采煤机拖缆装置的改进设计(1).pdf

引言 目前，我国煤炭开采已经逐步进入综采时代， 各种综采设备采煤机、 掘进机、 输送机等大型机电 设备的可靠性直接决定综采工作面的采煤效率。矿 用电缆是煤矿综采设备供电系统必不可少的部件， 电缆的质量及工作面对电缆的保护措施是否到位 决定电能的传输是否稳定、 安全。采煤机托缆装置 主要用于对其电控系统和喷雾降尘系统的保护， 以 确保电缆及水管在采煤机牵引时不会出现折弯、 挤 压的问题[1]。 就目前而言， 采煤机的托缆装置仍然存 在保护失效、 电缆夹板偏移等问题， 从而制约了煤矿 的安全、 高效生产。故， 为保证煤矿机械化、 自动化、 高效率的生产， 需对采煤机托缆装置进行改进。 1托缆装置现状的分析 实际生产过程中， 根据地质、 水文条件以及煤层 特点选用最佳的采煤机方式。 经统计可知， 我国主要 采用长臂式采煤法， 主要包括有炮采、 普通机械化采 煤以及综采工作面的回采[2]。本文所研究的托缆装 置主要应用于 MG250/600-QWD 采煤机，该采煤机 可用于倾角 045煤层的开采。 该采煤机的关键 参数如表 1 所示。 总得来讲，由于我国材料行业相对落后导致采 煤机电缆的发展受限。 目前， 应用于综采工作面采煤 机的电缆类型为 A 型和 B 型。在实际采煤过程中， 电缆的线芯容易断裂。导致工作面电缆线芯断裂的 主要原因包括有 采煤机结构不合理所导致； 由于电 缆内导体、 内外绝缘层所采用材料的性能不如国外， 导致其伸长性能及抗拉强度无法满足实际生产的需 求；采煤机托缆装置的设计强度不够以及采煤机本 身的加工工艺相对落后等。 为确保采煤机托缆装置和高压水管不被挤压、 折断， 采用托缆装置对其线缆、 高压水管进行保护。 将线缆、 高压水管置于电缆夹板中， 将电缆夹板放置 于刮板输送机的电缆槽中[3]。目前， 托缆装置主要与 刮板输送机配合使用，使得采煤机沿煤壁前进时托 缆装置拉着电缆夹板前进。托缆装置的结构如图 1 所示。 如图 1 所示， 托缆装置主要由 6 个部件组成。 其 中， 电缆夹板作为托缆装置的关键零件， 其强度、 抗 折弯强度以及寿命直接决定着采煤机供电系统电缆 的安全。 托缆装置安装于采煤机牵引机构的箱体上， 导致其在实际生产中受到拉力、 折弯等外力。 托缆装置虽然能够在保护采煤机电缆及高压供 水管方面起到较好的效果，但是其在实际应用中常 存在如下问题 采煤机拖缆装置的改进设计 乔钻钻 （大同煤矿集团华盛万杰煤业有限公司， 山西运城043300） 摘要 针对采煤机电缆、 高压水管被折弯、 损坏的问题， 在对采煤机电缆类型及拖缆装置组成分析的基础上， 详细总结了拖缆装置当前应用中所存在的问题， 并着重对拖缆装置转动臂和伸缩臂的关键部位进行优化设计， 为提升采煤机拖缆装置的安全性和可靠性奠定基础。 关键词 采煤机拖缆装置转动臂伸缩臂优化 中图分类号 TD421.6文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 05-0028-03 收稿日期 2020-01-12 作者简介 乔钻钻 （1992） ， 男， 本科， 助理工程师， 调度室副主 任， 研究方向为安全工程。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.05.012 总第 205 期 2020 年第5 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 205 No.5， 2020 参数 截割功率 /kW 牵引功率 /kW 最大牵引速 度 / （m s-1） 最大牵引力 /kN 指标2504013.12535 表 1MG250/600-QWD 采煤机关键参数 1定位销； 2托缆架； 3回转套； 4转轴； 5托缆链； 6电缆夹板 图 1托缆装置结构组成示意图 1234 5 6 设计理论与方法 2020 年第 5 期 1） 采煤机在前进过程中， 托缆装置存在被卡住 的风险，从而导致其局部受力增大使得托缆装置被 夹断， 最终导致采煤机的电缆和高压水管损坏。 2） 采煤机在截割过程中， 容易出现托缆装置层 叠的问题，若处理不及时会导致电缆及水管被挤压 出托缆装置， 导致线缆和水管受到摩擦继而损坏。 此 外， 人工拽直托缆装置的层叠问题危险性较高。 3） 电缆夹板与托缆装置的通用性不高， 使得电 缆夹板与采煤机的连接方式不同。导致更换、 拆卸、 装零件时的效率较低[4]。 综上所述，为了满足当前综采工作面高效、 快 速、 自动化的生产要求， 急需对采煤机托缆装置进行 改进设计， 使其能够更好地与刮板输送机配合， 提升 其在恶劣、 复杂工作面的适应能力。 2托缆装置的改进设计 经分析可知， 在大倾角采煤工作面， 采煤机托缆 装置所承受的局部应力较大，存在电缆夹板被夹断 的风险， 且电缆弯头存在被折弯的风险。 本章节将针 对上述问题对托缆装置的结构进行改进设计。 伸缩臂作为采煤机托缆装置的关键部件， 其主 要功能为控制托缆装置沿着采煤机牵引方向的运 动[5]。 为了确保托缆装置拖拽电缆、 水管时具有高灵 敏度、 调节方便， 特对伸缩臂做出如图 2 所示的改 进设计。 如图 2 所示， 伸缩臂主要由拖缆架、 导轨、 轨道、 液压伸缩缸以及牵引部箱体五部分组成。为了满足 托缆装置高灵敏度、 调节便捷的要求， 将伸缩臂的导 轨改进为 T 型钢的结构形式，在提升其抗拉强度的 同时降低了托缆装置的制造成本；将导轨与拖缆架 采用焊接的方式固定， 为进一步提升其连接强度， 在 导轨与拖缆架之间增设加强筋；为液压伸缩缸配置 伸缩传感器对液压缸的实时工作状态进行监测， 提 升伸缩臂的灵敏度和控制精度；为了避免液压伸缩 缸受到剪切力，将液压缸通过单耳环安装的方式固 定于牵引部的箱体上，同时将活塞杆与导轨采用铰 接方式连接。 基于 ANSYS 软件对改进后的伸缩臂进行仿真 分析可知，在极限工况下伸缩臂的最大应力出现 在导轨与采煤机牵引部相连接的接触面上，且最 大应力为 73 MPa，小于对应材料的许用应力。此 外， 导轨与拖缆架焊接接触位置的应力为第二大， 由于此处增设加强筋的原因，导致拖缆架的变形 仅为 0.2 mm。 总之，改进后伸缩臂满足极限工况下的生产要 求， 可在实际生产中推广应用。 通过对转动臂高度的调整实现拖缆装置的拖缆 高度。转动臂的结构如图 3 所示。 如图 3 所示， 转动臂主要由拖缆架、 液压回转驱 动器、 拖缆轮以及摇臂四部分组成。 转动臂的改进主 要体现在将其摆动角范围控制在 1575之间， 在对拖缆高度调节的同时，通过拖缆轮将电缆或高 压水管最易被折弯的部分拖起， 从而增大了电缆或 者高压水管的折弯半径， 避免了电缆、 高压水管被 折弯。 经仿真分析，在极限工况下转动臂的最大应力 集中在回转轴与摇杆相交接的位置，且最大应力为 42 MPa， 小于所选材料的需用应力； 且摇臂的最大变 形位于销孔处， 变形量为 0.3 mm。 总之，改进后转动臂满足极限工况下的生产要 求， 可在实际生产中推广应用。 3结语 采煤机作为综采工作面割煤设备，其工作效 率和安全性直接决定综采工作面的产煤效率和安 全性。在实际生产中， 采煤机托缆装置尽管能够实 现对其电缆及高压水管的保护，但是仍然存在电 缆、 水管被折断、 损坏的情况。为此， 需对采煤机拖 缆装置的关键部件伸缩臂和转动臂进行改进设 计，通过增强其关键部位强度和增加托缆轮的高 度解决电缆、 高压水管被折弯、 损坏的问题。经仿 真分析，改进后的伸缩臂和转动臂可在实际生产 中推广应用。 1拖缆架； 2导轨； 3轨道； 4液压伸缩缸； 5牵引部箱体 图 2伸缩臂的改进设计 1拖缆架； 2液压回转驱动器； 3拖缆轮； 4摇臂 图 3转动臂结构的改进设计 12345 1 23 4 乔钻钻 采煤机拖缆装置的改进设计 29 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 参考文献 [1]杨华.采煤机拖缆装置结构优化设计及仿真分析[J].机械管理 开发， 2019， 34 （8） 20-21； 28. [2]鲜永红， 蒲海峰， 王伟， 等.急倾斜煤层采煤机管缆保护装置研 究设计[J].电子世界， 2019 （18） 196-197. [3]宋小俊.掘进机跟机电缆自移装置分析及应用[J].机械管理开 发， 2019， 34 （2） 67-68. [4]徐英锋， 孔令军， 刘持森.一种自动拖缆装置的机械设计研究 [J].南方农机， 2018， 49 （24） 20-21. [5]田晓伟.新型采煤机拖缆装置结构分析[J].机械管理开发， 2018， 33 （11） 36-37. （编辑 贾娟） Improvement of Shearers Cable Towing Device Qiao Zuanzuan （Huasheng Wanjie Coal Industry Co., Ltd. of Datong Coal Mine Group, Yuncheng Shanxi 043300） Abstract In view of the problem of bending and damage of shearer cable and high-pressure water pipe, based on the analysis of the type of shearer cable and the composition of towing cable device, the problems existing in the current application of towing cable device are summarized in detail, and the key parts of rotating arm and telescopic arm of towing cable device are optimized, which lays a solid foundation for improving the safety and reliability of towing cable device of shearer. Key words shearer;cable device; rotating arm; telescopic arm; optimization Design and Application of Crawler Self-moving Scraper Conveyor Li Haifeng1, Zhao Tianbo2 （1.Shanxi Shide Sunjiagou Coal Mine Co., Ltd., Xinzhou Shanxi 034000,2. Coal Science and Technology Research Institute Co., Ltd., Beijing 100000） Abstract In view of the problem of low efficiency of double roadway driving and transportation system in high gas mine, on the basis of investigating the tunneling technology of double roadway driving face, crawler self-moving scraper conveyor is designed, its design structure is analyzed, the operation flow of equipment is introduced, and its use and maintenance are explained. The application practice in the double roadway heading face proves that the equipment can improve the transportation efficiency of the transportation system, realize the continuous transportation of coal, and effectively support the fast tunneling of the roadway through the combined use of the roadheader and belt conveyor. Key words double roadway driving face; fast driving; track self-moving; lap combination （上接第 27 页） Design of Automatic Tensioning Device for Mine Long Distance Tape Conveyor Zhang Yingfei （Jinxing Energy Co., Ltd., Xiegou Coal Mine, Lyuliang Shanxi 033600） Abstract Aiming at the problem of insufficient flexibility and stability of belt conveyor tensioning device, the working principle of belt conveyor tensioning device is analyzed, and a set of hydraulic tensioning device for long distance belt conveyor is designed based on proportional electro-hydraulic control technology. The main hardware composition, working principle and software workflow of the system are designed and introduced. The practice shows that the system can realize the automatic tension adjustment during the operation of the belt conveyor, prevent the belt traction insufficient and the phenomenon of running deviation, and effectively improve the reliability of the belt conveyor. Key words coal mine; belt conveyor; tensioning device; automatic control （上接第 20 页） 30