電牽引采煤機的應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

嚴周民

摘 要：隨著中國社會經(jīng)濟的迅猛崛起和科學(xué)技術(shù)的不斷進步，為煤炭的開采奠定了堅實的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)，煤炭開采設(shè)備亦獲得的長足的發(fā)展。在煤礦開采的過程中，電牽引采煤機作為煤礦開采所使用的重要設(shè)備之一，對實現(xiàn)煤礦的順利開采和作業(yè)安全具有重要的作用。近年來，我國電牽引采煤機有了長足的進步和發(fā)展，但是與發(fā)達國家相比依然存在不足。電牽引采煤機的研究和使用，應(yīng)不斷進行技術(shù)補充和完善，提高電牽引采煤機的整體水平?；诖?，本文試圖對電牽引采煤機的應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢進行分析，以期為相關(guān)技術(shù)人員提供一定參考。

關(guān)鍵詞：電牽引采煤機；技術(shù)；現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.051

0 引言

電牽引采煤機作為煤炭開采常用設(shè)備，調(diào)速方便，牽引速度大，可靠性強，已逐漸成為煤礦開采的主流設(shè)備。為了滿足高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井開采的需要，把脈電牽引采煤機發(fā)展趨勢，加強其技術(shù)研究，發(fā)揮其技術(shù)水平，促進煤炭開采的可持續(xù)發(fā)展很有必要。

1 電牽引采煤機工作原理及牽引方式

采煤機是綜合機械化采煤工作面主要工作設(shè)備，擔負落煤和裝煤任務(wù)。滾筒式的采煤機主要由截割部、牽引部、電動機及輔助裝置組成。按牽引方式分為鏈牽引式和無鏈牽引式；按牽引部傳動方式分為機械牽引式、液壓牽引式和電牽引式式。機械牽引式因不能實現(xiàn)無極調(diào)速，滿足不了采煤工作工況變化的要求而很少應(yīng)用；液壓牽引式雖可實現(xiàn)無極調(diào)速，變速、換向、停機等操作方便，保護齊全，易實現(xiàn)自動控制和操作，但因傳遞能量的介質(zhì)油液，易受工作環(huán)境雜質(zhì)污染而引起液壓元件損壞導(dǎo)致系統(tǒng)故障率高且難以排除，采煤機停機時間長，礦井難以實現(xiàn)高產(chǎn)高效，故而液壓牽引式采煤機近幾年研制發(fā)展停滯；電牽引式通過直接改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)采煤機牽引速度的改變和牽引方向的改變，其牽引部機械傳動系統(tǒng)簡單，機械結(jié)構(gòu)簡化，采煤機機械故障率大幅降低。

電牽引采煤機共有4種牽引方式：（1）直流電機牽引。（2）交流變頻調(diào)速電牽引。（3）感應(yīng)電機與電磁滑差離合器電牽引。（4）開關(guān)磁阻電機調(diào)速電牽引。前兩種牽引方式最為普遍，后兩種電牽引方式目前應(yīng)用很少。

1.1 直流電牽引采煤機調(diào)速原理

由電工學(xué)可知，他激直流電動機轉(zhuǎn)速和扭矩公式為，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 ，電動機輸出扭矩式中， U為電樞電壓，n為電動機轉(zhuǎn)速，M為電動機輸出扭矩。通過晶閘管控制觸發(fā)電路，改變電樞電壓或激磁電壓（磁通量Φ）的大小和方向，就可以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，從而改變采煤機的牽引速度和牽引方向。在0～ne（為電動機額定轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)采用電樞電壓調(diào)速，即保持磁通量不變，通過改變電樞電壓實現(xiàn)調(diào)速，此時電動機扭矩保持不變，實現(xiàn)恒扭矩調(diào)速。在ne ～nmax （nmax為電動機最大轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)采用電磁通調(diào)速，即保持電樞電壓不變，通過改變磁通量實現(xiàn)調(diào)速，電動機功率保持不變，實現(xiàn)恒功率調(diào)速。

1.2 交流電牽引采煤機調(diào)速原理

交流異步電動機轉(zhuǎn)速公式為 ，式中n為電動機轉(zhuǎn)子實際轉(zhuǎn)速，p磁極對數(shù)，s電動機轉(zhuǎn)差率，f電源工作頻率。由轉(zhuǎn)速公式可知，通過改變磁極對數(shù)、轉(zhuǎn)差率和頻率的方法都能實現(xiàn)對異步電動機的調(diào)速。比較而言，只要平滑改變頻率最容易實現(xiàn)電機無極調(diào)速，從而達到實現(xiàn)采煤機牽引速度的無極調(diào)節(jié)。

1.3 采煤機牽引方式

采煤機牽引方式有有鏈式和無鏈式。有鏈牽引因存在斷鏈危險和割煤脈動現(xiàn)象只能用在生產(chǎn)能力有限的普采工作面中，不適應(yīng)高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井生產(chǎn)的需求而淘汰。按照牽引機構(gòu)的不同無鏈牽引式主要有齒輪-銷軌型、銷輪-齒軌型、鏈輪-鏈軌型、復(fù)合齒輪-齒軌型。目前用的較多是齒輪-銷軌型和復(fù)合齒輪-齒軌型。

2 電牽引采煤機技術(shù)特征

2.1 電牽引采煤機工作效率增強，性能參數(shù)進一步提高

采煤機總裝機功率超過1000kW。如SL1000型采煤機，其總裝機功率已經(jīng)超過2600kW，牽引功率為80kW，最大牽引力高達300kN。大部分的單臺電牽引采煤機功率需大于400kW，更甚者超過600kW功率。與以往采煤機對比可知，電牽引采煤機在牽引速度以及牽引力均明顯高于傳統(tǒng)采煤機。根據(jù)采煤機生產(chǎn)率公式Q=60HBVρ可知，要滿足高產(chǎn)、高效需求，提升采煤機牽引速度最為直接。牽引部功率的加大為采煤機在大傾角下開采提供了足夠的牽引力，同時為加大滾筒截深，進一步增加產(chǎn)能成為可能。

2.2 電牽引采煤機的供電方式必須是中高壓供電

電牽引采煤機通常采用3300V電壓，在供電過程中，一般利用單電纜完成供電，因單電纜具有使用便捷的優(yōu)勢。在煤層面開采過程中，可隨意對單電纜進行移動，從而有效的降低電纜故障概率，方便采機移動和搬家。為適應(yīng)高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井的要求，一方面是加大工作面長度，有的甚至加大到350m，這樣減少采煤機頻繁變化牽引方向的輔助作業(yè)時間，提高了煤機有效作業(yè)時間；另一方面通過擴大電牽引裝機功率，提高采機單位時間的生產(chǎn)率。裝機功率的提高對電源質(zhì)量要求也隨之增高。從電工學(xué)原理可知，輸電線路的輸電損耗和電壓的平方成反比，和頻率成正比，即電壓越高，損耗越小，為了保證電牽引采煤機能夠取得有效的電機性能，需科學(xué)的把控輸電線路電能損耗，通常利用中高壓完成供電。

2.3 電牽引采煤機監(jiān)控保護智能化

現(xiàn)代電牽引采煤機具有建立在計算機處理基礎(chǔ)上的智能化監(jiān)測、監(jiān)控和保護系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)中，最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)為控制器與變頻器；監(jiān)測系統(tǒng)是用于對電牽引采煤機工作狀況給予全方位的監(jiān)控?，F(xiàn)階段，電牽引采煤機已經(jīng)向智能化方向發(fā)展，已經(jīng)實現(xiàn)了工程監(jiān)測、狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)采集、儲存及傳輸、故障診斷及預(yù)警自動控制、自動滾筒調(diào)高等多種功能，以保證電牽引采煤機最低維修量和最高利用率。智能化設(shè)備的運用，進一步提升了采煤工作效果的同時，增強了采煤機功能的最大化發(fā)揮，降低設(shè)備維護成本。同時，電牽引采煤機實現(xiàn)了與液壓支架、工作面輸送等配套相關(guān)設(shè)備的聯(lián)動控制及信息交互功能。

3 國內(nèi)電牽引采煤機的技術(shù)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，我國大部分的液壓牽引采煤機裝機功率小，牽引速度低（最大只有9.6m/min）；現(xiàn)場使用時，受環(huán)境雜質(zhì)影響，液壓牽引系統(tǒng)漏油失壓，故障率大且難于排除；兩次能量轉(zhuǎn)化，傳遞效率低等這些技術(shù)的制約，不能滿足高效、高產(chǎn)的煤礦開采需求。而電牽引采煤機用電動機直接傳遞動力至行走機構(gòu)的齒輪與刮板運輸機敷設(shè)的齒軌嚙合，實現(xiàn)采煤機的牽引，牽引速度大，調(diào)速方便，裝機功率大，效率高，故障率低，結(jié)構(gòu)簡單等諸多的優(yōu)勢，尤其在維護和技術(shù)性能的優(yōu)勢較為顯著，符合了高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井的需求，是現(xiàn)階段采煤設(shè)備技術(shù)升級發(fā)展趨勢。

4 電牽引采煤機的發(fā)展趨勢

4.1 向多電機橫向布置和電氣模塊化發(fā)展

單電機驅(qū)動的采煤機，截割部、牽引部及輔助泵站的動力都由此電機供給，傳動機構(gòu)復(fù)雜，發(fā)生故障幾率大，縱向布置的電機向滾筒傳遞動力時，需要一對錐齒輪嚙合，傳遞效率低，易損壞。多電機驅(qū)動機械傳動系統(tǒng)彼此獨立，部件之間無機械傳動，取消了錐齒輪傳動副和復(fù)雜的通軸，機械結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便。

現(xiàn)階段隨著電控技術(shù)的發(fā)展，控制電器功能的逐步齊全，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用以及電氣控制裝置可靠性的提高，電牽引采煤機的電氣裝置設(shè)計成結(jié)構(gòu)更為簡便，通用性、互換性和集成性更好，組裝、拆卸、維修更為方便的模塊化已成為可能。

4.2 無鏈牽到齒輪-齒軌模式發(fā)展

大傾角、大采高、硬煤質(zhì)煤層的開采以及高產(chǎn)高效的要求決定著采煤機牽引力會越來越大，為適應(yīng)大牽引力的要求，銷輪-銷軌式的牽引機構(gòu)因其結(jié)構(gòu)不合理，已不能承受大的牽引力，現(xiàn)階段在采煤機當中的應(yīng)用已經(jīng)少之又少，有逐漸被淘汰得趨勢。而電牽引采煤機的無鏈牽有向齒輪-齒軌方式進行發(fā)展的趨勢。在無鏈牽引結(jié)構(gòu)體系當中，齒軌代替了傳統(tǒng)的銷軌式圓柱銷，整體精密的鍛造替代了傳統(tǒng)的焊接結(jié)構(gòu)，不斷擴大的齒軌寬度可保證傳遞質(zhì)量，節(jié)距的不斷增多（高達175mm）有利于牽引速度的提高。

4.3 智能化、自動化方向發(fā)展

電牽引采煤機在發(fā)達國家已經(jīng)得到了較為深入的研究和利用，并實現(xiàn)了電牽引采煤機的自動化和智能化控制。由于我國經(jīng)濟的發(fā)展和煤炭資源利用程度的加深，電牽引采煤機將會逐漸取代液壓牽引采煤機。充分發(fā)揮電牽引采煤機的巨大優(yōu)勢，需積極的引進國外先進的電牽引采煤機技術(shù)，增強對采煤機智能化和自動化的認識、研究和完善，實現(xiàn)電牽引采煤機控制系統(tǒng)的自動化和智能化。研究采煤機作業(yè)的自動化，加強對采煤機計算機控制系統(tǒng)的研究，利用人工智能技術(shù)，使其能夠在工作中進行自動化識別和自動報警檢修等技術(shù)更新都是電牽引采煤機研究、發(fā)展趨勢。

5 結(jié)束語

綜上所述，伴隨著我國社會科技的迅猛發(fā)展，滿足高產(chǎn)高效要求，采煤機其裝機功率不斷增大，電牽引采煤機的應(yīng)用在很大程度提升了煤炭開采工作效率。為了保證煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，需加強電牽引采煤機技術(shù)創(chuàng)新，加大投入力度，更好的促進電牽引采煤機的整體質(zhì)量，更好的發(fā)揮其自身價值。

參考文獻：

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