薄煤層采煤機截割部驅動方式的探究

王磊， 劉元林

（1.黑龍江科技大學工程訓練與基礎實驗中心，哈爾濱150022；2.黑龍江科技大學機械工程學院，哈爾濱150022）

薄煤層采煤機截割部驅動方式的探究

王磊1， 劉元林2

（1.黑龍江科技大學工程訓練與基礎實驗中心，哈爾濱150022；2.黑龍江科技大學機械工程學院，哈爾濱150022）

介紹了我國薄煤層開采設備的現狀，對3種不同的截割部驅動方式進行了闡述，分析了截割部單電機驅動和雙電機聯合驅動的特點，對比得出每種驅動方式的優缺點。

采煤機；截割部；驅動方式

0 引言

在中國不可再生資源中，已探究的能源總量中煤炭資源占據約為96%左右，據相關資料體現我國近年來煤炭資源產量呈不斷上升增長趨勢。據不完全統計2006年中國煤炭行業總產量約為23.25億t，而2012年達到36.6億t，雖然近幾年煤炭產量增幅放緩，但仍以年均6.8%的增幅保證了我國經濟快速發展對不可再生能源的供給。以此發展速率，到2020年，預計煤炭資源依然是所有能源供求量的60%以上，作為不可替代的龍頭能源，煤炭能源地位是無法動搖的。

我國將極薄煤層的厚度歸于小于0.8 m的煤層，而薄煤層的厚度在0.8～1.3m范圍內。我國薄煤層的煤炭含儲量是十分豐富的，大約占據所有可開采煤炭儲量的20%以上，但以現有我國煤炭開采技術，開采產量卻只有總產量的10%左右，遠不及儲量應有的比例含量，值得一提的是，現在我國薄煤層煤炭產量所占比重還在逐年同比下降，追究根源，棄采嚴重，使得寶貴的煤炭資源被大量浪費。如何有效開采薄煤層的問題已經得到國家的重視，是目前亟待解決的問題。

1 薄煤層采煤機的現狀

從整體開采水平上看，薄煤層的開采水平比中厚煤層的綜采工作面開采水平落后很多，主要是由于受地質環境反差大、工作面條件不同、空間狹小等因素的限制，較難開采。機采工作中，采煤機是開采配套設備中非常關鍵的設備，如果在開采薄煤層的采煤機上做好研究工作，讓薄煤層的工作面的開采產量以及開采效率能保持或超越厚煤層工作面的開采水平，會使今后我國不可再生資源的利用得到更好的發展。在國家的大力推廣和應用下，我國自主研究的薄煤層采煤機，應用效果不及國外產品，也發現了諸多缺陷和不足。目前普遍存在的不足主要是適應性差、可靠性低和功率小。由于受井下工作條件的制約，薄煤層的采煤機面對如何解決好采煤機機面高度、采煤機的裝機功率及過煤空間這三者之間的關系是研究薄煤層的采煤機的重中之重。

受到薄煤層綜采工作面高空間度的嚴格限制，例如我們需要盡量降低采煤機的本身高度，還要保證與其配套使用的液壓支架的防護，要求采煤機機身盡可能短，以適應井下煤層的起伏變化，要求采煤機有較大的截割功率，這樣才能適應薄煤層地質條件變化大，多有巖石、夾矸和斷層等情況。

采煤機截割部是采煤機最重要的部分之一，主要用來完成落煤和裝煤的工藝，其消耗功率約占采煤機總功率的85%。采煤機截割部電機功率的大小，決定了采煤機的生產能力，只有功率提高，才能使得采煤機高產。薄煤層采煤機的技術關鍵是：如何解決大功率、過煤空間和機面高度三者間的矛盾，假若機面的高度一定，改用大功率電機，機身厚度定會增加，在這種情況下過煤空間必然會減小，使采煤機的生產能力下降。所以現有采煤機截割部動力驅動方式，難以解決大功率、過煤空間和機身厚度三者之間的矛盾。另外，合理配置采煤機截割部電機功率，對整個工作面的經濟、節能運行起至關重要的作用。

2 單電機驅動方式

采煤機截割部驅動方式分為：單電機驅動和雙電機聯合驅動。以前的采煤機，大多數都單獨設計一個超大功率的電機在采煤機的機身上，這個超大功率的電機需要同時驅動左、右截割部。而近幾年國內外多以電機橫向布局的方式，占據大部分的采煤機市場，即左、右各搖臂上每個都單獨分配一個電機單獨驅動左、右截割部。

在采煤機機身高度不受限制的前提下，大多數采煤機都采用單電機驅動方式，即左、右截割部分別有兩臺電機單獨驅動，避免了長距離的機械聯接和動力傳動，具有整機結構緊湊，傳動結構簡單、可靠，便于維修等優點。由于受到煤層井下空間的高矮的限制，薄煤層采煤機的機器本身尺寸需要做到足夠小，截割功率要求更大，而電機外徑尺寸的大小也關系到整個機身尺寸，這就使驅動采煤機的電機尺寸達到了難以突破的水準。我國電動機的生產、研究水平較落后于歐美等發達國家，相同額定功率的自產電動機，機身尺寸與發達國家的相比至少要超出四分之一，我們當然也可以直接引進國外電動機裝在我們采煤機上，這樣不僅會增加成本，也勢必會給日常的維修和保養帶來麻煩。表1為薄煤層采煤機常用的國產電機的額定功率與電機外徑尺寸（厚度）值。

表1 薄煤層采煤機常用的國產電機的額定功率與電機外徑尺寸（厚度）值

3 雙電機聯合驅動方式

對薄煤層采煤機截割部采用雙電機聯合驅動方式，是采煤機的機體構造較為重要的一次大改進，它非常成功地化解了薄煤層采煤機機身尺寸大小和截割功率分配之間的沖突。雙電機聯合驅動也有兩種方式，一種是雙電機串聯驅動方式，兩電機輸出軸齒輪之間通過惰輪連接，其中一個電機輸出軸直接與負載相連；二是雙電機并聯的驅動方式下，雙電機輸出軸和軸承齒輪之間是通過惰輪連接的，所用動力經過惰輪合成之后再輸出（如圖1）。采用雙電機串聯、并聯驅動的采煤機，截割部采用雙電機聯合驅動，布置方式同其他騎溜槽采煤機基本一樣，不用加大采煤機的機器自身高度，就能使截割功率獲得大幅度的提升。以我國現有電機制造的水平，通過雙電機并聯或串聯驅動的薄煤層采煤機，機面高度僅為0.85 m左右，就可使截割部裝機功率達到800 kW時，基本上可滿足我國薄煤層高產高效生產之急需。在雙電機聯合驅動方式下，由于每個電機的容量下降，這樣可以削弱或去除啟動電機電流對電網的瞬時沖擊，不僅如此，與之相關的電氣設備容量也能相應減少，這可大大壓縮綜采工作面的經濟投資。所以不論是從相互牽制電機間的情況上來看，還是從電機互相作用力的同時性和傳遞性的情況上來看，并聯驅動方式要遠遠優于串聯驅動方式，而串聯驅動方式的優勢在于它的結構尺寸要小于并聯驅動方式。

圖1 雙電機聯合驅動系統對比示意圖

雙電機聯合驅動方式也同樣存在弊端，由于兩臺電機存在機械特性差異，會產生沖擊動載荷，尤為突出的弊端是其惰輪、傳動齒輪、軸承或電動機的使用壽命較短。

薄煤層采煤機截割部雙電機驅動方式在我國薄煤層開采中有著成功的發展與應用，例如龍煤集團廣泛采用的是MG2×100/456-WD型的采煤機，該采煤機分別用兩臺100 kW電動機為其左、右截割部單獨驅動。實驗數據測得，在雙電機聯合驅動時，如果輸出的軸載荷達到其額定負載時，而兩臺電動機還尚未達到額定的電流值且電流差小于1 A，說明負載分配比較均勻，可以滿足正常工作要求。所以，雙電機驅動方式應用在薄煤層大功率采煤機是完全可行的。另外，在實際使用過程中，當其中一臺電機故障時，可采用降低該采煤機的牽引速度方式，用另一臺電機單獨驅動繼續生產。

4 結語

單電機驅動、雙電機串聯驅動和雙電機并聯驅動，這3種截割部動力驅動方式各有優缺點，在設計采煤機驅動方式時，應根據采煤機截割功率大小、工作面的條件、煤層傾角的大小和地質條件綜合考慮再做出選擇。

［1］ 周常飛，張偉.薄煤層采煤機大功率截割傳動部的研制與應用［J］.煤礦機電，2005（5）：11-13.

［2］ 韓軍峰.大功率電牽引采煤機截割部采用雙電機驅動方式初探［J］.科技情報開發與經濟，2009，19（31）：209-210.

［3］ 李建平，杜長龍，張永忠.我國薄與極薄煤層開采設備的現狀和發展趨勢［J］.煤炭科學技術，2005，33（6）：65-67.

［4］ 申磊，李慶茹，徐明昱，宋利鋒，等.新型薄煤層大功率采煤機的研制與應用［J］.煤礦機械，2011，32（11）：137-138.

［5］ 靳立紅.采煤機截割部雙電機串聯驅動系統動態特性研究［D］.哈爾濱：黑龍江科技學院，2010.

（編輯：啟 迪）

Drive Mode Study of Thin Seam Coal Mining Machine Drive Ways

WANG Lei1， LIU Yuanlin2
（1.Center for Engineering Training and Basic Experimentation，Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin 150022，China;2.Institute of Mechanical Engineering，Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin 150022，China）

The present status of thin seam coal mining equipment in China is Introduced，three different kinds of cutting part driving mode are presented，the single and double motor drive motor driving characteristics on the cutting part are analyzed.Compared with each drive ways，the advantages and disadvantages can be obtained.

coal mining machine;cutting part;drive mode

TD 421.63

A

1002－2333（2014）04－0031－02

王磊（1985—），男，工程師，碩士研究生，研究方向為現代機械設計理論與方法。

2014-02-16