采煤機高效截割的自適應(yīng)調(diào)速研究

郝淑榮

（山西煤炭進出口集團左權(quán)宏遠煤業(yè)有限公司， 山西 晉中 032612）

引言

采煤機械在對地下煤巖進行截割作業(yè)時，如果截割工況出現(xiàn)突發(fā)情況，傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)只可以對牽引速度進行調(diào)節(jié)來適應(yīng)采煤機的突變情況，不能依據(jù)煤機本身的牽引速度變化和煤巖普氏硬度系數(shù)情況來調(diào)整滾筒運行速度，限制了采煤機械截割能力的發(fā)揮。所以，在采煤機進行作業(yè)時，如果碰到夾矸等突發(fā)情況時，應(yīng)該對滾筒以及牽引速度進行聯(lián)合自適應(yīng)調(diào)節(jié)[1]。

1 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速分析

1.1 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速判據(jù)

所謂的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，也就是當(dāng)采煤機械在對綜合作業(yè)面的煤巖進和截割時，滾筒截割轉(zhuǎn)矩達到作業(yè)要求，保證輸出的轉(zhuǎn)矩處于恒定不變狀態(tài)。隨著電力電子技術(shù)的不斷進步，微電子技術(shù)和電機調(diào)速的不斷結(jié)合，交流三相異步電動機的變頻調(diào)速技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。采煤機應(yīng)用電牽引的方式在煤礦中應(yīng)用的前景較好，對采煤機械的截割電機進行變頻調(diào)速，可以很好的應(yīng)對各種突發(fā)狀況，異步電機進行變頻調(diào)速的機械特性曲線如圖1[2]所示，電機的調(diào)速區(qū)間為nL（中轉(zhuǎn)速）～nM（高轉(zhuǎn)速），可以在此轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩、恒功率速度控制。

1.2 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速流程

采煤機械對開采工作面進行截割作業(yè)時，應(yīng)該對截割電機的運行速度進行調(diào)節(jié)，使轉(zhuǎn)速接近于nL，再逐步提高采煤機的牽引運行速度，截割電機便可以持續(xù)提供額定的力矩，達到平穩(wěn)的割煤操作。因為該狀況下的截割參數(shù)以及力矩已經(jīng)達到確定值，從而可計算出被截割煤巖產(chǎn)生的截割阻抗，便可以得到此工作狀況下經(jīng)過優(yōu)化改進后的截割參數(shù)[3]。以此作為依據(jù)對采煤機械截割參數(shù)值進行優(yōu)化調(diào)整。

圖1 變頻電機機械特性線型圖

在工作狀況突然出現(xiàn)改變的情況下，對采煤機械設(shè)備進行恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速控制方案應(yīng)該從截割阻抗值變大以及變小兩種不同的情況進行深入分析：

1）截割阻抗值變大。要求截割異步電機輸出轉(zhuǎn)矩高于速度調(diào)節(jié)之前的轉(zhuǎn)矩，應(yīng)該通過對速度調(diào)節(jié)使截割厚度值變小，保證截割電機的輸出轉(zhuǎn)矩處于恒定不變的狀態(tài)。如果截割阻抗大于1，且不大于nM/nL時，為了保證不對采煤機的截割效率產(chǎn)生較大的影響，應(yīng)該使采煤機械設(shè)備的牽引速度保證恒定，提高截割電機轉(zhuǎn)速方式，也就是使?jié)L筒轉(zhuǎn)速增大來降低截割厚度[4]。如果截割阻抗值大于nM/nL時，該條件下的截割電機運行速度達到了最大，截割電機產(chǎn)生的輸出力矩仍然不小于進行速度調(diào)節(jié)之前的力矩，應(yīng)該把截割電機運行速度提高到nM，與此同時，調(diào)低采煤機械設(shè)備的牽引速度，才可以保證采煤機械設(shè)備可以正常進行截割作業(yè)。

2）截割阻抗變小。截割電機產(chǎn)生輸出力矩低于調(diào)整速度之前的力矩時，應(yīng)該提高牽引速度來提高采煤機械滾筒的截割厚度來提高截割截荷。與此同時，應(yīng)該把采煤機械設(shè)備的牽引速度提高到初始牽引速度和截割阻抗的比值，截割載荷可以回到調(diào)整速度之前的狀態(tài)，采煤機械設(shè)備就可以繼續(xù)進行截割作業(yè)，生產(chǎn)效率也會得到相應(yīng)的提升。

2 恒功率調(diào)速分析

2.1 恒功率調(diào)速判據(jù)

恒功率調(diào)速控制方案，當(dāng)采煤機進行截割工作面的煤巖時，滾筒的截割功率達到工作要求的條件下，保證滾筒輸出的功率保持不同，如果煤巖截割阻抗值改變，采煤機械設(shè)備的牽引速度進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)保證煤機以恒功率截割。結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變的采煤機械設(shè)備在對截割阻抗不同的工作面進行截割煤巖作業(yè)時，截割厚度值是對采煤機械設(shè)備能耗產(chǎn)生影響的關(guān)鍵因素，所以，在保證采煤機械設(shè)備進行恒功率截割作業(yè)時，如果使截齒的截割厚度保證最優(yōu)值時，就可以使截割作業(yè)產(chǎn)生能耗降低[5]。

2.2 恒功率調(diào)速流程

采煤機械設(shè)備在對工作面煤巖進行截割時，首先應(yīng)該調(diào)節(jié)截割電機的運行速度，同時逐漸增加采煤機械設(shè)備的牽引速度，傳感器可以獲取到采煤機實際運行中的牽引速度，便可以得到截割厚度值。通過公式計算可以得出該時刻采煤機截割煤巖時的截割阻抗，便可以知道該工作狀況經(jīng)過優(yōu)化后的截割參數(shù)。以此作為依據(jù)來對采煤機械設(shè)備的截割參數(shù)進行調(diào)整，使采煤機械設(shè)備可以高效率地進行割煤作業(yè)。

采煤機械設(shè)備在對工作面煤巖進行截割時，如果截割阻抗產(chǎn)生突然改變，采煤機會出現(xiàn)過載或者欠載，應(yīng)該聯(lián)合調(diào)節(jié)牽引速度以及滾筒轉(zhuǎn)速，使采煤機械設(shè)備以恒功率進行截割。工作面的煤巖截割阻抗產(chǎn)生變化條件下保證采煤機械設(shè)備以恒度率進行調(diào)速，以下從不同情況展開分析。

1）采煤機截割電機的額定轉(zhuǎn)矩TM大于截割電機的負載轉(zhuǎn)矩用T1時,如果工作面的煤巖阻抗值發(fā)生變化，應(yīng)該對截割電機的運行速度以及采煤機械設(shè)備的牽引速度進行調(diào)整，才能以最合理的截割厚度對工作面的煤巖進行恒功率截割作業(yè)。該恒功率調(diào)速控制方案中，采煤機械設(shè)備的牽引速度以及煤巖的截割阻抗值為反比例關(guān)系。

2）如果采煤機截割電機的額定轉(zhuǎn)矩TM小于截割電機的負載轉(zhuǎn)矩用T1時，因為受到截割電機力矩輸出能力的制約，采煤機械設(shè)備沒有辦法保證以最優(yōu)的截割厚度進行割煤作業(yè)。采煤機截割電機的轉(zhuǎn)速應(yīng)該等于電機變頻調(diào)速區(qū)段的nL轉(zhuǎn)速。

不管是采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速還是采用恒功率調(diào)速控制，應(yīng)根據(jù)實際情況，對采煤機械設(shè)備進行連續(xù)的速度調(diào)節(jié)，應(yīng)該在首次調(diào)速完成后把當(dāng)時的截割電機運行速度、采煤機牽引速度、截割電機定子的運行電流進行記錄。當(dāng)工作面的煤巖阻抗值發(fā)生改變而需要重新調(diào)速時，可以再次進行調(diào)速控制流程的運算，得到調(diào)速之后截割電機運行速度以及采煤機牽引速度的目標(biāo)值，對截割電機以及牽引電機進行調(diào)速控制，方便于后續(xù)的調(diào)速。

3 結(jié)語

兩種不同的調(diào)速方式有著不同的控制目標(biāo)和各自的特點，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速把生產(chǎn)效率作為主要控制目標(biāo)，而恒功率調(diào)速控制以降低截割能耗作為控制的主要任務(wù)。所以，應(yīng)該參照綜合工作面的不同狀況，確定調(diào)速控制的目標(biāo)，也可以對調(diào)速控制方式進行轉(zhuǎn)換，達到采煤效益的最大化。