采煤機變速控制的優(yōu)化研究

廉 強

（汾西礦業(yè)兩渡煤業(yè)， 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(tǒng)、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(tǒng)較為復(fù)雜，傳動鏈過長，所以傳動系統(tǒng)是故障頻發(fā)區(qū)。本文將以解決傳動系統(tǒng)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(tǒng)簡圖

1）牽引速度和滾筒轉(zhuǎn)速對生產(chǎn)效率的影響。采煤機的生產(chǎn)效率是在單位時間內(nèi)采煤機截割下來的煤的重量，這個指標是采煤機生產(chǎn)能力的主要體現(xiàn)，是煤礦投產(chǎn)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(chǎn)率僅與牽引速度有關(guān)，與滾筒的轉(zhuǎn)速沒有關(guān)系。為了提高采煤機的產(chǎn)出率，牽引速度在一定范圍內(nèi)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(dǎo)致機械損壞。

2）采煤機滾筒轉(zhuǎn)速和牽引速度對產(chǎn)出塊煤率（牽引速度越大塊煤率越高，滾筒轉(zhuǎn)速越大塊煤率越低）的影響。滾筒轉(zhuǎn)速和采煤機牽引速度對生產(chǎn)率和塊煤率都有影響，從而導(dǎo)致經(jīng)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(tǒng)的載荷，也有助于在這基礎(chǔ)上采取最優(yōu)化的方案導(dǎo)致更高的生產(chǎn)率和效益[2]。

2 采煤機變速控制方案

由于采煤機傳動系統(tǒng)的載荷基本等同于滾筒的載荷（多出來的部分是由系統(tǒng)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(tǒng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速。此種方案在現(xiàn)有技術(shù)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(diào)節(jié)滾筒轉(zhuǎn)速和牽引速度對阻抗的變化影響能力不同，相同的滾筒轉(zhuǎn)速和截割阻抗的變化并不是線性的關(guān)系，如圖2所示。

圖2 不同阻抗下滾筒負載的變化關(guān)系圖

這種方案可以在截割阻抗變化的情況下保持生產(chǎn)率不會發(fā)生太大變化，在有效保證正常生產(chǎn)的同時，使采煤機截割部傳動系統(tǒng)的實際工作載荷降低，使機械高效運轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)速的動態(tài)配合實現(xiàn)對傳動系統(tǒng)工作載荷的控制。這種方案和方案一相比，更加能適應(yīng)實際煤礦復(fù)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(xiàn)，所以我們提出這種策略。滾筒負載、驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)要比滾筒轉(zhuǎn)速對截割阻抗的調(diào)節(jié)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(zhuǎn)速到一個值后，再將遷移速度降到原值，調(diào)節(jié)過程結(jié)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(qū)動電動機轉(zhuǎn)速和牽引速度三者之間的變化過程

3 對于方案二的優(yōu)化建議

方案二在現(xiàn)在設(shè)備的基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)，缺點是調(diào)節(jié)過程較長，操作起來較為復(fù)雜。根據(jù)圖3三者之間的關(guān)系在實驗室基礎(chǔ)上做一些實驗，在同時調(diào)節(jié)滾筒轉(zhuǎn)速和牽引速度的情況下（減低牽引速度，提高滾筒轉(zhuǎn)速）實現(xiàn)這個調(diào)節(jié)操作，記錄大量數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)在計算機上做一定的統(tǒng)計學(xué)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(diào)節(jié)時間減短了一半，提高了工作效率，且不需人工的復(fù)雜控制。

4 結(jié)語

采煤機是綜采工作面的主要設(shè)備之一，其穩(wěn)定運轉(zhuǎn)是煤礦正常生產(chǎn)的保證。然而采煤機截割部傳動系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)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(tǒng)的工作載荷，以保證采煤機的有效長運轉(zhuǎn)時間。