摘要：采煤机电控箱是采煤机整体构件的一部分，电控箱的内部包含变压器腔、高压电气腔、计算机控制腔、变频器腔及接线腔等，分别用于布置高压电动机控制装置、牵引变压器变频器、操作与保护控制、状态监视显示、电源配置及连线、分线等。电控箱为整体框架式，腔体分隔，采空侧用盖板封闭，便于拆装和检修。采煤机电控箱主要根据GB 3836.1—2010-GB3836.4—2010《爆炸性气体环境用电气设备》系列标准设计，其中盖板及电控箱箱体防爆结构为防爆设计中考虑最多的部分。盖板和箱体由若干螺栓紧固，由于采煤机工况异常恶劣，剧烈的振动使螺栓容易松动，导致盖板与箱体之间相互摩擦，最终出现隔爆接合面受损等问题。为了保证电控箱长时间使用的安全稳定性，必须对电控箱防爆结构的可靠性作进一步的研究，并在此基础上进行改进设计。
关键词：采煤机；防爆电控箱；改进设计；分析
引言：采煤机的电气部分相当于中枢神经控制着整台机组，不但可以控制采煤机的左、右行走方向，行走速度，还可以控制左、右滚筒的升降，破碎头的升降，左、右截割电机的起、停等等。可见防爆盖板的重要性，为了井下作业安全，电气部分的箱体及盖板必须满足防爆要求，为此，对防爆盖板的冷、热加工性能有着特殊的要求。采煤机是综采成套装备的主要设备之一。采煤机是从截煤机发展演变而来。采煤机是一个集机械、电气和液压为一体的大型复杂系统，工作环境恶劣，如果出现故障将会导致整个采煤工作的中断，造成巨大的经济损失。采煤机是实现煤矿生产机械化和现代化的重要设备之一。机械化采煤可以减轻体力劳动、提高安全性，达到高产量、高效率、低消耗的目的。在长壁采煤工作面，以工作机构把煤从煤体上破落下来（破煤）并装入工作面输送机（装煤）的采煤机械。采煤机按调定的牵引速度行走（牵引），使破煤和装煤工序能够连续不断地进行
1.采煤机结构
采煤机一般由截割部、装载部、行走部（牵引部）、电动机、操作控制系统和辅助装置等部分组成。
1.1截割部
工作机构及其机械传动或驱动装置的总称。当截割部由专用电动机驱动时，截割部也包括截割电动机。工作机构是直接实现截割、破碎等主要功能的部件。其上装有截齿，截齿将煤从煤体上破落下来。有些采煤机的工作机构为了形成所要求的截割断面形状，除了一个主要工作机构外，还有一个或几个辅助工作机构。工作机构往往兼有把破落下来的煤块装入工作面输送机的功能，使用这类工作机构的采煤机就不再需要单独的装载部。机械传动装置用来将动力传输给工作机构，以满足其运动方式、运动方向和截割速度大小的要求。机械传动装置通常采用齿轮传动，一般在使用过程中不能变速，但备有专门的换速齿轮副，供安装时更换，以满足截割速度的要求。机械传动装置根据结构需要可由一个或多个箱体组成。
1.2装载部
把工作机构破落下来的煤块装入工作面输送机的部件。在工作机构不能兼有装煤功能的情况下，设置独立的装载部。装载部一般包括装载机构和机械传动装置。当装载部有专用的电动机时，也包括装载电动机。装载机构也可以由截割部的机械传动装置驱动。
1.3行走部
又称牵引部，行走（牵引）机构及其驱动装置的总称。行走机构又称牵引机构，是行走部的执行机构。它的结构形式主要有钢丝绳—卷绳筒、钢丝绳—摩擦卷筒、牵引链—链轮和无链牵引行走轨—行走轮四种。前两种使用于早期的采煤机，牵引力小，牵引速度低，使用寿命短，安全性差。现代采煤机都采用无链牵引。行走驱动装置包括调速系统和机械传动装置。调速系统用来调节牵引速度和变换牵引方向，有机械调速、液压调速和电气调速三种。机械调速以机械方式来实现调速，如棘轮插爪传动，摩擦片脉动传动等。它常和机械传动装置结合在一起，其输出轴的转速往往是不均匀的，这种调速方式仅在早期的采煤机上使用。液压调速以液压传动方式来实现调速，如变量泵一定量马达、变量泵—变量马达传动等。电气调速以电气调速传动方式来实现调速，如直流调速传动和交流变频调速传动等。液压调速和电气调速都是无级调速，调速系统一般是独立的。现代采煤机都采用电气调速系统。
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1.4电动机
整台采煤机的几个主要部件共用一台电动机驱动时，电动机才成为采煤机的主要独立部件，该电动机往往称为主电动机。主电动机一般是两端都有输出轴，一端驱动截割部，另一端驱动行走部，外形呈箱形结构，用紧固螺栓与相邻部件连接形成采煤机的机身部分。电动机必须防爆。现代采煤机的电动机都是水冷式，多数采用定子水冷方式。
1.5操作控制系统
操作控制采煤机的电源（动力源）和工况状态的系统。按系统的工作原理分为机械控制、液压控制和电气控制三种。按控制方式分为就机控制、直视遥控和巷道控制三种。
1.6辅助装置
不同结构型式的采煤机需要配置各种相应的辅助装置。常用的辅助装置有：降（集）尘系统；供电电缆和供水管的拖缆装置；各种安全保护装置等。
2.改进设计的必要性
采煤机电控箱隔爆外壳是研究的关键，影响隔爆型电气设备的隔爆性能的主要因素是外壳的间隙间隙越大，穿过间隙的爆炸产生物能量越多，传爆性越强，隔爆性能越差。外壳的间隙与隔爆接合面宽度紧密相关，间隙的安全性，除了与爆炸性混合物的浓度、压力和温度有关，主要与外壳容积、壳体面宽度、表面加工粗糙度等因素有关，当然使用中环境的影响也不可忽略。
3.结构改进设计
3.1改进箱体和盖板材料
原电控箱焊接箱体的材料为16Mn，其焊接性能较高，屈服强度和抗拉强度却较低。16Mn虽然能保证电控箱整体强度，但采煤机在振动、腐蚀等恶劣环境下工作，很难保证电控箱的可靠性.
3.2改进箱体和盖板结构
一是改进箱体结构。前法兰框下部改进焊接搭接方式，避免隔爆盖板固定螺孔开在焊缝上。提高螺孔加工质量，加大紧固件规格，盖板螺栓由M12×25改为M16×40，并提高螺栓紧固力，规范螺栓紧固力矩，防止盖板松动。二是改进盖板结构。在盖板的上下增加限位止口；盖板两侧增加定位销；电控箱盖板螺栓配防松垫圈，防止因螺栓松动引起盖板窜动而破坏隔爆面磷化层。
3.3隔爆面的防腐措施
一是隔爆面磷化处理，并涂工业凡士林，隔爆面平面度和表面粗糙度按统一要求。二是盖板增加防水槽，安装防水密封圈，防止蒸汽、潮气等进入腔内，保护隔爆面。三是底部下沿开漏水孔，使箱体底部积水能及时排除，防止侵蚀隔爆面。电控箱盖板内侧增加O形绳进行防水、防尘保护。
总结：通过对改进的必要性分析，提出了具体的采煤机电控箱改造方案。现场使用效果分析表明，改进后的电控箱防爆结构的可靠性和电控箱箱体强度均有明显提高，能安全可靠地保证采煤机的正常工作。针对采煤机防爆电控箱结构可靠性不足的问题，从箱体材料、结构和防腐工艺等方面进行改进设计，改进后电控箱防爆结构性能有明显的提高，经实际使用效果良好，达到了预期目标。
参考文献：
[1]周虎.采煤机用自动闭锁在线检测功能液压制动器的研制[D].西安科技大学，2018.
[2]司卓印.基于ARM的采煤机捷联惯性导航定位定姿系统研究[D].中国矿业大学，2017.
[3]孟大伟，刘兆江，孙兵成.采煤机用防爆型水冷电机的设计[J].哈尔滨理工大学学报，2009，14（02）：55-58.
[4]刘兆江.采煤机用防爆型水冷电机设计[D].哈尔滨理工大学，2009.
[5]杨芳春，姚远.采煤机用水冷防爆异步电动机温度场的计算机数字仿真[J].电工技术学报，1992（02）：12-16.
论文作者:成伟青
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/8
标签：盖板论文; 采煤机论文; 箱体论文; 电动机论文; 装置论文; 机构论文; 电控箱论文; 《电力设备》2019年第5期论文;