我国薄煤层资源丰富，而且分布广，煤质好。虽然我国的薄煤层西安煤机采煤机械化经过多年的发展，取得了一定的成效，但是薄煤层采煤工作面生产长期存在的效率低、推进速度慢及经济效益差等问题依然十分突出。特别是厚、薄煤层并存，薄煤层作为解放层开采，由于薄煤层开采速度缓慢，使下部厚煤层资源长期得不到开采，影响工作面的正常交替，甚至被迫丢失一些薄煤层资源。薄煤层地质条件比中厚煤层更加复杂，煤层经常出现夹矸与断层现象，变化也比较大，为了满足液压支架和工作面运输机的推移，还有破顶与割底的需求，因此要求薄煤层西安煤机采煤机截割功率大，具备过断层、破夹矸、破顶及割底的能力。为此，专门开发了MG/-WD系列薄煤层大功率电牵引西安煤机采煤机。

西安煤机采煤机

1　整机结构

MG/-WD系列薄煤层电牵引西安煤机采煤机采用横向布置和三段式机身的整体结构。机身各段结合面之间采用2个Φmm圆柱销承受机身扭力和剪切力，并通过分布在四角的4组M42高强度液压螺母组件将三段贴合在一起。同时，为了整机组装的需要，在各段之间的对接面四角又各布置了1组M30短螺杆组件。

整机可分解为5大部件、4大系统。5大部件为：左右截割部、左右牵引行走部及电控箱。4大系统为：电气控制系统、机械传动系统、液压调高与制动系统及喷雾冷却系统。

西安煤机采煤机

2　特点

(1)机身矮，装机功率大。西安煤机采煤机机面高度只有mm(销排中心高mm)，总装机功率最大可达kW，有利于在薄煤层复杂地质条件下采煤。

(2)主要部件都可以从机身的采空侧抽出，便于更换与维修，设备使用率高。

(3)弯摇臂为整体结构，刚性好。在较薄煤层时，为了改善装煤效果，滚筒转向采用正向对滚，煤从摇臂前端面装出。这种工作方式一般前滚筒起落煤与装煤作用，后滚筒截割余煤但不装煤。

西安煤机采煤机

(4)采用多电动机驱动，截割电动机横向布置在摇臂上。摇臂与机身通过销轴铰接，没有动力传递，全部采用正齿轮传动，结构简单。

(5)在保证较大截割功率的前提下，为了有效压缩摇臂外形尺寸，每个摇臂并列布置了2个截割电动机。

(6)所有的切割反力、调高液压缸支承反力和牵引的反作用力均由牵引减速箱箱体承受，受力状况好，可靠性高。

(7)液压元件选用成熟的产品，液压泵箱采用集成阀块结构，管路少，维修方便。

西安煤机采煤机

(8)采用交流变频调速技术，实现牵引速度无级变速。电牵引传动体积小、效率高、牵引力大，该西安煤机采煤机最大牵引力为2×kN，适用于大倾角的煤层。

(9)设有内、外喷雾装置，冷却与降尘效果好；

(10)通过冷却水的内部循环，冷却煤壁侧大端盖，更加有效地冷却摇臂齿轮传动箱。

3　关键技术

3.1　薄煤层大功率高可靠性摇臂

(1)　摇臂结构

MG/-WD系列西安煤机采煤机的摇臂采用天地科技股份有限公司上海分公司拥有的专利技术(薄煤层西安煤机采煤机双截割电动机摇臂)进行设计，采用双电动机联合驱动，具有机身薄，功率大的优点。同时，为了保证西安煤机采煤机使用小直径滚筒时仍具有较好的装煤效果，截割行星头外径必须严格限制，借鉴该公司现有行星机构研制的成熟经验和加工工艺，行星机构采用4个行星轮结构，外径较小(mm)。

(2)　摇臂壳体

西安煤机采煤机摇臂壳体是齿轮传动等零部件的支承和定位部件。如果摇臂壳体的定位轴孔等在西安煤机采煤机运行过程中受载变形，将造成齿轮传动工作条件的恶化，进而使齿轮或轴承的使用寿命大大降低。而齿轮和轴承的失效会使西安煤机采煤机无法运行，造成工作面停产。可见，提高壳体综合机械性能是薄煤层大功率西安煤机采煤机在复杂地质条件下可靠运行的重要保证。因此，笔者深入研究不同壳体材料的机械性能和热处理工艺等，使得MG/-WD系列西安煤机采煤机摇臂壳体硬度达到～HB，同时提高其抗拉强度和屈服强度，并综合考虑壳体的延伸率、断面收缩率及冲击韧性等的合理指标。

(3)　摇臂截割传动系统

在消化吸收国内外先进产品的参数和结构特点的基础上，结合该公司多年积累的西安煤机采煤机截割传动设计经验，利用成熟的西安煤机采煤机齿轮传动链设计软件，在满足齿轮和轴承等强度的设计要求下，对不同的摇臂传动链结构方案进行配齿计算和优化，确定适合薄煤层西安煤机采煤机重载冲击条件下的摇臂传动的配齿方案。经过研究分析，最终确定了3级直齿传动和1级行星传动的摇臂传动链结构方案，摇臂设计功率为2×kW，最大输出转矩为65.4kN·m，输出转速为46.7r/min。

(4)　摇臂冷却系统

由于摇臂截割功率大，体积较小，整体功率密度高于以往常规薄煤层西安煤机采煤机，对摇臂散热造成不利，另外，高产高效工作面对设备连续满载的工作要求也更加苛刻，传动系统连续产生的热量已难以通过传统的方式带走，为此，摇臂需要设置专用的冷却系统。通过分析摇臂各种工作状态下的热源和传导途径以及前期薄煤层摇臂性能试验数据，该系列西安煤机采煤机不但优化了壳体水套的冷却回路，还增加了摇臂煤壁侧高速级端盖冷却和油池冷却管组冷却，并设置了油池温度传感器，开发出了具有特色先进可靠的摇臂冷却系统，以确保摇臂长时间可靠运行。

3.2　薄煤层高可靠性牵引行走部

(1)　牵引部结构

为了尽可能压缩机身厚度以降低机面高度和增大过煤空间，采用可分离式小齿轮箱结构，将其布置在牵引部煤壁侧，以充分利用刮板输送机槽帮与铲煤板上方空间。这样中部槽上方机身厚度取决于牵引电动机外径，该西安煤机采煤机牵引电动机外径为mm，则机身厚度设计为mm。

由于机面高度较低，因此取消了传统的行走箱，只设有一个行走轮组件，行走轮组件和牵引部通过花键轴传递转矩，轴向靠液压螺栓组件防松，连接方便、可靠，且易维护。

(2)　大转矩牵引传动系统

该系列西安煤机采煤机采用30kW的牵引电动机，整机牵引功率共计60kW。牵引行走传动系统由牵引减速箱和行走部两部分组成。牵引减速箱内有两级直齿传动和两级行星机构传动，其中，两级直齿和第一级行星传动均布置在一个独立的小齿轮箱中，小齿轮箱布置在煤壁侧，和牵引壳体之间再通过销子定位、螺钉把合组装在一起。取消了行走箱，行走部简化为行走轮组件，其包括行走轮和导向滑靴。牵引电动机输出的动力经减速后传到行走轮，使其与刮板输送机的销轨相啮合，驱动西安煤机采煤机行走。通过导向滑靴在销轨上的限位对西安煤机采煤机进行导向，并保证行走轮与销轨正常啮合。

轴承是保证传动系统可靠性的最关键因素之一，针对轴承额定动负荷与寿命计算，参考国家标准及轴承厂家提供的计算方法，并充分考虑煤矿井下恶劣工况的影响，最终计算得到了各品牌轴承寿命理论计算值，并选用寿命大于h的轴承。

(3)　高可靠性行走系统

行走轮和导向滑靴是西安煤机采煤机行走系统的关键部件，其寿命对整机可靠性产生直接影响。

通过对行走轮材料、工艺、齿形分析和研究的攻关，有效提高了行走轮的可靠性；成功研究试制了行走轮专用钢，用于行走轮的制造，并制定了严格的热处理工艺流程。其中S、P等杂质总含量由之前的0.%～0.％减小到0.％以下，各向同性，纵向与横向机械性能接近，超载疲劳寿命提高了6倍，弯曲疲劳极限提高了20%，有效保证了大功率西安煤机采煤机在恶劣工作条件下的工作可靠性。

通过采用锻焊结合的结构及堆焊高强度耐磨层或内嵌高强度耐磨板等相关优化措施，有效提高了导向滑靴的强度和耐磨性。

3.3　电控系统

电气控制系统是驱动西安煤机采煤机稳定运行的核心，完善的机械与电气配合才能发挥出设计的最理想性能，保证西安煤机采煤机的高产高效。一套良好的电气系统，不仅可以在振动、干扰及潮湿等恶劣工况下稳定运行，使西安煤机采煤机司机安全便捷的操作，还可以为西安煤机采煤机机、电、液系统运行提供全面的保护，并且具备自动化运行的能力。

该系列西安煤机采煤机使用该公司研发的具有自主知识产权的第二代DSP控制系统，其具备以下突出优点。

(1)高性能　各功能模块采用先进的DSP技术、高性能的嵌入式ARM处理器，整个控制系统总运算指令能力可达每秒4.4亿次，控制系统程序全部采用嵌入式C语言编写，控制程序扫描时间小于10ms。

(2)高可靠性　采用分布式系统，将西安煤机采煤机各个功能进行细致划分，各模块处理相应的信息，每个模块具备自己独立的处理器，模块间使用高可靠的CAN总线连接，单个模块故障不会影响整个系统运行，而且容易更换，降低整体更换成本，由于采用这种新的设计理念、更高的集成化技术以及更强的环境适应性设计，新系统总体可靠性得到了明显的提升。

(3)高扩展性　系统设计有RS和以太网接口，可以扩展外部通信控制，通信速率高，系统延迟小，具备很强的系统扩展能力。

4　结语

MG/-WD系列西安煤机采煤机自推出以来，已在山西保利能源、徐州矿务集团、山东能源、铁法煤业、盘江集团、川煤集团及内蒙古伊泰集团等数十个煤矿企业、集团得到应用，效果良好。

随着薄煤层工作面数量的不断增加，薄煤层工作面的高效开采将成为未来的发展趋势，MG/-WD系列大功率薄煤层电牵引西安煤机采煤机可满足采高1.2～2.5m、倾角≤45°的复杂地质条件下的薄煤层高效开采需求，改变了以往只能采用小功率煤机开采和炮采过岩相结合的低效开采方式，促进了先进采煤工艺的实现和推广，具有巨大的经济效益和显著的社会效益，应用前景广泛。

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