7.2 m采高厚煤层采煤机的设计思考.pdf

7.2 m 采高厚煤层采煤机的设计思考 董 建 大同煤矿集团铁峰煤业有限公司， 山 西 大 同 037000 摘 要 从整机稳定性设计、 轻量化设计、 滚筒减重优化设计、 摇臂壳体减重优化设计、 重型行走系统优化设计 和大采高大功率采煤机破碎机设计等方面对7.2 m 采高厚煤层采煤机的设计进行分析。 认 为 MG1000/2540-GWD 采煤机性能好、 设计合理， 能够满足国内煤矿企业高产高效的采煤需求。 关键词 采 高 7.2 m 厚 煤 层 采 煤 机 总第2 0 8期 机械管理开发 Total 208 2020 年第8 期____________________MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT________________________N〇.8,2020 设计理论与方法 D0110.16525/l4-1134/th.2020.08.012 中图分类号TD421.6 文献标识码A 引言引言 煤矿厚煤层的综采效率受到许多因素影响， 其 中主要影响因素有经济成本、技术水平和地质状况 差异等， 目前， 厚煤层的综采主要使用大采高综采、 绽放开采和分层综采等三种综采方式。在大多数煤 矿中的7.2 m厚煤层开采中， 存在煤层冒放性较差、 煤质较硬和综采中浪费资源、 效率低下等问题， 但其 煤层赋存稳定， 水平接近， 具有极高的综采效益， 因 此对其进行综采选择一次采全高技术。 1厚煤层采煤机介绍厚煤层采煤机介绍 1 .1厚煤层采煤机的结构厚煤层采煤机的结构 7.2 m厚煤层采煤机由四个系统、八个结构、 破 碎机和中间控制箱组成，其中四个系统分别是电气 系统、 传动系统、 冷却系统和动力系统， 八个结构是 指分布在机身左右共八个的四种设备，分别是行走 箱 、 摇臂、 滚筒和牵引部。其中电气系统通过人工指 令操作， 收集并控制综采相关数据， 是整个采煤机的 大脑;传动系统执行采煤机的操作指令， 例如行走和 截割等行动指令；冷却系统则对采煤机的重要结构 和零件进行冷却， 并对作业面喷雾降尘， 以改善作业 环境；动力系统通过液压设备提供的动力来进行破 碎机和摇臂的升降[ 1 ] 。 1 .2厚煤层采煤机整机的特征厚煤层采煤机整机的特征 7.2 m厚煤层采煤机的整机特征体现在对油缸 的位置进行调整，主要有两种调整方式分别是上置 调整和下置调整。 采煤机的油缸位置对其自身重心、 液压系统的工作压力、过煤体积和其自身高度都存 在影响。对于适用于7.2 m厚煤层开采的采煤机， 其 设计通过借鉴6.3 m采高采煤机的经验，并结合采 煤机调高方案，设计出重量较大的摇臂和滚筒的采 煤机。对油缸位置进行上置调整时会对摇臂的操作 收稿日期2020-04-15 作者简介董建1968 ,男， 本科， 毕业于重庆大学， 工程师， 现为 大同煤矿集团铁峰煤业有限公司安全副总,从事煤企管理工作。 文章编号 1 〇〇3-773X 2020 08-0028-02 造成影响,需要加大机器高度和油缸外径大小。 在采 煤机的油缸位置调整过程中还需要考虑采煤机在 4.0 m最薄煤层的开采,最薄煤层的开采需要的机器 高度越低越好。降低动力系统中的液压设备的工作 压力能够提高系统稳定性，可以通过对厚煤层采煤 机的油缸进行下置调整，使液压设备中的调高油腔 不受外力作用。 2厚煤层采煤机的核心技术分析厚煤层采煤机的核心技术分析 2 . 1整机稳定性整机稳定性 7.2 m厚煤层采煤机在高煤层进行开采作业时, 由于机器高度较大， 容易发生机身的不稳定而损坏机 身系统的问题。 通过分析机身在截割煤层中的受力状 况， 可以避免因机器的不稳定造成摇臂结构和行走箱 系统的损坏。 本文通过查阅文献并总结世界范围内的 采煤机稳定经验， 得出采煤机主要通过控制机器的重 心实现整机的稳定性， 即将采煤机整机的重心高度进 行大幅度降低，并结合科学合理的设备配套方案， 将 其重心偏移到输送机的运输槽中心[ 2 ] 。 2 . 2轻量化设计轻量化设计 对于7.2 m厚煤层采煤机的轻量化设计,主要考 虑滚筒与摇臂的减重优化设计，滚筒与摇臂悬挂在 机器煤壁侧， 在采煤工作面进行采煤作业， 其受力状 态较为复杂， 在最初的7.2m煤层采煤作业中， 许多 国家都出现采煤机摇臂减速器损坏的状况，所以对 采煤机的整机减重优化设计，一般从滚筒和摇臂的 减重优化来开展采煤机的轻量化设计。 2 .2 .1滚筒减重优化设计滚筒减重优化设计 厚煤层采煤机的截割滚筒的质量较大时，会使 采煤机的重心向质量重的一侧偏移。滚筒的质量太 大会降低机身稳定性， 需要控制滚筒质量， 使其质量 不影响机身重心。此外， 采煤机的滚筒结构不对称、 直径较大,进行减重优化也要考虑滚筒重心的影响， 需要对其重心进行控制，并在静平衡下试验重心是 否偏移， 以免滚筒在作业中旋转重心偏移， 产生额外 2020年第8期董建7.2 m采高厚煤层采煤机的设计思考 29 的变交动负荷及其自身的动载荷作用在采煤机上， 造成采煤机的损坏。对采煤机的滚筒进行减重优化 设计， 要对滚筒的平衡性、 结构强度和质量做优化调 整， 在保证前两者的基础上减轻滚筒的质量。 截割滚 筒轻量化设计主要有 1 设计新的滚筒结构， 应用箱式构造来对滚筒 进行优化，在分析计算其结构强度后以保证滚筒新 结构的强度符合要求； 2 对处于恶劣的施工状况下的滚筒进行改进， 可以对其连接盘和端盘材料的改进着手，通过使用 高强度的材料来焊接滚筒，在改进过程中保证工艺 规范可靠； 3 在采煤作业中采煤机的滚筒不耐磨损是因为 受到冲击和磨损，使用耐磨材料对其进行改进可以 降低其磨损率； 4 减轻滚筒质量还可以通过在端盘上开孔， 开 孔需要考虑其对卸煤口的影响，一般使用腰形孔的 方式进行开孔； 5 对滚筒在截割煤中的稳定性和截割效率的提 高， 可以通过增加截齿的方式来实现。 2.2.2摇臂壳体减重优化设计 厚煤层采煤机的摇臂结构在采煤作业中，其壳 体受力情况较为复杂， 同时受到压应力、 冲击应力、 拉应力和弯曲应力等应力的作用，使摇臂壳体发生 脆性断裂、 疲劳断裂和壳体变形。 大采高采煤机的摇 臂减重优化要考虑采煤机的功率和其他合理因素， 再对摇臂壳体的质量进行减轻以达到摇臂减重优 化， 其优化设计主要有 1 将摇臂的壳体换成高强度材料， 对其进行热 处理， 可以提高壳体的韧性和强度； 2 使用三维建模和有限元分析等软件,对壳体 的局部部件和主要部件的结构进行优化设计。 2 . 3重型行走系统优化设计 7.2 m厚煤层采煤机的牵引力最大能达到1 320 kN，一般采煤机的大修周期要求其过煤量达到300 万吨， 为了达到采煤机的大修周期设计， 要对其行走 系统进行改进， 提高其承载能力， 对行走系统的改进 可以从行走轮和导向滑轮两个方面进行。厚煤层采 煤机中使用的行走轮是大节距行走轮，对其改进可 以应用电渣重熔钢技术， 严格控制其工艺， 并进行强 化喷丸和渗碳。而对导向滑轮的改进可以从行走轮 与销排的啮合着手，对两者的中心距进行控制来实 现行走系统的改进。 2 . 4 大采髙大功率采煤机破碎机设计 在采煤作业中，采高增大会发生片帮并有大煤 块出现在工作面的现象，对于这些大煤块可以使用 破碎机进行破碎，避免其因体积过大而堵塞过煤通 道。 破碎机通过臂架联接在牵引箱壳体上， 再通过油 缸的伸缩来调节破碎机构所处的位置，以适应破碎 时所需要的高度和破煤量[ 3 ] 。 对 7.2 m的厚煤层进行 综采， 想要保证其高效率和高产率， 需要将破碎机功 率增大到250 kW。7.2 m厚煤层中常用的采煤机破 碎机型号为MG1000/2540,与其他国家的破碎机进 行对比如表1所示。 表 1破碎机参数对比 厂家上海天地EKFJoy 机型MG 1000/2540SL10007LS8 转速 /r’mirT1143146.9177 功率/kW250200270 输出转矩/kN-m16.41314.6 3结论 设计满足7.2 m厚煤层的采煤机需要考虑其油 缸 位 置 调 整 方 式 ，采 高 的 最 小 和 最 大 高 度 。 MG1000/2540-GWD采煤机性能好、 设计合理， 适用 于 7.2 m厚煤层的综采工作条件，可满足国内煤矿 企业高产高效的采煤需求。 参考文献 [ 1 ] 赵春雷， 张宝.MG1_2540-GWD采煤机在红庆河煤矿的应用 与实践[J].煤矿机电， 20丨 9,40688-92;95. [ 2 ] 袁文丰,张红飞.基于8.5 m 特厚煤层采煤机的设计研究[J].山 西焦煤科技， 20丨 8,4238-10;56. [ 3 ] 张晓永.7.2 m采高厚煤层采煤机设计[ J ].煤矿机械， 2019,40 9 1-4. 编辑赵請） On the Design of Coal Shearer for 7.2 m High and Thick Coal Mining Dong Jian Tiefeng Coal Industry Co., Ltd. of Datong Coal Mine Group, Datong Shanxi 037000 Abstract From the whole machine stability design, lightweight design, drum weight loss optimization design, rocker shell weight loss optimization design, heavy duty walking system optimization design and large mining high power shearer crusher design, the design of 7.2 m mining high and thick coal seam shearer is analyzed. Analysis shows that the MG1000/2540-GWD shearer has good perance and reasonable design, and can meet the high-yield and high-efficienry coal mining demand of domestic coal mining enterprises. Key words mining height ;7.2 m thick coal seam; shearer