唐光华

[摘 要]采煤机技术水平象征着一个国家煤炭产业的发达程度。中国是世界产煤大国，但是我国的采煤机装备水平相比发达国家尚有较大差距。本文主要介绍了采煤机的发展历史，以及滚筒式采煤机的基本组成结构，通过对MG300/700-WD型采煤机电机选型、总传动比分析以及齿轮设计等问题进行分析，为采煤机设计选型提供了一定的参考。

[关键词]采煤机，滚筒式，电机，传动比，齿轮

中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2016）11-01-01

中图分类号：TD63 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）11-0048-01

一、前言

探索采煤机技术是振兴煤炭行业的基础。中国作为世界产煤大国，对高性能采煤机有着巨大的需求。目前我国的煤炭装备制造企业的规模小而分散，制造工艺相对落后，尤其在采煤机技术研发方面相对薄弱，人才稀缺。由于煤矿产业的特殊性，其工艺装备要求具有良好的耐热性能、抗腐蚀性能、防爆功能、以及抗冲击载荷等特殊性能。MG300/700-WD型采煤机是一种适用于1.6-3.3m中煤层开采的工艺装备，它采用了变频技术、机载操作站等先进的技术，能够大大提高采煤效率，降低煤矿工作强度，提高产量。本文主要介绍国内外采煤机的发展历史，以及采煤机的发展趋势和方向，并对MG300/700-WD型采煤机的基本结构与技术装备进行分析，以帮助读者了解这种先进的采煤机工艺装备。

二、国内外采煤机的发展历史

20世纪70年代初期，国外煤矿机械方面开始采用电气调速技术，改进了采机械设备的牵引方式。这种技术改革促进了采煤机的发展进步，美国JOY公司相继研制成功1LS-6LS等型多电机横向布置电牵引采煤机工艺装备。1976 年，德国Eickhoff公司成功研制出直流电牵引采煤机，基本停止了液压牵引采煤机的研发。1984年英国long-Airdox公司成功研制了将截割电机布置在摇臂上的多电机横向布置形式的直流电牵引采煤机，并进一步加大功率，改进控制系统，开发出具有负荷控制、机器监控、采煤机自动定位、自动调高、区域控制、智能化安全联锁、随机故障诊断和数据传输等功能的高度集成化的采煤机。

我国采煤机的发展始于20世纪80年代，在吸取和借鉴国外先进技术的基础上不断创新，研发出适合自己地理条件的采煤机装备。同时，推广使用无连牵引技术，增加了采煤机工作的平稳性和安全性。到了90年代，随着电牵引技术的逐渐成熟和推广，我国开始研发多电机驱动横向布置总体结构的电牵引采煤机，大大提高了生产效率。随着科技进步，国内外采煤机发展向着高产高效矿井综合配套设备的主流趋势进行，逐渐倾向于大功率、大截深电牵引采煤机的开发应用，充分结合变频技术、远程监控、无线遥控等科学技术。

三、滚筒式采煤机的基本结构

目前，煤矿上常见的采煤机主要分为以下几种形式：滚筒式，钻削式和链式。其中，滚筒式采煤机是最常见的一种，这种采煤机的适用范围广、工作效率高、安全可靠性较好。在此，对滚筒式采煤机的基本结构进行介绍：滚筒式采煤机整体上由左右截割滚筒、左右行走减速箱、左右行走箱、电器控制箱、变频调速箱、中间框架、托缆装置以及喷雾冷却系统等组成。下面，我们对其截割部、牵引部、电控箱、调速箱及其他附属部件进行阐述。

3.1 截割部

采煤机截割部主要由箱体、原动机、输出轴、减速部分、除尘及冷却系统、润滑系统等组成，采煤机截割部减速器主要是由固定减速器和摇臂行星减速器两部分组成，截割部承担截煤和装煤任务，是采煤机的主要部件，其作用是实现割煤、落煤、装煤。

3.2 牵引部

采煤机牵引部主要由两台行走电机横向布置在左右行走箱内，以此实现双牵引，经过行星减速器减速后，带动左右行走箱体中的小齿轮轮回转，经一级直齿减速后，驱动行走轮和销轨啮合，使采煤机沿工作面刮板输送机正或是饭方向移动，其作用是实现整机运行。

3.3 电控箱

目前大部分采煤机的电控箱均采用独立隔爆箱体，其电气控制系统多采用可编程控制器（PLC）控制，同时具有瓦斯报警及显示装置，能够实时显示采煤机的工况参数，并根据数值限定实时报警。

3.4 调速箱

变频调速箱为独立隔爆箱体，一般由三个腔体组成，分别是变压器腔、变频器腔和接线腔。其目的在于根据需求调节转速。

3.5 其他装置

诸如支撑、调高、喷雾冷却系统等，都对采煤机的正常运行具有重要的作用，在此不一一介绍。

四、MG300/700-WD型采煤机设计实例分析

MG300/700-WD型机载交流电牵引采煤机的装机功率为700KW，单机截割功率2×300KW，牵引功率2×40KW，可在有瓦斯或煤层爆炸危险的矿井中使用。在此，笔者仅对MG300/700-WD型采煤机的电机选型、总传动比分析及齿轮设计进行论述。

4.1 电机选型分析

MG300/700-WD型采煤机的截割部功率为300×2KW，即每个截割部功率为300KW。根据电机可靠性要求，以及启动转矩大、过载能力强、效率高等特点，结合防爆和电火花等安全性能，MG300/700-WD型采煤机选择了YBC3─300三相鼠笼异步防爆电动机，其基本参数如下：额定功率300KW，额定电压1140V，额定电流176A，额定转速1472P/m，额定频率50HZ，绝缘等级H，接线方式Y，工作方式S1，质量1502KG，冷却方式为外壳水冷，输出轴EXT21Z×3m×30P。而牵引电动机根据功率40×2KW选择YBCS4─40B三相鼠笼异步防爆电动机，其基本参数为：额定功率40KW，额定电压380V，额定电流100A，额定转速1472P/m，额定频率50HZ，绝缘等级H，接线方式Y，工作方式S1，同样采用外壳水冷，输出轴 EXT17Z×2.5m×30P。该二种电机总体呈圆形， 其电动机输出轴带有渐开线花键，通过该花键电机将输出的动力传递给摇臂的齿轮减速机构。

4.2 总体传动方案分析

截割速度即滚筒上截齿的切线速度，它可由滚筒的转速和直径计算。为了减少滚筒截割产生的细煤和粉尘，增大块煤率，滚筒转速走向低速化。滚筒转速对滚筒截割和装载过程都会产生重要的影响，而截割速度则对粉尘生成和截齿使用寿命产生较大影响。在进行多级传动系统总体设计时，传动比分配是一个重要环节，传动比分配将会直接影响传动系统的外阔尺寸、重量、结构以及工作能力等。一般来说，多级传动系统传动比的确定原则如下：各级传动的传动比一般应在常用值范围内，不应超过所允许的最大值，以符合其传动形式的工作特点，使减速器获得最小外形；各级传动间应做到尺寸协调、结构匀称；各传动件彼此间不应发生干涉碰撞；所有传动零件应便于安装；各级传动的承载能力接近相等，即要达到等强度；使各级传动中的大齿轮进入油中的深度大致相等，从而使润滑比较方便。由于采煤机在工作过程中常有过载和冲击载荷，维修比较困难，空间限制又比较严格，故对行星齿轮减速装置提出了很高要求。因此，确定行星减速机构的传动比是设计的关键。

4.3 齿轮设计分析

齿轮正确啮合条件是啮合齿轮的模数、压力角分别相等，而连续传动条件是齿轮啮合的重合度大于1，这是齿轮设计的基本要求。齿轮材料的选择通常要综合考虑工作条件的要求，以及齿轮尺寸大小，自身受到重载和冲击载荷的情况等，一般齿轮材料都选用高强度钢表面硬化处理技术。MG300/700-WD型采煤机选用18Cr2Ni4Wa材质齿轮，表面渗碳淬火处理，有效硬化层深度为1.1～1.4mm，表面硬度为58～62HRc，齿芯硬度为38～42HRc，强度极限为σb =1200Mpa，屈服极限σs=1100Mpa。

五、结束语

滚筒式采煤机在结构性能参数、可靠性和易维修性上都有了很大的改进。归结起来，滚筒式采煤机有以下发展趋势：其一，增大功率和能力，以适应综采工作面高产、高效和在不同地质条件下快速截割煤岩的需要；其二，电牵引采煤机成为主导机型，目前电牵引采煤机已成为世界发达国家的主导机型；其三，增大牵引速度和牵引力，并改进无链牵引机构，这是为了适应综采高产高效的要求。其四，扩大采煤机的使用范围，不断开发难采煤层的机型，例如薄煤层、厚煤层、大倾角、短机身、窄机身等。其五，采用微电子技术，实现机电液一体化的采集、工况监测、故障诊断和自动控制。

参考文献

[1] 刘萍.采煤机滚筒截装过程的运动学分析.贵州工业大学学报，2004年06期.

[2] 赵继宝.采煤机切割时作用力的分析与探讨.平顶山工学院学报，2008年04期.

[3] 胡应曦，陈启梅.采煤机滚筒截齿配置及滚筒转速与牵引速度匹配关系的分析.贵州工业大学学报，2001年06期.