采煤機滾筒截割參數的優化探析

宋昊婷

（大同煤礦集團公司機電管理處，山西大同 037003）

0 引言

在煤礦企業的開采工作中采煤機是最核心的機械設備，其技術要求不斷提升。以往的學者對采煤機處于各個工況下的運行進行了各種優化設計。馮凱等[1]通過運用AMESIM來創建仿真模型，并借助遺傳算法來優化PID調高系統，結果得出在完成優化之后，活塞位移的響應速度可以將閥控壓缸的性能加以提升。原曄[2]針對截割單元中行星架存在的斷裂問題，采用Abaqus軟件來進行創新設計，并將圓角及渡臺角進行增加，以此來提高結構所具有的強度及剛性，從而延長行星架的使用年限。丁永成[3]針對采煤機內部的搖臂升降液壓系統，通過運用仿真模擬的方法來進行分析，并設計出有效的抗衡閥，以最大化地降低該液壓系統存在的壓力損失，對采煤機的搖臂進行優化。高永新等[4]通過運用理論聯系實踐的方法來分析采煤機截割的受力狀況，結果發現：可以通過對采煤機的截割路徑加以調整來減輕機體截齒的磨損狀況，以此來延長滾筒的使用年限，從而提高設備的運行效率。本文選擇MG500/1180-WD型采煤機為對象進行研究，分別對優化之前及之后的各個參數進行研究。

1 優化前后采煤機調速性能分析

在將采煤機開展截割工作中的各個參數進行優化之后，通過運用仿真模擬軟件可知，在完成優化之后，其轉矩與響應的速度均得到了較大改善；在實施模擬的時候，應當對具有多種普氏硬度的巖石對采煤機各個參數所造成的影響加以綜合考慮，其滾筒扭矩如圖1所示。由圖可知，對于采煤機而言，具有各種普氏硬度的巖石對其扭矩有著不同的影響，在將滾筒進行優化之后，其扭矩也會得到較大的提升。當普氏硬度為1時，其扭矩約增加了19.8%，當硬度由1提升至2時，其扭矩也得到了較大的提升，但是當硬度超出2時，扭矩將不會產生變化。由此可知，在某種程度上，巖石所具有的普氏硬度將會影響滾筒的截割參數產生優化效果，當硬度為2、3和4的時候，優化之后的采煤機滾筒的扭矩值將會提升21%，這是因為在將采煤機滾筒加以優化之后，其所截割的煤層厚度將會增加，因此截割阻力也會隨之提高，從而滾筒的扭矩隨之增加。這也表明了對采煤機的截割參數加以優化具備較強的可行性，并且可以極大提升采煤機的運行效率[5]。

圖1 不同普氏硬度下優化前后滾筒扭矩

圖2 所示為針對各個普氏硬度的巖石，采煤機滾筒的截割參數在優化前、后的轉速對比圖。當硬度為1時，在將采煤機滾筒的截割參數加以優化之后，其電機的轉動速度將會得到極大提升，對普氏硬度較低的狀況加以考慮，在經過優化之后，采煤機的滾筒將會更迅速地上升，降低一個循環的時間，因此截割的轉速將會得到顯著提升。當硬度為2時，在將采煤機的滾筒進行優化之前及之后，其電機的轉速并未取得較大的變化。當硬度為3和4時，與未進行優化時的電機轉速相比，優化之后的轉速取得了較大的降低，此時極大縮短了電機的上升時間，并且在對截割參數進行優化之后，采煤機的滾筒將會受到更大的扭矩，因此電機的轉速也會取得一定提升，同時當普氏硬度過大時，截割電機的運行將會產生相應變化，但是其轉速可以迅速恢復。由此可知，在將采煤機的滾筒進行優化之后，其所受扭矩會出現相應的增加，但是電機轉速不會受到較大的干擾，因此在將采煤機的截割參數加以優化之后，依舊可以取得較好的調速效果[6]。

圖2 不同普氏硬度下優化前后截割電機轉速

2 優化后采煤機開采能效分析

在第1節已經證明了對采煤機滾筒的截割參數進行優化具備較強的科學性，該節運用優化之后模型來模擬相同工況下優化前、后的截割煤層響應。并對優化之前及之后開采工作的參數及效果進行計算。采煤機在對各個普氏硬度的巖石進行截割時，其優化之前及之后的開采效果如圖3所示。

圖3 普適應度f=1時開采能效在優化前后的示意圖

當煤巖分別具有f=1、2、3、4的普氏硬度時，在將采煤機的相關參數加以優化之后，其生產的效率、切割的面積和比能耗基本相似，本文利用f=1時的巖石進行研究。在大多數狀況下，在將采煤機的截割參數加以優化之后，其開采效率將會得到極大提升。如圖3（a）所示，在完成優化之后，采煤機的比能耗將會降低大約15%，這就表明采煤機滾筒在進行截割作業時，其耗費的能量將會減少，極大提升了采煤機的開采效率。在將采煤機的截割參數加以優化之后，截割比能耗將會得到極大的改善。如圖3（b）所示，當采煤機開展截割的工序維持穩定時，其生產的效率也由原有的1 300 t/h提高到優化之后的1 550 t/h，平均增加了250 t/h，其生產的效率大約增加了20%，從而使煤礦的生產效益得到極大提升，因此通過優化采煤機的截割參數來提升生產效率這一措施是較為成功的[7]。如圖3（c）所示，通過對采煤機滾筒的截割參數進行優化，可以極大提升塊煤率，由以往的2 563 m2提升到3 076 m2，增加了513 m2，隨著塊煤率的增加，也證明了采煤機工作效率的提升，由此可知該型號采煤機所開展的模擬試驗取得了較好的效果。當采煤機在各個工況下工作時，通過對其截割參數加以優化，可以極大提升采煤機的截割效果，促使截割工作更加有效，進而使煤礦企業獲得較大的經濟效益[8]。

3 結束語

（1）通過模擬研究發現在對采煤機進行優化之后，利用該設備來開采具有各個普氏硬度的煤體時，滾筒將會受到不同的扭矩，并且當煤巖所具有的普氏硬度f=2時，滾筒所受扭矩將會得到極大的提升，大約為21%。

（2）在將采煤機進行優化之后，其對電機轉速產生的影響將會減小，因此在優化結束之后依舊可以取得較好的調速效果，則表明成功完成優化。

（3）在將采煤機的截割參數加以優化之后，其比能耗會減少約15%，而與未經過優化的塊煤相比，優化之后的開采效率將會提升20%，這就表明采煤機的運行效率可以經過優化而提升。