滚筒采煤机发展现状及发展特点(1).doc

滚筒采煤机发展现状及发展特点 采煤机械是机械化采煤作业的主要机械设备，其功能是落煤和装煤。采煤机械分为采煤机和刨煤机两大类，目前应该最广泛的采煤机械是滚筒采煤机。 1.1 滚筒采煤机的组成及工作方式 1.1.1 主要组成 现以双滚筒采煤机为例，说明其组成。如图1.1所示，它主要由电动机、牵引部、截割部和附属装置等部分组成。 电动机1是滚筒采煤机的动力部分，它通过两端输出轴分别驱动两个截割部和牵引部。采煤机的电动机都是防爆的，而且通常都采用定子水冷，以缩小电动机的尺寸。牵引部2通过其主动链轮与固定在工作面输送机两端的牵引链3相啮合，使采煤机沿工作面移动，因此，牵引部是采煤机行走机构。左、右截割部减速箱4将电动机的动力经齿轮减速后传给摇臂5的齿轮，驱动滚筒6旋转。滚筒是采煤机落煤和装煤的工作机构，滚筒上焊有端盘及螺旋叶片，其上装有截齿。螺旋叶片将截齿割下的煤装到刮板输送机中。为提高螺旋滚筒的装煤效果，滚筒一侧装有弧形挡板7，它可以根据不同的采煤方向来回翻转180。底托架8是固定和承托整台采煤机的底架，通过其下部四个滑靴9将采煤机骑在刮板输送机的槽帮上，其中采空区侧两个滑靴套在输送机的导管上，以保证采煤机的可靠导向。底托架内的调高液压缸10可使摇臂连同滚筒升降，以调节采煤机的采高。调斜液压缸11用于调整采煤机的纵向倾斜度，以适合煤层沿走向起伏不平时的截割要求。电气控制箱13内部装有各种电控元件，用于采煤机的各种电气控制和保护。 1-电动机;2-牵引部;3-牵引链;4-截割部减速箱;5-摇臂;6-滚筒;7-弧形挡煤板;8-底托架; 9-滑靴;10-调高油缸;11调斜油缸;12-拖缆装置;13-电气控制箱 图1.1 双滚筒采煤机 此外，为降低电动机和牵引部的温度并提供内外喷雾降尘用水，采煤机设有专门的供水系统。采煤机的电缆和水管夹持在拖缆装置12内，并由采煤机拉动在工作面输送机的电缆槽中卷起或展开。 1.1.2 工作方式 按机械化程度的不同，机械化采煤工作面可分为普通机械化采煤工作面和综合机械化采煤工作面，简称普采工作面和综采工作面。工作面布置如图1.2所示。 普通机械化采煤工作面设备布置如图1.2a所示，通常由单滚筒采煤机1、可弯曲刮板输送机2、金属支柱或单体液压支柱3和铰接顶梁配套，在长臂采煤工作面进行落煤、装煤、运煤和支护等几个主要采煤工序。以单体液压支柱代替金属支柱，则称为高档普采工作面。 采煤机骑在工作面刮板输送机上工作。单滚筒采煤机只有一个滚筒，由于输送机机头和机尾的限制，采煤机不可能采到工作面端头，因此，在工作面两端需要预先用人工采出一定长的“缺口”。一般上缺口长度为10m左右，下缺口长度为78m。 1-滚筒采煤机;2-刮板输送机;3-单体液压支柱或金属支柱;4-液压支架;5-刮板转载机 图1.2 机械化采煤工作面 普采工作面的采煤工艺过程如下 1.采煤机的滚筒进入下缺口，然后由下向上采煤； 2.随采煤机之后，清理顶煤、挂顶梁； 3.在采煤机后面清出新轨道，并在距采煤机1015m处开始推移刮板输送机； 4.当输送机移到新机道上以后，在悬挂的顶梁下面支撑金属支柱或单体液压支柱。 当采煤机一直运行到工作面上缺口时，就实现了一个完整的采煤循环。然后，采煤机由上向下采煤，开始下一个循环。如果煤层厚度度大于滚筒直径，不能一次采全高，而且顶煤不易垮落时，采煤机由下向上牵引沿顶板采上部煤；然后，由上向下牵引沿底板采下部煤。采煤机沿工作面上下往返牵引一次，才能实现一个完整的采煤循环。 综采工作面的配套设备如图1.2b所示。通常由双滚筒采煤机1、可弯曲刮板输送机2及液压支架4等主要设备组成。用液压支架支护顶板，实现了支护、移架及推移输送机过程的机械化。采出的煤经转载机5及可伸缩带式输送机运到采区煤仓。 综采工作面的采煤工艺过程如下 1.采煤机自工作面一段开始向另一端采煤； 2.随着采煤机向前牵引，紧接着移动液压支架，以便及时支护顶板； 3.在采煤机后面一定距离处，推移工作面刮板输送机。 当采煤机移动到工作面的另一端，各个工序都相应完成之后，就实现了一个完整的采煤循环。 1.2 滚筒采煤机发展特点 20世纪70年代我国采煤机的发展有以下特点 1. 装机功率小 如MLS3-170型双滚筒采煤机,装机功率170kW,由鸡西煤矿机械厂制造; MD-150型双滚筒采煤机,装机功率150kW,由上海分院设计、上海冶矿厂制造; DY-100和DY150型单滚筒采煤机,装机功率100kW和150kW,由上海分院设计,无锡采煤机厂和辽源煤机厂共同制造。 2. 有链牵引、输出牵引力小 这个时期的采煤机牵引方式都是采用圆环链与牵引链轮啮合传动,传递牵引力小,牵引力在200kN以下。 3. 牵引速度低 由于受液压元部件可靠性的限制,设计的牵引功率较小,牵引速度一般不超过6m/min。 4. 自开切口差 由于双滚筒采煤机摇臂短,又都是有链牵引,很难割透两端头,且容易留下三角煤,需要人工清理,单滚筒采煤机更为如此。 5. 工作可靠性较差 由于我国基础工业比较薄弱,元部件质量较差,反映在采煤机的寿命普遍较短,特别是液压元部件易损。 20世纪80年代我国采煤机的发展有以下特点 1. 重视采煤机系列的开发,扩大使用范围 20世纪70年代开发的采煤机,一种类型只有一个品种,十分单一,覆盖面小,很难满足不同煤层的开采需求。20世纪80年代起重视系列化采煤机的开发工作,一种功率的采煤机可以派生出多种机型,主要元部件在不同功率的采煤机上都能通用。 以西安煤机厂为主仿制EDW300-L型采煤机,上海分院参与测绘和试验消化。被列为国家“六五”科技攻关项目的MG300-W型采煤机由上海分院负责设计、试验,鸡西煤矿机械厂负责制造。与此同时,山西省与英国安德森公司达成引进AM500生产图纸的协议,由太原矿山机器厂生产AM500型采煤机。为满足用户需求,各单位还完成了各基型派生型的开发工作MXA300/3.5派生出MXA600/ 3.5型等10多种机型;单电机AM500型派生出双电机AM500型; MG300型派生出MG2300-W型、MG300-AW型和MG2300-AW型; MG300-GW和MG2300-GW型等8种机型,可满足1.5m至4.5m煤层开采的需要。20世纪80年代在中小功率采煤机的开发方面也取得辉煌的成果。鸡西煤机厂在MLS3-170型采煤机的基础上派生出12种系列产品,以满足不同用户的要求。该厂还与哈尔滨煤研所合作完成了BM1-100型薄煤层采煤机,与上海分院合作开发MG200-W型采煤机;西安煤机厂与北京开采所合作完成MXP-240型采煤机的开发;辽源煤机厂与上海合作完成了1MG200、1MGD200的开发;上海冶矿厂、无锡煤机厂与上海分院合作完成MDY-150、MG150、4MG150、MG200、4MG200等多品种的开发。常熟煤机厂与上海分院合作开发成功5MG200-B型,并与北京开采所合作开发成功MG270Z型采煤机。 2. 元部件攻关, 提高了采煤机工作可靠性 主电机的攻关以解决烧机现象;齿轮攻关从选择材质上、热处理工艺上着手,学习国内先进成熟经验,以德国齿轮为目标进行攻关,达到预期目的,解决了低速重载齿轮早期失效的问题;液压系统和液压元部件的攻关液压系统中主油泵和油马达的可靠性直接影响牵引部工作面的可靠性,在20世纪80年代中期,把液压通用件斜轴泵、斜轴马达、摆线马达、阀组、调速机构等都列入部重点攻关内容。 3. 无链牵引的推广使用,使采煤机工作平稳、使用安全 在引进大功率采煤机的同时,无链牵引技术传入中国,其中德国艾柯夫公司的销轨式无链牵引和英国安德森公司的齿轨式无链牵引占绝大多数,而且技术成熟。为此,我国新研制采煤机的无链牵引都向引进机组的结构上靠拢,仿制和引进技术生产的采煤机更是如此。 20世纪90年代以后采煤机技术发展的特点 1. 多电机驱动横向布置的总体结构成为电牵引采煤机发展的主流 我国开发的电牵引采煤机除西安煤机厂外,一般都采用横向布置,各大部件由单独电动机驱动,传动系统彼此独立,无动力传递,结构简单、拆装方便,因而有取代电动机纵向布置的趋势。 2. 我国采煤机的主要参数与世界先进水平的差距在缩小 MG900/2210一WD型交流电牵引采煤机是西安煤矿机械厂研发的代表机型。装机功率达到2210kW,采用国际最新设计理念，吸收国内外采煤设备的先进技术，解决了高产、高效特大矿井采煤机设备的主要技术难点。年设计生产能力800万t，实际生产能力可达1000万t以上。特别是该机采用了智能化监测和故障自诊断技术，实现了对采煤机进行实时远程监控. 3. 液压紧固技术的开发研究取得成功 采煤机连接构件经常松动是影响工作可靠性的重要因素,而且解决难度较大。20世纪90年代由上海分院列题进行攻关研究,开发了M24、M30、M36、M42共4种常用液压螺母和专用超高压泵,在电牵引采煤机中得到推广应用,防松效果显著。 1.3 与国外产品的差距 我国煤矿综合机械化采煤设备的研制水平，经过几十年的引进技术、消化吸收和自主研发，已有长足进步。国内某些技术如综采放顶煤支架技术处于国际领先水平;国产综采设备的主要技术参数已接近或达到本世纪初的国际先进水平，落后约5年;国产综采设备的机电一体化程度接近或达到20世纪90年代中期的国际先进水平，落后约10年;国产综采设备的可靠性接近或达到20世纪90年代初的国际先进水平，落后约15年。国产大功率采煤机只在国内使用，生产数量较少，与国外先进机型存在的差距主要表现在性能、可靠性、使用寿命等方面 1. 不重视基础理论研究 科技强国非常重视基础元部件的理论研究，同时强调产品设计必须要有较好的设计理论支持。而国内目前无论是科研院所还是制造厂商，只注重追求应用技术，轻视基础理论研究。引进消化只注重仿形而较少深入研究相应的理论和手段，致使国产基础元部件性能指标低下，甚至不过关，严重影响产品的性能和可靠性。 采煤机的自动操纵，主要包括调高和调速两个方面。目前国内外交流变频电牵引采煤机的自动调速技术已相当成熟，都是采用矢量控制技术，能够实现额定转速以下恒扭矩调速、额定转速至最大转速恒功率调速，并且采用主从控制技术，多电机驱动的采煤机变频调速系统已从一拖二一台变频器拖动两台电动机发展到一拖一两台变频器分别拖动两台电动机。因此国内外采煤机自动操纵技术的发展和差距主要体现在自动调高技术上。 为保证采煤机在自动控制运行中准确区分煤岩界面，从而实现采煤机滚筒的自动调高，美、英等国进行了大量的研究。目前已经提出了近20种煤岩分界传感机理，所采用的基本原理是将具有一定分辨率的煤岩分界识别传感器结合计算机控制，组成煤岩分界传感装置及煤岩分界识别系统。目前已应用于生产实际的或正处于研究和试验阶段的几种煤岩识别方法及其分析系统的主要有记忆智能程控、振动频谱分析、天然丫射线、测力截齿、放射性同位素、噪声红外线、雷达探测等。其中记忆智能程控煤岩分界识别及控制系统最易实现，也在实际生产中应用得最多，我国引进的JOY7LS6、EiekhoffSL500和DBTEL3000型采煤机都装备有采煤机位置传感器、同步位置传感器、油缸传感器，通过计算机的记忆储存及自动控制实现采煤机滚筒的自动调高记忆截割。而雷达探测技术则被认为是最有应用前景的一种煤岩分界识别方法。 20世纪80年代初期，国内的一些煤炭院校就致力于采煤机自动化技术的研究，其中对于采煤机滚筒自动调高技术的研究做了大量有显著意义的工作。由于记忆截割技术比较容易实现，在20世纪80年代初中国矿业大学就曾在鸡西煤机厂的采煤机上做过地面实验，但没能推广应用。振动测试和频谱分析的煤岩识别技术，20世纪80年代中国矿业大学通过测试调高油缸的液压振动来辨别煤岩分界，只是做过实验室试验。 2. 缺乏核心技术 我国产品的开发主要是从引进、跟踪仿制开始，缺少创新和自主知识产权。如液压支架电液阀的核心技术靠外国公司提供;交流电牵引采煤机变频器，我们只能从国外购买地面用的通用变频器，经过拆卸改造，重新装配，来满足抗振、抗凝雾、抗干扰的要求。我们改造的变频器的抗振性能较低，而国外是专门为采煤机研制的专用变频器。 国产采煤机远程通讯和集中控制技术与国外的差距较大，目前只有天地上海分公司的1815系列采煤机实现了采煤机与工作面巷道控制箱的数据载波通讯，具备了实现工作面三机联动的基础。采煤机动密封采用高速骨架油封及低速浮动油封两种。国外采煤机油封，无论结构、材质，还是精度、质量，普遍高于国内同类产品，安装油封处相应零件的加工精度和硬度等比较合适。 3. 寿命短、可靠性差 我国采煤机用原材料、关键零部件、轴承、密封件、电机、电气元件、液压元部件等，在使用寿命和可靠性上与国际先进水平相比都存在较大的差距。这些问题造成了产品的可靠性差，使用寿命短。如国产采煤机齿轮寿命只有5000h，而进口的高达2万h。 1.4 发展方向 根据我国煤炭生产远景规划及采煤机技术发展趋势，采煤机的主要研究方向为 1. 采用电牵引方式 传统的液压牵引采煤机在国外虽然仍在生产和使用，但已不占主导地位，由于电牵引采煤机的诸多优点，国外目前新开发的采煤机，特别是大功率采煤机基本上都是采用电牵引方式。 2. 采用交流变频 由于交流变频调速牵引系统具有技术先进、可靠性高、维护管理简单和价格低廉等特点，近年发展很快，交流牵引正逐步替代直流牵引，成为今后电牵引采煤机的发展方向。采用2个变频器分别拖动2台牵引电机的牵引系统，可使牵引的控制和保护性能更加完善，这种一拖一的牵引系统也正被逐步采用，成为电牵引技术发展的又一个特点。 3. 高度自动化 开发工作面远距离无线高速信号传输装置，解决采煤机工作影像高可靠实时传输的研究。研发高可靠性、高性能、抗干扰、抗热效应、拥有远程实时操作的矿用计算机控制系统。开发或增强电控系统中的专家诊断系统、显示与信息传输系统、工作面采煤机自动运行集中控制系统、采煤机记忆截割系统。 4. 发展小型电器配件 向电器设备结构的小型化发展，由于功率的增大，电动机、变压器、变频器等设备的体积也相应增大，为满足整机结构布置紧凑的要求，进一步提高采煤机对煤层变化的适用性，必须研究电器设备小型化的技术途径。 5. 提高可靠性 重点完善和提高系统装置的抗振、散热和防潮等性能，研究可靠的微机电气控制系统，重点提高采煤机电控系统的抗干扰、抗热效应的能力。如油封技术方面，要开发出长寿命、高可靠性产品。 6. 根据实际情况大型化 在大型化方面，这是一个我们长期谈论的话题，似乎产品越大越好。但无论是从市场量上讲，还是从配套性上讲，从20世纪80年代开始，除大型汽车和液压挖掘机等个别产品外，国外设备的大型化程度和规模似乎存在一个趋缓。因此，就单机而言大型化不是绝对的，要根据用户需求和配套设备发展情况决定自己的大型化。就成套而言，多条相对小的单机组成的作业线并联，仍然可以构成大型成套，甚至更灵活，更不至于因某台单机发生故障而使整个现场停止生产。而当今控制技术的发展，并联流程的控制实际已经不存在问题。针对具体的产品，大型化到中间规模的阶段，市场需求是最大的。何况从技术角度讲，当加大设备尺寸时，其重量和作用力会随设备最大尺寸的立方增加；而支承这些力的面积仅随最大尺寸的平方增加，显然，对设备相关的机械强度和可靠性要求也是要按这个比例增加的。 因此，就我们的矿藏条件和矿山机械的综合实力而言，把精力主要放在中小型产品的成熟、升级和成套上，是我们明智的选择。事实上，就国外著名公司的产品销量看，超过中间规格的产品越大市场容量越小，国外发展的特大型设备其实总是为特定大型用户定制的，市场容量十分有限。而小型化则不同，包括中国在内的许多国家正推行的可持续发展战略，必然要提高矿物的可开采回收率，如能适应更恶劣地质条件方面引导出巨大的市场，而这个市场非小型化设备和精细化设备没属。 思考题 1、我国采煤机与国外采煤机相比存在哪些方面的差距 2、我国采煤机的应向哪些方向发展 8