采煤機(jī)及其技術(shù)創(chuàng)新在太重煤機(jī)有限公司中的應(yīng)用

劉霞　商開(kāi)振

摘 要：本文主要針對(duì)采煤機(jī)技術(shù)的形成與發(fā)展進(jìn)行了闡述，并介紹了太重煤機(jī)有限公司近期通過(guò)引進(jìn)CAD、CAM、CAPP等先進(jìn)的信息化系統(tǒng)，創(chuàng)新性地使用了一些新技術(shù)、新工藝。并對(duì)太重煤機(jī)有限公司近期兩年結(jié)合國(guó)家“十一五”、“十二五”計(jì)劃項(xiàng)目進(jìn)行的對(duì)采煤機(jī)智能化系統(tǒng)方面做出的改進(jìn)進(jìn)行了介紹，總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)采煤機(jī)的技術(shù)創(chuàng)新提供參考。

關(guān)鍵詞：采煤機(jī)；技術(shù)創(chuàng)新；導(dǎo)向靴

中圖分類號(hào)：TD632.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）03-0143-02

煤炭能源一直在我們國(guó)家的能源上占據(jù)著非常重要的角色。相對(duì)于其他能源，煤炭能源的價(jià)格低廉，質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)更決定了其在國(guó)內(nèi)工業(yè)上的不可或缺。因此，煤炭資源的開(kāi)采技術(shù)是十分重要的。采煤機(jī)作為我國(guó)開(kāi)采煤炭資源的主要工具，也開(kāi)始運(yùn)用這些技術(shù)，如智能化采煤機(jī)、增材制造的使用等。

1 采煤機(jī)的誕生及發(fā)展

世界上第一臺(tái)采煤機(jī)是原蘇聯(lián)于1932年生產(chǎn)并在頓巴斯煤礦開(kāi)始使用的。之后，英國(guó)和德國(guó)相繼研制出了鏈?zhǔn)讲擅簷C(jī)。鏈?zhǔn)讲擅簷C(jī)是將截齒安裝在截鏈上，并依此截落煤，其工作效率低。后來(lái)，德國(guó)已另一種采煤工藝為基礎(chǔ)，研制出了用刨削方式落煤的刨煤機(jī)。直至20世紀(jì)50年代初，滾筒式采煤機(jī)才被英國(guó)和德國(guó)研發(fā)出來(lái)。此時(shí)的滾筒式采煤機(jī)上安裝有截煤滾筒，并將截齒安裝在滾筒上，用截煤滾筒實(shí)現(xiàn)落煤和裝煤。這種采煤機(jī)與可彎曲輸送機(jī)配套，奠定了煤炭開(kāi)采機(jī)械化的基礎(chǔ)。

2 采煤機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及工作原理

2.1 采煤機(jī)的組成結(jié)構(gòu)

采煤機(jī)基本上以雙滾筒采煤機(jī)為主，由以下部分組成。

2.1.1 截割部

包括搖臂齒輪箱、滾筒及附件。對(duì)整體調(diào)高采煤機(jī)來(lái)說(shuō)，搖臂齒輪箱和機(jī)頭齒輪箱為一整體。主要作用是落煤、碎煤和裝煤。

2.1.2 牽引部

由牽引傳動(dòng)箱和外牽引組成，外牽引是移動(dòng)采煤機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又分為鏈牽引和無(wú)鏈牽引。牽引傳動(dòng)箱的主要作用是給采煤機(jī)以動(dòng)力，并使其按要求沿工作面運(yùn)行，并對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。

2.1.3 電氣系統(tǒng)

包括電動(dòng)機(jī)及電控箱。電氣系統(tǒng)為采煤機(jī)提供動(dòng)力，控制采煤機(jī)啟停、行走、割煤等各種動(dòng)作，并對(duì)其進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。以采煤機(jī)啟動(dòng)和停機(jī)控制為例，其分為遙控、遠(yuǎn)方控制及按鈕板三種方式，遠(yuǎn)方控制回路是借用動(dòng)力電纜一根控制芯線，使采煤機(jī)上的控制回路與磁力啟動(dòng)器先導(dǎo)回路相連。在采煤機(jī)啟動(dòng)和停機(jī)的控制回路中有四個(gè)停機(jī)按紐，一個(gè)啟動(dòng)回路中串進(jìn)了三臺(tái)電機(jī)溫度保護(hù)的熱敏接點(diǎn)，無(wú)論哪臺(tái)電機(jī)溫升超限均可切斷電源，只有溫度恢復(fù)到允許值時(shí)，機(jī)器方可正常工作。

2.1.4 輔助（附屬）裝置

包括擋煤板、底托架、電纜拖拽裝置、供水噴霧冷卻裝置及調(diào)高、調(diào)斜等裝置。

2.2 采煤機(jī)的工作原理

采煤機(jī)最關(guān)鍵要實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)目的及工作的內(nèi)容是割煤以及裝煤。采煤機(jī)的割煤是通過(guò)滾筒上的螺旋截齒對(duì)煤壁進(jìn)行切割實(shí)現(xiàn)的。采煤機(jī)的裝煤是通過(guò)滾筒螺旋葉片的螺旋面進(jìn)行裝載的，利用螺旋葉片的軸向推力，將從煤壁上切割下的煤拋到刮板機(jī)溜槽內(nèi)運(yùn)走。

3 二千五百千瓦電牽引采煤機(jī)設(shè)計(jì)[1]

2009年9月，國(guó)家 “十一五”項(xiàng)目“千萬(wàn)噸級(jí)礦井高產(chǎn)高效工作面綜采成套設(shè)備與關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)”科研項(xiàng)目通過(guò)了專家組的評(píng)議驗(yàn)收。此項(xiàng)目中最關(guān)鍵核心的課題就是太重煤機(jī)有限公司設(shè)計(jì)的2500kw采煤機(jī)。在原有采煤機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，該采煤機(jī)不僅功率更大，也有諸多方面的技術(shù)創(chuàng)新。第一，交流變頻調(diào)速電控裝置設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)了國(guó)內(nèi)首套交流電控裝置，并在2500kw采煤機(jī)上成功應(yīng)用實(shí)施。第二，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)包含了多點(diǎn)傳遙器、工控機(jī)等縣級(jí)的檢測(cè)分析設(shè)備。結(jié)合工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、多點(diǎn)傳遙器對(duì)采煤機(jī)的溫度、過(guò)流、振動(dòng)、傾斜、潮濕、油溫和油壓進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、診斷處理。第三，創(chuàng)新型工藝設(shè)計(jì)。結(jié)合各種高精尖的數(shù)控、數(shù)顯加工檢測(cè)裝備，研發(fā)創(chuàng)新型機(jī)加工工藝，保證了產(chǎn)品零部件的技術(shù)精度和質(zhì)量。此項(xiàng)目改變了高端綜采成套設(shè)備被迫從美、德進(jìn)口的歷史，具有重大意義。

3.1 860千瓦智能化采煤機(jī)設(shè)計(jì)

2012年，太重煤機(jī)有限公司今年承擔(dān)了國(guó)家“十二五”“綜采成套裝備智能化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與示范應(yīng)用”項(xiàng)目中智能化采煤機(jī)的設(shè)計(jì)?？偣β?000KW。該項(xiàng)目由太重煤機(jī)、平陽(yáng)重工、山西煤機(jī)、汾西機(jī)電、科達(dá)自控、羅克佳華、西山煤電等多家公司共同承擔(dān)，并在我公司進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試及驗(yàn)收工作。3000kw采煤機(jī)的智能化設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在以下方面。自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)，即采煤機(jī)能依據(jù)工作面上的煤層和巖石分界情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)滾筒升降高度，達(dá)到最佳的割煤效果。智能控制系統(tǒng)，即實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)與遠(yuǎn)程控制。這種控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)新穎、技術(shù)先進(jìn)、使用安全可靠，而且大大減少了煤礦工人對(duì)設(shè)備的維護(hù)量，降低了工人在艱苦工作環(huán)境下的勞動(dòng)強(qiáng)度。記憶截割功能，即利用采煤機(jī)滾筒接觸到不同煤層時(shí)截割電動(dòng)機(jī)負(fù)載不同及滾筒調(diào)高油缸前后腔壓力具有變化這一新型煤巖識(shí)別，選擇程序控制采煤機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)下的各種動(dòng)作，以達(dá)到記憶截割，少人化操作的目的。此項(xiàng)目多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外空白，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益，標(biāo)志著我國(guó)向?qū)崿F(xiàn)“少人采煤工作面”邁出重要一步。

3.2 激光熔覆處理在我公司中的應(yīng)用

確保采煤機(jī)導(dǎo)向靴的壽命和使用性能，對(duì)于煤礦高效開(kāi)采具有重要意義。為此，我單位曾嘗試過(guò)諸如表面淬火、堆焊耐磨層、焊耐磨板以及激光熔覆處理等各種方案。

3.2.1 導(dǎo)向靴表面處理方案的技術(shù)背景

內(nèi)槽面表面淬火是我公司研發(fā)生產(chǎn)采煤機(jī)時(shí)最早選擇的處理方法。這種方法變形量小，尺寸比較容易控制。但使用效果欠佳，在惡劣的工作狀態(tài)下，導(dǎo)向靴破裂現(xiàn)象仍然會(huì)經(jīng)常發(fā)生。

選用高錳合金耐磨焊條堆焊耐磨層。在最終機(jī)械加工工序時(shí)在內(nèi)槽面為堆焊層留下空位。經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)試驗(yàn)及礦井下生產(chǎn)運(yùn)行檢驗(yàn)，此堆焊耐磨層的處理方案使用效果良好，也未收到來(lái)自于煤礦方的不利消息。但因?yàn)閷?dǎo)向靴內(nèi)槽面的結(jié)構(gòu)限制，對(duì)焊接操作工提出了非常高的技術(shù)要求，生產(chǎn)效率不高；內(nèi)槽面焊耐磨板，由于內(nèi)槽面的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，同樣對(duì)焊接操作工提出了更高的技術(shù)要求。經(jīng)客戶反映，經(jīng)常有導(dǎo)向靴因焊接效果不好，耐磨板在使用過(guò)程中易發(fā)生脫落。在這種情況下，我們嘗試了激光熔覆處理的方法。

3.2.2 激光熔覆處理技術(shù)試用分析[2]

為了解決這個(gè)長(zhǎng)久以來(lái)沒(méi)有克服的問(wèn)題，我廠于2012年年初試制了6件導(dǎo)向靴，并與太原理工大學(xué)及專業(yè)制造商進(jìn)行了交流，應(yīng)用了激光熔覆處理技術(shù)。

激光熔覆技術(shù)可以以填料的方式在被涂覆基體表面上放置耐磨的涂層材料，經(jīng)激光輻照使之和基體表面一薄層同時(shí)熔化，從而顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等。

熔覆后的尺寸要求熔入本體2-3mm，突出2mm，熔覆后各面的表面硬度為HRC46-52，各面在磨損4-5mm之內(nèi)硬度保持不變，沖擊韌性不低于75.4J/cm2，經(jīng)過(guò)本批次6件導(dǎo)向靴的試生產(chǎn)，熔覆處理過(guò)程中暴露了以下問(wèn)題。

（1）熔覆處理后表面平整度較低[3]。熔覆處理導(dǎo)向靴內(nèi)槽各面后，有樣板不能穿過(guò)內(nèi)槽面的現(xiàn)象，不能滿足圖樣要求。而在熔覆處理后零件尺寸不合適的情況下，因內(nèi)表面堆焊的是一層耐磨陶瓷粉末，對(duì)熔覆表面進(jìn)行后期修整加工相當(dāng)困難。無(wú)奈只能購(gòu)買昂貴刀具進(jìn)行銑削加工，效率低下，成本昂貴。（2）價(jià)格過(guò)高，不適合批量生產(chǎn)。六件導(dǎo)向靴的熔覆處理費(fèi)用為一萬(wàn)元左右。相比上述其他處理方案，費(fèi)用更高。（3）實(shí)際使用情況良好。在制造完成后，根據(jù)客戶反映，此批導(dǎo)向靴機(jī)械性能良好，斷裂現(xiàn)象相比較上述其他處理方案而言有了一定程度的緩解，導(dǎo)向靴更加耐用。（4）技術(shù)具有先進(jìn)性[4]。使用不同材料進(jìn)行增材制造以獲得不同的力學(xué)性能的階梯型的零件結(jié)構(gòu)，運(yùn)用增材制造可以獲得芯部高韌性，表層高硬度、高耐磨性的零件。這將是機(jī)械制造業(yè)的一場(chǎng)革新。相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，激光熔覆處理技術(shù)很快能真正應(yīng)用到重載裝備中。

4 結(jié)語(yǔ)

近期，太重煤機(jī)有限公司通過(guò)與高校建立聯(lián)系，積極運(yùn)用現(xiàn)代CAE、CAD、CAPP技術(shù)，不斷提升自身創(chuàng)新能力，實(shí)踐新工藝新方法，為公司在近期煤礦市場(chǎng)不景氣的情況下實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型打下了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，希望公司在《中國(guó)制造2025》的大背景下，能盡快走出低迷，醫(yī)好舊疾，早日實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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