煤矿综采工作面采煤机线缆联动智能化设计

赵飞虎

（同煤集团同家梁矿，山西 大同 037025）

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 采煤机线缆智能联动系统的工作原理

当在采煤机线缆中装上电缆夹之后，会联接和固定在线缆联动系统轨道中的一个特定位置。进而，与采煤机相连接绕过拖缆架，使得该部分装置的整体结构宛若一个动滑轮。其原理表现为在采煤机运行过程当中，拖缆架也开始同步运行，并且拖缆的速度与采煤机的速度关系为1∶2，两者运行的方向将保持一致。

2 采煤机线缆智能联动系统的构成

2.1 机械结构

由驱动部、驱动链、拖缆架链接电缆夹和采煤机，以及回转部和行走轨道等六个部分组成采煤机线缆联动系统，如图1 所示。

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。

图1 线缆联动系统的机械部件

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。

2.2 电控结构的组成

电控结构是线缆联动系统中的重要环节，其中主要包括有驱动变频电机调速、行程和换向位置检测、回转轮张紧控制等多项组成部分。具体的线缆联动系统的电控流程图见图2。

3 采煤机线缆智能联动系统的技术应用

图2 电控流程图

3.1 线缆联动系统的主要参数

拖动长度为35 m，拖动速度为0～15 m/min，工作面长度为70 m，驱动链规格为准18×64-C mm，采煤机速度为0～27 m/min，驱动链轮齿的数量是5。

3.2 线缆联动系统的计算以及校核

对线缆联动系统拖动力的直观分析请见图3，其中，由于拖缆架、采煤机以及连续的电缆夹这三者处于同一平面内，因此整体描绘为一个比较简单直观的动滑轮系统。

3.2.1 拖动力的函数关系式

图3 线缆联动系统拖的动力分析示意图

式中：q 为单位长度的电缆夹组件质量，取23.2 kg/m；μ 为电缆夹组件的摩擦因数，取0.4；FL为驱动链的摩擦力，取1 474.70 N；Fj为拖缆架的摩擦力，取588 N；Fc为采煤机拖动力，取90 N；l 为拖动长度，取35 m；Fd为电缆夹组件的摩擦力，取90 N。

当x=0 时，拖动力Ft达到最大值：

代入数据计算得Ft=8 738.7 N。

3.2.2 线缆联动系统电机功率

式中：vt为拖动速度，取0.25 m/s；η 为传动效率，取0.86。将数值代入公式计算得Pt=2 540 W。

3.2.3 驱动链安全系数

式中：FB为破断负荷，取410 000 N。将数值代入公式得18.06。

计算结果与使用的要求相吻合。

4 现场应用性能的测试

在同煤集团的某矿采掘机械装备实验室进行了采煤机线缆的智能联动系统的安装并且完成测试。

通过充分比较驱动部额定电流（6.5 A）和其输入的电流数据，结果详情内容请见表1。根据相应的数据显示，采煤机线缆智能联动系统能够充分满足使用的标准以及使用的各项要求。

表1 线缆联动系统相应的电流参数对比

5 结论

通过计算验证了本研究智能联动系统的可靠性，并且通过分析在现场进行性能测试得到的数据，可以确定采煤机线缆智能联动系统具有高度的可行性和良好的应用效果。以期研究结论为未来有关综采工作面采煤机线缆智能化研究提供一定的理论和实践指导。