MG1000/2540-GWD采煤機在紅慶河煤礦的應(yīng)用與實踐*

趙春雷，張寶

(北京天地華泰礦業(yè)管理股份有限公司，北京 100013)

0 引言

伊泰紅慶河煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市伊金霍洛旗境內(nèi)，設(shè)計生產(chǎn)能力為1 500萬t/a，礦井服務(wù)年限為97.0 a，井田長13～19 km、寬約8.7 km、面積140.759 km2，低瓦斯礦井，礦井采用立井開拓方式，工業(yè)場地內(nèi)布置主、副、中央1號風井、中央2號風井4個井筒；礦井一水平設(shè)在3-1煤層中，標高為+677 m，初期開采3-11、3-14兩個采區(qū)，工作面采用大巷條帶布置方式，均采用長壁后退式采煤方法，各采區(qū)裝備一套綜合機械化一次采全高采煤工作面，全部冒落法管理頂板。3-1402工作面位于3-14采區(qū)，工作面煤層平均厚度6.33 m，走向長度3 535 m，傾向長度245.75 m，可采儲量654.6 Mt,該工作面采煤機選用天地科技股份有限公司上海分公司生產(chǎn)的MG1000/2540-GWD型交流電牽引采煤機，適用于高產(chǎn)高效采煤工作面。

1 MG1000/2540-GWD型交流電牽引采煤機總體架構(gòu)

MG1000/2540-GWD型交流電牽引采煤機采用截割電動機橫向布置，多電動機驅(qū)動的總體結(jié)構(gòu)型式。各部件都有獨立的動力源，機身采用三段式結(jié)構(gòu)，搖臂主體結(jié)構(gòu)左右互換，與機身采用特殊絞接軸，其強度高，拆卸方便，并采用“一拖一”機載二象限交流變頻調(diào)速裝置。電氣控制系統(tǒng)采用先進的DSP芯片(數(shù)字信號處理器)為核心的嵌入式計算機控制系統(tǒng)。該機適用于采高4.2～6.5 m,機身高度2 601 mm，供電電壓3 300 V,總裝機功率為2 540 kW,其中截割電動機功率2×1 000 kW,牽引變頻電動機功率2×150 kW，破碎機電動機功率200 kW，調(diào)高泵電動機功率40 kW。具有功率、溫度、水壓、油壓、漏電、瓦斯超限等保護；具有無限電遙控、端頭站、面板、遠程等多點操作和控制方式[1]。如圖1所示。

2 采煤機機械部分

2.1 牽引機構(gòu)

采煤機牽引機構(gòu)由左、右牽引部和左、右行走箱組成。配套牽引電動機通過二級直齒輪和行星輪傳動減速至驅(qū)動輪，驅(qū)動輪通過一級直齒輪傳動至行走輪，牽引采煤機。最大牽引力1 320 kN，最大牽引力時牽引速度12 m/min(50 Hz時)。

牽引部由機殼、電動機、柔性軸、牽I軸組、牽II軸組、牽III軸組、惰輪軸組、牽引行星機構(gòu)I、牽引行星機構(gòu)II、油標等部件組成。行走箱由機殼、驅(qū)動輪、花鍵軸、惰輪組件、二軸、三軸、導向滑靴等組成[2]。牽引部齒輪減速箱傳動齒輪、軸承采用飛濺式潤滑。如圖1所示。

1-左牽引部； 2-破碎機； 3-左搖臂； 4-滾筒； 5-行走箱； 6-電控箱； 7-組合電控箱； 8-左搖臂； 9-調(diào)高油缸； 10-噴霧系統(tǒng)。

2.2 截割機構(gòu)

截割機構(gòu)由左右搖臂、左右滾筒組成，對工作面上部、下部煤壁進行割煤，左、右搖臂各安裝一臺1 000 kW截割電動機，其動力通過兩級直齒輪減速和兩級行星齒輪減速傳給輸出軸方頭法蘭驅(qū)動滾筒旋轉(zhuǎn)。搖臂減速箱設(shè)有離合裝置、冷卻潤滑裝置、噴霧降塵裝置等[3]。左截割機構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

截割機構(gòu)主要由截割電動機、搖臂減速箱、滾筒等組成，機構(gòu)內(nèi)設(shè)有冷卻系統(tǒng)，內(nèi)噴霧等裝置。搖臂通過銷軸與連接架連接，再與牽引部機殼鉸接，搖臂通過連接架回轉(zhuǎn)臂上的銷軸與調(diào)高油缸座鉸接，通過油缸實現(xiàn)截割滾筒升降。 搖臂的回轉(zhuǎn)采用鉸軸結(jié)構(gòu)，無機械傳動。截割電動機和搖臂主動軸齒輪之間，采用細長柔性軸連接，當采煤遇到夾矸或因操作不當割到液壓支架護幫板，出現(xiàn)嚴重超載，柔性軸應(yīng)力集中處首先斷裂，起到過載保護的作用。搖臂機殼內(nèi)外及行星頭均設(shè)有水道或冷卻水管，兼顧外噴霧降塵和減速箱冷卻作用。

搖臂采用飛濺潤滑方式，行星傳動與臂身直齒傳動分油池潤滑，保證滾筒在升高和降低時，潤滑效果良好。

滾筒由端蓋板、螺旋葉片、筒轂、齒座、截齒和噴嘴裝置組成。

2.3 調(diào)高液壓系統(tǒng)

調(diào)高液壓系統(tǒng)對煤機左右搖臂、護板及破碎機進行調(diào)高控制，液壓系統(tǒng)由電動機、油泵、油缸、液壓鎖、液壓閥組、冷卻器、濾油器、壓力表、油箱等組成。調(diào)高泵電動機功率為40 kW。液壓站配有自封式吸油濾油器，用避免油箱內(nèi)污物進入液壓泵及液壓系統(tǒng)，調(diào)高泵出口安裝有高壓過濾器，以保持油液清潔，提高液壓泵等元件的工作壽命和可靠性。調(diào)高液壓系統(tǒng)如圖3所示。

如果液壓系統(tǒng)出現(xiàn)問題，首先將油泵的排油口打開，再開機使油泵開始工作，觀察排油量及壓力的大小；如果沒有壓力，則可斷定是齒輪泵到油池的部分出了問題。如果壓力很大而油也能連續(xù)流出，則檢查閥組到油缸的部分。檢查油箱是否有油，吸油濾油器濾網(wǎng)是否需清洗；檢查吸油管路的密封狀況；檢查配油塊的油路是否堵塞；檢查手動調(diào)高閥的進、回油的情況；檢查油缸前后腔串油導致油直接回流到油池。

1-離合機構(gòu); 2-軸組件; 3-二軸組件; 4-三軸組件; 5-四軸組件; 6-雙級行星減速器; 7-七軸組件; 8-截割電動機。

圖3 采煤機液壓系統(tǒng)

2.4 破碎機構(gòu)

破碎機構(gòu)主要由驅(qū)動電動機、破碎頭減速器、臂架、破碎滾筒、油缸等組成，如圖4所示。破碎電動機同軸安裝在破碎滾筒內(nèi)，通過一級行星齒輪減速傳遞到滾筒上，破碎機構(gòu)臂架和牽引部鉸接，通過油缸與牽引部上支座鉸接，實現(xiàn)升降。

2.5 噴霧冷卻裝置

冷卻高壓水經(jīng)反沖洗過濾器進入煤機噴霧冷卻裝置，分別對左、右搖臂進行冷卻，在形成滾筒內(nèi)、外噴霧，對左、右截割電動機，牽引電動機、破碎電動機、調(diào)高泵電動機、變壓器及變頻器進行冷卻。噴霧冷卻系統(tǒng)原理如圖5所示。

3 采煤機電氣部分

MG1000/2540-GWD采煤機電控系統(tǒng)具有技術(shù)先進，操作方便，自動保護和接口豐富等特點。人機界面友好，系統(tǒng)參數(shù)顯示全面準確，有運行狀態(tài)及參數(shù)、故障記憶功能，有助于分析查找系統(tǒng)故障原因，具備較強的故障診斷能力。煤機系統(tǒng)主回路高壓進線具備漏電保護功能，牽引變頻器具備漏電保護功能。

1-支撐座； 2-油缸； 3-破碎電動機； 4-破碎機構(gòu)； 5-破碎機截齒； 6-護罩。

圖5 噴霧冷卻系統(tǒng)原理

3.1 高壓控制箱

高壓箱布置于采煤機的右牽引箱內(nèi)，具有控制、操作、顯示、電源配置及連線等功能。箱內(nèi)裝有3 300 V輸入電源的隔離開關(guān)，控制截割電動機、破碎電動機和泵電動機的真空接觸器，檢測各電動機電流和牽引變壓器電流的電流互感器，各電動機的漏電閉鎖模塊、負責各電動機啟停的啟停模塊、檢測各電動機溫度和電流的模擬量模塊等。

3.2 組合控制箱

組合控制箱布置于采煤機的中間框架內(nèi)，具有控制、操作、顯示、電源配置及連線、分線等功能，整個組合控制箱由變壓器腔、計算機控制腔、變頻器腔和接線腔組成,如圖6所示。

3.3 電控系統(tǒng)控制及保護功能

煤機控制有無線遙控、端頭控制、面板控制、應(yīng)急近控4種方式[4]。通過無線方式實現(xiàn)采煤機的牽引停止、牽引方向、加減速、急停、左右搖臂升降以及其他液壓閥組的控制，為常用方式。系統(tǒng)在主機內(nèi)部預(yù)留有備用的通信接口，接口協(xié)議為 CAN 或RS485，為今后用戶進行功能擴展和升級做好了準備。系統(tǒng)具備先導與運閉控制功能,其基本功能為：

1) 恒功率自動控制功能。目的是為了充分利用截割電動機的功率，同時也不使電動機超載而損壞。系統(tǒng)會根據(jù)實時監(jiān)測的截割電動機負荷狀態(tài)，進行恒功率自動調(diào)節(jié)。當任一截割電動機工作電流大于 110%Ie時，系統(tǒng)輸出命令自動降低牽引速度，直到截割電動機退出超載區(qū)。

2) 重載反牽引功能。如果采煤機的嚴重過載，可以保護電動機。當截割電動機負荷大于 130%Ie時，系統(tǒng)讓煤機以給定速度反向牽引一段時間后，再繼續(xù)正向牽引；如果負荷并沒有下降到額定值內(nèi)，則系統(tǒng)進入故障鎖定狀態(tài)。

圖6 組合控制箱

圖7 截割電動機過載保護動作時間與過載值之間關(guān)系

3) 溫度檢測和過熱保護功能。當截割電動機和牽引電動機溫度達到135 ℃時，相應(yīng)電動機過載保護自動降為額定值的70%；當截割電動機、牽引電動機、泵電動機及破碎電動機溫度達到155 ℃，相應(yīng)設(shè)備停機保護動作。截割電動機、破碎電動機及泵電動機均有三相電流互感器，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的各電動機的額定值與反時限特性，執(zhí)行短路、過載和缺相保護。截割電動機過載保護也具備反時限功能，有效保護電動機穩(wěn)定運行。牽引電動機有相應(yīng)的變壓器、變頻器供電，電動機過載保護，變頻器過、欠壓保護，牽引變壓器溫度保護及短路、斷相、缺相保護均具備。

4) 截割高度檢測功能。通過安裝在左右搖臂與機身連接軸處的旋轉(zhuǎn)角度傳感器，檢測并顯示當前煤機左右搖臂的截割高度。煤機具有位置檢測功能，通過安裝在行走箱驅(qū)動輪轉(zhuǎn)軸處的旋轉(zhuǎn)編碼器，檢測并計算采煤機的位置和牽引速度。為實現(xiàn)三機配套的全自動采煤作業(yè)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

5) 冷卻水回路有水壓傳感器，用來檢測冷卻水壓。當水壓達到標準要求時，采煤機可以正常運行，當冷卻水回路發(fā)生故障導致水壓不足時，系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)置故障報警或停機保護。煤機用液壓站油箱安裝油位傳感器，檢測油量，當油量不足時，系統(tǒng)會根據(jù)設(shè)置故障報警提示或停機保護。

4 應(yīng)用效果

3-1402工作面煤層平均厚度6.33 m，走向長度3 535 m，傾向長度245.75 m，可采儲量654.6 Mt。天地科技股份有限公司上海分公司生產(chǎn)的MG1000/2540-GWD型交流電牽引采煤機，在工作面使用效果良好，大采高采煤方法與放頂煤采煤法相比較，具備回采率高的特點，大采高采煤法回采率為93%以上，而放頂煤采煤法回采率為80%～90%；具備回采工藝相對簡單特點，大采高采煤法的回采工藝：采煤機割煤、裝煤，移架、推溜，頂板自行垮落；大采高采煤瞬時瓦斯涌出小，通風易于管理，對安全生產(chǎn)有利；具備生產(chǎn)效率高,單班作業(yè)人員少特點。該采煤機設(shè)備自投運以來，運行穩(wěn)定，故障率低，開機率高；工作面綜采隊，按照“四六”制組織生產(chǎn)，三班生產(chǎn)，一班檢修，每天日出煤量2萬t左右，具有良好的安全效益和經(jīng)濟效益。