采煤機短鏈傳動變速截割部的設計

仝靜萱

（晉能控股煤業集團晉華宮礦機電科，山西 大同 037003）

引言

采煤機是目前礦井常用的機械化開采作業裝備，主要用來完成落煤和裝煤作業[1]，其中最為廣泛應用的是滾筒式采煤機，滾筒為采煤機的關鍵組成部件，用來完成截割煤、輸送煤以及噴霧滅塵等工作[2]，占據了采煤機裝機功率的絕大部分，且采煤機的截割比能耗、生產能力、工作穩定性等都和截割滾筒有著不可分割的關系[3]。在采煤作業中，位于采煤機壁側邊的滑靴滑動于刮板輸送機上，使行走輪嚙合作用于刮板輸送機的銷排，實現作業面的來回往復行走動作，并借助截割滾筒的調高油缸，實現割煤動作[4]。同時，在旋轉過程中，滾筒上的葉片螺旋轉動使煤粒裝到刮板輸送機設備中，實現裝煤動作[5]。利用中部槽刮板鏈，刮板輸送機循環運行將煤輸送到端部卸掉，實現作業面到順槽的煤輸送動作[6]。針對采煤機短鏈傳動系統原采用三項異步電機為動力源，傳動裝置選用大速比多齒輪傳動，極易造成截割部系統出現故障[7-8]，因此，本文對短鏈傳動系統進行優化設計改造，動力源采用永磁電機，減速器選用二級行星齒輪減速，齒形鏈為傳動裝置部分，來提高采煤機的截割性能，進而提升其運行可靠性。

1 采煤機短鏈傳動變速截割部相關設計

本文采用MG250/601-WD 采煤機，其動力系統原選用三相異步電機，而傳動系統選用大速比的多齒輪傳動，由于采煤機作業條件的復雜性和惡劣性，造成采煤機截割部經常出現高發故障率。因此，針對采煤機截割部故障率高，本文提出將永磁電機應用到采煤機截割部動力傳動裝置中，不僅可以增加采煤機截割部的可靠性，且可保證煤礦開采的綠色和節能。同時，將齒形鏈傳動作為傳動機構，由柔性傳動替代原剛性傳動，增強低速端的抗沖擊性能，并對鏈接數進行修改，便于對齒形鏈的長度進行調整，滿足不同長度的搖臂作業需求[9]。

基于上述分析，本文對采煤機截割結構進行創新設計，選用“永磁的同步電機、截割滾筒和兩極行星減速器”低輸入、短鏈傳動系統[10]，替換原“三相異步電機、截割滾筒、行星齒輪和三級直齒減速”高輸入、短鏈傳動系統，其中，動力源采用永磁電機，減速器裝置選用行星齒輪，傳動裝置選用齒形鏈傳動。圖1 為采煤機截割部短鏈傳動系統設計圖。

圖1 采煤機截割部短鏈傳動系統設計圖

1.1 采煤機截割部整體設計

本文設計為可調速短鏈傳動的一種新型傳動模式，選用永磁電機，參數設置為：電機功率是250 kW，輸出轉速是998 r/min，滾筒轉速是40 r/min，結合選用永磁電機、NGW 減速器及齒鏈傳動，其中減速裝置的減速比是25∶1，齒形鏈減速比是1∶1，可有效解決系統傳動鏈過長、輸入轉數高以及可靠性低等問題。此外，對永磁電機和變頻器形成交流伺服構造系統，可以達到無極調速調節速度，根據不同工況需求，來對滾筒轉速進行改變，不僅可有效降低截齒的磨損程度，還可延長其使用壽命。下頁表1 為短鏈傳動系統的技術參數。

表1 短鏈傳動系統的技術參數

1.2 截割部減速裝置的設計

對于采煤機截割部減速裝置，組成機構為兩極行星減速器，其中行星輪、太陽輪以及內齒圈為減速器的關鍵傳動機構，并對減速器采用直齒輪傳動和雙斜齒輪聯合作用的傳動方式。本文中利用法蘭盤將永磁電機與行星傳動器的輸入端連為一體機，同樣，輸出端與搖臂體連接，通過螺栓將行星輪的外齒圈固定連接于法蘭盤上。同時，為實現太陽輪的強度值，使裝配次數減少，進而提高精度，將減速裝置輸入端花鍵與一級太陽輪，二級行星輪輸入端花鍵與二級太陽輪各自加工成一整體，作為齒輪軸。其中，圖2 為采煤機減速裝置設計圖。

圖2 采煤機減速裝置設計圖

1.3 齒形鏈傳動裝置的設計

對于采煤機搖臂的關鍵傳動系統選用齒形鏈傳動裝置，并選用一對主從動鏈輪、齒形鏈，組成結構簡單，可在搖臂殼體產生變形時，保證對采煤機的搖臂進行柔性傳動。主要對齒形鏈鏈板進行設計，齒形鏈安裝前，首先將全部齒形鏈的鏈節完成組裝，進而形成一個整體的齒形鏈體系，此時，在搖臂殼體上開設工藝孔，使這個大且笨重的齒形鏈能夠快速輕易地裝到搖臂殼體內。采煤機搖臂殼體開孔布置示意圖，如圖3 所示。

圖3 采煤機搖臂殼體開孔布置圖

對于傳動軸兩端軸承的安裝，其中一端是將搖臂殼體、軸承座直接組合成一體；而另一端是在蓋板上進行作業加工，采用螺栓、端蓋固定，保證結構的緊湊合理。短鏈傳動裝置的設計圖如圖4 所示。

圖4 短鏈傳動裝置設計圖

1.4 截割部輔助裝置的設計

主要對截割部的截割電機、減速裝置以及齒形鏈這三處采取單獨潤滑設計，保證相互不影響作業。對于采煤機電機、減速器裝置，在采煤機機身和搖臂連接段，采取飛濺潤滑；對于齒形鏈裝置，對位于兩個齒輪的中心距之間的齒形鏈條，可依據節距、鏈速采取飛濺潤滑，并伴隨齒形鏈的運動，實現整個鏈條的良好潤滑。此外，對于傳動裝置有一體機冷卻進水、內、外噴霧進水共三路進行冷卻進水。一體機的高速區熱量高，充分冷卻可使永磁同步電機、減速器工作正常；在采煤機截割滾筒、機身固定箱、搖臂和擋煤板上另兩路也進行冷卻進水，實現浸潤割煤，緩解采煤截割的作業條件。

2 結論

為提高采煤機截割部的性能及系統可靠性，對采煤機截割部進行優化設計，將采煤機短鏈傳統裝置改為采用“永磁同步電機、截割滾筒、NGW 減速裝置以及齒形鏈”的變速截割系統，結論是：

1）采煤機傳動的動力源選用低速度大扭矩的永磁同步電機，并同變頻器配合使用，能夠實現對采煤機滾筒進行變速截割，進而提升采煤機的運行可靠性。

2）采煤機傳動裝置選用NGW 減速器與齒形鏈，并在搖臂殼體內布置電機、加速器和齒形鏈傳動裝置，形成一個整體的傳動系統，且齒形鏈的平均傳動比也比較準確，傳動效率高。

3）優化設計采煤機截割部的潤滑系統和冷卻進水，實現搖臂作業進程中，減速裝置與齒形鏈的潤滑，并達到冷卻搖臂殼體和傳統裝置的目的，且內外噴霧進水可以發揮降塵效果，緩解采煤截割的作業條件。