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重载大功率采煤机牵引系统的研究与探讨

2024-05-30 47 上传者：管理员

摘要：重载大功率采煤机作为高效矿业开采设备的重要组成部分，对牵引系统有着高可靠性、高效性的严格要求。通过对牵引部壳体材料、齿轮材料以及其他方面的研究来提升机械强度，从而实现牵引系统的高可靠性；通过提高牵引功率，使得牵引力更大、速度更高，从而实现高效快速牵引。

关键词：
牵引系统
采煤机
重载大功率
高可靠性
高效性
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我国是目前世界第一产煤大国，煤炭产量占世界35%以上，同时也是世界煤炭消费量最大的国家。现今高产高效的矿业开采方式作为全球煤矿开发生产一致认同并推广实施的先进、合理的开采模式，标志着一个国家煤炭工业的发展程度。我国高产高效矿业开采方式始于20世纪80年代，煤炭工业取得迅猛发展，其中重载大功率采煤机作为高产高效矿业开采的主要设备之一起到至关重要的作用。

1、重载大功率采煤机

相较于一般采煤机而言，重载大功率采煤机整机质量超过100 t，总功率（包括截割功率、牵引功率、调高泵功率及破碎机功率）超过2 000 k W，机面高度达1.5 m以上，最大采高超过5 m。当采煤机采高在0～3 m、总功率超过1 500 k W、机面高度在1 m左右时，也被称为重载大功率采煤机。

2、重载大功率采煤机对牵引系统的要求

(1）高可靠性由于采煤机常常在复杂、恶劣的矿井环境中工作，而且煤岩各自特性不同，常引起采煤机牵引部传动系统受到不同强度的冲击载荷，使牵引部相关各部件产生扭转振动，进而引起某些关键零件因受冲击而损坏。尤其对于重载大功率采煤机更要对牵引系统高标准地要求，以免影响工作面的正常开采。因此本文通过提升牵引系统的机械强度，以达到重载大功率采煤机牵引系统高可靠性的要求。

(2）高效性重载大功率采煤机作为实现高产高效矿业开采的关键设备，为达到采煤机在日常生产工作中的高效率，牵引系统必须要实现快速牵引，需要有足够的牵引力、较高的速度，从而达到高效、快速牵引。因此本文通过提升牵引功率，以达到重载大功率采煤机牵引系统的高可靠性、高效性的要求。

3、牵引系统设计研究

(1）高可靠性———提升机械强度

(1)牵引部壳体材料研究对牵引部壳体铸造材料进行微合金化改良，提升铸造工艺性，同时对牵引部壳体进行精密加工、热处理正火等工序，提升采煤机牵引部壳体强度等综合力学性能。由于牵引部壳体在使用过程中易发生变形及磨损，导致使用寿命降低,维修及更换严重制约生产效率，其原因是硬度不足。因此在原有材料的基础上对壳体生产的热处理工艺进行改进,来提高大件壳体的硬度。经实验测量得到的牵引部壳体综合性能指标（抗拉强度、屈服强度等）大幅度提升，如表1所示。经过壳体材料优化升级后各性能情况以及与国内外采煤机牵引部壳体材料性能对比如图1所示。

表1 牵引部壳体材料与性能指标

图1 壳体材料性能对比

(2)齿轮材料研究首先需要选择合适的齿轮材料，实践表明齿轮材料的硬度大于240～260 HB时，滚刀的磨损会明显上升；当走刀量过大时，引起切削过程的冲击和振动也会过大，甚至折断刀齿，进而造成齿轮表面加工质量的下降。因此在条件允许的情况下，被加工的齿轮材料硬度应尽可能控制在180～220 HB。其次对齿轮传动件锻造材料进行精炼，减少有害元素，细化其组织晶粒，提升抗拉强度，提高牵引系统齿轮件抗弯强度、接触强度。对齿轮件进行渗碳处理，由于渗碳齿轮的热处理变形会直接影响到齿轮的精度、强度、噪声和寿命，因此采用控温正火或等温退火来处理齿轮锻件，同时改进设备、优化工艺减少淬火对变形的影响。最后通过磨齿提升传动寿命。经实验分析、总结得出，通过优化提升的齿轮件其综合性能如表2所示，指标达到先进水平。齿轮材料性能与国内外进行对比如图2所示。。

表2 齿轮材料、工艺与性能指标

图2 齿轮材料性能对比

(3)其他方面的研究通过牵引部壳体调质处理，调整金相组织结构、提升晶粒细度，降低裂纹风险；通过先进的铸造模拟技术，提高壳体生产质量，缩短生产周期；齿轨轮采用计算机控制渗碳、优化热处理工艺，加深渗碳层深度；通过感应回火复合热处理技术，确保采煤机齿轮产品的加工、机械性能最佳；焊接机器人工作站实现采煤机数控下料自动套料、机器人工作站自动焊接；采用激光熔覆技术在工件表面添加功能材料，达到耐磨、防锈、硬度等要求；采用齿轮齿面磷酸锰转化涂层技术，将齿面疲劳极限强度提升20%。本文以典型的MG1050/2940-GWD型采煤机为例，将其优化提升后的牵引部中各齿轮、行星轮及内齿圈等零件的接触强度、弯曲强度与国外SL1000型采煤机相关零件的性能进行对比如图3、图4所示。

图3 牵引部接触强度曲线对比

图4 牵引部弯曲强度曲线对比

(2）高效性———提高牵引功率

对于提高重载大功率采煤机牵引系统的高效性，在不超过采煤机正常运行时最大牵引速度的前提下，最直接、行之有效的方式是通过提高牵引功率以实现快速牵引。将MG1050/2940-GWD型采煤机的牵引功率提高到220 k W，与国外SL1000型采煤机整机参数以及牵引系统技术参数的对比如表3、表4所示。

表3 2种采煤机参数对比

表4 2种牵引系统技术参数对比

由表3、表4可知，重载大功率MG1050/2940-GWD型采煤机使用较大的牵引功率，相比国外SL1000型采煤机牵引力更大、速度更高；且在牵引速度一致状态下，牵引力提升20%，能够实现高效快速牵引，因此通过增加牵引功率能够有效地实现高效快速牵引。

4、应用情况

重载大功率采煤机运用高可靠性、高效性的牵引系统使得矿业开采更加高效、稳定。近年来国能神东煤炭集团有限责任公司、陕煤集团神木张家峁矿业等单位先后使用重载大功率MG1100/3030-GWD型采煤机提高了煤矿产量、提升了产煤效率，自2019年9月在神东上湾矿8.8 m综采工作面使用，截至2021年1月工作面贯通，产出煤炭1 850万t，最高6.55万t/d，最高月产达150.6万t。国家能源集团宁夏煤业有限责任公司近几年在枣泉、羊场湾等矿区推广使用的重载大功率MG900/2320-WD型采煤机也取得了较好的成绩，高可靠性、高效性的牵引系统发挥着至关重要的作用，因此大力发展高可靠性、高效性的采煤机牵引系统正逐步成为高产高效矿业开采强有力的保障。

5、结语

重载大功率采煤机作为高产高效矿业开采设备的重要部分，对牵引系统有着高可靠性、高效性的严格要求，通过提升机械强度从而提高可靠性，通过采用大功率牵引系统来实现高效快速牵引。凭借着高可靠性、高效性的牵引系统，重载大功率采煤机在国家能源集团、陕煤集团旗下多个矿区生产中已取得较好的成绩。近年来，随着智能化、节约清洁化开采模式日渐成为主流，重载大功率采煤机牵引系统也将向智能化、节约清洁化方向发展。

参考文献:

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[2]王江.采煤机大件壳体热处理工艺研究[J].煤矿机械,2020,41(9):93-94.

[3]高振亮.超大采高采煤机高可靠性重载牵引行走系统分析研究[J].内蒙古煤炭经济,2021(10):1-3.

基金资助:西安煤矿机械有限公司科技项目(科2022-01);

文章来源:王民,乔伍,王珂.重载大功率采煤机牵引系统的研究与探讨[J].煤矿机械,2024,45(06):89-91.