MG2×200/890-AWD型薄煤层大功率智能化采煤机的研制

 MG2×200/890-AWD型薄煤层大功率智能化采煤机的研制

李永岗

西安煤矿机械有限公司，西安 710200

摘要：本文详细介绍了MG2×200/890-AWD型薄煤层大功率采煤机的设计思路，技术参数，结构特点，材料优化改进，三维软件设计验证，为薄煤层工作面提供了一种比较理想的采煤机。

关键词：薄煤层；大功率；智能化；采煤机；研制

0引言

我国薄煤层资源丰富，分布广泛，占煤炭总可采储量的20%, 随着综采、综放技术在厚及中厚煤层中成功应用, 厚、薄煤层开采速度不相适应的矛盾日益突出, 薄煤层工作面的开采越来越普遍。由于薄煤层地质结构复杂，夹矸、断层较多，使开采难度大大增加。因此薄煤层开采需要足够的功率，在煤矿行业俗称 “大马拉小车”，虽然目前已有多种型号的薄煤层采煤机，但是无一例外存在着机面高度较高，过煤空间较小，过断层能力不足，装煤效果较差的问题，智能化程度低，因此开发一种大功率薄煤层智能化采煤机成为亟需，为此公司研制MG2×200/890-AWD型大功率薄煤层采煤机。

1整机结构

MG2×200/890-AWD电牵引采煤机是一种多电机驱动，电机横向布置，交流变频调速无链双驱动电牵引采煤机。总装机功率891kW，机面高度857mm，适用于最大采高2.30m(φ1400滚筒)的薄煤层工作面。

采煤机两机中部配套断面如图1所示

                      图1 两机中部配套断面图

2.采煤机材料提升优化

2.1材料优化

众所周知，国产煤矿开采装备最大的短板就是材料性能低下，导致设备只能增加受力部件尺寸来保证承载能力，但又带来了设备不够紧凑、自重大、实际效率不如进口产品的问题。新材料研制：薄煤层采煤机结构紧凑，整机功率受限，且工作面多伴有夹矸、岩层，截割阻力大、受载情况复杂，因此煤机壳体和重载齿轮件等关键部位，对材料性能提出较高要求。

关键齿轮锻造材料采用新工艺，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，以此提高采煤机齿轮件抗弯强度、接触强度，提升传动寿命，齿轮综合性能指标达到进口水平。

壳体铸造材料进行微合金化改良，提升其铸造工艺性，配合壳体铸造工艺及热处理工艺的改良，来达到提升采煤机壳体强度等综合力学性能的目的，壳体综合性能指标（硬度、塑性、韧性）达到JOY、EKF水平。

通过对壳体的热处理，调整金相组织结构，提升晶粒细度，同时采用多种措施释放应力，降低裂纹风险。

2.2 提高加工精度和设计标准

以前传动系统加工精度差，导致寿命下降、传动效率低下、振动环境下易出问题；经过技改升级，公司引进大规模进口设备，使大型壳体、齿轮传动件等加工精度分别得到提升。零件形位公差、表面粗糙度分别提高1-2个等级，；增加齿轮修形要求、缩小间隙量，提升传动效率、延长齿轮使用寿命，提高抗冲击能力。

2.3减少铸造缺陷

壳体铸造工艺改良，采用三维铸造模拟软件对铸造过程进行预模拟，查找浇铸过程缺陷，对铸造工艺进行再调整，减少铸造热结等缺陷，提升壳体铸造质量。

2.4计算机三维软件验证

针对壳体、行走轮材料性能低，造成整机重量过大，壳体铸造壁厚过大，易出铸造缺陷。经研发、试制、试用后的齿轮、壳体材料，有效降低壁厚，减轻主机重量，减少铸造缺陷；利用三维设计软件模拟计算，如截割转速、牵引力匹配、整机负荷、采煤机重心。与现场实际数据对比；重心及冲击、交变负荷使用计算机三维设计软件CAE验证。

零部件设计：Solidworks三维建模、ABAQUS有限元分析、MATLAB计算仿真等现代设计软件平台，开展采煤机整机以及关键零部件的三维设计、运动仿真、动力学建模和有限元优化分析。利用CAE分析方法寻找设计薄弱点，缩短采煤机设计、制造周期

2.5调高液压系统

1. 牵引部内置新设计紧凑调高阀组，可靠性高
2. 液压调高系统集成度高，减少连接管路，方便维护。

2.6智能化工作面监测

1.完善的监测保护：多传感器监测，全面保护；

2.数据融合分析，故障诊断准确；

2.7智能化工作面系统

智能化控制系统负责全工作面自动化控制系统的统筹工作。各子系统设备向智能化控制系统提供标准通讯协议和接口，与智能化控制系统进行交互，实现双向通讯、自动化控制。

自动化控制系统实现的功能：

1、具有在地面调度中心对工作面设备的“一键”启停功能。

2、具有在顺槽监控中心对工作面设备的监测及集中控制功能。

具有采煤机工况监测和远程控制功能。

具有液压支架工况监测和远程控制功能。

具有工作面运输设备工况监测和集中控制功能。

具有泵站系统设备工况监测和远程控制功能。

3具有工作面工业以太网，在工作面实现数据的高速传输。

4具有工作面视频系统，实现对主要设备（液压支架、采煤机、运输机机头和机尾等）的实时监控。

5具有井上井下数据传输功能。

6当工作面自动化控制系统出现故障时，各子系统不受自动化系统控制，以保证在检修和自动化控制系统出现故障时，各子系统能单独工作，确保生产不受影响。

2.8电气控制系统和采煤机导航系统

电气控制采用CAN总线,分布式系统；CAN总线差分信号，抗干扰性强；元件模块化，兼容性强，易扩展；独立电机管理单元、易安装；              加强型DTC变频控制，牵引匹配更精准。变频器采用ABB控制技术，电抗和主机分层设计，主机进行加强型水冷设计，牵引匹配更精准。接触器单元高度集成，独立分布，集功率监测、绝缘保护、远程控制于一体；自主监测，集中管理；所有监控参数集中处理，通过快插连接主控制器。

LNC（Longwall Navigator Committee），即：长壁工作面导航系统。是基于捷联惯导自主定位系统开发的，以采煤机为核心的，长壁工作面三维导航智能化控制系统。三维自主精确定位，位置精度25mm，采高精度10mm，三维误差0.01°；工作面三直两平矫准控制，测控精度9cm；LNC控制三要素：顶底板、煤层走向、工作面对齐。

3关键改进点

    3.1 MG2×200/890-AWD型薄煤层大功率采煤机为了适应薄煤层恶劣的地质构造，在降低机面高度的同时增大了采煤机功率，从材料入手，进行微合金化改良，提升其铸造工艺性，采用计算机控制渗碳、优化热处理工艺，驱动轮、齿轨轮渗碳层深度大幅提高；提升壳体强度，机身厚度减小，增大过煤空间，使得复杂地质构造的薄煤层开采难度降低。

3.2该机型配备了完善的检测及智能化系统可以满足智能化工作面开采要求，能实现数据传输、记忆截割、远程控制等功能，与工作面刮板输送机和液压支架配合可实现智能化生产，提高煤矿生产效率，降低生产成本。

4.采煤机智能化发展趋势

煤矿智能化作为煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，人工智能、工业物联网、 云计算、大数据、机器人、智能装备等新技术融入煤炭开发利用,实现煤矿生产过程智能化运行。

5结语

MG2×200/890-AWD型大功率薄煤层采煤机已经在黄陵矿业集团、韩城矿业公司、贵州朗月集团使用，该机型设计理念先进，系统可靠，适应性强，智能化功能先进，尤其适用于复杂地质构造的较薄煤层工作面开采作业。

参考文献：

[1] 姬振鹏 新型薄煤层采煤机总体方案设计研究 工程技术研究 2017年01期.

[2] 翟雨生.MG320/710-WD系列薄煤层电牵引采煤机的特点与关键技术应用[J] .矿山机械，2015,43（10）:14-17.

[3] 雷丙涛 薄煤层采煤机牵引部设计 煤矿机械 2022年03期.

[4] 李庆亮 大功率薄煤层采煤机抗振性能研究 煤矿机械 2022年06期.

[5] 任紫彬 大功率薄煤层采煤机选型设计原理及应用 科学技术创新 2021年01期.

[6] 马晓燕 薄煤层采煤机的研究现状与发展 中国设备工程 2020年14期.

作者简介：李永岗（1988- ），陕西武功人，本科，工程师，2009年毕业于西安理工大学机械设计制造及其自动化专业，现任西安煤矿机械有限公司产品设计研究院技术员，长期从事采煤机的设计应用与研究工作，电子信箱：576133651@163.com。

联系方式：陕西省西安市高陵区泾朴路9号 西安煤矿机械有限公司南门

联系人：李永岗 18681855946

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