煤矿采煤机拖缆装置优化及应用

付凯

摘要：在我国快速发展过程中，煤矿是我国发展中的重要能源，拖缆装置是采煤机重要配套装置，拖缆装置安装在刮板输送机拖缆槽内与采煤机供电电缆连接，采煤机割煤移动时通过拖缆装置带动电缆随机移动，所以拖缆装置的结构性能直接影响着采煤机稳定运行；但是当前煤矿采煤机拖缆装置在实际应用时存在很多缺点，如拖缆时电缆夹板易出现偏移、损坏，从而很容易破坏采煤机电缆，不仅影响着采煤机正常采煤，而且增加了设备维修费用。对此，余吾煤矿通过技术研究，决定对N1206工作面采煤机原拖缆装置进行优化改进，改进后的拖缆装置在实际应用时不仅降低了拖缆故障率，提高了采煤机运行效率，而且减少了设备维修费用。

关键词：采煤机；拖缆装置；优化改进

引言

在煤矿井下的综采工作面采煤流程中，由于采煤机的拖拽使得电缆夹发生反复运动。在采煤机发生反复多次短程往返的情况下，尤其是在斜切进刀的时候，容易引发电缆夹产生再一次弯折的问题，更有甚者，可能会产生多次叠加弯折问题，将严重造成电缆夹产生一系列的故障问题，比如刮卡、拉脱、挤伤、断裂、线缆出槽以及磨损等。本研究尝试设计智能化的采煤机线缆联动体系，为处理该问题提出新思路和新方向。

1拖缆系统运行原理

本体系的设计原理是运用动滑轮组的特点，采煤机电缆夹盘绕在拖缆小车的拖缆滚轴上，控制系统实时读取采煤机的运行方位、速率、部位等有关性能参数，控制拖缆驱动部运行，驱动力传送选择特别适合矿山开采长运距、重载运行的链条传输动力，完成拖缆小车和采煤机的同步追随，二者之间一直维持方位一致、速率V拖缆=V采煤机/2的关联，持续保持采煤机电缆线具有稳定的支撑力，不产生二次折弯。

2煤矿采煤机拖缆装置优化及应用

2.1PLC程序设计

a)初始化。该过程主要用于对PLC程序运行涉及相关变量的初始回复，其中，布尔型变量通常初始为False，非布尔型变量通常初始为0。b)CAN通信建立过程。该过程主要用于实现PLC装置与变频装置及人机交互装置间的通信联系，确保各参数配置达标。c)电动机保护、启动流程。该过程主要实现对电机过流、过载、粘连等保护功能的监测，并确保电机具备良好的启动条件，可以正常启动。d)与变频器数据处理。该过程主要用于实现PLC装置与变频装置间的CAN数据及操控指令的传递。e)与人机界面数据处理。该过程主要用于实现托缆箱运行参数向PLC控制端的实时传输和故障指示，并确保相关数据及时显示在人机交互终端显示器上，确保技术人员知悉。

2.2转动臂优化改进

1）传统传动臂主要由摇臂、拖缆架及驱动装置等部分组成，主要实现在拖缆时可对电缆高低进行调节，其中拖缆过程中的驱动动力主要来源于双蜗杆液压回转结构，该装置结构相对复杂，在应用时故障率高，维护难度大；所以为了提高驱动动力，决定将原双蜗杆液压回转结构优化改进为单蜗杆驱动器，该装置具有结构简单、故障率低且便于维护的优点。2）由于拖缆装置连接方式很容易导致转动臂损坏，通过研究决定将摇臂与拖缆架连接方式进行优化改进，采用铰接连接方式，将原拖缆滚轮与转动臂之间采用轴承连接，同时将原转动臂钢丝材质缆绳更换为尼龙材质缆绳，不仅降低了成本，而且尼龙材质的缆绳具备质轻且抗静电性强等优点，能满足井下回采需求。

2.3机械结构

1）驱动部部件。该部件是通过牵引拖缆架来进行水平往复运动的整个联动系统的动力来源。保持拖动的速度和采煤机行走的速度能够同步增减是线缆智能联动系统技术的核心部分。如果拖动的速度和采煤机行走的速度无法进行同步地增加或减少，容易引发电缆夹受力不均匀的故障。故变频电动机的选择有助于帮助其调节控制速度，确保两者速度变化相匹配。2）拖缆架部件。它是用于拖动采煤机线缆电缆夹的载体，是执行拖拽动作的一部分。位于驱动链上的一些链环将由拖缆架从侧面的角度固定，使得和驱动链连成一体化，外形类似于一个驱动链道，在运行的同时可以自助清理一系列的杂物。3）行走轨道部件。该部件由许多新型的电缆槽组合构成，其中包括很多类型的电缆槽，如通用电缆槽、回转电缆槽以及终端电缆槽等类型。排布线缆处在电缆槽下端的位置，其中还具备传统电缆槽所具有的相应作用。拖缆架行走轨道分布于电缆槽的上端，并且铺设上下两个链道。回转电缆槽的作用是对回转部进行固定。终端电缆槽中具有特定的固定点，用于电缆夹的设计，并且这些固定点的位置均是在拖缆架运行的极限处。4）回转部部件，其主要构成包括回转链轮和油缸，并且具有两大功能，分别是可自由伸缩调节和锁紧。在其中的回转链轮和油缸当中，油缸固定在一端，另一端与回转链轮联接，然后处于特定的一种自由状态。如果驱动链产生比较松弛或者比较紧绷的现象，油缸的水平伸缩功能有助于其进行调节，使得驱动链能够保持一定的张紧平衡水平。5）驱动链部件，它是动力输出的重要载体媒介。其与拖缆架进行联接，并与驱动部、回转部链轮环绕，从而整体形成封闭环。

2.4简易无外部驱动自动拖缆系统

简易自动拖缆系统主要由刮板输送机的机头尾换向定滑轮、采煤机拖缆架、电缆槽底部导向定滑轮、拖缆小车、张紧装置及贯穿整个电缆槽上下的牵引钢丝绳等组成。钢丝绳的一端和采煤机拖缆架固定，随后延伸到机头(尾)导向定滑轮换向后通过电缆槽底部导向定滑轮又延伸到机尾(头)导向定滑轮换向到达拖缆小车并固定；电缆夹板一端固定在采煤机拖缆架上，另一端固定在工作面中部刮板输送机电缆槽处环绕拖缆小车的滚筒后换向。整个系统由采煤机本身作为动力输出，当采煤机由机头向机尾行走时，采煤机拉动电缆夹板，电缆夹板通过拉动滚筒并最终拖曳拖缆小车向机尾运动，拖缆小车同时拉动整个钢丝绳使整个系统保持闭环循环。钢丝绳等作为动力传输介质，并在机头尾布置张紧装置，调节钢丝绳的张紧程度。

结语

1）研发了采煤机全自动拖缆设备的机械结构，得出了设备整体布局方案，设计了关键零部件，并对其作用及功能进行了阐述，得出了设备的性能参数，设计了拖缆链道竖直布局的建设方案。2）根据设计的机械结构，研发了电子控制系统。对控制主站、控制子站、感应器等关键零部件进行了型号选择，并对软件开发、系统通讯进行了具体研究。3）进行了过载保护技术研究，设计了机械设备、电器、液压三种过压保护方法，提升了机器设备运行的稳定性；创新了放缆情况下转速与转距协作控制方式，明确提出了以转速控制为主、转距控制为辅、二者协作控制的控制对策。4）机器设备实现了当场运用，经过了各种繁杂工作状况的磨练，运行较为稳定，做到了设计要求，具有向市场推广的要求。

参考文献

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