仝静萱

（晋能控股煤业集团晋华宫矿机电科，山西 大同 037003）

引言

采煤机是目前矿井常用的机械化开采作业装备，主要用来完成落煤和装煤作业[1]，其中最为广泛应用的是滚筒式采煤机，滚筒为采煤机的关键组成部件，用来完成截割煤、输送煤以及喷雾灭尘等工作[2]，占据了采煤机装机功率的绝大部分，且采煤机的截割比能耗、生产能力、工作稳定性等都和截割滚筒有着不可分割的关系[3]。在采煤作业中，位于采煤机壁侧边的滑靴滑动于刮板输送机上，使行走轮啮合作用于刮板输送机的销排，实现作业面的来回往复行走动作，并借助截割滚筒的调高油缸，实现割煤动作[4]。同时，在旋转过程中，滚筒上的叶片螺旋转动使煤粒装到刮板输送机设备中，实现装煤动作[5]。利用中部槽刮板链，刮板输送机循环运行将煤输送到端部卸掉，实现作业面到顺槽的煤输送动作[6]。针对采煤机短链传动系统原采用三项异步电机为动力源，传动装置选用大速比多齿轮传动，极易造成截割部系统出现故障[7-8]，因此，本文对短链传动系统进行优化设计改造，动力源采用永磁电机，减速器选用二级行星齿轮减速，齿形链为传动装置部分，来提高采煤机的截割性能，进而提升其运行可靠性。

1 采煤机短链传动变速截割部相关设计

本文采用MG250/601-WD 采煤机，其动力系统原选用三相异步电机，而传动系统选用大速比的多齿轮传动，由于采煤机作业条件的复杂性和恶劣性，造成采煤机截割部经常出现高发故障率。因此，针对采煤机截割部故障率高，本文提出将永磁电机应用到采煤机截割部动力传动装置中，不仅可以增加采煤机截割部的可靠性，且可保证煤矿开采的绿色和节能。同时，将齿形链传动作为传动机构，由柔性传动替代原刚性传动，增强低速端的抗冲击性能，并对链接数进行修改，便于对齿形链的长度进行调整，满足不同长度的摇臂作业需求[9]。

基于上述分析，本文对采煤机截割结构进行创新设计，选用“永磁的同步电机、截割滚筒和两极行星减速器”低输入、短链传动系统[10]，替换原“三相异步电机、截割滚筒、行星齿轮和三级直齿减速”高输入、短链传动系统，其中，动力源采用永磁电机，减速器装置选用行星齿轮，传动装置选用齿形链传动。图1 为采煤机截割部短链传动系统设计图。

图1 采煤机截割部短链传动系统设计图

1.1 采煤机截割部整体设计

本文设计为可调速短链传动的一种新型传动模式，选用永磁电机，参数设置为：电机功率是250 kW，输出转速是998 r/min，滚筒转速是40 r/min，结合选用永磁电机、NGW 减速器及齿链传动，其中减速装置的减速比是25∶1，齿形链减速比是1∶1，可有效解决系统传动链过长、输入转数高以及可靠性低等问题。此外，对永磁电机和变频器形成交流伺服构造系统，可以达到无极调速调节速度，根据不同工况需求，来对滚筒转速进行改变，不仅可有效降低截齿的磨损程度，还可延长其使用寿命。下页表1 为短链传动系统的技术参数。

表1 短链传动系统的技术参数

1.2 截割部减速装置的设计

对于采煤机截割部减速装置，组成机构为两极行星减速器，其中行星轮、太阳轮以及内齿圈为减速器的关键传动机构，并对减速器采用直齿轮传动和双斜齿轮联合作用的传动方式。本文中利用法兰盘将永磁电机与行星传动器的输入端连为一体机，同样，输出端与摇臂体连接，通过螺栓将行星轮的外齿圈固定连接于法兰盘上。同时，为实现太阳轮的强度值，使装配次数减少，进而提高精度，将减速装置输入端花键与一级太阳轮，二级行星轮输入端花键与二级太阳轮各自加工成一整体，作为齿轮轴。其中，图2 为采煤机减速装置设计图。

图2 采煤机减速装置设计图

1.3 齿形链传动装置的设计

对于采煤机摇臂的关键传动系统选用齿形链传动装置，并选用一对主从动链轮、齿形链，组成结构简单，可在摇臂壳体产生变形时，保证对采煤机的摇臂进行柔性传动。主要对齿形链链板进行设计，齿形链安装前，首先将全部齿形链的链节完成组装，进而形成一个整体的齿形链体系，此时，在摇臂壳体上开设工艺孔，使这个大且笨重的齿形链能够快速轻易地装到摇臂壳体内。采煤机摇臂壳体开孔布置示意图，如图3 所示。

图3 采煤机摇臂壳体开孔布置图

对于传动轴两端轴承的安装，其中一端是将摇臂壳体、轴承座直接组合成一体；而另一端是在盖板上进行作业加工，采用螺栓、端盖固定，保证结构的紧凑合理。短链传动装置的设计图如图4 所示。

图4 短链传动装置设计图

1.4 截割部辅助装置的设计

主要对截割部的截割电机、减速装置以及齿形链这三处采取单独润滑设计，保证相互不影响作业。对于采煤机电机、减速器装置，在采煤机机身和摇臂连接段，采取飞溅润滑；对于齿形链装置，对位于两个齿轮的中心距之间的齿形链条，可依据节距、链速采取飞溅润滑，并伴随齿形链的运动，实现整个链条的良好润滑。此外，对于传动装置有一体机冷却进水、内、外喷雾进水共三路进行冷却进水。一体机的高速区热量高，充分冷却可使永磁同步电机、减速器工作正常；在采煤机截割滚筒、机身固定箱、摇臂和挡煤板上另两路也进行冷却进水，实现浸润割煤，缓解采煤截割的作业条件。

2 结论

为提高采煤机截割部的性能及系统可靠性，对采煤机截割部进行优化设计，将采煤机短链传统装置改为采用“永磁同步电机、截割滚筒、NGW 减速装置以及齿形链”的变速截割系统，结论是：

1）采煤机传动的动力源选用低速度大扭矩的永磁同步电机，并同变频器配合使用，能够实现对采煤机滚筒进行变速截割，进而提升采煤机的运行可靠性。

2）采煤机传动装置选用NGW 减速器与齿形链，并在摇臂壳体内布置电机、加速器和齿形链传动装置，形成一个整体的传动系统，且齿形链的平均传动比也比较准确，传动效率高。

3）优化设计采煤机截割部的润滑系统和冷却进水，实现摇臂作业进程中，减速装置与齿形链的润滑，并达到冷却摇臂壳体和传统装置的目的，且内外喷雾进水可以发挥降尘效果，缓解采煤截割的作业条件。