煤礦綜采工作面采煤機線纜聯動智能化設計

趙飛虎

（同煤集團同家梁礦，山西 大同 037025）

引言

在煤礦井下的綜采工作面采煤流程中，由于采煤機的拖拽使得電纜夾發生反復運動。在采煤機發生反復多次短程往返的情況下，尤其是在斜切進刀的時候，容易引發電纜夾產生再一次彎折的問題，更有甚者，可能會產生多次疊加彎折問題，將嚴重造成電纜夾產生一系列的故障問題，比如刮卡、拉脫、擠傷、斷裂、線纜出槽以及磨損等。本研究嘗試設計智能化的采煤機線纜聯動體系，為處理該問題提出新思路和新方向。

1 采煤機線纜智能聯動系統的工作原理

當在采煤機線纜中裝上電纜夾之后，會聯接和固定在線纜聯動系統軌道中的一個特定位置。進而，與采煤機相連接繞過拖纜架，使得該部分裝置的整體結構宛若一個動滑輪。其原理表現為在采煤機運行過程當中，拖纜架也開始同步運行，并且拖纜的速度與采煤機的速度關系為1∶2，兩者運行的方向將保持一致。

2 采煤機線纜智能聯動系統的構成

2.1 機械結構

由驅動部、驅動鏈、拖纜架鏈接電纜夾和采煤機，以及回轉部和行走軌道等六個部分組成采煤機線纜聯動系統，如圖1 所示。

1）驅動部部件。該部件是通過牽引拖纜架來進行水平往復運動的整個聯動系統的動力來源。保持拖動的速度和采煤機行走的速度能夠同步增減是線纜智能聯動系統技術的核心部分。如果拖動的速度和采煤機行走的速度無法進行同步地增加或減少，容易引發電纜夾受力不均勻的故障。故變頻電動機的選擇有助于幫助其調節控制速度，確保兩者速度變化相匹配。

圖1 線纜聯動系統的機械部件

2）拖纜架部件。它是用于拖動采煤機線纜電纜夾的載體，是執行拖拽動作的一部分。位于驅動鏈上的一些鏈環將由拖纜架從側面的角度固定，使得和驅動鏈連成一體化，外形類似于一個驅動鏈道，在運行的同時可以自助清理一系列的雜物。

3）行走軌道部件。該部件由許多新型的電纜槽組合構成，其中包括很多類型的電纜槽，如通用電纜槽、回轉電纜槽以及終端電纜槽等類型。排布線纜處在電纜槽下端的位置，其中還具備傳統電纜槽所具有的相應作用。拖纜架行走軌道分布于電纜槽的上端，并且鋪設上下兩個鏈道。回轉電纜槽的作用是對回轉部進行固定。終端電纜槽中具有特定的固定點，用于電纜夾的設計，并且這些固定點的位置均是在拖纜架運行的極限處。

4）回轉部部件，其主要構成包括回轉鏈輪和油缸，并且具有兩大功能，分別是可自由伸縮調節和鎖緊。在其中的回轉鏈輪和油缸當中，油缸固定在一端，另一端與回轉鏈輪聯接，然后處于特定的一種自由狀態。如果驅動鏈產生比較松弛或者比較緊繃的現象，油缸的水平伸縮功能有助于其進行調節，使得驅動鏈能夠保持一定的張緊平衡水平。

5）驅動鏈部件，它是動力輸出的重要載體媒介。其與拖纜架進行聯接，并與驅動部、回轉部鏈輪環繞，從而整體形成封閉環。

2.2 電控結構的組成

電控結構是線纜聯動系統中的重要環節，其中主要包括有驅動變頻電機調速、行程和換向位置檢測、回轉輪張緊控制等多項組成部分。具體的線纜聯動系統的電控流程圖見圖2。

3 采煤機線纜智能聯動系統的技術應用

圖2 電控流程圖

3.1 線纜聯動系統的主要參數

拖動長度為35 m，拖動速度為0～15 m/min，工作面長度為70 m，驅動鏈規格為準18×64-C mm，采煤機速度為0～27 m/min，驅動鏈輪齒的數量是5。

3.2 線纜聯動系統的計算以及校核

對線纜聯動系統拖動力的直觀分析請見圖3，其中，由于拖纜架、采煤機以及連續的電纜夾這三者處于同一平面內，因此整體描繪為一個比較簡單直觀的動滑輪系統。

3.2.1 拖動力的函數關系式

圖3 線纜聯動系統拖的動力分析示意圖

式中：q 為單位長度的電纜夾組件質量，取23.2 kg/m；μ 為電纜夾組件的摩擦因數，取0.4；FL為驅動鏈的摩擦力，取1 474.70 N；Fj為拖纜架的摩擦力，取588 N；Fc為采煤機拖動力，取90 N；l 為拖動長度，取35 m；Fd為電纜夾組件的摩擦力，取90 N。

當x=0 時，拖動力Ft達到最大值：

代入數據計算得Ft=8 738.7 N。

3.2.2 線纜聯動系統電機功率

式中：vt為拖動速度，取0.25 m/s；η 為傳動效率，取0.86。將數值代入公式計算得Pt=2 540 W。

3.2.3 驅動鏈安全系數

式中：FB為破斷負荷，取410 000 N。將數值代入公式得18.06。

計算結果與使用的要求相吻合。

4 現場應用性能的測試

在同煤集團的某礦采掘機械裝備實驗室進行了采煤機線纜的智能聯動系統的安裝并且完成測試。

通過充分比較驅動部額定電流（6.5 A）和其輸入的電流數據，結果詳情內容請見表1。根據相應的數據顯示，采煤機線纜智能聯動系統能夠充分滿足使用的標準以及使用的各項要求。

表1 線纜聯動系統相應的電流參數對比

5 結論

通過計算驗證了本研究智能聯動系統的可靠性，并且通過分析在現場進行性能測試得到的數據，可以確定采煤機線纜智能聯動系統具有高度的可行性和良好的應用效果。以期研究結論為未來有關綜采工作面采煤機線纜智能化研究提供一定的理論和實踐指導。