采煤机拖缆装置结构优化分析.pdf

2020 年 2 月2020 年第 2 期 在井下生产作业中，作业面供电电缆的防护与拖 曳作业均需要通过托缆装置来完成。为规避电缆使用 中出现故障，最大程度提升电缆的安全，作业时需通 过托缆装置配设的电缆夹板固定保护电缆后再进行拖 拽作业。不过，在井下生产实际中，托缆装置对电缆 的保护效果相对一般，在使用过程中经常发生电缆夹 板偏移的现象，而且类别不同的电缆夹板在使用中存 在转接困难的现象。此外，在电缆拖拽过程中由于频 繁地滑动、摩擦等，电缆夹板极易损坏，使得使用过 程中需要时常更换托缆，在一定程度上增大了劳动强 度和作业成本。有鉴于此，为更好地提升作业安全性， 降低作业强度与生产成本，提升矿井综合效益，针对 MG250/600- QWD型采煤机托缆装置结构开展优化分析。 1托缆装置伸缩臂与转动臂优化分析 1.1伸缩臂优化分析 伸缩臂是作业面采煤机托缆装置的关键构成组件， 其在使用中必须具备较高的灵敏度和可调节性，方能 满足拖拽电缆的工作需求。图 1 为托缆装置伸缩臂优 化后示意图。整个伸缩臂由拖缆架、导轨和伸缩液压 缸等构成。但以往矿井托缆装置伸缩臂导轨材料强度 不足，使得伸缩臂时常发生故障，因此此次改进作业 主要针对伸缩臂导轨材料进行优化改良。其优化设计 为在基础材料之上增加 T 型钢，所设计出的伸缩臂具 备加工便捷、成本低廉等特点。同时针对伸缩臂托缆架 同导轨间容易出现脱落的不足，改用焊接的方式进行连 接并增设直径 40 mm 的增强筋进行加强固接。将采煤 机牵引部和轨道改为合并连接的方式。此外，针对以往 动力伸缩液压油缸内油液监测装置监测容易受污染而 导致监测精度不足的现象，将传感装置制作材料换为 磁质材料，在保证作业精准度和灵敏度的同时，有效规 避油污污染，提升日常维护的便捷性。为规避作业过程 中伸缩液压缸出现剪切破坏，将液压缸安装于牵引部上 部，并采用活动铰接的方式连接导轨和活塞[1-3]。 1.拖缆架；2.导轨；3.轨道；4.伸缩液压缸；5.牵引部箱体。 图 1托缆装置伸缩臂优化后示意图 1.2转动臂优化分析 转动臂是调控托缆装置托缆高度的关键组件。为有 效改变以往托缆箱双蜗杆回转驱动装置结构复杂、操作 困难、检修不便等不足，改用 SE 系列单蜗杆回转驱动 收稿日期2019-12-03 作者简介王彦翔，1994年生，男，山西大同人，2016年毕业于山 西大同大学采矿工程专业，助理工程师。 采煤机拖缆装置结构优化分析 王彦翔 （ 同煤集团同发东周窑煤业有限公司，山西 左云 037101 ） 摘要 拖缆装置作为采煤机作业过程中拖拽电缆，确保采煤机获得持续电力供应的关键设备，其运行对矿井作业效 能有着至关重要的影响。以此为着手点，针对采煤机拖缆装置结构优化开展分析探究。结合工程实际，分析了采煤机拖 缆装置伸缩臂与转动臂优化的情况，对托缆装置过载保护结构与安全销的增设进行了探究，并对优化后的性能进行了总 结探究，希望能为其他矿井相似工程的开展提供借鉴与参考。 关键词 矿井；采煤机；拖缆装置；结构优化；性能分析 中图分类号 TD421文献标识码 A文章编号 2095- 0802- 202002- 0093- 02 Analysis on the Structure Optimization of Shearer Cable Handler WANGYanxiang Tongfa Dongzhouyao Coal Industry Co., Ltd., Datong Coal Mine Group, Zuoyun 037101, Shanxi, China Abstract Cable handler is the key equipment that drags the cable during the operation of the shearer to ensure the continuous power supply of the shearer. Its operation has a crucial impact on the efficiency of the mine operation. Taking this as a starting point, the analysis and exploration of the structure optimization of the shearer cable handler were carried out. Combined with the actual situation of the project, this paper analyzed the optimization of the telescopic arm and the rotating arm of the shearer cable handler, explored the addition of the overload protection structure and the safety pin of the cable handler, and summarized and discussed the optimized perance, hoping to provide reference for the development of similar projects in other mines. Key words mine; shearer; cable handler; structural optimization; perance analysis （总第 173 期） 技术研究 12345 93 DOI10.16643/ki.14-1360/td.2020.02.039 2020 年第 2 期2020 年 2 月 装置，并将拖缆架与摇臂连接方式改为铰接式，将摇 臂与托缆轮连接改为转轴式。同时，将转动臂配套缆 绳改为聚合塑料尼龙，有效减小拖拽质量的同时提升 耐磨性[4]。图 2 为托缆装置转动臂优化后示意图。 1.拖缆架；2.液压回转驱动器；3.托缆轮；4.摇臂。 图 2托缆装置转动臂优化后示意图 2托缆装置增设过载保护结构与安全销 2.1增添过载保护结构 在托缆装置正常使用中经常会遭遇断电故障，这 是因为采煤机运行过程中一旦发生电缆夹板卡死等问 题，极易使得电缆夹板局部应力增高，当其超过屈服 极限后，电缆夹板便会折断，从而导致电缆与水管破 损，促使回采作业暂停，严重的还可能引起人员伤亡。 针对此，可对托缆装置增设过载保护结构[5]。 图 3 为托缆装置过载保护结构示意图。过载保护 结构主要包括拖缆架、安全销、行程开关及滑板等。 电缆与水管通过卡钉固定于滑板上，并随滑板在拖缆 架上滑动。同时将触头借由拖缆架与滑板腰形通孔固 定，促使拖缆架和滑板构成有效的整体。拖缆架下部 设定有行程开关，并同 PLC（ 可编程逻辑控制器 ） 装置 互联，可便于远程操控，保障安全性。 a 俯视图 b 截面图 1.拖缆架；2.滑板；3.电缆卡箍；4.托缆链；5.触头；6.安全销； 7.行程开关。 图 3托缆装置过载保护结构示意图 2.2安全销选取和强度校核 在采煤机运行过程中，一旦电缆槽不慎落入煤块 或岩块，托缆装置中的电缆夹板便十分容易卡死。这 种情况下若采煤机继续作业，电缆夹便会在大拉力的 影响下出现剪切断裂，进而使得滑板丧失约束。基于 上述分析，安全销的主要功能是对拖缆架和滑板进行 有效固结，并在遭遇电缆夹板卡死等现象时起到有效 的辅助保护。 而为了选取性能最优的安全销，必须对其强度进 行全面校核，根据相关公式，最终选用直径 10 mm 的 安全销，并使用 45钢作为安全销制作材料，采用淬火 处理工艺进行加工，其最大拉断力可达 40 kN。 3优化后性能分析 为对采煤机拖缆装置优化后的效果进行现场检验， 在采煤机各结构上布设传感装置对采煤机运行进行实 时监测。相关数据显示，改进后的拖缆装置结构可充 分满足井下不同作业环境的使用需求。其中，拖缆架 与道轨可承载的应力极值达到 80 kN 以上，其应力极 值位于牵引部与导轨接触处，并远低于所使用原材料 的许用强度。同时，拖缆架和导轨原易发生变化破坏 的区域在拖缆架优化后变形极值不超过 2.5 mm，远低 于优化前，而且通过增配增强筋，作业中局部应力也 大幅降低，有效满足了井下作业的使用需求。此外，摇 杆与回转轴相连处的应力极值最大不超过 46 MPa，远 小于所用制作材料的许用强度，完全可以满足使用需 求。通过对摇臂销轴孔变形的监测，其变形量最大不 超过 0.35 mm，同优化改良前相比，变形量显著降低。 以上均充分说明优化改良后的采煤机拖缆装置能更好 地满足电缆拖拽作业需求[6]。 4结语 拖缆装置作为煤矿采煤机不可或缺的重要构成组 件，确保其运行的有效性，对于保护电缆安全，实现矿 井作业的持续、稳定开展有着积极意义。矿井管理者 必须重视对采煤机拖缆装置的优化管理，通过组织专 业技术人员，开展针对性探究总结，实现对拖缆装置 的全面优化，进而提升其作业效能，为矿井综合效益 的增加提供持续助推力。 参考文献 ［1］ 安琦.MG250/600-QWD 型采煤机拖缆装置系统优化改进研 究 ［J］ .山东煤炭科技， 20196 126-128. ［2］ 田晓伟.新型采煤机拖缆装置结构分析 ［J］ .机械管理开发， 2018， 3311 36-37. ［3］ 刘锋， 宋晓军， 高志强， 等.采煤机自动拖缆系统研究 ［J］ .黑龙 江科技信息， 20175 122-123. ［4］ 李钰， 李涛， 陈小龙.大功率调整型采煤机拖缆装置的研制 ［J］ . 煤矿机电， 20173 92-93. ［5］ 高志强， 刘艳茹， 米琇娟， 等.电牵引采煤机可调高拖缆装置 ［J］ . 煤矿机械， 2017， 387 83-84. ［6］ 刘锋.采煤机智能化拖缆系统研究 ［D］ .西安 西安科技大学， 2016. （ 责任编辑高志凤 ） 1 4 23 63 5 7 56 AA 12 34 94