國(guó)內(nèi)外電牽引采煤機(jī)對(duì)比研究及展望

王振乾，章立強(qiáng)，周常飛

(1.中國(guó)煤炭科工集團(tuán)上海有限公司，上海 200030；2.天地科技股份有限公司上海分公司，上海 200030)

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)產(chǎn)無(wú)鏈電牽引采煤機(jī)逐步取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。截止2020年初，國(guó)產(chǎn)功率最大采煤機(jī)整機(jī)裝機(jī)功率已達(dá)3450kW，一次采全高最大采高可達(dá)9m；智能化及自動(dòng)化采煤方面已可以實(shí)現(xiàn)工作面無(wú)人值守短時(shí)段采煤[1，2]。但由于穩(wěn)定性、可靠性及壽命周期等方面因素的考慮，部分大型煤炭生產(chǎn)企業(yè)還是大量采購(gòu)了進(jìn)口采煤機(jī)，特別是全球兩大采煤機(jī)生產(chǎn)巨頭德國(guó)“艾克夫(Eichkoff)公司”(以下簡(jiǎn)稱EKF)和美國(guó)原“久益環(huán)球(JOY Global)公司”(以下簡(jiǎn)稱JOY)的產(chǎn)品；如國(guó)家能源集團(tuán)神東公司、淮南礦業(yè)集團(tuán)、晉城無(wú)煙煤集團(tuán)等都擁有不少數(shù)量的進(jìn)口煤機(jī)。由于各國(guó)設(shè)計(jì)理念、金屬材料性能、制造業(yè)發(fā)展程度等方面的差異，同等規(guī)格參數(shù)的進(jìn)口采煤機(jī)和國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)具有一定的差異。經(jīng)過(guò)調(diào)研，本文從整機(jī)核心技術(shù)參數(shù)確定、整機(jī)結(jié)構(gòu)布置、關(guān)鍵零部件材料選擇及綜合機(jī)械性能、液壓系統(tǒng)原理及核心部件等幾個(gè)方面對(duì)國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口采煤機(jī)的主要差異進(jìn)行了分析研究。在對(duì)比分析研究的基礎(chǔ)上提出了國(guó)產(chǎn)電牽引采煤機(jī)需要提高的幾個(gè)方面及展望。

1 整機(jī)核心技術(shù)參數(shù)

對(duì)于特定開(kāi)采工藝、煤層賦存、工作面傾角和仰俯采角度等的井工開(kāi)采工作面，三機(jī)選型配套時(shí)首先可確定滾筒的直徑。根據(jù)BAKHTAVAR E.[3]等人的觀點(diǎn)，滾筒的直徑可根據(jù)以下公式選擇。

式中，D為滾筒直徑；Hmax為煤層最大可采厚度；Ha為煤層平均可采厚度。

滾筒直徑確定后，可根據(jù)煤質(zhì)特性和產(chǎn)量要求設(shè)計(jì)滾筒螺旋葉片頭數(shù)、截割寬度和截齒布置形式等，然后確定滾筒的截割轉(zhuǎn)速，再根據(jù)滾筒轉(zhuǎn)速和牽引速度的匹配關(guān)系[4]進(jìn)行截割功率和牽引速度及牽引力的核定，最后確定采煤機(jī)的總功率[5]。

根據(jù)現(xiàn)有機(jī)組比較，同等檔次裝機(jī)功率、采高和機(jī)面高度的國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)和進(jìn)口采煤機(jī)的滾筒核心參數(shù)(直徑、截深、葉片頭數(shù)和轉(zhuǎn)速)和截割功率等技術(shù)參數(shù)相差無(wú)幾。唯一的主要區(qū)別是，進(jìn)口采煤機(jī)牽引電機(jī)的工頻較高(特別是JOY公司牽引電機(jī)額定頻率90Hz)，牽引電機(jī)工頻輸出時(shí)牽引速度較高，導(dǎo)致相同功率條件下其牽引力相對(duì)較小。同時(shí)，由于井工開(kāi)采系統(tǒng)后續(xù)設(shè)備的連續(xù)性、煤質(zhì)硬度等原因，大部分進(jìn)口采煤機(jī)牽引電機(jī)恒扭矩工作時(shí)的牽引速度達(dá)不到其設(shè)計(jì)參數(shù)，導(dǎo)致其牽引電機(jī)的功率相對(duì)偏小。國(guó)產(chǎn)MG系列、德國(guó)SL系列、美國(guó)7LS系列目前最大裝機(jī)功率采煤機(jī)的主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 各國(guó)同檔次大功率采煤機(jī)核心技術(shù)參數(shù)

2 關(guān)鍵零部件材料及性能

電牽引采煤機(jī)關(guān)鍵零部件選用的材料及最終熱處理性能對(duì)整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性影響很大。采煤機(jī)自制類關(guān)鍵零部件主要包括殼體、齒輪(外齒和內(nèi)齒圈)、行星架、軸及行走輪和導(dǎo)向滑靴等易損件。由于各國(guó)材料標(biāo)準(zhǔn)的不同，EFK公司SL系列、JOY公司7LS系列和國(guó)產(chǎn)MG系列電牽引采煤機(jī)關(guān)鍵零部件材料選用有一定差別，性能也有一定差異。各國(guó)對(duì)機(jī)械部分關(guān)鍵零部件的熱處理工藝占其性能的一大部分，熱處理工藝是每個(gè)企業(yè)的核心技術(shù)，只能從其最終綜合機(jī)械性能去推敲。部分關(guān)鍵零部件綜合機(jī)械性能見(jiàn)表2。行走輪和導(dǎo)向滑靴等易損件綜合機(jī)械性能見(jiàn)表3[6-8]。

由表2可知，殼體類零件，JOY公司7LS系列采煤機(jī)的材料機(jī)械性能和硬度最高，國(guó)產(chǎn)MG系列采煤機(jī)的材料機(jī)械性能和硬度次之，EKF公司SL系列采煤機(jī)的材料機(jī)械性能和硬度較低；外齒輪、行星架及軸類，JOY公司7LS系列、EKF公司SL系列及國(guó)產(chǎn)MG系列采煤機(jī)基本相同；內(nèi)齒圈類，JOY公司7LS系列和EKF公司SL系列采煤機(jī)的性能明顯高于國(guó)產(chǎn)MG系列采煤機(jī)一個(gè)等級(jí)，究其原因?yàn)椋篔OY公司7LS系列和EKF公司SL系列采煤機(jī)的內(nèi)齒圈均采用了齒面深層感應(yīng)淬火[9]，而國(guó)產(chǎn)MG系列采煤機(jī)內(nèi)齒圈一般采用齒面氮化處理。

由表3可知，行走輪性能對(duì)比，JOY公司7LS系列、EKF公司SL系列及國(guó)產(chǎn)MG系列采煤機(jī)行走輪齒面硬度相同，但EKF公司SL系列采煤機(jī)的材料機(jī)械性能更高。導(dǎo)向滑靴性能對(duì)比，JOY公司7LS系列采煤機(jī)的材料機(jī)械性能和硬度最高，EKF公司SL系列和國(guó)產(chǎn)MG系列采煤機(jī)的材料機(jī)械性能和硬度基本相同，但明顯低一等級(jí)；同時(shí)，JOY公司7LS系列采煤機(jī)導(dǎo)向滑靴導(dǎo)向口耐磨面一般采用深層感應(yīng)淬火方式提高耐磨層硬度，淬硬層厚度可達(dá)50mm，最終耐磨面粗糙度高；EKF公司SL系列和國(guó)產(chǎn)MG系列采煤機(jī)導(dǎo)向滑靴導(dǎo)向口耐磨面一般為堆焊耐磨層[10]方式，雖然硬度可以很高但堆焊層厚度一般不高于10mm且耐磨面粗糙度偏低。扭矩軸性能對(duì)比，EKF公司SL系列和國(guó)產(chǎn)MG系列采煤機(jī)的材料機(jī)械性能和硬度基本相同，高于JOY公司7LS系列采煤機(jī)一個(gè)等級(jí)。

材料的性能與熱處理工藝有很大的關(guān)系。以上表2和表3所列采煤機(jī)關(guān)鍵零部件及易損件材料的機(jī)械性能及硬度為某種特定熱處理工藝下的數(shù)值。

表2 關(guān)鍵零部件材料及性能參數(shù)表

表3 關(guān)鍵易損件材料及性能參數(shù)表

3 結(jié)構(gòu)布置及連接

3.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

整體而言，目前無(wú)鏈電牽引雙滾筒采煤機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)布置形式基本一致：由機(jī)身三段和左右截割傳動(dòng)部組成，如圖1所示。其中機(jī)身三段部分由左右牽引行走部和中間控制箱構(gòu)成，這一主結(jié)構(gòu)各國(guó)采煤機(jī)均相同。但左右牽引行走部和中間控制箱的連接略有差異：JOY公司7LS系列采煤機(jī)的左右牽引部和中間電控箱的連接采用內(nèi)嵌銷定位和四周密集短螺栓緊固加焊接強(qiáng)化的方式(如圖2所示)，而EKF公司的SL系列和國(guó)產(chǎn)MG系列采煤機(jī)的左右牽引部和中間電控箱的連接采用內(nèi)嵌銷定位和上下左右各四根長(zhǎng)螺桿組件的主連接和局部短螺栓強(qiáng)化副連接的方式，如圖3所示。

圖1 采煤機(jī)整機(jī)布置圖

圖2 7ls系列采煤機(jī)機(jī)身連接結(jié)構(gòu)

圖3 MG系列和SL系列采煤機(jī)機(jī)身連接結(jié)構(gòu)

按螺釘?shù)念A(yù)緊力等計(jì)算，圖2和圖3兩種緊固連接方式的強(qiáng)度基本相同，但裝配的方便性有較大的區(qū)別。圖2采用內(nèi)嵌銷定位和四周高密度短螺栓緊固加焊接強(qiáng)化方式的機(jī)身連接只適用于大型礦井；圖3采用內(nèi)嵌銷定位和上下左右各四根長(zhǎng)螺桿組件的主連接加局部短螺栓強(qiáng)化副連接方式的機(jī)身對(duì)于井下安裝和拆卸非常方便；另外，當(dāng)需要大修或更換大部件時(shí)，圖2焊接強(qiáng)化方式機(jī)身的焊縫將被割開(kāi)，組裝時(shí)又需要焊接，這樣會(huì)降低連接部位的機(jī)械性能。

3.2 搖臂結(jié)構(gòu)

JOY公司7LS系列、EKF公司SL系列采煤機(jī)截割傳動(dòng)部的搖臂全部為直搖臂；國(guó)產(chǎn)MG系列采煤機(jī)截割傳動(dòng)部的搖臂有不少整體彎搖臂。從裝煤效果考慮，對(duì)于較大采高的采煤機(jī)，直搖臂和彎搖臂下方的裝煤口面積相差無(wú)幾[11]；但從制造成本考慮，直搖臂可通用于左右截割傳動(dòng)部，只需配套不同的左、右過(guò)渡架即可組成左、右截割傳動(dòng)部。當(dāng)前采煤機(jī)行業(yè)內(nèi)搖臂殼體基本全部是鑄造件[12]，直搖臂的設(shè)計(jì)只需一套木模；而彎搖臂的搖臂殼體需要兩套木模，對(duì)于不是大批量生產(chǎn)的搖臂，多做一套木模的成本較高。從用戶角度出發(fā)，直搖臂結(jié)構(gòu)的采煤機(jī)用戶僅需購(gòu)置一套搖臂即可，而彎搖臂結(jié)構(gòu)的采煤機(jī)用戶則需要購(gòu)置左右搖臂。另外，由于各國(guó)對(duì)薄煤層劃分的標(biāo)準(zhǔn)不同，歐洲及美國(guó)將1.7m以下的煤層定義為薄煤層[13]，中國(guó)將1.3m以下的煤層定義為薄煤層。當(dāng)設(shè)計(jì)開(kāi)采1.3m以下薄煤層采煤機(jī)時(shí)，為了增大搖臂下方的裝煤口[14]，整體彎搖臂結(jié)構(gòu)更具優(yōu)勢(shì)；而對(duì)開(kāi)采1.7m以下煤層的采煤機(jī)，直搖臂下方的裝煤空間已滿足。這也是JOY公司7LS系列采煤機(jī)、EKF公司SL系列采煤機(jī)截割傳動(dòng)部無(wú)整體彎搖臂的原因之一。

這也符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際效果：彎搖臂在采高較小工作面仍然具有其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，直搖臂在大采高工作面則更常用，各有利弊。

3.3 牽引部末級(jí)行星機(jī)構(gòu)及與行走箱剛性連接

JOY公司7LS系列采煤機(jī)牽引部和行走箱采用四只圓柱銷定位、長(zhǎng)螺釘把合連接結(jié)構(gòu)，牽引部末級(jí)行星機(jī)構(gòu)為開(kāi)放式浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖4 7LS系列采煤機(jī)牽引部末級(jí)行星機(jī)構(gòu)及和行走箱定位

煤機(jī)牽引部和行走箱采用行走箱殼體本身凸出大圓銷和行走輪軸兩處聯(lián)合定位、長(zhǎng)螺釘把合連接結(jié)構(gòu)，牽引部末級(jí)行星機(jī)構(gòu)為封閉式非浮動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖5所示。EKF公司SL系列采煤機(jī)牽引部和行走箱除了采用行走箱殼體本身凸出大圓銷定位外，另外增加了一個(gè)直角托架將牽引部下方和行走箱殼體下方用幾只圓柱銷再定位，最后用長(zhǎng)螺釘把合連接，牽引部末級(jí)行星機(jī)構(gòu)也為封閉式非浮動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖6所示。

圖5 MG系列采煤機(jī)牽引部末級(jí)行星機(jī)構(gòu)及和行走箱定位

圖6 SL系列采煤機(jī)牽引部末級(jí)行星機(jī)構(gòu)及和行走箱定位

行星機(jī)構(gòu)由于制造、安裝等因素影響，理想的均載受力情況較難達(dá)到。為了補(bǔ)償加工差異等而引起不均勻受載的影響，采用部分零件浮動(dòng)的方式[15，16]。21世紀(jì)的機(jī)加工技術(shù)已能保證行星輪的各項(xiàng)齒形參數(shù)的均載性，所以圖4的JOY公司7SL系列牽引部末級(jí)傳動(dòng)的浮動(dòng)行星機(jī)構(gòu)從補(bǔ)償加工不均勻性，已無(wú)太大的必要，唯一的優(yōu)點(diǎn)是可以將牽引部的齒輪油直接引入行走箱的兩組驅(qū)動(dòng)輪軸承內(nèi)對(duì)其稀油潤(rùn)滑。同時(shí)此結(jié)構(gòu)行星機(jī)構(gòu)的行星架浮動(dòng)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)上不能對(duì)外封閉：整個(gè)牽引部齒輪箱對(duì)外開(kāi)放；一旦井下采煤機(jī)由于行走箱有故障需要更換時(shí)則必須首先放完?duì)恳魁X輪箱中的齒輪油，且齒輪油容易污染更換環(huán)境。另外，這種末級(jí)開(kāi)放式浮動(dòng)行星機(jī)構(gòu)的牽引部在備件運(yùn)輸過(guò)程中相當(dāng)不方便，或者要設(shè)計(jì)工裝封住此行星機(jī)構(gòu)，或者要將此行星機(jī)構(gòu)從牽引部拆解下來(lái)運(yùn)輸；還有，圖4的開(kāi)放式行星機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)，運(yùn)輸過(guò)程中容易造成齒輪傳動(dòng)腔進(jìn)入污物污染腔體，且運(yùn)輸過(guò)程中也需要放空其齒輪油。從加工方面看，圖4的JOY采煤機(jī)行走箱和牽引部四只定位銷定位、長(zhǎng)螺釘把合緊固結(jié)構(gòu)，由于四只定位銷需要同時(shí)受載，所以要求兩箱體各銷孔具有很高的位置度才能保證，對(duì)加工精度的要求很高；最后一點(diǎn)，井下垂直更換圖4這種結(jié)構(gòu)的行走箱時(shí)，四只銷子同時(shí)對(duì)中安裝也存在較大的困難。

SL系列采煤機(jī)用一塊空間兩面垂直的大托架(如圖6)將牽引部和行走箱巧妙的連接起來(lái)：①此大托架的設(shè)計(jì)正好占用了牽引部下方采空區(qū)側(cè)的角落空間，不會(huì)影響過(guò)煤高度；刮板機(jī)中部槽上的煤流自然堆積成正三角形狀；②此大托架增強(qiáng)了行走箱和牽引部連接的剛度，并可隨著行走箱增高而改變；③此大托架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使一種牽引部殼體可以適應(yīng)多種高度的行走箱，減少了牽引部殼體種類；④此大托架連接牽引部和行走箱的結(jié)構(gòu)，使同系列采煤機(jī)可以通過(guò)增加行走箱高度及增加搖臂長(zhǎng)度將最大采高增大約1m左右；這對(duì)某些特殊煤層的選型配套具有重要的意義。但圖6中的大托架有至少兩組相互垂直的定位銷孔，其形位公差的加工精度要求很高。如形位公差的精度達(dá)不到圖紙要求，將引起裝配困難、受力急劇惡化及早期失效等一系列后果。

3.4 牽引部高速傳動(dòng)區(qū)

7LS系列和SL系列采煤機(jī)的牽引部高速傳動(dòng)區(qū)均沒(méi)有分體設(shè)計(jì)，而MG系列采煤機(jī)的牽引部高速傳動(dòng)區(qū)多采用分體設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。兩種結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)精度相同，但對(duì)加工工藝的影響較大。采用分體設(shè)計(jì)時(shí)，牽引部殼體寬度較小，在機(jī)床上可以從一側(cè)進(jìn)刀加工全部的傳動(dòng)系軸孔；而不分體設(shè)計(jì)時(shí)，牽引部殼體寬度較大，一般需要從殼體的煤壁側(cè)和老塘側(cè)兩次調(diào)頭進(jìn)刀加工。要保證傳動(dòng)系軸孔的形位公差則對(duì)加工設(shè)備的精度和工藝有更高的要求。

4 機(jī)械過(guò)載保護(hù)

7LS系列、SL系列及MG系列采煤機(jī)的截割傳動(dòng)部齒輪傳動(dòng)系的機(jī)械過(guò)載保護(hù)都由搖臂截割電機(jī)和一軸齒輪之間傳遞扭矩的扭矩軸剪切槽實(shí)現(xiàn)，如圖7所示；關(guān)于扭矩軸研究方面的資料[17，18]近年來(lái)很多，扭矩軸結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)也日趨完美。但近年來(lái)隨著截割功率加大，搖臂末級(jí)傳動(dòng)行星機(jī)構(gòu)的輸出扭矩劇增，導(dǎo)致?lián)u臂末級(jí)及倒數(shù)第二級(jí)行星機(jī)構(gòu)齒輪損壞不少。由于截割電機(jī)處扭矩軸離搖臂行星頭較遠(yuǎn)，大功率搖臂行星頭處受到的尖峰沖擊載荷不能及時(shí)傳遞到扭矩軸剪切槽，所以細(xì)長(zhǎng)扭矩軸及其剪切槽不能及時(shí)吸收沖擊載荷及瞬時(shí)破斷來(lái)保護(hù)齒輪傳動(dòng)系[19，20]。對(duì)于這種情況，SL系列大功率采煤機(jī)采取搖臂行星頭兩級(jí)行星機(jī)構(gòu)內(nèi)齒圈和搖臂殼體采用柔性連接吸收沖擊載荷的結(jié)構(gòu)來(lái)保護(hù)輸出端行星齒輪傳動(dòng)系；具體結(jié)構(gòu)為兩級(jí)行星機(jī)構(gòu)內(nèi)齒圈和搖臂殼體及連接套由一圈8到12只均布齒形銷而不是用實(shí)心銷進(jìn)行周向定位，如圖8所示。當(dāng)行星機(jī)構(gòu)所受尖峰沖擊載荷傳遞到行星機(jī)構(gòu)內(nèi)齒圈時(shí)，連接內(nèi)齒圈和搖臂殼體及連接套的兩圈均布齒形銷將依靠微變形吸收這些沖擊載荷并承受內(nèi)齒圈的扭矩。如果是實(shí)心銷，則不具備這樣的功能。

圖7 扭矩軸

圖8 SL系列采煤機(jī)搖臂行星機(jī)構(gòu)內(nèi)齒圈齒形銷

SL系列采煤機(jī)及MG系列采煤機(jī)的牽引部齒輪傳動(dòng)系的過(guò)載保護(hù)是由牽引電機(jī)和一軸齒輪之間傳遞扭矩的扭矩軸剪切槽實(shí)現(xiàn)的，其結(jié)構(gòu)和功能同截割傳動(dòng)部的扭矩軸，如圖7所示。7LS系列采煤機(jī)牽引部齒輪傳動(dòng)系采用雙重保護(hù)：其牽引電機(jī)轉(zhuǎn)子輸出端首先安裝有摩擦離合器，摩擦離合器和牽引一軸齒輪之間由扭矩軸連接，如圖9所示。摩擦離合器的裝配和本身結(jié)構(gòu)如圖10所示。當(dāng)傳遞扭矩超過(guò)摩擦離合器的設(shè)計(jì)扭矩時(shí)，內(nèi)外摩擦片之間將打滑，從而保護(hù)牽引系統(tǒng)齒輪傳動(dòng)系。對(duì)于來(lái)不及傳到摩擦離合器的牽引部尖峰沖擊載荷，依然由扭矩軸吸收保護(hù)。

圖9 7LS系列采煤機(jī)牽引系統(tǒng)扭矩軸及離合器

圖10 7LS系列采煤機(jī)牽引電機(jī)離合器

另外，SL系列采煤機(jī)的行走箱驅(qū)動(dòng)輪軸老塘側(cè)和驅(qū)動(dòng)輪之間設(shè)計(jì)了一圈剪切銷來(lái)保護(hù)行走箱中低速傳動(dòng)齒輪系，如圖11所示。當(dāng)行走箱中齒輪受太大載荷時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪軸和驅(qū)動(dòng)輪連接端蓋上的成組剪切銷將被剪斷從而保護(hù)行走箱。但此結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是當(dāng)左右行走箱的這些剪切銷全部斷裂后，采煤機(jī)行走箱齒輪系將和牽引部?jī)?nèi)部齒輪完全失去連接，安裝在牽引部齒輪傳動(dòng)系高速區(qū)的制動(dòng)器將失去制動(dòng)采煤機(jī)的功能。如遇到大傾角工作面，采煤機(jī)存在下滑的可能性。

圖11 SL系列采煤機(jī)行走箱驅(qū)動(dòng)輪和驅(qū)動(dòng)輪軸剪切銷

5 液壓系統(tǒng)

現(xiàn)代無(wú)鏈電牽引雙滾筒采煤機(jī)的液壓系統(tǒng)執(zhí)行器只有搖臂調(diào)高油缸、破碎機(jī)調(diào)高油缸、頂護(hù)板調(diào)高油缸等雙作用單級(jí)油缸，液壓系統(tǒng)[21]相對(duì)簡(jiǎn)單。特別是國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)的液壓系統(tǒng)，更是簡(jiǎn)潔，其故障點(diǎn)少，維護(hù)性好。進(jìn)口SL系列和7LS系列采煤機(jī)的液壓系統(tǒng)和國(guó)產(chǎn)MG系列采煤機(jī)基本原理和框架構(gòu)建一致，主要是多重保護(hù)、高精度過(guò)濾和均載及負(fù)載敏感等方面的區(qū)別。

圖12 SL系列采煤機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖

SL系列采煤機(jī)經(jīng)典液壓系統(tǒng)由油箱、吸油過(guò)濾器、透氣閥、調(diào)高電機(jī)和齒輪泵、高壓溢流閥、壓力過(guò)濾器、壓差開(kāi)關(guān)、壓力表、雙移動(dòng)控制塊、調(diào)高油缸、雙向液力鎖和低壓溢流閥等組成，液壓系統(tǒng)原理如圖12所示。由圖12可知，齒輪泵首先從油箱經(jīng)過(guò)濾器吸油，壓力油又經(jīng)壓力過(guò)濾器再次過(guò)濾后到達(dá)雙移動(dòng)控制閥塊P口，到達(dá)P口的液壓油分為三路：一路到達(dá)三位六通主閥的進(jìn)液口，一路首先節(jié)流后再經(jīng)低壓減壓閥到達(dá)先導(dǎo)閥的P口，一路經(jīng)系統(tǒng)循環(huán)油減壓閥后，在系統(tǒng)不調(diào)高的情況下，直接回到油箱；同時(shí)使整個(gè)系統(tǒng)保持1.5MPa的背壓。當(dāng)按下?lián)u臂“升起”按鈕調(diào)高時(shí)，電磁閥在電磁鐵作用下向右移動(dòng)，控制油路中的壓力油由P口到達(dá)B口并最終作用在手液動(dòng)主閥的右端，手液動(dòng)主閥向左移動(dòng)，使主閥左端的控制油經(jīng)電磁先導(dǎo)閥A口至T口并流回油箱。同時(shí)，接通主閥的PC口、TD口，主油路中的壓力油經(jīng)PC進(jìn)入循環(huán)油路，經(jīng)小孔節(jié)流后作用到工作壓力安全閥和循環(huán)油壓力安全閥上，使循環(huán)油壓力安全閥關(guān)閉，壓力油經(jīng)P1到達(dá)H1，從H1到達(dá)K處，K處壓力油又分為兩路，單向閥C1被打開(kāi)，壓力油進(jìn)入調(diào)高油缸大腔，活塞桿伸出，搖臂升起；同時(shí)下落止動(dòng)閘閥門(mén)通過(guò)控制管M被打開(kāi)，然后壓力油經(jīng)節(jié)流閥E到達(dá)F處，經(jīng)主閥的DT口流回油箱。搖臂在調(diào)高過(guò)程中如果系統(tǒng)工作壓力超過(guò)27MPa時(shí)，工作壓力安全閥動(dòng)作卸載，循環(huán)油路的壓力下降，循環(huán)油壓力安全閥動(dòng)作，主油路卸載，系統(tǒng)壓力下降到工作壓力后工作壓力安全閥關(guān)閉，循環(huán)油壓力安全閥關(guān)閉，系統(tǒng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。如果工作壓力安全閥失效或卸載不能滿足需要使系統(tǒng)壓力繼續(xù)上升達(dá)到28MPa時(shí)，系統(tǒng)壓力安全閥動(dòng)作使系統(tǒng)卸載。系統(tǒng)控制油路減壓閥的調(diào)定壓力為3.5MPa，當(dāng)控制油路中的工作壓力超過(guò)4.5MPa時(shí)，控制油路壓力安全閥動(dòng)作使控制系統(tǒng)卸載。系統(tǒng)調(diào)高工作完成后，循環(huán)油路中的壓力油經(jīng)循環(huán)回液過(guò)濾器和兩個(gè)小節(jié)流口緩慢回油，循環(huán)壓力安全閥開(kāi)啟，使整個(gè)系統(tǒng)保持1.5MPa循環(huán)壓力。如果調(diào)高油缸遇到外力的作用，而且外力超過(guò)了液壓缸的允許值，壓力安全閥通過(guò)控制管路M打開(kāi)閥門(mén)E，使液壓油通過(guò)節(jié)流閥E到達(dá)F并流回油池。由于版面限制7LS系列采煤機(jī)液壓原理不再贅述。

國(guó)產(chǎn)MG系列采煤機(jī)的液壓系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)潔一些，系統(tǒng)原理如圖13所示。系統(tǒng)主要由油箱、高壓安全閥、減壓閥、過(guò)濾器、壓力表、電磁閥及主控閥塊組成。除系統(tǒng)高壓安全閥及控制系統(tǒng)供油的減壓閥外，其余大部分為功能閥。系統(tǒng)原理一目了然，故障點(diǎn)少。

圖13 MG系列采煤機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖

綜合分析JOY公司7LS系列、EKF公司SL系列和國(guó)產(chǎn)MG系列采煤機(jī)的液壓系統(tǒng)可知，JOY公司7LS系列采煤機(jī)和EKF公司SL系列采煤機(jī)液壓系統(tǒng)均在其主控閥的進(jìn)油通道處引出了與負(fù)載相連的保護(hù)回路，當(dāng)負(fù)載壓力高于工作壓力安全閥設(shè)定值時(shí)，工作壓力安全閥溢流卸載從而保護(hù)主控閥到執(zhí)行器部分的液壓回路及整個(gè)液壓系統(tǒng)；EKF公司SL系列采煤機(jī)液壓系統(tǒng)中負(fù)載敏感保護(hù)回路的定差減壓閥與JOY公司7LS系列采煤機(jī)液壓系統(tǒng)的旁通比例閥有異曲同工之妙，但7LS系列采煤機(jī)液壓系統(tǒng)[22]的旁通比例閥對(duì)負(fù)載波動(dòng)更能動(dòng)態(tài)反應(yīng)，也更敏感。相比較而言，國(guó)產(chǎn)MG系列大部分采煤機(jī)的液壓系統(tǒng)缺乏負(fù)載敏感保護(hù)功能和回路；但有部分國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)制造廠家在20世紀(jì)20年代開(kāi)始將帶負(fù)載敏感保護(hù)回路的液壓系統(tǒng)慢慢引入其產(chǎn)品中。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，7LS系列采煤機(jī)帶負(fù)載敏感功能的液壓系統(tǒng)主控閥組為數(shù)組已系列化并聯(lián)片閥，形狀小巧玲瓏，互換性高，如液壓系統(tǒng)需要增加執(zhí)行器，只需增加一塊片閥即可，相當(dāng)方便；但片閥殼體內(nèi)油道精密、復(fù)雜，且其中長(zhǎng)滑閥對(duì)應(yīng)深孔道及各片閥之間的梭閥密封球窩的加工要求都很高。EKF公司SL系列和國(guó)產(chǎn)MG系列采煤機(jī)液壓系統(tǒng)中主控閥組閥片較笨重，加工要求較低，且如要增加執(zhí)行器時(shí)整個(gè)閥組改動(dòng)大，相應(yīng)的互換性較差。

另外，從液壓系統(tǒng)圖12、圖13可以明顯看出，JOY公司7LS系列和EKF公司SL系列采煤機(jī)液壓系統(tǒng)的各種保護(hù)和過(guò)濾功能更加齊全和細(xì)致。

6 結(jié) 論

本文從采煤機(jī)整機(jī)核心技術(shù)參數(shù)出發(fā)，分別從關(guān)鍵零部件材料及性能、結(jié)構(gòu)布置及大部件連接方式(如搖臂、牽引行走部和行走箱)、機(jī)械過(guò)載保護(hù)和液壓系統(tǒng)等幾個(gè)方面對(duì)國(guó)產(chǎn)MG系列采煤機(jī)、美國(guó)JOY公司7LS系列采煤機(jī)和德國(guó)EKF公司SL系列采煤機(jī)做了詳細(xì)的比較分析研究。分析認(rèn)為，國(guó)產(chǎn)MG系列采煤機(jī)無(wú)論整機(jī)核心技術(shù)參數(shù)，還是結(jié)構(gòu)布置及材料性能等各方面已幾乎可以和進(jìn)口采煤機(jī)相媲美，甚至有些方面國(guó)產(chǎn)MG系列采煤機(jī)的設(shè)計(jì)理念及結(jié)構(gòu)優(yōu)于進(jìn)口采煤機(jī)，這也是我國(guó)煤礦機(jī)械近30多年來(lái)高速發(fā)展的成果。

采煤機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)是自動(dòng)化及智能化的載體，只有機(jī)械系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定的工作才能為今后自動(dòng)化及智能化發(fā)展提供平臺(tái)。在可靠性和穩(wěn)定性方面，進(jìn)口采煤機(jī)依然有許多方面值得借鑒和學(xué)習(xí)。由于環(huán)境保護(hù)及能源分配等方面原因，歐洲大部分煤礦已關(guān)閉。我國(guó)依然是煤炭產(chǎn)銷大國(guó)和采煤機(jī)使用大國(guó)，應(yīng)該抓住發(fā)展機(jī)遇，不斷優(yōu)化發(fā)展國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)，為我國(guó)煤礦設(shè)備智能化發(fā)展貢獻(xiàn)力量。