電牽引采煤機電纜拖拽裝置應用研究

楊 航

（潞寧煤業公司，山西 忻州 036700）

隨著煤炭工業的不斷發展，綜合機械化開采技術與裝備已經成為了煤礦高效開采的保證[1]。采煤機是煤礦綜采工作面的關鍵設備之一，在回采過程中，采煤機的電纜需要跟隨采煤機進行往復運動，并且在此過程中電纜會發生較大的彎曲，電纜如此往復出現擠壓、過度彎曲扭卷、磨損、過度拉伸和翻轉極易導致電纜破損甚至斷裂而發生漏電傷人以及停產事故，而且電纜一旦發生破損或斷裂的維護成本較高[2-3]。因此在采煤機割煤過程中，需要專人對電纜進行跟隨管理，但采煤工作面空間狹小且路面不平整容易導致人員受傷，亟需設計一種采煤機電纜拖拽裝置保障煤礦綜采工作面的安全高效生產。

1 現場概況

潞寧煤礦22113綜采工作面設計日生產能力為6864t。工作面可采長度為1100m，工作面凈斜長207.054m，采煤機高度3.5（±0.1）m，煤層的平均厚度為3.5m，采煤機型號為MG500/1130-WD，采煤機的工作電壓為1900/3300V，配套的電纜MCPTJ-1.9/3.3kV。

2 拖拽裝置的方案設計

分析電牽引采煤機電纜在割煤工作過程的運動狀態是設計采煤機電纜拖拽裝置的基礎[4]。現對拖拽裝置與采煤機工作的關系進行分析。由于不論采取何種進刀與割煤方式，采煤機都會進行往復運動，與采煤機連接的電纜也隨之在刮板輸送機的電纜槽中進行往復運動，不斷出現彎折，造成電纜的磨損與折斷?？赏ㄟ^保證電纜在采煤機的任何狀態下均只發生一次彎曲，來避免采煤機電纜由于多次彎曲而破損斷裂。如圖1所示，采煤機電纜拖拽裝置的原理示意圖。

圖1 采煤機電纜拖拽裝置的原理示意圖

設計的電纜拖拽裝置可適用于長度為150～300m的綜采工作面。拖拽裝置與采煤機的運行方向及速度配合，且還需與刮板輸送機電纜槽結構相搭配。一般采煤機在工作時的運行速度為0～40m/min，由于電纜拖拽裝置的運行距離為采煤機的一半，因此電纜拖拽裝置需要運行105m，考慮到驅動機頭和回轉機尾的安裝長度，將電纜拖拽裝置的長度定為130m。因為電纜拖拽裝置的行程為采煤機的一半，因此拖拽裝置的運行速度設計為0～20m/min。

拖纜小車在設定軌道上保持與采煤機相同的運動方向往返運動于驅動機頭與回轉機尾之間。在采煤機進行上行割煤時，電纜會在拖纜小車的拖動下在采煤機的前方運動；當采煤機進行下行割煤時，電纜會在拖纜小車的拖動下在采煤機的后方運動。在割煤時拖纜小車會跟隨采煤機進行往復運動，通過滑輪保證電纜在此過程中只會發生一次彎曲，并且拖纜裝置會自動檢測電纜的狀態調整電纜上的張力，既可避免由于電纜張力過大發生拉壞電纜固定裝置，還能防止電纜張力過小而發生電纜彎曲折疊。

拖纜裝置主要包括拖纜小車、滑軌和傳動系統三部分，現對其進行設計。

2.1 拖纜小車設計

拖纜小車是采煤機拖纜裝置的關鍵部件，通過拖纜小車的往復運動實現采煤過程中電纜的自動收放。拖纜小車包括支撐滑塊、電纜夾輪架、電纜夾輪、滑動底座、鏟煤板和鏟煤楔形塊。支撐滑塊是基礎構件，電纜夾輪架固定在支撐滑塊上，電纜夾通過銷軸固定在電纜夾輪架末端，滑動底座位于支撐滑塊的底部，鏟煤板安裝在滑動底座的兩端，鏟煤楔形塊安裝在電纜夾輪架的末端。

2.2 滑軌設計

考慮到綜采工作面空間狹小，因此在刮板輸送機的電纜槽內安裝電纜拖纜裝置。拖纜小車通過滑動底座在電纜槽內滑行，進而跟隨采煤機往復運動。由于刮板輸送機的電纜槽不平整，因此需要在電纜槽的底部設計一個可供拖纜小車移動的導軌，此導軌需提供鏈條運動的通道。由于拖拽裝置在輸送機的電纜槽內，則將拖拽裝置的機頭也安設在刮板輸送機的機頭，在機頭處安裝電動機、減速器以及主動鏈輪。拖拽裝置的行程為采煤機的一半，因此拖拽裝置的機尾安裝在刮板輸送機槽的中部，在此處需要設計一個電纜槽，用于容納從動鏈輪和張緊鏈條的液壓油缸。

（1）電纜槽底部導軌。鏈條傳動的拖纜小車會在驅動機頭與回轉機尾間來回移動，因此導軌除了可供拖纜小車移動可容納鏈條運行。如圖2所示，為電纜槽內部結構示意圖。在電纜槽的底板通過焊接固定兩個開口方向相反的槽鋼，為避免電纜槽受到外部撞擊導致槽鋼變形脫離電纜槽，每根槽鋼采用3根螺釘固定在電纜槽的內壁上，并且在槽鋼的上部設置一塊與電纜槽緊密連接的壓板，避免槽鋼翹起。兩個槽鋼的上表面組成一條導軌，同時在槽鋼的中部焊接上一塊鋼板，進一步保證槽鋼的穩定性，還可將槽鋼內部分成上下兩個空間，為鏈條提供不受外界雜物影響的運動空間。

圖2 電纜槽內部結構示意圖

（2）機頭電纜槽。在刮板輸送機的機頭處設置拖纜裝置的驅動機頭，在此處安裝電動機、減速器和主動鏈輪。在電纜槽的外部安裝固定電動機和減速器，在電纜槽上鉆一個略大于減速器輸出軸的圓孔，在減速器的輸出軸上安裝主動鏈輪。啟動電機，拖纜小車就會在鏈條的帶動下往返運動于機頭與機尾之間。

（3）機尾電纜槽。在刮板輸送機電纜槽的中部設置拖纜裝置的回轉機尾，在此處安裝從動鏈輪和張緊液壓油缸。張緊液壓油缸與從動鏈輪連接，在從動鏈輪軸上安裝從動鏈輪。根據從動鏈輪的位置調節鏈條的松緊程度，實現鏈條的張緊。

2.3 傳動系統設計

采煤機電纜拖拽裝置的傳動系統包括電纜夾、鏈條和電動機，現進行選型設計。

（1）電纜夾選型。如圖3所示，為工作過程中電纜夾的受力示意圖。

由于是動滑輪，則Fp1=Fp2，電纜夾的運行阻力可通過下式計算[3]：

式中：

Fd-電纜夾的張力，N；

ρ-電纜的線密度，取28kg/m；

g-重力比例系數，取9.8N/kg；

μ-電纜夾與電纜槽之間的摩擦系數，取0.4；

S-機頭與機尾之間的距離，取130m；

s-拖纜小車某時刻距離回轉機尾之間的距離，m；

Fs-采煤機拖纜架處的張力，設定為恒定值，取500N。

為確保拖纜夾的可靠性，則電纜夾在運行阻力最大時也不會發生斷裂，此時s取0m，則在運行過程中電纜夾的最大拉力為29537.6N。因此可采用工作荷載為52kN的LJO型電纜夾。

圖3 電纜夾的受力示意圖

（2）鏈條及電動機選型。由于工作面長度為350m，拖纜長度為105m，所需鏈條長度130m，電纜拖動速度為0～20m/min。經過測量采用鏈條傳動時，主動鏈輪的最大驅動力為384950N，因此采用破斷荷載為410000N的Φ18×64mm圓環鏈條。根據驅動力和運行速度，考慮到存在瓦斯突出危險，選用YBBP200L-4型防爆電機。

3 應用效果分析

潞寧煤礦22113綜采工作面自2018年7月開始使用設計的采煤機拖纜裝置。表1為使用此裝置前后的22113綜采工作面回采進尺情況。由表1可知，采用拖纜裝置之后，提高了采煤機電纜的收放效率，降低了電纜故障概率，避免了故障干擾，大幅增加了有效作業時間，將原本45min的調機時間縮短到了20min，平均月進尺由152.4m提高到了182.8m。

表1 使用拖纜裝置前后22113綜采工作面回采進尺情況

4 結論

為解決采煤機回采過程中電纜磨損嚴重的問題，采用理論分析、理論計算和現場試驗等研究方法對采煤機電纜展開研究。

（1）設計了一種安裝在刮板輸送機電纜槽內由拖纜小車、驅動機頭和回轉機尾組成的采煤機拖纜裝置；

（2）現場試驗結果表明，采用設計的拖纜裝置可以有效避免在割煤過程中由于采煤機往復運動造成的電纜磨損斷裂問題，保障了工作面的安全生產，大幅提高了回采速度，具有較高的適用性。