浅析薄煤层采煤机现状及发展方向.pdf

23 采 掘 本栏目编辑 李文民 第 39 卷 2011 年第 2 期 3 结果分析 3.1 应力变化过程 3.1.1 正常运转阶段 从 0.01 s 到 0.2 s，行走轮的最大应力逐渐增 加，0.01 s 时为 1 070.9 MPa，0.2 s 时增大到 1 146.8 MPa。这可能是时间累积的结果。 3.1.2 遇突变载荷 0.2 s 时遇突变载荷，其应力变化规律如下。 1 方案一 应力逐渐减小，从 1 146.8 MPa 下降 到 1 129.5 MPa。 2 方案二 应力逐渐减小，从 1 146.8 MPa 下降 到 1 109.5 MPa。 3 方案三 应力逐渐增大，从 1 146.8 MPa 增大 到 1 472.6 MPa。 3.1.3 过渡阶段 过渡阶段应力变化规律如下。 1 方案一 应力逐渐增大，依次从 1 129.5 MPa 增大到 1 084.6 MPa、1 341.5 MPa 和 1 388.1 MPa。 2 方案二 应力逐渐增大，依次从 1 109.5 MPa 增大到 1 243.2 MPa、1 415 MPa 和 1 417.3 MPa。 3 方案三 应力逐渐减小，依次从 1 472.6 MPa 下降到 1 262.8 MPa、1 185.1 MPa 和 1 180.4 MPa。 3.2 分析 由仿真结果可以看出，作用时间极短 上升和过 渡时间都小于 0.001 s 的载荷对行走轮的正常运行影 响不大。 载荷的突变造成方案一和方案二的应力有短暂 的下降，应力的下降幅度随时间的增加而增大，而后 应力逐渐增大，应力的增大随时间的增加而增大。由 此可看出应力的变化跟载荷大小及作用时间有密切关 系。方案三，当载荷稳定变化时，应力值也随载荷的 稳定变化而稳定变化，行走轮的最大应力与作用时间 无关，只与载荷大小有关。 4 结语 基于目前采煤机行走轮研究不完善的现状，利用 ANSYS Workbench 仿真软件对采煤机行走轮与销齿 啮合进行了瞬态动力分析。从仿真结果得出载荷突变 对采煤机行走轮在正常运行下的影响，应力的变化与 载荷大小和作用时间密切相关，为今后研究采煤机在 外界突变载荷作用下，行走轮的受力及损坏原因分析 提供参考。 参 考 文 献 [1] 王振乾. 滚筒式采煤机行走机构运动学分析及强度研究 [D]. 上 海上海科学研究总院，20074-5. [2] 李 兵，何正嘉，陈雪峰. ANSYS Workbench 设计、仿真与 优化 [M]. 北京清华大学出版社，20081-2. [3] 李永俊，刘燕平，范惠平. 采煤机牵引力的确定 [J]. 煤炭技 术，2005，24716. □ 收稿日期2010-11-23 浅析薄煤层采煤机现状及发展方向 张武东，冯振忠，张建荣 冀中能源股份有限公司设备租赁分公司 河北邢台 054000 摘要回顾了薄煤层电牵引采煤机的发展历程，介绍了国内薄煤采煤机的发展现状及冀中能源股份公 司的使用配套情况，浅析了冀中能源股份有限公司薄煤采煤机的发展方向。 关键词薄煤层采煤机；现状；发展方向 中图分类号TD421.63 文献标识码A 文章编号1001-3954201102-0023-04 Current status and development direction of shearers for thin coal seams ZHANG Wudong，FENG Zhenzhong，ZHANG Jianrong Equipment Leasing Branch Company, Jizhong Energy Resources Co., Ltd., Xingtai 054000, Hebei, China AbstractAfter reviewing the development process of the electric shearer for thin coal seams, the paper introduces the current status of domestic shearers for thin coal seams and the matching status in Jizhong Energy 作者简介张武东，男，1971 年生，工程师，主要从事综采综掘设备配套、租赁管理及现场管理工作。 24 第 39 卷 2011 年第 2 期 采 掘 本栏目编辑 李文民 Resources Co., Ltd., and analyses the development direction of shearers for thin coal seams in Jizhong Energy Resources Co., Ltd. Keywordsshearer for thin coal seam; current status; development direction 电 牵引采煤机技术始于 20 世纪 70 年代。20 世纪 70 年代中期，德国 Eichoff 公司和美国 JOY 公 司相继研制出直流电牵引采煤机。此后，世界上各主 要采煤机制造公司均对电牵引采煤机进行了研究开 发。至 20 世纪 80 年代后期，涌现出大量的直流电牵 引采煤机，并开始出现交流电牵引采煤机。到 20 世 纪 90 年代，随着科学技术的飞速发展，已开发出集 电力、微电子、信息及计算机控制于一体的新型电牵 引采煤机。电牵引采煤机因性能优良、可靠性高、自 动化程度高、操作方便、监控保护与检测功能完善而 在国际上迅速推广应用。 我国于 20 世纪 80 年代后期开始研制交流电牵引 采煤机，20 世纪 90 年代初研制成功样机。经过十多 年攻关，研发的电牵引采煤机在国内得到了广泛的应 用，取得了明显的经济与社会效益。 由于薄煤层开采的特殊性，薄煤层机械化开采 存在着一些问题由于空间受限，工作条件差，设备 移动困难；煤层厚度变化及断层等地质构造对薄煤层 设备生产性能影响大；投入产出比低，经济效益不如 厚与中厚煤层等问题，造成薄煤层电牵引采煤机发展 速度相对缓慢。发展机械化开采是提高薄煤层工作面 生产效率的唯一出路，而实现薄煤层工作面高产高效 的关键是要有高性能的薄煤层生产设备。研制高性能 薄煤层电牵引采煤机，对于提高薄煤层工作面生产效 率，改变长期存在的经济效益差和工人劳动强度大的 局面具有重要的意义。 1 国内发展现状 目前我国使用的薄煤层采煤机基本上是在 MG 系 列薄煤层采煤机基础上研制的，大都为液压牵引方 式。近年来，随着电子技术的发展，薄煤层采煤机已 由液压牵引向电牵引方向发展。相对于电牵引来说， 液压牵引虽然牵引特性较软，但对液压油的清洁度要 求很高，且牵引力相对较小。采煤机一旦发生故障， 维修不便。电牵引采煤机的牵引力大，液压系统简单 可靠，维修方便。电牵引采煤机有机载和非机载两种 布置方式，相对机载布置方式 变频器和变压器直接 安装在机身上 来说，非机载布置方式虽然在一定程 度上减小了整机的长度，降低了电控箱的高度，但增 加了牵引电缆，会造成牵引电压下降以及控制信号受 干扰等问题 特别对于极薄煤层采煤机影响更大，同 时，对于变频器的复位等操作均不方便。机载布置方 式的采煤机只拖曳 1 根主电缆，采煤机的结构紧凑， 对变频器的操作管理方便可靠。目前国内采煤机厂家 生产的几种主要薄煤层采煤机如表 l 所列。 2 冀中股份公司薄煤层采煤机现状 随着冀中能源股份有限公司的发展，煤炭资源在 不断减少，由开采中厚煤层为主，逐渐向开采薄煤层 过渡。2001 年 11 月，第 1 个薄煤层综采工作面在显 德汪矿投入工业性试验。该薄煤层综采配套情况为 采煤机为冀中能源邢台机械厂生产的 MG132/316-WD 型滑差电牵引采煤机，刮板输送机为中煤张家口煤矿 机械有限公司生产的 SGZ-630/220 型刮板输送机，液 压支架为冀中能源邢台机械厂生产的 ZY3200/10/19 型液压支架。该成套装备已在显德旺矿多个工作面 使用，最高产量达 4 395 t/d，几年时间来共生产原煤 表 1 国内主要薄煤层采煤机基本情况 Tab 1 General status of shearers for main thin coal seams in China 型号装机功率/kW 机面高度/mm采高范围/m牵引方式生产厂家 MG2100/456-WD455.58651.1～2.3非机载交流变频牵引天地科技上海分公司 MG2100/456-WD455.58651.1～2.3机载交流变频牵引天地科技上海分公司 MG2160/710-WD707.58451.1～2.3非机载交流变频牵引天地科技上海分公司 MGN132/316-WD315.58481.1～2.2电磁滑差电牵引冀中能源邢台机械厂 MGN132/316-WD315.58481.1～2.2机载交流变频牵引冀中能源邢台机械厂 MG160/376-WD371.58481.1～2.2电磁滑差电牵引冀中能源邢台机械厂 MG160/376-WD371.58481.1～2.2机载交流变频牵引冀中能源邢台机械厂 MG200/456-AWD455.58631.2～2.3机载交流变频牵引西安煤矿机械有限公司 MG2160/710-AWD707.59291.3～2.5机载交流变频牵引西安煤矿机械有限公司 MG265/312-WD311.58501.1～2.3非无链电牵引鸡西煤矿机械有限公司 MG132/320-WD319.08501.1～1.7机载中压磁阻牵引无锡盛达机械制造公司 MG2110/265-WD265.06110.9～1.3非机载交流变频牵引辽源煤矿机械有限公司 25 采 掘 本栏目编辑 李文民 第 39 卷 2011 年第 2 期 232 万 t。 该公司先后在邢台矿、章村矿和葛泉矿进行了薄 煤层开采。经过近十年的实践，探索出一整套薄煤层 采煤工艺，采煤装备水平也逐步提高。薄煤层采煤机 功率由 316 kW、376 kW、456 kW 发展到 710 kW， 由滑差电牵引采煤机发展到交流变频薄煤层采煤机， 采煤机的适应能力越来越强。 2009 年以来，该公司章村矿井下采煤全面进入 了薄煤层区域。2009 年 6 月，由西安煤矿机械有限公 司生产的首台 MG2160/710AWD 型大功率薄煤层 采煤机在章村矿四井 422406 薄煤层综采工作面投入 使用。该工作面生产条件十分恶劣，煤层平均厚度为 1.3 m，最薄处仅为 0.6～0.7 m。煤层薄，顶板碎，底 板岩石十分坚硬，顶板压力大，支架和刮板输送机难 以管理。该矿通过薄煤层采煤机与 SGZ730/264 型刮 板输送机和 ZY3200/10/19 型液压支架配套，创造出 月产 60 000 t 以上的水平。经过一年多的使用验证， MG2160/710AWD 型大功率薄煤层采煤机性能稳 定，故障率低，效益高，彰显了大功率综采机组的优 势。目前该公司各矿使用的薄煤层采煤机及配套情况 如表 2 所列。 3 滚筒装煤效率分析 影响滚筒装煤效果的因素很多，如滚筒直径、旋 向、转速、螺旋升角、截深、牵引速度、摇臂的过煤 空间、仰俯采角度以及煤质特性等。 1 由于薄煤层采煤机采用小直径滚筒，其螺旋 叶片高度低，而极薄煤层采煤机过断层、割夹矸煤及 割底板的情况较多，要求其截割头强度较高，所以不 能通过减小摇臂行星头直径的方式来增大叶片高度。 螺旋叶片高度低，使其对煤的推移面积减少，造成装 煤困难。在滚筒直径不变的情况下，可通过改变螺旋 叶片和截齿座安装形式来改变螺旋叶片的高度[3]。 2 采用多头叶片，优化滚筒的转速和叶片的螺 旋升角。滚筒的转速并非越大越好，对于不同结构形 式和直径的滚筒，截割不同的煤质时，可以通过理论 计算和试验来找到合适的转速。滚筒叶片的螺旋升角 是影响滚筒装煤效率的关键因素，螺旋升角越大，排 煤能力越强，但螺旋升角过大会使煤抛射到输送机外 侧，同时容易引起煤尘飞扬；螺旋升角过小时，排煤 能力弱，煤会在螺旋叶片内循环，造成煤的重复破 碎，增加能耗及粉煤量，降低生产率。叶片的螺旋升 角还影响到滚筒的受力状态，因此要适当优化叶片的 螺旋升角。 3 薄煤层采煤机摇臂宜采用弯摇臂形式。在中 厚煤层中，摇臂下落时，由于机面高度较高，摇臂下 沿和刮板输送机槽帮上沿之间仍有较大距离，对过煤 空间影响不大，但在薄煤层中，当摇臂下落时，摇臂 下沿和刮板输送机槽帮上沿之间间隙过小或接触，造 成煤流无法装入刮板输送机中部槽。因此，薄煤层采 煤机摇臂宜设计成弯摇臂，以增加装煤口的面积，提 高滚筒的装煤效率。 4 为了使采煤机有更好的装煤效果，应增加导 煤板装置。 4 发展方向 随着薄煤层开采机械化的发展，该公司根据实际 情况及矿井现状来选择薄煤层采煤机，今后发展应从 以下几个方面进行考虑。 1 向大功率重机型方向发展。采煤机功率的增 大，有利于提高采煤机的机械安全裕度和增大其适应 范围。对于薄煤层采煤机来说，可靠性是第一位，只 表 2 冀中能源股份公司薄煤层采煤机及配套情况 Tab 2 Shearers for thin coal seams and matching status in Jizhong Energy Resources Co., Ltd. 型号MGN132/316-WDMGN132/316-WDMG160/376-WDMG160/376-WDMG200/456-AWDMG2160/710-AWD 装机功率/kW315.5371.5371.5371.5455.5707.5 机面高度/mm848848848848863929 采高范围/m1.1～2.21.1～2.21.1～2.21.1～2.21.2～2.31.1～2.3 牵引方式电磁滑差电牵引机载交流变频牵引电磁滑差电牵引机载交流变频牵引机载交流变频牵引机载交流变频牵引 牵引速度/m min-10～60～60～60～60～6/100～7.6/12.6 牵引力/kN350350350350440/264470/281 滚筒直径/mm1 000，1 1001 000，1 1001 000，1 1001 000，1 1001 100，1 2501 250 滚筒转速/r min-15555555544.6846.7/50/54 截深/mm630630630630630630 总机质量/t232323232835 配套 设备 刮板输送机SGZ630/220SGZ630/220SGZ630/220SGZ630/220SGZ630/220SGZ730/264 液压支架ZY2400/10/19ZY2400/10/19ZY3200/10/19ZY3200/12/24ZY3200/12/24ZY3200/10/19 使用单位显德汪矿显德汪矿邢台矿邢台矿葛泉矿章村矿 26 第 39 卷 2011 年第 2 期 采 掘 本栏目编辑 李文民 基于 S3C2440 与 nRF905 的 采煤机无线遥控系统设计 胡爱国，李 威，许少毅 中国矿业大学机电工程学院 江苏徐州 221116 摘要针对传统采煤机遥控系统的不足，设计了一种基于 S3C2440 与 nRF905 的新型遥控系统，并对 系统的硬件设计和软件设计进行了阐述。该系统可以遥控采煤机的各种操作，并且可以实现对采煤机 的关键参数的监测以及对采煤机滚筒的图像监测，使采煤机运行更加安全可靠。 关键词采煤机；遥控；图像监测；S3C2440；nRF905 中图分类号TD421 文献标识码A 文章编号1001-3954201102-0026-04 Design of a remote control system of shearers based on S3C2440 and nRF905 HU Aiguo，LI Wei，XU Shaoyi School of Mechatronic Engineering, China University of Mining remote control; image monitor; S3C2440; nRF905 作者简介胡爱国，男，1988 年生，硕士研究生，主要研究方 向为嵌入式系统开发和机电控制。 有在可靠的基础上，才能增大其适应性。薄煤层地质 条件变化较大，使用大截割功率重机型采煤机，有利 于强行通过各种不利的地质条件 如断层、夹矸与局 部变薄带[2]。 2 改进截割机构，提高截割效率，降低工作面 粉尘生成量。采用中高压喷雾降尘，改善工作面生产 环境。薄煤层采煤机应适当增加滚筒截深。增大截深 可提高每一循环的产量，截深可从目前的 630 mm 增 加到 800～1 000 mm[3]。 3 进一步完善采煤机自动控制系统与故障诊断 系统，实现薄煤层采煤机远距离操纵和故障的早期处 理，并采用自动调高技术，实现薄煤层工作面自动化 开采。 4 装机功率、机面高度与过煤空间三者之间的 关系仍然是选择大功率薄煤层采煤机的关键。除生产 厂家采用新型高效电动机外，采用特殊的总体布置方 式是一条有效途径。 参 考 文 献 [1] 马红光. 采煤机螺旋滚筒的改进设计 [J]. 矿山机械，2003， 31510-11. [2] 李建平，杜长龙，张永忠. 我国薄与极薄煤层开采设备的现状 和发展趋势 [J]. 煤炭科学技术，2005，33665-67. [3] 周常飞，张 伟. 薄煤层采煤机大功率截割传动部的研制与应 用 [J]. 煤矿机电，2005511-14. □ 收稿日期2010-07-03 修改稿日期2010-12-09 目 前，传统的采煤机遥控方式单一，只能局部显 示采煤机工况，且可靠性不高。采煤机启动 后，需要实时掌握采煤机的关键参数和运行状态，从 而控制采煤机的启停、牵引速度、牵引方向及滚筒调 高等操作。特别是在采煤机运行时，滚筒工作条件最 为恶劣，滚筒高度随工作面支架高度变化而变化，采 煤时产生的粉尘以及滚筒内喷雾形成的水雾等，均会 对司机操作产生影响，司机无法准确掌握截割高度，