采煤機變速控制的優化研究

廉 強

（汾西礦業兩渡煤業， 山西 靈石 031302）

1 采煤機效率的影響因素

截割部由滾筒、傳動系統、三相異步電機組成（如圖1所示），由于搖臂中的機械齒輪傳動系統較為復雜，傳動鏈過長，所以傳動系統是故障頻發區。本文將以解決傳動系統的工作負載展開研究與討論，并找出解決方案。

圖1 采煤機截割部傳動系統簡圖

1）牽引速度和滾筒轉速對生產效率的影響。采煤機的生產效率是在單位時間內采煤機截割下來的煤的重量，這個指標是采煤機生產能力的主要體現，是煤礦投產后選擇采煤機的主要參考[1]。

在不考慮煤炭密度的情況下，生產率僅與牽引速度有關，與滾筒的轉速沒有關系。為了提高采煤機的產出率，牽引速度在一定范圍內需要提高，而這個范圍由切割電機來約束，不宜過大，否則會使電機長期處于過載條件下工作，最終導致機械損壞。

2）采煤機滾筒轉速和牽引速度對產出塊煤率（牽引速度越大塊煤率越高，滾筒轉速越大塊煤率越低）的影響。滾筒轉速和采煤機牽引速度對生產率和塊煤率都有影響，從而導致經濟效益的變化，這兩個速度的合理控制有助于降低截割部的傳動系統的載荷，也有助于在這基礎上采取最優化的方案導致更高的生產率和效益[2]。

2 采煤機變速控制方案

由于采煤機傳動系統的載荷基本等同于滾筒的載荷（多出來的部分是由系統本身的阻力造成的，可以通過采用更好的潤滑方式來降低），所以要降低傳動系統載荷，就是要降低滾筒在截割煤壁時的載荷。由研究得來，滾筒的載荷隨滾筒轉速的增大而減小、隨采煤機牽引速度的增大而增大。因此，本文暫時提出以下兩種方案來解決這一問題。

1）保持采煤機牽引速度不變，升高滾筒轉速。此種方案在現有技術層面上只適用于采煤機截割阻抗變化不是太大的情況下，這是因為調節滾筒轉速和牽引速度對阻抗的變化影響能力不同，相同的滾筒轉速和截割阻抗的變化并不是線性的關系，如圖2所示。

圖2 不同阻抗下滾筒負載的變化關系圖

這種方案可以在截割阻抗變化的情況下保持生產率不會發生太大變化，在有效保證正常生產的同時，使采煤機截割部傳動系統的實際工作載荷降低，使機械高效運轉，降低故障率，比起其他方案較簡單，容易操作。

2）通過牽引速度和滾筒轉速的動態配合實現對傳動系統工作載荷的控制。這種方案和方案一相比，更加能適應實際煤礦復雜的工況。在截割阻抗變化較大的情況下方案一不容易實現，所以我們提出這種策略。滾筒負載、驅動電動機轉速和牽引速度三者之間的變化過程如下頁圖3所示。

由圖3可知，采煤機牽引速度對截割阻抗的調節要比滾筒轉速對截割阻抗的調節能力強，效果更加明顯，在此種情況下，先把采煤機牽引速度降低至一個較低水平，升高采煤機的滾筒轉速到一個值后，再將遷移速度降到原值，調節過程結束。此種方案更合理，遷移速度的控制也更方便。

圖3 滾筒負載、驅動電動機轉速和牽引速度三者之間的變化過程

3 對于方案二的優化建議

方案二在現在設備的基礎上可以實現，缺點是調節過程較長，操作起來較為復雜。根據圖3三者之間的關系在實驗室基礎上做一些實驗，在同時調節滾筒轉速和牽引速度的情況下（減低牽引速度，提高滾筒轉速）實現這個調節操作，記錄大量數據，將這些數據在計算機上做一定的統計學處理（繪制線性圖），之后將這個變化過程通過控制軟件的方式對采煤機截割部進行控制。這樣就將調節時間減短了一半，提高了工作效率，且不需人工的復雜控制。

4 結語

采煤機是綜采工作面的主要設備之一，其穩定運轉是煤礦正常生產的保證。然而采煤機截割部傳動系統經常發生故障，因此，研究在截割阻抗變化時怎么降低截割部傳動系統的工作載荷，以保證采煤機的有效長運轉時間。