(tǒng)工作可靠性大大提高。

(3)整機(jī)主連接可靠性高，裝拆方便。主連接力達(dá)到整機(jī)截割反力5倍以上。機(jī)身采用中間大框架3段式結(jié)構(gòu)，段與段之間用M30液壓螺栓副聯(lián)接，3段之間用M72長(zhǎng)螺桿聯(lián)接，機(jī)身聯(lián)接強(qiáng)度大，可靠性高；機(jī)身無(wú)底托架， 加高了過(guò)煤空間；機(jī)電組元件的安裝采用抽屜式結(jié)構(gòu)，電機(jī)、電控箱、變頻器、油泵、水閥等均可從采空區(qū)側(cè)拆出。

(4)截割部采用分體式直搖臂結(jié)構(gòu)，互換性好；冷卻方式為外部設(shè)水套、內(nèi)部特殊冷卻、行星頭內(nèi)冷卻；潤(rùn)滑方式為內(nèi)部飛濺潤(rùn)滑、外部泵馬達(dá)強(qiáng)迫潤(rùn)滑；機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算余度大，截割部主體與過(guò)渡架聯(lián)接強(qiáng)度大，可靠性高。

(5)高強(qiáng)度耐磨鎬型齒滾筒采用非均布葉片設(shè)計(jì)，既可消除切割力不平衡、減少機(jī)器振動(dòng),又可節(jié)省功率、降低截齒消耗；設(shè)有特殊角度裝載葉片和封板及特殊形狀的小葉片，提高裝載效果。

(6)牽引部行走輪系為擺線(漸開(kāi)線)-銷軌式，可根據(jù)用戶需求選配126mm或147mm節(jié)距的銷排；牽引箱殼體整體采用焊接結(jié)構(gòu)。

(7)采用“一拖一”機(jī)載交流變頻調(diào)速裝置，具有調(diào)速精度高，調(diào)速范圍廣，同時(shí)采煤機(jī)還具有備用的模擬量控制方式，確保采煤機(jī)工作可靠，并配有液壓制動(dòng)裝置，可安全運(yùn)行于傾角小于15°的煤層；可采用四象限變頻調(diào)速技術(shù)滿足35°以下大傾角煤層工作面的需要。

(8)電氣控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的DSP芯片(數(shù)字信號(hào)處理器)為核心的嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為分布式控制結(jié)構(gòu)，同時(shí)配有大屏幕專用顯示系統(tǒng)，具有開(kāi)機(jī)操作步驟提示、采煤機(jī)狀態(tài)顯示、故障自診斷功能和故障處理提示界面，同時(shí)可提供巷道同步顯示功能，電控箱、變頻器、端頭控制站上隨機(jī)操作和離機(jī)無(wú)線電遙控，可以實(shí)現(xiàn)過(guò)載、過(guò)熱、區(qū)域限速等多種保護(hù)功能，所有顯示實(shí)現(xiàn)圖文界面，并同時(shí)具有語(yǔ)音提示操作及語(yǔ)音故障提示功能。

(9)采煤機(jī)控制、操作方便靈活，具有4種基本的操作方式：無(wú)線電遙控、端頭站控制、中部面板控制和應(yīng)急控制。

(10)采煤機(jī)還具有記憶截割、礦井綜合通信等拓展功能，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)截割、無(wú)人工作面等提供了良好的擴(kuò)展空間，并可以在巷道、中央調(diào)度室等地方直接對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行監(jiān)視與控制。

2 MG650/1620-WD系列采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)組成

整機(jī)可分解為10大部件、4大系統(tǒng)。10大部件為：左右截割部、左右牽引部、左右行走箱、左右滾筒、中間(控制)箱、破碎機(jī)(圖1)。4大系統(tǒng)為：電氣控制系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、冷卻噴霧系統(tǒng)。

圖1 整機(jī)結(jié)構(gòu)組成

3 MG650/1620-WD系列采煤機(jī)的技術(shù)參數(shù)

MG650/1620-WD系列采煤機(jī)的采高范圍為2.1～5.4m；工作面傾角 ≤15°(非四象限) ，工作面傾角≤35° (四象限)；走向傾角為±10°；適用煤質(zhì)硬度≤5；機(jī)面高度1565/2057mm；搖臂回轉(zhuǎn)中心距8250mm；滾筒中心距(搖臂水平時(shí))13719mm；行走輪中心距6350mm；截深范圍為800～1000mm；機(jī)器重量約85/96t；功率組成為：2臺(tái)650kW的截割機(jī)、2臺(tái)90kW牽引機(jī)、1臺(tái)100kW破碎機(jī)和1臺(tái)40kW 泵；供電電壓為3.3kV；截割部長(zhǎng)度2737/2937mm；截割滾筒直徑1800～2700mm；截割滾筒轉(zhuǎn)速25.83/29.29r/min；截割部擺角：上擺+46.06°，下擺-17.7°；牽引速度0～10.4/12.5 m/min；最大牽引力932/ 775kN；行走輪節(jié)距126/147mm；破碎滾筒轉(zhuǎn)速156r/min；破碎滾筒直徑888mm；破碎力13.8kN；破碎臂架擺角：上擺+4.35°，下擺-11.61°；噴霧冷卻供水流量320l/min；噴霧冷卻供水壓力≤10MPa；液壓系統(tǒng)工作壓力18MPa；液壓系統(tǒng)理論流量58l/min；配套主電纜MCP-1.9/3.3-3×150+1×70+6×6。

4 關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 件間連接

左右牽引箱與中間箱之間為大平面對(duì)接，對(duì)接面采用2個(gè)φ300mm圓柱定位銷定位，5根M72高強(qiáng)度長(zhǎng)螺栓組預(yù)緊把合，采用液壓螺母防松；另外每個(gè)對(duì)接面采用8根M30短液壓螺栓組輔助連接，主要用于機(jī)身的安裝和拆卸。

搖臂與機(jī)身采用2個(gè)φ200mm圓柱銷鉸接，搖臂單耳，機(jī)身雙耳；固定采用錐套結(jié)構(gòu)，裝拆方便。

搖臂采用分體結(jié)構(gòu)，分體臂架和殼體采用4個(gè)φ100mm圓柱銷定位，采用9個(gè)M64高強(qiáng)度螺栓連接，采用液壓拉伸器預(yù)緊。

行走箱與機(jī)身的牽引箱采用平面對(duì)接，對(duì)接面采用1個(gè)φ496mm大止口和280mm×280mm方榫鍵定位，采用液壓螺栓組連接防松。

調(diào)高油缸采用水平布置，兩頭分別連接搖臂擺動(dòng)臂和牽引箱體上的支撐座，固定采用錐套結(jié)構(gòu)。

破碎機(jī)作為選用件，采用活動(dòng)連接，支撐在行走箱上，不影響行走箱的左右互換性。

4.2 仿真分析技術(shù)研究和應(yīng)用

采用先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)仿真分析軟件，模擬采煤機(jī)在工作面實(shí)際工作時(shí)的各種運(yùn)行動(dòng)作(圖2)。

圖2 三維模型運(yùn)動(dòng)仿真

采用有限元分析技術(shù)，對(duì)殼體和關(guān)鍵零部件等進(jìn)行強(qiáng)度分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)(圖3)。

自主開(kāi)發(fā)了采煤機(jī)運(yùn)行工況仿真分析系統(tǒng)軟件，通過(guò)輸入初始化參數(shù)(包括采煤機(jī)各種運(yùn)行參數(shù)、綜采工作面及配套設(shè)備參數(shù)等)，可對(duì)綜采工作面運(yùn)行狀態(tài)、采煤機(jī)各電機(jī)載荷狀態(tài)、采煤機(jī)電機(jī)載荷沿工作面分布、綜采工作面生產(chǎn)能力等進(jìn)行仿真分析。

4.3 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)可靠性

設(shè)計(jì)計(jì)算使用自主研發(fā)的且使用成熟的交互動(dòng)態(tài)式齒輪強(qiáng)度驗(yàn)算、齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)尺寸計(jì)算、軸承壽命驗(yàn)算、軸類受力分析等程序；關(guān)鍵件設(shè)計(jì)原則：齒輪按10000h通過(guò)計(jì)算，軸承按10000h通過(guò)計(jì)算，關(guān)鍵密封按5000h通過(guò)計(jì)算。

圖3 截割部殼體及行走輪齒有限元分析

材料、設(shè)備、加工工藝及元器件選用：殼體鑄造采用高性能合金鑄鋼材料，工藝上采取正回火處理，關(guān)鍵凸出部位采用鋪焊耐磨層技術(shù)；直齒圓柱齒輪、行星輪和太陽(yáng)輪材料采用18Cr2Ni4WA優(yōu)質(zhì)低碳合金鋼，采用凸頭大圓角留磨滾刀加工，齒面滲碳淬火磨齒，并采用齒面強(qiáng)化噴丸工藝，以提高接觸與彎曲疲勞強(qiáng)度。內(nèi)齒圈材料為42CrMo，采用插齒后深層氮化工藝；高速軸均采用進(jìn)口氟橡膠油封；整機(jī)所用軸承基本采用FAG /NSK/SKF軸承；調(diào)高油缸采用特殊油封，特別適應(yīng)井下采煤機(jī)調(diào)高油缸承受惡劣環(huán)境的條件。

4.4 電氣系統(tǒng)可靠性

專門為適應(yīng)以高產(chǎn)高效為目標(biāo)的大功率采煤機(jī)開(kāi)發(fā)的全新計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

具備強(qiáng)大的功能，包括先進(jìn)的設(shè)計(jì)思路、友好的人機(jī)交互界面、完善的保護(hù)功能、語(yǔ)音預(yù)警功能、系統(tǒng)硬件自診斷與故障記錄。

牽引調(diào)速部分采用技術(shù)成熟的交流變頻調(diào)速“一拖一”驅(qū)動(dòng)方式，運(yùn)行可靠。

系統(tǒng)以先進(jìn)的中央控制單元為核心，配以智能

的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而形成可靠的控制。

電機(jī)橫向布置，傳動(dòng)系統(tǒng)無(wú)耦合關(guān)系，各個(gè)電機(jī)均可獨(dú)立啟停，也可一鍵分時(shí)啟動(dòng)(智能啟動(dòng))。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮大傾角工況，可通過(guò)組件換用，用于35°傾斜工作面，四象限變頻調(diào)速技術(shù)具有完善成熟的抱閘系統(tǒng)，使機(jī)器平穩(wěn)、可靠運(yùn)行。

5 現(xiàn)場(chǎng)使用概況

MG650/1620-WD系列交流電牽引采煤機(jī)已在神華寧煤、陜西黃陵、陜西神木、淮南礦業(yè)、淮北礦業(yè)、恒源煤電、內(nèi)蒙古伊泰、鄂爾多斯昊華、鐵法煤業(yè)等礦區(qū)得到推廣使用。通過(guò)井下使用驗(yàn)證，總體性能參數(shù)和功能指標(biāo)均達(dá)到項(xiàng)目總體技術(shù)要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明MG650/1620-WD系列采煤機(jī)具有適應(yīng)能力強(qiáng)、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，其推廣應(yīng)用將會(huì)提高采煤工作面生產(chǎn)能力，改善安全生產(chǎn)環(huán)境，可滿足我國(guó)高產(chǎn)高效煤炭生產(chǎn)的需要。

[1]陶馳東.采掘機(jī)械[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1985.

[2]孫靖民，陳時(shí)錦.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008.

[3]高志明，張 偉.MG750/1815-GWD系列大功率厚煤層采煤機(jī)[J].煤礦開(kāi)采，2008，13(6):58-60.

[4]邵俊杰.采煤機(jī)數(shù)字化建模與關(guān)鍵零部件有限元分析[D].西安：西安科技大學(xué)，2009.

[5]劉 斌.三一重裝采煤機(jī)造型設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2012.

[6]周常飛，張 偉.薄煤層采煤機(jī)大功率截割傳動(dòng)部的研制與應(yīng)用[A].中國(guó)煤炭新型工業(yè)化之路——安全、高效的集約化生產(chǎn)技術(shù)與裝備研討會(huì)論文集[C].北京：煤炭工業(yè)出版社，2004.

[7]張 藝.電牽引采煤機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2011.

[責(zé)任編輯：施紅霞]

2013-11-27

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2014.04.016

孫燎原(1975-)，男，江蘇睢寧人，工程師，從事采掘機(jī)械設(shè)計(jì)研究工作。

孫燎原.MG650/1620-WD系列交流電牽引采煤機(jī)的研制[J].煤礦開(kāi)采，2014，19(4)：52-54.

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1006-6225(2014)04-0052-03