煤礦綜采工作面采煤機(jī)線纜聯(lián)動智能化設(shè)計

趙飛虎

（同煤集團(tuán)同家梁礦，山西 大同 037025）

引言

在煤礦井下的綜采工作面采煤流程中，由于采煤機(jī)的拖拽使得電纜夾發(fā)生反復(fù)運(yùn)動。在采煤機(jī)發(fā)生反復(fù)多次短程往返的情況下，尤其是在斜切進(jìn)刀的時候，容易引發(fā)電纜夾產(chǎn)生再一次彎折的問題，更有甚者，可能會產(chǎn)生多次疊加彎折問題，將嚴(yán)重造成電纜夾產(chǎn)生一系列的故障問題，比如刮卡、拉脫、擠傷、斷裂、線纜出槽以及磨損等。本研究嘗試設(shè)計智能化的采煤機(jī)線纜聯(lián)動體系，為處理該問題提出新思路和新方向。

1 采煤機(jī)線纜智能聯(lián)動系統(tǒng)的工作原理

當(dāng)在采煤機(jī)線纜中裝上電纜夾之后，會聯(lián)接和固定在線纜聯(lián)動系統(tǒng)軌道中的一個特定位置。進(jìn)而，與采煤機(jī)相連接繞過拖纜架，使得該部分裝置的整體結(jié)構(gòu)宛若一個動滑輪。其原理表現(xiàn)為在采煤機(jī)運(yùn)行過程當(dāng)中，拖纜架也開始同步運(yùn)行，并且拖纜的速度與采煤機(jī)的速度關(guān)系為1∶2，兩者運(yùn)行的方向?qū)⒈３忠恢隆?/p>

2 采煤機(jī)線纜智能聯(lián)動系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)

由驅(qū)動部、驅(qū)動鏈、拖纜架鏈接電纜夾和采煤機(jī)，以及回轉(zhuǎn)部和行走軌道等六個部分組成采煤機(jī)線纜聯(lián)動系統(tǒng)，如圖1 所示。

1）驅(qū)動部部件。該部件是通過牽引拖纜架來進(jìn)行水平往復(fù)運(yùn)動的整個聯(lián)動系統(tǒng)的動力來源。保持拖動的速度和采煤機(jī)行走的速度能夠同步增減是線纜智能聯(lián)動系統(tǒng)技術(shù)的核心部分。如果拖動的速度和采煤機(jī)行走的速度無法進(jìn)行同步地增加或減少，容易引發(fā)電纜夾受力不均勻的故障。故變頻電動機(jī)的選擇有助于幫助其調(diào)節(jié)控制速度，確保兩者速度變化相匹配。

圖1 線纜聯(lián)動系統(tǒng)的機(jī)械部件

2）拖纜架部件。它是用于拖動采煤機(jī)線纜電纜夾的載體，是執(zhí)行拖拽動作的一部分。位于驅(qū)動鏈上的一些鏈環(huán)將由拖纜架從側(cè)面的角度固定，使得和驅(qū)動鏈連成一體化，外形類似于一個驅(qū)動鏈道，在運(yùn)行的同時可以自助清理一系列的雜物。

3）行走軌道部件。該部件由許多新型的電纜槽組合構(gòu)成，其中包括很多類型的電纜槽，如通用電纜槽、回轉(zhuǎn)電纜槽以及終端電纜槽等類型。排布線纜處在電纜槽下端的位置，其中還具備傳統(tǒng)電纜槽所具有的相應(yīng)作用。拖纜架行走軌道分布于電纜槽的上端，并且鋪設(shè)上下兩個鏈道?；剞D(zhuǎn)電纜槽的作用是對回轉(zhuǎn)部進(jìn)行固定。終端電纜槽中具有特定的固定點，用于電纜夾的設(shè)計，并且這些固定點的位置均是在拖纜架運(yùn)行的極限處。

4）回轉(zhuǎn)部部件，其主要構(gòu)成包括回轉(zhuǎn)鏈輪和油缸，并且具有兩大功能，分別是可自由伸縮調(diào)節(jié)和鎖緊。在其中的回轉(zhuǎn)鏈輪和油缸當(dāng)中，油缸固定在一端，另一端與回轉(zhuǎn)鏈輪聯(lián)接，然后處于特定的一種自由狀態(tài)。如果驅(qū)動鏈產(chǎn)生比較松弛或者比較緊繃的現(xiàn)象，油缸的水平伸縮功能有助于其進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得驅(qū)動鏈能夠保持一定的張緊平衡水平。

5）驅(qū)動鏈部件，它是動力輸出的重要載體媒介。其與拖纜架進(jìn)行聯(lián)接，并與驅(qū)動部、回轉(zhuǎn)部鏈輪環(huán)繞，從而整體形成封閉環(huán)。

2.2 電控結(jié)構(gòu)的組成

電控結(jié)構(gòu)是線纜聯(lián)動系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，其中主要包括有驅(qū)動變頻電機(jī)調(diào)速、行程和換向位置檢測、回轉(zhuǎn)輪張緊控制等多項組成部分。具體的線纜聯(lián)動系統(tǒng)的電控流程圖見圖2。

3 采煤機(jī)線纜智能聯(lián)動系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用

圖2 電控流程圖

3.1 線纜聯(lián)動系統(tǒng)的主要參數(shù)

拖動長度為35 m，拖動速度為0～15 m/min，工作面長度為70 m，驅(qū)動鏈規(guī)格為準(zhǔn)18×64-C mm，采煤機(jī)速度為0～27 m/min，驅(qū)動鏈輪齒的數(shù)量是5。

3.2 線纜聯(lián)動系統(tǒng)的計算以及校核

對線纜聯(lián)動系統(tǒng)拖動力的直觀分析請見圖3，其中，由于拖纜架、采煤機(jī)以及連續(xù)的電纜夾這三者處于同一平面內(nèi)，因此整體描繪為一個比較簡單直觀的動滑輪系統(tǒng)。

3.2.1 拖動力的函數(shù)關(guān)系式

圖3 線纜聯(lián)動系統(tǒng)拖的動力分析示意圖

式中：q 為單位長度的電纜夾組件質(zhì)量，取23.2 kg/m；μ 為電纜夾組件的摩擦因數(shù)，取0.4；FL為驅(qū)動鏈的摩擦力，取1 474.70 N；Fj為拖纜架的摩擦力，取588 N；Fc為采煤機(jī)拖動力，取90 N；l 為拖動長度，取35 m；Fd為電纜夾組件的摩擦力，取90 N。

當(dāng)x=0 時，拖動力Ft達(dá)到最大值：

代入數(shù)據(jù)計算得Ft=8 738.7 N。

3.2.2 線纜聯(lián)動系統(tǒng)電機(jī)功率

式中：vt為拖動速度，取0.25 m/s；η 為傳動效率，取0.86。將數(shù)值代入公式計算得Pt=2 540 W。

3.2.3 驅(qū)動鏈安全系數(shù)

式中：FB為破斷負(fù)荷，取410 000 N。將數(shù)值代入公式得18.06。

計算結(jié)果與使用的要求相吻合。

4 現(xiàn)場應(yīng)用性能的測試

在同煤集團(tuán)的某礦采掘機(jī)械裝備實驗室進(jìn)行了采煤機(jī)線纜的智能聯(lián)動系統(tǒng)的安裝并且完成測試。

通過充分比較驅(qū)動部額定電流（6.5 A）和其輸入的電流數(shù)據(jù)，結(jié)果詳情內(nèi)容請見表1。根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示，采煤機(jī)線纜智能聯(lián)動系統(tǒng)能夠充分滿足使用的標(biāo)準(zhǔn)以及使用的各項要求。

表1 線纜聯(lián)動系統(tǒng)相應(yīng)的電流參數(shù)對比

5 結(jié)論

通過計算驗證了本研究智能聯(lián)動系統(tǒng)的可靠性，并且通過分析在現(xiàn)場進(jìn)行性能測試得到的數(shù)據(jù)，可以確定采煤機(jī)線纜智能聯(lián)動系統(tǒng)具有高度的可行性和良好的應(yīng)用效果。以期研究結(jié)論為未來有關(guān)綜采工作面采煤機(jī)線纜智能化研究提供一定的理論和實踐指導(dǎo)。