采煤機(jī)電纜自動(dòng)拖拽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

郭曉鵬

摘要：采煤機(jī)在采煤行業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，但我國(guó)的采煤機(jī)技術(shù)水平不高，穩(wěn)定性也比國(guó)外的采煤機(jī)更差。研究采煤機(jī)電纜自動(dòng)拖拽系統(tǒng)，能夠提高采煤機(jī)的自動(dòng)化水平，提高采煤生產(chǎn)效率。本文對(duì)電纜拖拽裝置的特性及結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行分析，并就采煤機(jī)電纜自動(dòng)拖拽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：采煤機(jī)；電纜自動(dòng)拖拽系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

在采煤機(jī)的使用過(guò)程中，如果由人工完成拉纜工作，很容易因?yàn)榭拷O(shè)備而出現(xiàn)安全事故。并且，電纜受到擠壓還可能出現(xiàn)漏電現(xiàn)象，拉纜人員可能因此而觸電。所以，將電纜自動(dòng)拖拽系統(tǒng)應(yīng)用到采煤機(jī)中，有利于保障采煤施工人員的安全性。

一、采煤機(jī)電纜自動(dòng)拖拽系統(tǒng)的特性及結(jié)構(gòu)原理

（一）電纜自動(dòng)拖拽系統(tǒng)的特性

電纜自動(dòng)拖拽系統(tǒng)是一種電纜專(zhuān)用設(shè)備，類(lèi)型為卷放式，主要應(yīng)用于連續(xù)采煤機(jī)中，其優(yōu)點(diǎn)十分明顯。第一，在該裝置中，采用的是人纜分離設(shè)計(jì)，將拉纜人員與電纜分離開(kāi)來(lái)，這樣能夠降低拉纜人員觸電的可能性。第二，在采煤機(jī)使用過(guò)程中，不再采用人工方式完成拖拽及吊掛等操作，能在很大程度上降低操作人員的工作強(qiáng)度。第三，在收放電纜時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)擠壓、碰撞等情況，可有效延長(zhǎng)電纜的使用壽命。第四，電纜在收放過(guò)程中可以連續(xù)進(jìn)行，這樣可減少外界對(duì)電纜的干擾，使生產(chǎn)時(shí)間得以延長(zhǎng)，從而增加采煤生產(chǎn)量。最后，電纜自動(dòng)拖拽系統(tǒng)的自動(dòng)化水平比較高，需要的操作人員更少，能為煤礦生產(chǎn)企業(yè)減少部分人力成本。

（二）電纜自動(dòng)拖拽系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理

采煤機(jī)自動(dòng)拖拽系統(tǒng)是由多個(gè)部分組成的，一是驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；二是電纜卷筒總成；三是防爆集流裝置；四是電纜排列機(jī)構(gòu)。此外，還包括液壓系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)件等部分。通常情況下，在連采機(jī)駕駛室會(huì)安裝液壓控制閥，這樣操作起來(lái)會(huì)比較方便。在連接連采液壓回路和馬達(dá)、連采液壓回路和控制閥時(shí)，采用的是高壓油管，這樣就可以形成一個(gè)電纜拖拽裝置液壓循環(huán)系統(tǒng)。在對(duì)馬達(dá)進(jìn)行控制時(shí)，只需要操作控制閥手柄即可，利用主傳動(dòng)鏈輪機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)作用，可使馬達(dá)旋轉(zhuǎn)起來(lái)，并帶動(dòng)排列機(jī)構(gòu)，使其進(jìn)行往復(fù)式運(yùn)動(dòng)。在導(dǎo)向托滾架，以及排列機(jī)的作用下，能使電纜在卷筒上有序地排列起來(lái)，這樣就能夠?qū)﹄娎|進(jìn)行自動(dòng)卷放。在整個(gè)電纜自動(dòng)拖拽系統(tǒng)中，最重要的主要有三部分，一是卷筒內(nèi)的集電器，二是排列機(jī)構(gòu)，三是液壓系統(tǒng)。

二、采煤機(jī)電纜自動(dòng)拖拽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)執(zhí)行模塊的設(shè)計(jì)

在采煤機(jī)電纜自動(dòng)拖拽系統(tǒng)中，拖拽裝置是最重要的部分，采煤機(jī)的拖拽效果主要取決于兩方面，一是拖拽裝置的結(jié)構(gòu)，二是拖拽裝置的工作方式。在采煤生產(chǎn)過(guò)程中，電纜會(huì)隨著采煤機(jī)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)此特性，可設(shè)計(jì)出電纜自動(dòng)拖拽裝置，在裝置中包括驅(qū)動(dòng)機(jī)頭、拖纜小車(chē)、電纜夾輪、連接采煤機(jī)、鏈條、連接電源和回轉(zhuǎn)機(jī)尾等模塊。該裝置的工作原理如下：驅(qū)動(dòng)機(jī)頭在整個(gè)裝置中起著關(guān)鍵作用，主要功能為動(dòng)力輸出，在拖拽過(guò)程中為整個(gè)采煤機(jī)提供動(dòng)力。驅(qū)動(dòng)機(jī)頭由兩部分組成，一部分為異步電機(jī)，一部分為減速器。異步電機(jī)的動(dòng)力會(huì)在減速器的作用下，傳遞到鏈條的輪軸上。而輪軸上的機(jī)械動(dòng)力，則會(huì)通過(guò)鏈條專(zhuān)遞給輪架，輪架的主要功能是拖拽電纜。在此過(guò)程中，能夠完成動(dòng)力的傳輸。對(duì)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，鏈條系統(tǒng)的中部是放置在電纜夾中的，電纜夾中裝有槽鋼，這樣能夠?qū)鹘y(tǒng)系統(tǒng)的松緊起到良好的控制作用，減少接觸摩擦引起的動(dòng)力損失，從而達(dá)到更好的拖拽效果。并且，可以將鏈條的從動(dòng)輪安裝在回轉(zhuǎn)機(jī)尾，其處于刮板機(jī)上，這樣能夠?qū)φ麄€(gè)采煤過(guò)程進(jìn)行有效控制。系統(tǒng)執(zhí)行模塊的這種設(shè)計(jì)，操作穩(wěn)定性比較強(qiáng)，能夠有效減少電纜拖拽過(guò)程中出現(xiàn)的摩擦磨損現(xiàn)象，可在比較復(fù)雜的采煤環(huán)境下運(yùn)用。

（二）系統(tǒng)控制模塊的設(shè)計(jì)

在對(duì)采煤機(jī)電纜自動(dòng)拖拽系統(tǒng)的控制模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，既要對(duì)硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，又要對(duì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣才能提高采煤工作的自動(dòng)化水平，達(dá)到更高的生產(chǎn)效率，保證整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的安全性。

第一，硬件模塊的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：首先，要設(shè)計(jì)兩個(gè)三相異步電機(jī)，一個(gè)為電纜拖動(dòng)裝置，一個(gè)為采煤機(jī)提供動(dòng)力。分離過(guò)程中所采用的動(dòng)力來(lái)源不同，但相互之間不會(huì)產(chǎn)生影響，能有效提高采煤機(jī)的工作效率。其次，對(duì)減速器進(jìn)行設(shè)計(jì)，其功能在于對(duì)電機(jī)和鏈條的轉(zhuǎn)速進(jìn)行協(xié)調(diào)，使之能夠良好地匹配，從而確保扭矩力能夠高效地傳遞。再次，需要設(shè)計(jì)兩個(gè)變頻器，其中一個(gè)負(fù)責(zé)拖動(dòng)裝置電機(jī)，一個(gè)負(fù)責(zé)拖動(dòng)采煤機(jī)的電機(jī)，以便對(duì)電機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行控制，保證兩者工作時(shí)的協(xié)調(diào)性。最后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制裝置及遠(yuǎn)程控制裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采煤機(jī)的工作狀態(tài)。

第二，軟件模塊的設(shè)計(jì)。在本方案中，采用的是恒扭轉(zhuǎn)控制程序，用到的軟件為T(mén)IA Portal Atep7 Professional V12軟件。設(shè)計(jì)過(guò)程中需要用到模塊化編程思想，利用梯形圖形進(jìn)行語(yǔ)言設(shè)計(jì)，從而編制出控制器程序、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控程序、遠(yuǎn)程監(jiān)控程序等。在采煤機(jī)上行工作過(guò)程中，受到變頻器的作用，拖拽裝置的電機(jī)能夠輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，以保證電纜能夠處于張緊狀態(tài)。而在采煤機(jī)下行工作過(guò)程中，拖動(dòng)電機(jī)時(shí)，能使轉(zhuǎn)矩方向發(fā)生改變，從而使電纜也處于張緊狀態(tài)。如此以來(lái)，就能保證電纜一直處于張緊狀態(tài)，不會(huì)因?yàn)槟Σ炼p。如果拖拽裝置在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異常情況，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，能對(duì)拖拽裝置故障起到良好的預(yù)防作用。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在實(shí)踐生產(chǎn)中，采煤機(jī)電纜自動(dòng)拖拽裝置具有許多優(yōu)點(diǎn)，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)電纜拖拽裝置的不足。在對(duì)電纜自動(dòng)拖拽裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要先設(shè)計(jì)好其系統(tǒng)執(zhí)行模塊。在對(duì)其控制模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要從硬件和軟件兩方面入手，保證裝置的可靠性，以及程序的有效性，以提高采煤生產(chǎn)效率。