2400系列厚煤層采煤機的應用研究

馮 昊

（大同煤礦集團挖金灣虎龍溝煤業有限公司， 山西 大同 037003）

1 厚煤層采煤機概況

1.1 厚煤層采煤機結構

厚煤層采煤機具有采高大、裝機功率大、截割能力強的特點。厚煤層采煤機總體結構主要由左右滾筒、左右搖臂、機身、頂護板和大塊煤破碎機等組成。一般采用分體式直搖臂，在機身上平面設置頂護板，以防止片幫煤滑向采空側。在機身輸送機機尾側設有大塊煤破碎機，以防止大塊煤堵塞機身下方的過煤通道。機身部分一般分為三段，由中間電氣控制箱、左右牽引行走部組成，牽引減速箱體內設有噴霧冷卻系統、液壓泵站，機身三段之間通過銷與液壓拉桿緊。當前煤炭科學總院上海研究院是我國厚煤層大功率采煤機的開發單位，自2005年后推出了截割功率650 kW以上典型的厚煤層采煤機機型有1620、1815、2245和2400系列，當前主要是對2400系列采煤機進行分析研究[1]。

2400系列采煤機主要結構特點：采用分體式搖臂，直搖臂主體可左右互換，內外雙重冷卻，冷卻效果好；采用塊化設計，配套性好、適應性范圍廣；多電機橫向布置，各機、電控組件采用抽屜式結構，可從采空側抽出，便于安裝維護；采用大節距無鏈牽引機構，牽引力大；配備機載破碎機，可防止大塊煤堵塞機身的過煤通道；采用先進的基于DSP處理器的網絡分布式控制技術和信息傳輸技術[2]。

1.2 厚煤層采煤機適用條件

厚煤層采煤機適用于采高范圍3.0～7.0 m的厚煤層一次采全高綜合機械化工作面或煤層綜合放煤層開采工作面，工作面傾角≤15°，煤層沿走向方向俯仰角≤±10°，煤質硬度≤5，夾矸硬度≤10。

2 厚煤層采煤機技術特征

對煤炭科學總院上海研究院生產的2400系列厚煤層采煤機的技術特征進行分析。

2.1 高強度搖臂殼體

搖臂是采煤機的重要工作部件，起傳遞截割功力和承受截割反力的作用。由于搖臂傳遞功率大，且其外形受空間限制，受力情況十分惡劣。搖臂殼體要承受零部件的重力，同時要承受滾筒割煤過程中受到的各種沖擊負載。因此，提高殼體力學性能是大功率厚煤層采煤機搖臂的關鍵技術之一。當前2400系列厚煤層采煤機采用高強度搖臂殼體、Cr-Ni-Mo系低合金鑄鋼材料及熱處理工藝，鋼材具有較高的強度和韌性，屈服強度達550 MPa以上，抗拉強度達700 MPa以上，表面硬度（HB）達 200～240。

2.2 搖臂冷卻技術

搖臂傳動系統在工作過程中會產生熱量，一部分是齒輪傳動效率和軸承效率轉化的熱量，另一部分是齒輪轉動時攪拌油液產生的熱量。搖臂熱量過多會導致關鍵零件的失效等問題，所以解決好搖臂的熱平衡問題，對于提高傳動裝置工作的可靠性起著極為關鍵的作用。通過對搖臂溫度場分布的分析，獲得溫度場分布規律，優化冷卻裝置，開發出新型冷卻裝置，應用于2400系列厚煤層采煤機中，以滿足大功率搖臂高強度長時間連續運行的需要。

2.3 大節距無鏈行走系統

無鏈行走系統是保證采煤機沿工作面連續工作的基礎。現代采煤機普遍采用齒輪-銷軌式無鏈牽引方式。隨著裝機功率、牽引力和引速度的增大，126 mm節距行走系統已無法滿足配重型采煤機高效生產的需要。通過嚙合仿直、齒形和材料與工藝優化，研制了147 mm節距且承載能力為1 000 kN以及172 mm、176 mm節距且承在能力1 500 kN的采煤機無鏈行走系統，可配套中部槽長度1750mm和2050 mm的工作面刮板輸送機[3]。

2.4 TDECS電氣拉制系統

2400系列厚煤層采煤機采用先進的TDECS電氣控制系統，能滿足煤炭開采對采煤機先進可靠控制技術的需求，其特點主要有：

1）采用網絡分布式拉制結構，以高可靠、高性能CAN控制總線技術為骨架，且有高度靈品的可擴屬性，中等粒度模塊化設計，易于維護。

2）控制模塊核心采用先進的ARM+DSP處理器，集成度極高。各CPU每秒可處理超過7 000萬條指令，運行速度快，與常規基于PLC或工控機構的系統相比，各項保護與操作反應靈敏，處理能力強，可在不改動硬件的情況下，增加更多的控制與系統故障診斷功能。

3）恒功率自動控制。動力監測與保護模塊將兩截割電機的當前負荷狀態通過CAN通道實時傳送到主控制器，由主控制器根據當前系統狀態，執行恒功率自動調節[4]。

4）自行開發的采煤機操作控制軟件高效穩定，智能化、自動化程度高，對關鍵操作提供多重故障識別和保護，安全性高。

5）系統拓展性強，除先進的順槽通信雙向無線電遙控選購件外，系統還提供諸如遠程操作控制、帶端頭工藝自動循環的記憶截割以及擴展工況監測系統等豐富的功能選購件，具備遠程控制、記憶截割等功能。

6）可選配帶OLED中文實時監視功能的高級無線電遙控系統，通過該手持式雙向無級電遙控系統，操作司機可隨時方便地了解采煤機當前運轉情況。

7）可配備的采煤機到順槽全雙工控制通信系統選購件，采用高抗干機TSK調制與PLL解調技術，在無需單獨通信線的條件下，使得采煤機到順槽數據傳輸速度超過同類進口采煤機3倍，可靠性也大幅提升。

2.5 高強度液壓拉桿

采煤機機身除安裝有牽引傳動系統、電氣控制系統、液壓泵站、供水系統外，還連接搖臂，起支撐、承受機器重力，截割和牽引反力的作用。為便于安裝運輸，采煤機機身通常采用分體式結構，分為左牽引箱、中間電氣控制箱和右牽引箱三個部分。機身各部分之間的連接可靠與否關系到采煤機的工作可靠性，針對機身各段之間易出現連接件松動、斷裂等問題，除采用圓柱銷定位外，還開發了M64/M72液壓螺母、高強度拉桿，通過液壓螺母將拉桿拉緊，以緊固機身，機身的緊固力可達到外負載的5倍以上，連接可靠。由于長拉桿產生較大的彈性變形量，也可有效防止松動。

3 應用實例分析

2400系列厚煤層大功率采煤機分別在同煤集團、伊泰集團、神華集團、充礦集團、淮南礦業、安徽恒源煤電、淮北礦業集團、內蒙古匯能集團、陜西神木匯森集團、鄂爾多斯東辰煤炭有限公詞、鄂爾多斯昊華精煤有限公司等礦使用。

2018年，MG750/2400-GWD型交流電牽引采煤機配套ZY8600/24/50D中部支架、SGZ100/3×700型工作面輸送機在同煤集團挖金灣虎龍溝煤業公司使用，工作面平均開采高度4.7 m，長度300 m，煤層傾角1°～3°，采用走向長壁后退式采煤法，取得最高日產4.65萬t，最高月產108.22萬t、連續3個月平均月產96.23萬t的業績。MG750/2400-GWD型交流電牽引采煤機用于厚煤層開采項目取得了成功，圓滿完成項目的各項考核指標。