滚筒式露天采煤机截割滚筒设计.pdf

设备管理与维修2020 翼7（上） 图1滚筒式露天采煤机截割滚筒典型结构 滚筒式露天采煤机截割滚筒设计 马联伟 （中国煤炭科工集团太原研究院有限公司， 山西太原030006） 摘要 针对滚筒式露天采煤机工作机构可靠性低的现状， 介绍一套合理的滚筒设计方法。该方法给出生产能力、 最大牵引速度、 切 削厚度、 截线距、 滚筒转速、 截割功率等主要参数的计算公式， 并对布齿设计提出设计原则， 通过载荷计算验证设计的可行性。 关键词 露天采煤机； 截割滚筒； 切削厚度； 截线距 中图分类号TD421文献标识码BDOI10.16621/ki.issn1001-0599.2020.07.66 0引言 滚筒式露天采煤机是露天煤矿采煤设备， 该设备集破碎、 采 掘、 装载、 合并穿爆等功能于一体， 具有开采连续、 工序单一、 选 采准确、 机动灵活等优点， 可广泛适用我国不同煤层赋存条件， 并可减少二次破碎， 降低采煤成本， 是采用轮斗挖掘机、 电铲等 主流装备开采工艺的有效补充，对提高煤炭资源回收率具有重 要意义。 目前世界上有20余家公司生产滚筒式露天采煤机， 其中著 名的有德国Wirtgen公司的SM系列，Krupp公司的KSM系列， 美国Huron公司生产的Easi-Miner系列， 山特维克公司生产的 VASM系列，JOY公司生产的CM系列，其中Wirtgen公司的 SM3000X型应用广泛， 目前在用约200余台； 我国自20世纪90 年代初开始研制滚筒式露天采煤机，主要有哈尔滨煤矿机械研 究所研制的CLG300型和LMG2000型、 中信重型机械公司研制 的CLG-5600型、 河北神风公司研制的LMG950型、 辽源金圣公 司生产的LMG900A型和峰峰集团天泽公司研制的LMG1150 型。 因国内缺乏露天截割滚筒设计研究， 相关参数凭经验和类比 设计， 导致国内露天采煤机的可靠性普遍较低[1-2]。 截割滚筒设计参数繁多， 相互关系复杂， 造成设计过程繁 琐， 所以有必要进行相关参数的设计研究。国外对截割滚筒的 设计研究起步较早， 相继形成了前苏联的 “承压核” 理论和英 国伊万思的 “最大拉应力” 理论两大理论体系， 为截割滚筒设 计奠定了理论基础。此外， 久易、 山特维克等公司以及相关大 学等成立了截割试验中心， 分析煤岩参数、 滚筒截割参数二者 之间的关系[3-4]。 从截割滚筒的结构和工作原理、 截割参数计算、 布齿设计、 载荷计算等方面， 提出滚筒式露天采煤机的截割滚筒设计方法。 1结构及工作原理 滚筒式露天采煤机的截割滚筒是一种铣削式破煤机构，其 工作原理与结构与井下连续采煤机的采煤方式相似。 滚筒式露天采煤机和井工连续采煤机的工作原理相似， 均 为驱动旋转截齿自上而下铣削煤层，不同之处主要有2点淤 煤层赋存条件的差异性。 井下煤层受地压影响， 煤层存在一定的 压酥带， 容易截割崩落式落煤； 露天煤层因表面被完全或部分剥 离， 不易落煤；于开采自由面的差异性。开采工作中， 滚筒式露 天采煤机在拉沟作业时有2个自由面，正常作业时有3个或2 个自由面； 而井下连续采煤机在掏槽作业时有1个自由面， 下切 作业时为2个自由面， 采垛作业时增加1个自由面， 因此， 从自 由面数量来讲， 井下连续采煤机开采难度较大。 滚筒式露天采煤机和井下连续采煤机的截割滚筒结构相 似， 两者均采用横轴式截割滚筒， 截割滚筒式位于机身前端， 可 上下调高运行， 切割煤层厚度大， 切割硬度小， 煤质粒度小， 截割 滚筒一般采用三段式结构， 如图1所示。 2截割参数计算 以某型露天采煤机设计指标为例，进行相关参数计算。已 知 采高H5 m， 截宽B16 m， 截深B20.8 m， 专门开采平均 f抑2的煤， 截割阻抗AX360 N/mm， 脆性系数B2.1， 密度酌 1.35 t/m3,滚筒直径D1.31 m。 2.1生产能力 露天采煤机开采作业循环工序主要包括掏槽、 下切、 升刀3 个工序， 故一个作业循环时间为三者工序时间之和. 生产能力可由式 （1） 计算 Qt 60HB2B1酌 t1t2t3 （1） 式中t1掏槽时间 t2下切时间 t3升刀时间 2.2最大牵引速度 露天采煤机最大牵引速度主要依据下切工序作业时间和滚筒 中心经过的弧长S计算。如图2所示， 依据几何关系， 弧长S为 骳髈體 设备管理与维修2020 翼7（上） 项目hmax/mmtopt/mmn/（r/mi）自q/（m/min） 参数7169483.4 项目Hw/kWh/m3Q/t/hN/kWD/m 参数0.799728151.31 图3截齿排列图 图4滚筒受到的瞬时三向阻力曲线 SL1arcsin H1-D/2 L1 arcsin H-H1-D/2 L1 蓘蓡（2） 式中H1截割臂回转中心距底板的高度 L1截割臂回转中心距滚筒中心的距离 最大牵引速度 VqS/t2（3） 2.3滚筒转速 滚筒转速是露天采煤机的主要运动参数之一，截齿速度与 截齿消耗率正相关， 一般设计截齿速度在3.5 m/s以下。转速主 要按滚筒直径选取， 按式 （4） [5]计算。 n144-100D21D2（4） 2.4切削厚度 切削厚度是切削平面法向截齿轨迹顺序之间的距离。 计算切 削阻力和比能耗的重要参数， 最大切削厚度hmax按式 （5） 计算 hmax100Vq m伊n （5） 其中，m为每条截线上的截齿数，采用棋盘式双螺旋布齿 时，m1。 为减少齿座及齿套与煤壁的磨损、避免煤炭发生二次破碎、 降低能耗， 最大切屑厚度应小于截齿的径向出刀量Lp， 见式 （6） 。 hmax约Lp/k（6） 其中，Lp可由截齿构造出刀量和截割角计算获得；k为二次 破碎系数， 切向截齿取1耀1.2。 2.5截线距 截线距指相邻截线的距离， 由式 （7） 确定最佳截线距[5]。 topt（ 5hmax 0.5hmax0.045 0.7hmax） 1.47B B1.2 b（7） 2.6比能耗法确定截割功率 （1） 确定被截割煤层的比能耗， 见式 （8） 。 HWBX AX A HWB（8） 式中A基准煤截割阻抗，200 N/mm HWB基准煤比能耗， 当牵引速度为3 m/min时， 该值取0.44 kWh/t （2） 截割电机功率计算[6] P0.85QtHW K1K2 （9） 式中K1功率利用系数，2台驱动时取0.8 K2功率水平系数， 当采用自动牵引调速和电机过载 系数2.6倍以上时取1 按上述计算公式， 得到滚筒主要设计参数， 见表1。 表1滚筒主要设计参数 3布齿设计 按以下原则进行布齿设计， 绘制截齿排列图， 如图3所示。 （1） 采用双螺旋棋盘式对称结构， 截割时可形成对称式截槽 以减少侧向力。 （2） 端盘与筒体的螺旋线旋向相反， 进一步抵消相互之间侧 向力。 （3） 采用沿螺旋滚筒均布布齿方法， 保证螺旋线封闭， 载荷 均衡。 4载荷计算与设计验证 基于载荷模拟计算方法[7]编制露采机滚筒载荷计算模拟程 序， 输入边界条件， 求解滚筒所受载荷。 如图4、 表2所示， 滚筒受到的瞬时三向阻力为水平截割阻 力Rx和竖直截割阻力Ry（侧向力忽略不计） ， 二者阻力均小于设 图2弧长S与采高H的关系 表2滚筒截煤时的载荷统计及设计参数校验 模拟量最大值平均值变异系数设计量设计值 Fx/kN1731650.023Fq/kN200 Fy/kN109990.046Fn/kN200 Mz/kNm1511470.014Mn/kNm160 Ng/kW779760N/kW815 骳髈髕 设备管理与维修2020 翼7（上） 红外热成像技术在电气设备中的应用 杨勇， 杨通， 隋萌萌 （青岛特殊钢铁有限公司装备部， 山东青岛266400） 摘要 简述红外热成像技术的原理及优势， 介绍其故障诊断方法和依据， 举例说明该项技术在现场电气设备故障诊断方面的应用， 分析红外热成像技术发展趋势。 关键词 红外热成像； 电气设备； 故障诊断 中图分类号TF35文献标识码BDOI10.16621/ki.issn1001-0599.2020.07.67 0引言 随着冶金行业生产制造设备自动化、 大型化、 连续化水平的 不断提高， 为保证其运行的安全性和可靠性， 对电气设备的现代 化管理越发重要。 随着电气设备的长时间运行， 其元部件会逐渐 出现松动和老化现象， 引发电气事故。 许多事故发生前都会出现 电气元部件温度上升的趋势， 因此， 做到电气设备过热部位的提 前检测， 并正确分析判断显得尤为重要。 红外热成像技术可以准 确呈现电气设备的表面温度图像，精确定位因连接点（导线接 头、 线夹、 接线柱头） 的氧化腐蚀和连接不良等造成的异常发热 部位。 1原理及优势 红外热成像是运用光电技术检测物体热辐射的红外线特定 波段信号， 将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形， 并 以不同颜色显示物体表面温度分布的一种先进科学技术。 红外热成像技术的优势非接触式测温，对被测设备无影 响， 保证点检维护人员的安全； 精度高， 分辨率达0.1 益； 根据电 气元部件不同材料，设置相应的发射率能有效提高测温的准确 性；检测速度快，能较大范围快速显示检测对象的温度分布情 况， 准确直观以图像形式显示高温部位； 可将图像信息传输到计 算机， 利用软件对图像进行后台处理， 并建立设备电子档案， 通 过与历史数据对比， 分析诊断设备的劣化趋势和程度， 进而做出 相应处理措施。该项技术预测电气设备的温升从点分析发展到 面分析， 从单一的数据判断发展到数据库管理， 在设备运行状态 管理中发挥着重要作用。 2技术展望 红外热成像在线监测系统，可确保设备的温度状态每时每 刻都能有效地监测和分析， 准确地连续测量设备运行数据。 可对 设备状态进行更精细的实时监护，精准掌控设备检修维护的时 机， 避免企业出现不可控制的突发故障。 推进计算机网络管理平台建设， 借助计算机数据库、 云计算 计值， 且载荷变异系数均较小。 如图5、 表2所示， 滚筒受到的瞬时旋转阻力矩Mz， 该值的 变化均小于设计转矩。 综上， 滚筒设计参数， 经载荷Rx、Ry、Mz校核， 满足工况要求。 5结语 针对滚筒式露天采煤机的工作机构设计， 推导主要设计参数， 提出布齿设计和载荷验证方法， 形成一套较完整、 合理的露天采煤 机滚筒设计方法， 为滚筒式露天采煤机的研制提供设计参考。 基金项目 山西天地煤机装备有限公司自立项目， 项目编号 M2019-14。 参考文献 ［1］郝文玉.基于露天采矿机的工艺系统设计理论与应用研究 ［D］.徐 州 中国矿业大学，2010. ［2］江新奇， 张飞.国内露天采煤机应用及发展展望 ［J］.煤矿机械，2011 （10） 1-2. ［3］张北平， 贾秀华.采煤机截割滚筒设计方法的研究 ［J］.机电产品开 发与创新，2016（4） 17-19. ［4］赵江涛.基于比能耗法的连续采煤机截割滚筒设计 ［J］.煤炭技术， 2016（8） 243-245. ［5］刘春生， 于信伟， 任昌玉.滚筒式采煤机工作机构 ［M］.哈尔滨 哈尔 滨工程大学出版社，2010. ［6］覃新川， 刘宝胜， 李景奇， 等.CLG300露天采煤机截割功率参数设计 ［J］.煤矿机械，2000（3） 2-4. ［7］赵丽娟， 董萌萌.含硫化铁结核薄煤层采煤机工作机构载荷问题 ［J］.煤炭学报，2009（6） 840-844. 〔编辑李波〕 图5滚筒受到的瞬时旋转阻力矩曲线 骳髈髖