基于液压冲击截齿的采煤机滚筒改装设计*

张海东，郭京波，周庆祥，张潮

(石家庄铁道大学 机械工程学院，河北 石家庄 050043)

0 引言

滚筒式采煤机是现代化煤炭开采不可或缺的关键装备，其截割部的滚筒主要用于完成截煤和装煤任务，它的性能对采煤机运行的可靠性、经济性、环保性及生产效率等具有重要意义[1-2]。目前我国采用的采煤机截割效率较低，而高性能采煤机多从国外引进，成本高昂，不利于我国煤矿行业发展[3-4]。因此，努力提高我国采煤机的截割性能十分必要。

颗粒饲料成品的水分含量南方控制在不高于12.5%，北方不高于14%。在此条件下，应通过技术手段使颗粒饲料的水分活度维持在0.7以下。

1 改装方案思路

以MG300/700-WD型采煤机为例，应用液压冲击技术改装采煤机滚筒，对提高采煤机截割效率、节约电能具有一定指导意义。

MG300/700-WD型采煤机装机功率为700 kW，截割功率为2×300 kW，牵引功率为2×40 kW。经研究分析，决定应用液压冲击截齿技术成果改装采煤机滚筒，包括冲击截齿和回转接头的设计。冲击截齿在滚筒旋转截割的同时对煤岩体进行冲击预裂，降低煤岩体对截齿和叶片的挤压以及摩擦阻力，从而达到提高截割效率、节约电能、均匀煤的块度、减少末煤和粉尘的目的。

绻缱几日，终临一别。王树林回家了。疲倦中带着欣喜，空乏里藏着收获，欣喜的是从此他开始了一段隐秘的情史，无所谓光彩与否，传说中的大全世界正在崩塌毁灭；收获的是从此他将走出床笫间的自卑，无关乎孰热孰冷，这个世界已然重生！

液压冲击截齿安装在截齿座上，焊接于滚筒叶片，在叶片上加工与其他截齿法线方向相同的等尺寸矩形槽。缸体材料采用20CrMo，经过渗碳处理，达到耐磨与防开裂的双重效果。活塞直径和钎杆相同，保证精确传递冲击力，提高工作效率。

2 结构设计

2.1 液压冲击截齿

式中：P1为液压系统工作压力，取P1=15 MPa。

1-液压驱动结构；2-冲击截点

在确定神经网络模型时，要决定其结构形式和训练算法。接着用一组训练用数据组中未曾出现过的数据去测试。训练过的网络是否有普遍性，往往取决于所选择网络结构的合适性与对评估损坏所需有关信息是否丰富。

在滚筒叶片上焊接6个液压冲击截齿，各截齿位于不同断面，在滚筒整周回转，冲击截齿依次与被切削物接触。各冲击截齿独立工作，安装方便，可靠性强，运动速度快，工作效率高，冲击能量大，必要时可破碎岩石、裂隙等特殊地质。滚筒设计效果如图2所示。

图2 滚筒设计效果图

2.2 回转接头

回转接头用于向采煤机喷水以及为冲击截齿提供高压油，它由回转体、回转外壳、密封件及轴承组成，其结构如图3所示。回转体上加工用于输送介质的孔(2个油孔，1个水孔)，相对应于孔的末端，在回转体表面加工沟槽，便于径向孔介质的流动，实现水、油共3路液体的输送。行星减速器中的旋转轴采用空心轴，3条管路通过空心轴与回转体上的接头连接在一起。

1、4-轴承；2-组合密封；3-回转外壳；5-旋转轴

3 液压系统设计

3.1 液压系统功能要求

液压系统具体功能要求如表1所示。

表1 液压系统功能要求

3.2 液压系统工作原理

式中:Q1为单个冲击截齿所需流量，L/min；n为冲击截齿数量，个。

1-油箱;2-电动机;3-补油泵;4-管路过滤器;5-进油安全阀组;6-冷却泵;7-安全阀;8-冲击截齿;9-流量传感器;10-单向阀;11-压力传感器;12-板式换热器;13-过滤器;14-冷却泵

图4中，启动补油泵，给闭式系统补充液压油。液压油通过管路过滤器、板式换热器、单向阀进入系统回路，补油泵的供油压力由进油安全阀组控制。2个压力传感器分别测定液压系统高压端及低压端压力。启动柱塞泵，闭式液压系统运行，液压油进入带有负载的冲击截齿的油腔中，驱动其工作。液压油经冲击截齿的回油口流出，通过流量传感器测量其流量，然后由柱塞泵重新吸入，输出到冲击截齿的油腔中，使闭式液压系统循环工作。安全阀限制冲击截齿的最高工作压力。进油安全阀组限制闭式系统低压端的最高压力，若高于设定值，则进油安全阀组打开，将补油泵中的液压油泄回油箱，同时防止板式换热器因受高压而损坏。冲击截齿敲击煤岩体过程中，利用传感器测定流量，经PLC处理，将电流值输入到变频器的模拟输入端，进而控制电动机转速，调节泵的输出流量，控制冲击截齿的敲击频率。

3.3 液压系统参数计算

式中：K为系统泄漏系数，取K=1.1。

林政资源管理主要是以我国相关法律法规为框架，依法对林业资源进行保护，达到保护生态环境、提高林业资源覆盖率的目的。特别是在当前社会经济快速发展的新形势下，人们在注重提高自身生活水平提升的同时，也对生态环境建设给予高度关注。因此，林业局要充分发挥自身的管理作用，将林政资源管理工作落实到实处，通过林政资源管理方案的实施为生态建设的可持续发展做出努力。对此，本文以面向生态建设的林政资源管理研究为题，对其相关内容作出简要分析与着重探讨。

表2 冲击截齿工作参数

1) 工作压力。钎杆敲击频率与输入流量相关，流量由变频器调节电动机转速控制。结合工况环境及可行性，确定冲击截齿的驱动流量为20 L/min，考虑液压系统压力损失及稳定性，要求冲击截齿的驱动油压高于规定油压的20%，故液压系统工作压力取15 MPa。

式中：ηm为泵的机械效率，取ηm=0.95。

2) 冲击截齿最大流量。6个冲击截齿同时工作所需最大流量

Qmax=Q1×n=20×6=120 L/min

(1)

采用闭式液压系统设计方案及负载敏感技术[5-6]，液压系统原理如图4所示。该液压系统由液压泵站、阀组、管路及6个冲击截齿液压缸等组成。冲击截齿均匀分布在采煤机滚筒上，通过高压油驱动截齿循环敲击煤层，使煤层表面产生裂纹，提高采煤效率。

3) 柱塞泵的输出流量

Qp≥K(∑Qmax)=1.1×120=132 L/min

(2)

根据煤岩体特性及安装尺寸要求，系统冲击截齿的工作参数如表2所示。

4) 柱塞泵的排量

青岛市属于寒冷地区，冬季供暖室外计算温度为-5.0 ℃[14]，供暖时间11月15日至次年4月5日，共计142 d.以青岛市一个典型小区建筑为例，采用DeST模拟软件进行建筑动态能耗模拟.小区建筑面积约10 万m2，室内温度设定为18 ℃，建筑围护结构参数信息见表1.采暖季建筑逐时负荷模拟结果如图3所示.

(3)

式中：nE为4级电动机转速，取nE=1 500 r/min；ηv为容积效率，取ηv=0.95。

5) 柱塞泵的额定功率

(4)

冲击截齿采用液压驱动，其随滚筒转动的同时不断做往复运动，完成截割煤岩体的任务，它具有直径小、高性能等特点，其结构如图1所示。

6) 柱塞泵电动机的额定功率

(5)

基于上式进行计算后，可得到待辨识系数a和灰色输入参数b的具体数值，将其代入式(8)后得到p步前项的预测值。对x′(1)(n+p)进行累减生成，再进行对数映射，即可求得竖井掘进机p个进程后的偏移预测值。

7) 补油泵。取补油泵排量为主泵排量的25%，则补油泵的排量

qb=0.25qp=0.25×92.63=23.16 mL/r

实验组患者的并发症发生率为10.00%，常规组患者的并发症发生率为32.50%，两组数据比较，差异具有统计学意义（P＜0.05），见（表1）。

(6)

补油泵的输出流量

(3) 在设计荷载作用下，加固梁的裂缝宽度、挠度以及钢筋应力分别下降了50%、 23%和21%。相对于抑制挠度和钢筋应变而言，预应力钢丝绳加固对裂缝宽度的控制最为明显。

Qb=nEqbηvb=1 500×23.16×10-3×0.9=31.27 L/min

(7)

式中：ηvb为补油泵的容积效率，取ηvb=0.9。

补油压力Pb取2.5 MPa，补油泵的额定功率

在电力行业科学技术水平提高的促进下，我国的智能电网调度监控技术水平有了显著的提高。当前的电力调度监控系统应用计算机及网络技术对各管理环节进行监视和控制。以此为基础，调度员能够便捷清楚的掌握目前电网运行状况以及需要，从整体出发做出准确合理的调度操作。

(8)

补油泵电机的额定功率

(9)

4 电气系统设计

图5所示为电气系统主电路图。主电路为电动机、PLC及直流电源供电。QS1为主电路总空气开关，控制主电路电流通断，同时避免电路过载、欠压。QS2、QS3、QS4、QS5及QS6分别为主泵电动机、补油泵电动机、冷却泵电动机、PLC及直流电源的供电支路空气开关，防止某支路短路造成总空开跳闸，导致整个供电系统瘫痪。KM1、KM2、KM3为主泵电动机的接触器，主泵电动机采用星三角方式启动。KM4、KM5分别为补油泵和冷却泵电动机的接触器。FR1、FR2、FR3分别为3个电动机的热保护器。

电气系统采用三菱FX3U-32MR-ES型PLC，该PLC可实现较高精度的控制，且扩展模块无需额外供电，可由基本单元直接供电。采用三菱8AD模块和2DA模块驱动液压泵工作，实现压力、流量采集信号传输及变频器控制[7]。

图5 电气系统主电路图

图6为PLC电路图。启动设备后，3个电动机运转，驱动液压泵站工作，流量传感器信号经8AD模块CH2通道转换为数字信号，与在触摸屏上输入的原定参数对比，经PLC程序处理，所得值经DA模块转换为4～20 mA电流信号，反馈给变频器，进而控制电动机转速，实现冲击截齿的频率控制。

图6 PLC电路图

5 结论

对MG300/700-WD型采煤机滚筒进行改装设计，设计了新型小尺寸液压冲击截齿和高性能回转接头，基于闭式液压系统及负载敏感技术，采用电液控制方式驱动冲击截齿。

基于系统补油、高压保护及频率调节等功能要求，设计了冲击截齿液压系统，设计了主电路系统，给出PLC选型及应用原理。改装后的采煤机在节约电能等方面有较大改善，可靠性良好，具有一定实践指导意义。