采煤机电缆自动拖拽系统的设计研究

郭晓鹏

摘要：采煤机在采煤行业的发展中发挥着重要作用，但我国的采煤机技术水平不高，稳定性也比国外的采煤机更差。研究采煤机电缆自动拖拽系统，能够提高采煤机的自动化水平，提高采煤生产效率。本文对电缆拖拽装置的特性及结构原理进行分析，并就采煤机电缆自动拖拽系统的设计进行探讨。

关键词：采煤机；电缆自动拖拽系统；设计

在采煤机的使用过程中，如果由人工完成拉缆工作，很容易因为靠近设备而出现安全事故。并且，电缆受到挤压还可能出现漏电现象，拉缆人员可能因此而触电。所以，将电缆自动拖拽系统应用到采煤机中，有利于保障采煤施工人员的安全性。

一、采煤机电缆自动拖拽系统的特性及结构原理

（一）电缆自动拖拽系统的特性

电缆自动拖拽系统是一种电缆专用设备，类型为卷放式，主要应用于连续采煤机中，其优点十分明显。第一，在该装置中，采用的是人缆分离设计，将拉缆人员与电缆分离开来，这样能够降低拉缆人员触电的可能性。第二，在采煤机使用过程中，不再采用人工方式完成拖拽及吊挂等操作，能在很大程度上降低操作人员的工作强度。第三，在收放电缆时，不会出现挤压、碰撞等情况，可有效延长电缆的使用寿命。第四，电缆在收放过程中可以连续进行，这样可减少外界对电缆的干扰，使生产时间得以延长，从而增加采煤生产量。最后，电缆自动拖拽系统的自动化水平比较高，需要的操作人员更少，能为煤矿生产企业减少部分人力成本。

（二）电缆自动拖拽系统的结构及原理

采煤机自动拖拽系统是由多个部分组成的，一是驱动结构；二是电缆卷筒总成；三是防爆集流装置；四是电缆排列机构。此外，还包括液压系统、结构件等部分。通常情况下，在连采机驾驶室会安装液压控制阀，这样操作起来会比较方便。在连接连采液压回路和马达、连采液压回路和控制阀时，采用的是高压油管，这样就可以形成一个电缆拖拽装置液压循环系统。在对马达进行控制时，只需要操作控制阀手柄即可，利用主传动链轮机构的驱动作用，可使马达旋转起来，并带动排列机构，使其进行往复式运动。在导向托滚架，以及排列机的作用下，能使电缆在卷筒上有序地排列起来，这样就能够对电缆进行自动卷放。在整个电缆自动拖拽系统中，最重要的主要有三部分，一是卷筒内的集电器，二是排列机构，三是液压系统。

二、采煤机电缆自动拖拽系统的设计

（一）系统执行模块的设计

在采煤机电缆自动拖拽系统中，拖拽装置是最重要的部分，采煤机的拖拽效果主要取决于两方面，一是拖拽装置的结构，二是拖拽装置的工作方式。在采煤生产过程中，电缆会随着采煤机做往复运动。根据此特性，可设计出电缆自动拖拽装置，在装置中包括驱动机头、拖缆小车、电缆夹轮、连接采煤机、链条、连接电源和回转机尾等模块。该装置的工作原理如下：驱动机头在整个装置中起着关键作用，主要功能为动力输出，在拖拽过程中为整个采煤机提供动力。驱动机头由两部分组成，一部分为异步电机，一部分为减速器。异步电机的动力会在减速器的作用下，传递到链条的轮轴上。而轮轴上的机械动力，则会通过链条专递给轮架，轮架的主要功能是拖拽电缆。在此过程中，能够完成动力的传输。对装置进行设计时，链条系统的中部是放置在电缆夹中的，电缆夹中装有槽钢，这样能够对传统系统的松紧起到良好的控制作用，减少接触摩擦引起的动力损失，从而达到更好的拖拽效果。并且，可以将链条的从动轮安装在回转机尾，其处于刮板机上，这样能够对整个采煤过程进行有效控制。系统执行模块的这种设计，操作稳定性比较强，能够有效减少电缆拖拽过程中出现的摩擦磨损现象，可在比较复杂的采煤环境下运用。

（二）系统控制模块的设计

在对采煤机电缆自动拖拽系统的控制模块进行设计时，既要对硬件进行设计，又要对软件进行设计，这样才能提高采煤工作的自动化水平，达到更高的生产效率，保证整个生产过程的安全性。

第一，硬件模块的设计，设计内容如下：首先，要设计两个三相异步电机，一个为电缆拖动装置，一个为采煤机提供动力。分离过程中所采用的动力来源不同，但相互之間不会产生影响，能有效提高采煤机的工作效率。其次，对减速器进行设计，其功能在于对电机和链条的转速进行协调，使之能够良好地匹配，从而确保扭矩力能够高效地传递。再次，需要设计两个变频器，其中一个负责拖动装置电机，一个负责拖动采煤机的电机，以便对电机的工作状态进行控制，保证两者工作时的协调性。最后，对现场控制装置及远程控制装置进行设计，以便实时监测采煤机的工作状态。

第二，软件模块的设计。在本方案中，采用的是恒扭转控制程序，用到的软件为TIA Portal Atep7 Professional V12软件。设计过程中需要用到模块化编程思想，利用梯形图形进行语言设计，从而编制出控制器程序、现场监控程序、远程监控程序等。在采煤机上行工作过程中，受到变频器的作用，拖拽装置的电机能够输出相应的转矩，以保证电缆能够处于张紧状态。而在采煤机下行工作过程中，拖动电机时，能使转矩方向发生改变，从而使电缆也处于张紧状态。如此以来，就能保证电缆一直处于张紧状态，不会因为摩擦而磨损。如果拖拽装置在运行过程中出现异常情况，控制系统会自动发出警报，能对拖拽装置故障起到良好的预防作用。

三、结束语

综上所述，在实践生产中，采煤机电缆自动拖拽装置具有许多优点，能够弥补传统电缆拖拽装置的不足。在对电缆自动拖拽装置进行设计时，要先设计好其系统执行模块。在对其控制模块进行设计时，要从硬件和软件两方面入手，保证装置的可靠性，以及程序的有效性，以提高采煤生产效率。