神東煤炭集團JOY7LS8大采高采煤機搖臂調高油缸損壞原因分析及改進措施

任飛

【摘要】針對神東煤炭集團使用的JOY7LS8大采高采煤機搖臂調高油缸頻繁損壞的情況，通過對此類故障從作業環境、布置結構、設計強度等方面進行了損壞原因分析，并提出改進措施。

【關鍵詞】大采高采煤機;結構;改造

一、前言

神東煤炭集團神東礦區地處陜北、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基地，自1998年陜西神府、內蒙東勝兩公司合并以來，神華神東礦區煤炭產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基地。目前擁有19個礦井，整體產能超過2億噸/年。近年來隨著公司高產高效的發展，神東礦區根據生產條件提出了新的要求，JOY公司研發了世界最大采高7m采煤機7LS8，先后在神東礦區大柳塔、補連塔等煤礦的7米大采高工作面配套使用。

二、JOY7LS8采煤機主要技術參數及與其配套的設備

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

三、JOY7LS8采煤機調高油缸損壞現狀及存在問題

神東礦區目前共有8套7米大采高采煤機，其中3臺JOY 7LS8采煤機，2臺JOY 7LS7采煤機，3臺艾柯夫SL1000/7m采煤機。在大柳塔礦52304大采高工作面配套的7LS8采煤機，最初使用的半年中共出現5次搖臂調高油缸損壞的故障。搖臂調高油缸故障的現象有油缸的活塞桿變形和缸體密封損壞漏油等情況。JOY7LS8采煤機搖臂調高油缸出現的頻繁損壞故障，將公司儲備的調高油缸備件全部更換完，由于進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，影響公司整體煤炭產量。在因缺備件面臨停產的情況下，JOY公司仍不能及時分析調高油缸損壞的原因，我公司組織相關技術人員經過多方面的分析和總結，最終找到了解決這一問題的方法，并開發了7LS8采煤機搖臂調高油缸。

四、原因分析

1.JOY7LS8采煤機的作業環境

綜采工作面在生產過程中采煤機實際割煤時，截割滾筒采落下的煤或矸石有一部分會飛濺到機身側和機身上面，若長期不進行清理，受工作面煤層水分的影響會形成硬煤泥。當采煤機在臥底割煤時夾在調高油缸與機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致調高油缸變形損壞。

2.JOY7LS8采煤機搖臂調高油缸的布置結構

采煤機搖臂調高油缸是液壓油缸，是采煤機一個很重要的部件。調高油缸的設計是根據搖臂擺角的大小確定油缸的行程，根據油缸前后連接位置確定油缸的最大長度和最小長度，根據工作中需要的推力及液壓系統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。傳統的采煤機搖臂調高油缸布置結構多為下置式，即油缸一端固定在采煤機牽引裝置下部，另一端與搖臂連接，通過油缸的伸縮來調節搖臂的升降。JOY7LS8采煤機其搖臂調高油缸的布置結構為上置式，及油缸一端固定在采煤機機身牽引裝置上部，另一端與搖臂連接，如圖1所示。

圖1 JOY7LS8采煤機調高油缸布置圖

采煤機在割煤的過程中，要受到截割力、牽引力等的作用。當采煤機挑頂割煤時，調高油缸收回，承受壓應力;當采煤機臥底割煤時，調高油缸伸出，承受拉應力。生產時由于工作面煤壁經常出現片幫漏矸等情況，采煤機機身牽引裝置上部和調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和活塞桿鉸接點處，導致調高油缸活塞桿頭部變形等頻繁損壞現象。

3.JOY7LS8采煤機搖臂調高油缸設計方面存在的不足

根據在神東礦區大柳塔礦52304大采高工作面配套的JOY7LS8采煤機，在生產期間出現的搖臂調高油缸頻繁損壞的故障情況，我公司組織相關技術人員經過多方面的分析，查找出了JOY7LS8采煤機調高油缸設計方面存在的以下幾點不足：

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

2）調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，生產中調高油缸長時間受力較大，易造成油缸活塞桿變形損壞。

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

五、改進措施

1.對JOY7LS8采煤機調高油缸的優化改造

為保證調高油缸在受較大壓力時的可靠性，針對JOY7LS8采煤機搖臂調高油缸在大柳塔礦的實際使用情況，對采煤機搖臂調高油缸進行改造。改造內容如下：

1）加粗調高油缸的活塞桿

采煤機臥底量不夠，增加調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公司設計的調高油缸活塞桿直徑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公司調高油缸設計圖紙

圖3 該進后調高油缸的設計圖紙

2）將調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）加長調高油缸的導向套

由于調高油缸在機身的空間相對固定，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.減少積煤對采煤機調高油缸的影響

根據對礦井現場工作環境的了解，可以知道防止采煤機調高油缸變形的最直接有效方法是進行現場管理，減小生產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象。在設計上可加裝調高油缸護罩，并在其中添加填充物以減少煤塊和積煤進入油缸護罩。

3.要求使用單位在使用過程中的注意事項

針對神東煤炭集團目前JOY7LS8大采高采煤機調高油缸頻繁損壞的故障情況，要求使用單位在生產過程中注意的事項：

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

2）要求使用單位生產期間合理安排采煤機停機時間，及時清理調高油缸處的浮煤，同時正確安裝調高油缸護罩，減少積煤對調高油缸的影響，避免此類故障的頻繁發生。

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

六、結語

神東礦區大柳塔礦52304大采高工作面配套的7LS8采煤機出現調高油缸頻繁損壞，備件全部消耗完，進口件采購周期長，不能及時到貨。該工作面隨時面臨停產的情況，經過改進加工的調高油缸從論證至到貨用時3周，遠低于JOY公司交貨期10周，為生產贏得了寶貴的時間。同時，改進后的油缸價格約為66萬，進口油缸約為122萬，每根油缸節約56萬元。通過井下的實際使用，改進后的油缸故障率明顯降低，使用壽命遠超JOY進口油缸，該調高油缸目前已在神東礦區取得良好的使用效果。

項目來源：本文受國家科技支撐計劃項目“大型煤炭基地組合服務技術研發及應用示范（項目編號：2013BAH12F00）”課題;“設備有償托管與租賃方式研究及應用示范（項目編號：2013BAH12F05）”資助。