采煤機(jī)及其技術(shù)創(chuàng)新在太重煤機(jī)有限公司中的應(yīng)用

劉霞　商開振

摘 要：本文主要針對采煤機(jī)技術(shù)的形成與發(fā)展進(jìn)行了闡述，并介紹了太重煤機(jī)有限公司近期通過引進(jìn)CAD、CAM、CAPP等先進(jìn)的信息化系統(tǒng)，創(chuàng)新性地使用了一些新技術(shù)、新工藝。并對太重煤機(jī)有限公司近期兩年結(jié)合國家“十一五”、“十二五”計劃項目進(jìn)行的對采煤機(jī)智能化系統(tǒng)方面做出的改進(jìn)進(jìn)行了介紹，總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗，為后續(xù)采煤機(jī)的技術(shù)創(chuàng)新提供參考。

關(guān)鍵詞：采煤機(jī)；技術(shù)創(chuàng)新；導(dǎo)向靴

中圖分類號：TD632.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）03-0143-02

煤炭能源一直在我們國家的能源上占據(jù)著非常重要的角色。相對于其他能源，煤炭能源的價格低廉，質(zhì)量優(yōu)質(zhì)更決定了其在國內(nèi)工業(yè)上的不可或缺。因此，煤炭資源的開采技術(shù)是十分重要的。采煤機(jī)作為我國開采煤炭資源的主要工具，也開始運用這些技術(shù)，如智能化采煤機(jī)、增材制造的使用等。

1 采煤機(jī)的誕生及發(fā)展

世界上第一臺采煤機(jī)是原蘇聯(lián)于1932年生產(chǎn)并在頓巴斯煤礦開始使用的。之后，英國和德國相繼研制出了鏈?zhǔn)讲擅簷C(jī)。鏈?zhǔn)讲擅簷C(jī)是將截齒安裝在截鏈上，并依此截落煤，其工作效率低。后來，德國已另一種采煤工藝為基礎(chǔ)，研制出了用刨削方式落煤的刨煤機(jī)。直至20世紀(jì)50年代初，滾筒式采煤機(jī)才被英國和德國研發(fā)出來。此時的滾筒式采煤機(jī)上安裝有截煤滾筒，并將截齒安裝在滾筒上，用截煤滾筒實現(xiàn)落煤和裝煤。這種采煤機(jī)與可彎曲輸送機(jī)配套，奠定了煤炭開采機(jī)械化的基礎(chǔ)。

2 采煤機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 采煤機(jī)的組成結(jié)構(gòu)

采煤機(jī)基本上以雙滾筒采煤機(jī)為主，由以下部分組成。

2.1.1 截割部

包括搖臂齒輪箱、滾筒及附件。對整體調(diào)高采煤機(jī)來說，搖臂齒輪箱和機(jī)頭齒輪箱為一整體。主要作用是落煤、碎煤和裝煤。

2.1.2 牽引部

由牽引傳動箱和外牽引組成，外牽引是移動采煤機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又分為鏈牽引和無鏈牽引。牽引傳動箱的主要作用是給采煤機(jī)以動力，并使其按要求沿工作面運行，并對采煤機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)。

2.1.3 電氣系統(tǒng)

包括電動機(jī)及電控箱。電氣系統(tǒng)為采煤機(jī)提供動力，控制采煤機(jī)啟停、行走、割煤等各種動作，并對其進(jìn)行過載保護(hù)。以采煤機(jī)啟動和停機(jī)控制為例，其分為遙控、遠(yuǎn)方控制及按鈕板三種方式，遠(yuǎn)方控制回路是借用動力電纜一根控制芯線，使采煤機(jī)上的控制回路與磁力啟動器先導(dǎo)回路相連。在采煤機(jī)啟動和停機(jī)的控制回路中有四個停機(jī)按紐，一個啟動回路中串進(jìn)了三臺電機(jī)溫度保護(hù)的熱敏接點，無論哪臺電機(jī)溫升超限均可切斷電源，只有溫度恢復(fù)到允許值時，機(jī)器方可正常工作。

2.1.4 輔助（附屬）裝置

包括擋煤板、底托架、電纜拖拽裝置、供水噴霧冷卻裝置及調(diào)高、調(diào)斜等裝置。

2.2 采煤機(jī)的工作原理

采煤機(jī)最關(guān)鍵要實現(xiàn)的兩個目的及工作的內(nèi)容是割煤以及裝煤。采煤機(jī)的割煤是通過滾筒上的螺旋截齒對煤壁進(jìn)行切割實現(xiàn)的。采煤機(jī)的裝煤是通過滾筒螺旋葉片的螺旋面進(jìn)行裝載的，利用螺旋葉片的軸向推力，將從煤壁上切割下的煤拋到刮板機(jī)溜槽內(nèi)運走。

3 二千五百千瓦電牽引采煤機(jī)設(shè)計[1]

2009年9月，國家 “十一五”項目“千萬噸級礦井高產(chǎn)高效工作面綜采成套設(shè)備與關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)”科研項目通過了專家組的評議驗收。此項目中最關(guān)鍵核心的課題就是太重煤機(jī)有限公司設(shè)計的2500kw采煤機(jī)。在原有采煤機(jī)設(shè)計的基礎(chǔ)上，該采煤機(jī)不僅功率更大，也有諸多方面的技術(shù)創(chuàng)新。第一，交流變頻調(diào)速電控裝置設(shè)計。該項目設(shè)計了國內(nèi)首套交流電控裝置，并在2500kw采煤機(jī)上成功應(yīng)用實施。第二，監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計。本設(shè)計包含了多點傳遙器、工控機(jī)等縣級的檢測分析設(shè)備。結(jié)合工業(yè)控制計算機(jī)、多點傳遙器對采煤機(jī)的溫度、過流、振動、傾斜、潮濕、油溫和油壓進(jìn)行檢測并對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、診斷處理。第三，創(chuàng)新型工藝設(shè)計。結(jié)合各種高精尖的數(shù)控、數(shù)顯加工檢測裝備，研發(fā)創(chuàng)新型機(jī)加工工藝，保證了產(chǎn)品零部件的技術(shù)精度和質(zhì)量。此項目改變了高端綜采成套設(shè)備被迫從美、德進(jìn)口的歷史，具有重大意義。

3.1 860千瓦智能化采煤機(jī)設(shè)計

2012年，太重煤機(jī)有限公司今年承擔(dān)了國家“十二五”“綜采成套裝備智能化系統(tǒng)開發(fā)與示范應(yīng)用”項目中智能化采煤機(jī)的設(shè)計。總功率3000KW。該項目由太重煤機(jī)、平陽重工、山西煤機(jī)、汾西機(jī)電、科達(dá)自控、羅克佳華、西山煤電等多家公司共同承擔(dān)，并在我公司進(jìn)行現(xiàn)場安裝調(diào)試及驗收工作。3000kw采煤機(jī)的智能化設(shè)計主要體現(xiàn)在以下方面。自動調(diào)高系統(tǒng)，即采煤機(jī)能依據(jù)工作面上的煤層和巖石分界情況，自動調(diào)節(jié)滾筒升降高度，達(dá)到最佳的割煤效果。智能控制系統(tǒng)，即實現(xiàn)實時檢測與遠(yuǎn)程控制。這種控制系統(tǒng)設(shè)計新穎、技術(shù)先進(jìn)、使用安全可靠，而且大大減少了煤礦工人對設(shè)備的維護(hù)量，降低了工人在艱苦工作環(huán)境下的勞動強度。記憶截割功能，即利用采煤機(jī)滾筒接觸到不同煤層時截割電動機(jī)負(fù)載不同及滾筒調(diào)高油缸前后腔壓力具有變化這一新型煤巖識別，選擇程序控制采煤機(jī)實時狀態(tài)下的各種動作，以達(dá)到記憶截割，少人化操作的目的。此項目多項創(chuàng)新技術(shù)填補了國內(nèi)外空白，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益，標(biāo)志著我國向?qū)崿F(xiàn)“少人采煤工作面”邁出重要一步。

3.2 激光熔覆處理在我公司中的應(yīng)用

確保采煤機(jī)導(dǎo)向靴的壽命和使用性能，對于煤礦高效開采具有重要意義。為此，我單位曾嘗試過諸如表面淬火、堆焊耐磨層、焊耐磨板以及激光熔覆處理等各種方案。

3.2.1 導(dǎo)向靴表面處理方案的技術(shù)背景

內(nèi)槽面表面淬火是我公司研發(fā)生產(chǎn)采煤機(jī)時最早選擇的處理方法。這種方法變形量小，尺寸比較容易控制。但使用效果欠佳，在惡劣的工作狀態(tài)下，導(dǎo)向靴破裂現(xiàn)象仍然會經(jīng)常發(fā)生。

選用高錳合金耐磨焊條堆焊耐磨層。在最終機(jī)械加工工序時在內(nèi)槽面為堆焊層留下空位。經(jīng)過實際生產(chǎn)試驗及礦井下生產(chǎn)運行檢驗，此堆焊耐磨層的處理方案使用效果良好，也未收到來自于煤礦方的不利消息。但因為導(dǎo)向靴內(nèi)槽面的結(jié)構(gòu)限制，對焊接操作工提出了非常高的技術(shù)要求，生產(chǎn)效率不高；內(nèi)槽面焊耐磨板，由于內(nèi)槽面的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，同樣對焊接操作工提出了更高的技術(shù)要求。經(jīng)客戶反映，經(jīng)常有導(dǎo)向靴因焊接效果不好，耐磨板在使用過程中易發(fā)生脫落。在這種情況下，我們嘗試了激光熔覆處理的方法。

3.2.2 激光熔覆處理技術(shù)試用分析[2]

為了解決這個長久以來沒有克服的問題，我廠于2012年年初試制了6件導(dǎo)向靴，并與太原理工大學(xué)及專業(yè)制造商進(jìn)行了交流，應(yīng)用了激光熔覆處理技術(shù)。

激光熔覆技術(shù)可以以填料的方式在被涂覆基體表面上放置耐磨的涂層材料，經(jīng)激光輻照使之和基體表面一薄層同時熔化，從而顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等。

熔覆后的尺寸要求熔入本體2-3mm，突出2mm，熔覆后各面的表面硬度為HRC46-52，各面在磨損4-5mm之內(nèi)硬度保持不變，沖擊韌性不低于75.4J/cm2，經(jīng)過本批次6件導(dǎo)向靴的試生產(chǎn)，熔覆處理過程中暴露了以下問題。

（1）熔覆處理后表面平整度較低[3]。熔覆處理導(dǎo)向靴內(nèi)槽各面后，有樣板不能穿過內(nèi)槽面的現(xiàn)象，不能滿足圖樣要求。而在熔覆處理后零件尺寸不合適的情況下，因內(nèi)表面堆焊的是一層耐磨陶瓷粉末，對熔覆表面進(jìn)行后期修整加工相當(dāng)困難。無奈只能購買昂貴刀具進(jìn)行銑削加工，效率低下，成本昂貴。（2）價格過高，不適合批量生產(chǎn)。六件導(dǎo)向靴的熔覆處理費用為一萬元左右。相比上述其他處理方案，費用更高。（3）實際使用情況良好。在制造完成后，根據(jù)客戶反映，此批導(dǎo)向靴機(jī)械性能良好，斷裂現(xiàn)象相比較上述其他處理方案而言有了一定程度的緩解，導(dǎo)向靴更加耐用。（4）技術(shù)具有先進(jìn)性[4]。使用不同材料進(jìn)行增材制造以獲得不同的力學(xué)性能的階梯型的零件結(jié)構(gòu)，運用增材制造可以獲得芯部高韌性，表層高硬度、高耐磨性的零件。這將是機(jī)械制造業(yè)的一場革新。相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，激光熔覆處理技術(shù)很快能真正應(yīng)用到重載裝備中。

4 結(jié)語

近期，太重煤機(jī)有限公司通過與高校建立聯(lián)系，積極運用現(xiàn)代CAE、CAD、CAPP技術(shù)，不斷提升自身創(chuàng)新能力，實踐新工藝新方法，為公司在近期煤礦市場不景氣的情況下實現(xiàn)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型打下了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，希望公司在《中國制造2025》的大背景下，能盡快走出低迷，醫(yī)好舊疾，早日實現(xiàn)轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]邵世權(quán).采煤機(jī)導(dǎo)向靴磨損原因分析及減摩抗磨技術(shù)的應(yīng)用[J].探索科學(xué)，2016.

[2]林吉祥.采煤機(jī)電氣設(shè)備與電氣控制技術(shù)[J].中國科技博覽，2012.

[3]于東曼，楊曉靜，王迪.熔融沉積快速成型工藝過程分析及應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2011.