基于液壓沖擊截齒的采煤機(jī)滾筒改裝設(shè)計(jì)*

張海東，郭京波，周慶祥，張潮

(石家莊鐵道大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，河北 石家莊 050043)

0 引言

滾筒式采煤機(jī)是現(xiàn)代化煤炭開(kāi)采不可或缺的關(guān)鍵裝備，其截割部的滾筒主要用于完成截煤和裝煤任務(wù)，它的性能對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性及生產(chǎn)效率等具有重要意義[1-2]。目前我國(guó)采用的采煤機(jī)截割效率較低，而高性能采煤機(jī)多從國(guó)外引進(jìn)，成本高昂，不利于我國(guó)煤礦行業(yè)發(fā)展[3-4]。因此，努力提高我國(guó)采煤機(jī)的截割性能十分必要。

顆粒飼料成品的水分含量南方控制在不高于12.5%，北方不高于14%。在此條件下，應(yīng)通過(guò)技術(shù)手段使顆粒飼料的水分活度維持在0.7以下。

1 改裝方案思路

以MG300/700-WD型采煤機(jī)為例，應(yīng)用液壓沖擊技術(shù)改裝采煤機(jī)滾筒，對(duì)提高采煤機(jī)截割效率、節(jié)約電能具有一定指導(dǎo)意義。

MG300/700-WD型采煤機(jī)裝機(jī)功率為700 kW，截割功率為2×300 kW，牽引功率為2×40 kW。經(jīng)研究分析，決定應(yīng)用液壓沖擊截齒技術(shù)成果改裝采煤機(jī)滾筒，包括沖擊截齒和回轉(zhuǎn)接頭的設(shè)計(jì)。沖擊截齒在滾筒旋轉(zhuǎn)截割的同時(shí)對(duì)煤巖體進(jìn)行沖擊預(yù)裂，降低煤巖體對(duì)截齒和葉片的擠壓以及摩擦阻力，從而達(dá)到提高截割效率、節(jié)約電能、均勻煤的塊度、減少末煤和粉塵的目的。

綣繾幾日，終臨一別。王樹(shù)林回家了。疲倦中帶著欣喜，空乏里藏著收獲，欣喜的是從此他開(kāi)始了一段隱秘的情史，無(wú)所謂光彩與否，傳說(shuō)中的大全世界正在崩塌毀滅；收獲的是從此他將走出床笫間的自卑，無(wú)關(guān)乎孰熱孰冷，這個(gè)世界已然重生！

液壓沖擊截齒安裝在截齒座上，焊接于滾筒葉片，在葉片上加工與其他截齒法線(xiàn)方向相同的等尺寸矩形槽。缸體材料采用20CrMo，經(jīng)過(guò)滲碳處理，達(dá)到耐磨與防開(kāi)裂的雙重效果?；钊睆胶外F桿相同，保證精確傳遞沖擊力，提高工作效率。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 液壓沖擊截齒

式中：P1為液壓系統(tǒng)工作壓力，取P1=15 MPa。

1-液壓驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；2-沖擊截點(diǎn)

在確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型時(shí)，要決定其結(jié)構(gòu)形式和訓(xùn)練算法。接著用一組訓(xùn)練用數(shù)據(jù)組中未曾出現(xiàn)過(guò)的數(shù)據(jù)去測(cè)試。訓(xùn)練過(guò)的網(wǎng)絡(luò)是否有普遍性，往往取決于所選擇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的合適性與對(duì)評(píng)估損壞所需有關(guān)信息是否豐富。

在滾筒葉片上焊接6個(gè)液壓沖擊截齒，各截齒位于不同斷面，在滾筒整周回轉(zhuǎn)，沖擊截齒依次與被切削物接觸。各沖擊截齒獨(dú)立工作，安裝方便，可靠性強(qiáng)，運(yùn)動(dòng)速度快，工作效率高，沖擊能量大，必要時(shí)可破碎巖石、裂隙等特殊地質(zhì)。滾筒設(shè)計(jì)效果如圖2所示。

圖2 滾筒設(shè)計(jì)效果圖

2.2 回轉(zhuǎn)接頭

回轉(zhuǎn)接頭用于向采煤機(jī)噴水以及為沖擊截齒提供高壓油，它由回轉(zhuǎn)體、回轉(zhuǎn)外殼、密封件及軸承組成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示?；剞D(zhuǎn)體上加工用于輸送介質(zhì)的孔(2個(gè)油孔，1個(gè)水孔)，相對(duì)應(yīng)于孔的末端，在回轉(zhuǎn)體表面加工溝槽，便于徑向孔介質(zhì)的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水、油共3路液體的輸送。行星減速器中的旋轉(zhuǎn)軸采用空心軸，3條管路通過(guò)空心軸與回轉(zhuǎn)體上的接頭連接在一起。

1、4-軸承；2-組合密封；3-回轉(zhuǎn)外殼；5-旋轉(zhuǎn)軸

3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 液壓系統(tǒng)功能要求

液壓系統(tǒng)具體功能要求如表1所示。

表1 液壓系統(tǒng)功能要求

3.2 液壓系統(tǒng)工作原理

式中:Q1為單個(gè)沖擊截齒所需流量，L/min；n為沖擊截齒數(shù)量，個(gè)。

1-油箱;2-電動(dòng)機(jī);3-補(bǔ)油泵;4-管路過(guò)濾器;5-進(jìn)油安全閥組;6-冷卻泵;7-安全閥;8-沖擊截齒;9-流量傳感器;10-單向閥;11-壓力傳感器;12-板式換熱器;13-過(guò)濾器;14-冷卻泵

圖4中，啟動(dòng)補(bǔ)油泵，給閉式系統(tǒng)補(bǔ)充液壓油。液壓油通過(guò)管路過(guò)濾器、板式換熱器、單向閥進(jìn)入系統(tǒng)回路，補(bǔ)油泵的供油壓力由進(jìn)油安全閥組控制。2個(gè)壓力傳感器分別測(cè)定液壓系統(tǒng)高壓端及低壓端壓力。啟動(dòng)柱塞泵，閉式液壓系統(tǒng)運(yùn)行，液壓油進(jìn)入帶有負(fù)載的沖擊截齒的油腔中，驅(qū)動(dòng)其工作。液壓油經(jīng)沖擊截齒的回油口流出，通過(guò)流量傳感器測(cè)量其流量，然后由柱塞泵重新吸入，輸出到?jīng)_擊截齒的油腔中，使閉式液壓系統(tǒng)循環(huán)工作。安全閥限制沖擊截齒的最高工作壓力。進(jìn)油安全閥組限制閉式系統(tǒng)低壓端的最高壓力，若高于設(shè)定值，則進(jìn)油安全閥組打開(kāi)，將補(bǔ)油泵中的液壓油泄回油箱，同時(shí)防止板式換熱器因受高壓而損壞。沖擊截齒敲擊煤巖體過(guò)程中，利用傳感器測(cè)定流量，經(jīng)PLC處理，將電流值輸入到變頻器的模擬輸入端，進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)泵的輸出流量，控制沖擊截齒的敲擊頻率。

3.3 液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算

式中：K為系統(tǒng)泄漏系數(shù)，取K=1.1。

林政資源管理主要是以我國(guó)相關(guān)法律法規(guī)為框架，依法對(duì)林業(yè)資源進(jìn)行保護(hù)，達(dá)到保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高林業(yè)資源覆蓋率的目的。特別是在當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的新形勢(shì)下，人們?cè)谧⒅靥岣咦陨砩钏教嵘耐瑫r(shí)，也對(duì)生態(tài)環(huán)境建設(shè)給予高度關(guān)注。因此，林業(yè)局要充分發(fā)揮自身的管理作用，將林政資源管理工作落實(shí)到實(shí)處，通過(guò)林政資源管理方案的實(shí)施為生態(tài)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展做出努力。對(duì)此，本文以面向生態(tài)建設(shè)的林政資源管理研究為題，對(duì)其相關(guān)內(nèi)容作出簡(jiǎn)要分析與著重探討。

表2 沖擊截齒工作參數(shù)

1) 工作壓力。釬桿敲擊頻率與輸入流量相關(guān)，流量由變頻器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制。結(jié)合工況環(huán)境及可行性，確定沖擊截齒的驅(qū)動(dòng)流量為20 L/min，考慮液壓系統(tǒng)壓力損失及穩(wěn)定性，要求沖擊截齒的驅(qū)動(dòng)油壓高于規(guī)定油壓的20%，故液壓系統(tǒng)工作壓力取15 MPa。

式中：ηm為泵的機(jī)械效率，取ηm=0.95。

2) 沖擊截齒最大流量。6個(gè)沖擊截齒同時(shí)工作所需最大流量

Qmax=Q1×n=20×6=120 L/min

(1)

采用閉式液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及負(fù)載敏感技術(shù)[5-6]，液壓系統(tǒng)原理如圖4所示。該液壓系統(tǒng)由液壓泵站、閥組、管路及6個(gè)沖擊截齒液壓缸等組成。沖擊截齒均勻分布在采煤機(jī)滾筒上，通過(guò)高壓油驅(qū)動(dòng)截齒循環(huán)敲擊煤層，使煤層表面產(chǎn)生裂紋，提高采煤效率。

3) 柱塞泵的輸出流量

Qp≥K(∑Qmax)=1.1×120=132 L/min

(2)

根據(jù)煤巖體特性及安裝尺寸要求，系統(tǒng)沖擊截齒的工作參數(shù)如表2所示。

4) 柱塞泵的排量

青島市屬于寒冷地區(qū)，冬季供暖室外計(jì)算溫度為-5.0 ℃[14]，供暖時(shí)間11月15日至次年4月5日，共計(jì)142 d.以青島市一個(gè)典型小區(qū)建筑為例，采用DeST模擬軟件進(jìn)行建筑動(dòng)態(tài)能耗模擬.小區(qū)建筑面積約10 萬(wàn)m2，室內(nèi)溫度設(shè)定為18 ℃，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)信息見(jiàn)表1.采暖季建筑逐時(shí)負(fù)荷模擬結(jié)果如圖3所示.

(3)

式中：nE為4級(jí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，取nE=1 500 r/min；ηv為容積效率，取ηv=0.95。

5) 柱塞泵的額定功率

(4)

沖擊截齒采用液壓驅(qū)動(dòng)，其隨滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)不斷做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成截割煤巖體的任務(wù)，它具有直徑小、高性能等特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

6) 柱塞泵電動(dòng)機(jī)的額定功率

(5)

基于上式進(jìn)行計(jì)算后，可得到待辨識(shí)系數(shù)a和灰色輸入?yún)?shù)b的具體數(shù)值，將其代入式(8)后得到p步前項(xiàng)的預(yù)測(cè)值。對(duì)x′(1)(n+p)進(jìn)行累減生成，再進(jìn)行對(duì)數(shù)映射，即可求得豎井掘進(jìn)機(jī)p個(gè)進(jìn)程后的偏移預(yù)測(cè)值。

7) 補(bǔ)油泵。取補(bǔ)油泵排量為主泵排量的25%，則補(bǔ)油泵的排量

qb=0.25qp=0.25×92.63=23.16 mL/r

實(shí)驗(yàn)組患者的并發(fā)癥發(fā)生率為10.00%，常規(guī)組患者的并發(fā)癥發(fā)生率為32.50%，兩組數(shù)據(jù)比較，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見(jiàn)（表1）。

(6)

補(bǔ)油泵的輸出流量

(3) 在設(shè)計(jì)荷載作用下，加固梁的裂縫寬度、撓度以及鋼筋應(yīng)力分別下降了50%、 23%和21%。相對(duì)于抑制撓度和鋼筋應(yīng)變而言，預(yù)應(yīng)力鋼絲繩加固對(duì)裂縫寬度的控制最為明顯。

Qb=nEqbηvb=1 500×23.16×10-3×0.9=31.27 L/min

(7)

式中：ηvb為補(bǔ)油泵的容積效率，取ηvb=0.9。

補(bǔ)油壓力Pb取2.5 MPa，補(bǔ)油泵的額定功率

在電力行業(yè)科學(xué)技術(shù)水平提高的促進(jìn)下，我國(guó)的智能電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控技術(shù)水平有了顯著的提高。當(dāng)前的電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)各管理環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)視和控制。以此為基礎(chǔ)，調(diào)度員能夠便捷清楚的掌握目前電網(wǎng)運(yùn)行狀況以及需要，從整體出發(fā)做出準(zhǔn)確合理的調(diào)度操作。

(8)

補(bǔ)油泵電機(jī)的額定功率

(9)

4 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖5所示為電氣系統(tǒng)主電路圖。主電路為電動(dòng)機(jī)、PLC及直流電源供電。QS1為主電路總空氣開(kāi)關(guān)，控制主電路電流通斷，同時(shí)避免電路過(guò)載、欠壓。QS2、QS3、QS4、QS5及QS6分別為主泵電動(dòng)機(jī)、補(bǔ)油泵電動(dòng)機(jī)、冷卻泵電動(dòng)機(jī)、PLC及直流電源的供電支路空氣開(kāi)關(guān)，防止某支路短路造成總空開(kāi)跳閘，導(dǎo)致整個(gè)供電系統(tǒng)癱瘓。KM1、KM2、KM3為主泵電動(dòng)機(jī)的接觸器，主泵電動(dòng)機(jī)采用星三角方式啟動(dòng)。KM4、KM5分別為補(bǔ)油泵和冷卻泵電動(dòng)機(jī)的接觸器。FR1、FR2、FR3分別為3個(gè)電動(dòng)機(jī)的熱保護(hù)器。

電氣系統(tǒng)采用三菱FX3U-32MR-ES型PLC，該P(yáng)LC可實(shí)現(xiàn)較高精度的控制，且擴(kuò)展模塊無(wú)需額外供電，可由基本單元直接供電。采用三菱8AD模塊和2DA模塊驅(qū)動(dòng)液壓泵工作，實(shí)現(xiàn)壓力、流量采集信號(hào)傳輸及變頻器控制[7]。

圖5 電氣系統(tǒng)主電路圖

圖6為PLC電路圖。啟動(dòng)設(shè)備后，3個(gè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)液壓泵站工作，流量傳感器信號(hào)經(jīng)8AD模塊CH2通道轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，與在觸摸屏上輸入的原定參數(shù)對(duì)比，經(jīng)PLC程序處理，所得值經(jīng)DA模塊轉(zhuǎn)換為4～20 mA電流信號(hào)，反饋給變頻器，進(jìn)而控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)沖擊截齒的頻率控制。

圖6 PLC電路圖

5 結(jié)論

對(duì)MG300/700-WD型采煤機(jī)滾筒進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了新型小尺寸液壓沖擊截齒和高性能回轉(zhuǎn)接頭，基于閉式液壓系統(tǒng)及負(fù)載敏感技術(shù)，采用電液控制方式驅(qū)動(dòng)沖擊截齒。

基于系統(tǒng)補(bǔ)油、高壓保護(hù)及頻率調(diào)節(jié)等功能要求，設(shè)計(jì)了沖擊截齒液壓系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了主電路系統(tǒng)，給出PLC選型及應(yīng)用原理。改裝后的采煤機(jī)在節(jié)約電能等方面有較大改善，可靠性良好，具有一定實(shí)踐指導(dǎo)意義。