采煤機(jī)牽引變壓器和變頻器的改進(jìn)

馬永兵

（山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司寺河煤礦二號井， 山西 晉城 048000）

引言

郭莊煤礦的3617工作面煤厚6 m，采用分層開采的方式，由于煤層中矸石較多，采煤工作面推進(jìn)過程中采煤機(jī)經(jīng)常發(fā)生過載的超負(fù)荷運(yùn)行，經(jīng)常造成牽引變壓器、變頻器及其他相關(guān)組件的損壞事故，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)進(jìn)度。為了增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行的可靠性，減少事故發(fā)生次數(shù)，在分析論證的基礎(chǔ)上提出了相關(guān)的改進(jìn)措施。郭莊煤礦使用的采煤機(jī)是重慶煤科院生產(chǎn)制造的厚煤層采煤機(jī)，性能良好，設(shè)計較為科學(xué)，在實(shí)際使用中具有較好的可操作性和較長的使用壽命[1]。但是，使用過程中機(jī)電故障頻發(fā)，經(jīng)過技術(shù)人員分析論證，最終得出影響牽引機(jī)運(yùn)行的因素主要在于變壓器的固定牢靠性，基于此分析，在原有配套設(shè)施的基礎(chǔ)上采取措施對變壓器進(jìn)行了加固[2]。表1為其主要技術(shù)參數(shù)。

表1 采煤機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

1 改進(jìn)措施

由于牽引變壓器的設(shè)計空間較為緊湊，可進(jìn)行改進(jìn)的空間較為局限。因此，運(yùn)用礦井常見的橡膠及絕緣材料填充在牽引機(jī)變壓器的周圍，既能防止電氣隱患也能起到緩沖固定的作用，有效避免了變壓器的三相繞組和采煤機(jī)碰撞而短路。另外，根據(jù)變壓器和變頻器的安放位置設(shè)計了專用的固定卡，并在底座加裝6組強(qiáng)力彈簧墊來防止惡劣工作環(huán)境下的強(qiáng)振動造成電路板燒毀。

1.1 牽引變壓器的改進(jìn)

該型號的采煤機(jī)內(nèi)電控箱及變壓器箱都較為狹窄，牽引變壓器的內(nèi)部尺寸為1200mm×680mm×390mm，而變壓器本身尺寸為980mm×600mm×295mm，由此可知，可改進(jìn)空間不大。通過對幾起變壓器燒毀事故總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)變壓器損壞的最主要原因是變壓器經(jīng)常移動使負(fù)荷接線螺栓接觸到內(nèi)部腔體所致[3]?；诖搜芯堪l(fā)現(xiàn)，專門設(shè)計了一系列的變壓器加固措施。首先，原有的變壓器和殼體距離較小，發(fā)生接觸的可能性比較大，所以重新對變壓器線圈進(jìn)行繞制，使其整體結(jié)構(gòu)更加緊湊結(jié)實(shí)，降低和殼體接觸的可能性；在牽引變壓器與后方空間增加了絕緣橡膠，在牽引器前方增加5個螺孔和原先的2個共同對牽引機(jī)進(jìn)行加固。另外，在牽引變壓器上方加厚原有的絕緣板，并更換了新型熔斷器。這樣在不影響效果的基礎(chǔ)上減小了變壓器的空間，同時還能便于檢修維護(hù)，提高安全性。改進(jìn)之后的牽引變壓器在三維方向上的振動大小較之前明顯減小，減小了事故發(fā)生次數(shù)。

1.2 變頻器的改進(jìn)

采煤機(jī)中的變頻器是敏感的電氣元件，礦井下惡劣的環(huán)境會極大地影響變頻器的使用性能。在對礦井6次事故的總結(jié)過程中發(fā)現(xiàn)，由于固定不牢靠而導(dǎo)致5起事故，由于內(nèi)部粉塵堆積導(dǎo)致1起事故。在變頻器的底板前后有4個專門用于固定變頻器的固定卡。但在工作面回采過程中發(fā)現(xiàn)，這種簡單的設(shè)計在實(shí)際中無法保證其穩(wěn)定性。由于變頻器的特殊性和靈敏性，故不能通過使用任意的固定物件來加固，所以在做各種保護(hù)措施以前，先將變頻器和外界隔離保護(hù)起來[4]。當(dāng)拆開變頻器時發(fā)現(xiàn)，在PCB板上煤粉較多，靠近里面則煤粉很少。在變頻器前面是最為核心的主控板，后面是變頻器風(fēng)扇，其中，主控板是核心處理器及信號處理單元，包括9層電路板合成。如果主控板上煤粉很多極容易導(dǎo)致變頻器損壞，綜合考慮下，最終決定將原裝風(fēng)扇拆除，并采用180mm×180mm的不銹鋼板代替原裝風(fēng)扇來封閉空間以阻止煤粉的大量進(jìn)入。和牽引機(jī)變壓器打眼固定方法相類似，在原有固定基礎(chǔ)上重新進(jìn)行打眼固定，增加6個專門的固定螺孔，所不同的是此次在對螺母固定時特意在螺栓穿過的變頻器上下底板加設(shè)4個高強(qiáng)度減震彈簧墊，彈簧墊的構(gòu)造如圖1所示。

圖1 防震彈簧墊示意圖

采取這一改進(jìn)舉措后首先可以防止煤粉過多進(jìn)入主電路板而造成電路板損壞，這樣能有效避免變頻器失效事故的發(fā)生。另外，采取加設(shè)多組高強(qiáng)度防震彈簧墊還能有效緩解采動過程中的強(qiáng)振幅對變頻器的不利影響。同時，為了最大程度上增加其使用壽命，建議在檢修班的每日檢修中詳細(xì)觀察防震彈簧墊的變化情況，一旦發(fā)現(xiàn)變形嚴(yán)重不能反彈的彈簧墊要立即上報領(lǐng)導(dǎo)并組織更換。其次，調(diào)節(jié)控制盤重新對保護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，這將使控制盤的保護(hù)動作更加到位，更加靈敏，另外，對電機(jī)模型識別中的模擬量相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了重新修訂，這種改進(jìn)措施能避免由于模型的不精確識別導(dǎo)致的錯誤反饋動作和由此引發(fā)的不確定事故隱患。

1.3 其他相關(guān)組件的改進(jìn)

除了對采煤機(jī)牽引機(jī)的變壓器和變頻器的改進(jìn)之外，對牽引機(jī)中其他相關(guān)的重要組件也在不同程度上進(jìn)行了改進(jìn)加固。牽引機(jī)的操作面板上的隔離防爆開關(guān)原本是通過螺栓接口固定的，但在實(shí)際采煤中發(fā)現(xiàn)許多用于固定的螺栓已經(jīng)變形錯斷甚至折斷，并不能起到有效固定的作用，最后在多方考量下，選擇運(yùn)用鉛絲代替螺絲來固定操作面板，這種舉措既能牢靠固定也能起到緩沖受力的作用。

2 應(yīng)用效果

改進(jìn)后的采煤機(jī)牽引機(jī)在郭莊煤礦3617工作面進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，在對采煤機(jī)變壓器和變頻器改進(jìn)后，維持同等開采強(qiáng)度的條件下連續(xù)正常工作時間可達(dá)到80 d，沒有再發(fā)生類似的機(jī)電設(shè)備燒毀不能使用的事故，保證了礦井的生產(chǎn)指標(biāo)和生產(chǎn)能力。變頻器中包含大量精密的集成電路，科學(xué)技術(shù)程度相當(dāng)高，如果采煤過程中變頻器故障損毀而井下技術(shù)工人無法維修，只能運(yùn)到井上送廠家修理或者干脆購買新的類似產(chǎn)品，大范圍的修理變頻器花銷約6萬元，而重新購買一臺類似的新設(shè)備至少需要28萬，通常變頻器發(fā)生事故往往需要大范圍排查維修，還未包括耗費(fèi)的人力、物力、時間及其他各種經(jīng)濟(jì)損失。在3617工作面過去開采的90 d中，損壞牽引機(jī)變壓器共發(fā)生8起，燒毀變頻器事故共發(fā)生6起，這兩種事故共花費(fèi)了70余萬元，而由于事故導(dǎo)致工作面停產(chǎn)的各種損失則更高。為了減少事故發(fā)生頻率，減少不必要的經(jīng)濟(jì)花費(fèi)，急需對采煤機(jī)牽引機(jī)上的變壓器和變頻器進(jìn)行改造。通過對現(xiàn)場事故的總結(jié)分析，加固設(shè)備的改進(jìn)措施成本很低，共需要260余元，相對維修的花費(fèi)來說非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用。由于所需的材料多是礦上最為常見的橡膠和鉛絲等，而且設(shè)計合理實(shí)用，極大地改善了采煤機(jī)機(jī)組的緩震性，有效避免了此種機(jī)電事故的發(fā)生。在采完3617工作面剩余煤炭的時間里再沒發(fā)生過變壓器和變頻器燒毀的事故，可直接為礦井節(jié)省更換或維修配件的作用，并且，節(jié)省下的出煤時間累積可達(dá)40 h，按照采煤機(jī)機(jī)組的平均生產(chǎn)能力，出煤量可達(dá)到7000t，按400元/t的市值計算可創(chuàng)造300余萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

1）針對牽引機(jī)上變壓器和變頻器在采煤過程經(jīng)常發(fā)生燒毀損壞事故，結(jié)合現(xiàn)場深入分析設(shè)計出了一系列的加固減震措施：重新對變壓器線圈進(jìn)行繞制，使其整體結(jié)構(gòu)更加緊湊；在變壓器周圍添加了若干層絕緣橡膠材料，既能緩震也能對變壓器進(jìn)行加固，另外，在原有鉆孔周邊重新打新鉆孔進(jìn)行固定。

2）針對變頻器燒毀損壞事故頻發(fā)的這一情況采取了改進(jìn)措施：去掉了原裝的風(fēng)扇，采用不銹鋼板進(jìn)行隔離；在增加螺絲固定的基礎(chǔ)上還在變頻器上下底板放置了防震彈簧墊，能夠有效緩解采煤過程中的強(qiáng)震動對變頻器性能的影響。

3）對于牽引機(jī)的這兩項主要改進(jìn)，直接間接經(jīng)濟(jì)效益都很明顯，不但節(jié)省了維修費(fèi)用，而且節(jié)省下的出煤時間累積可達(dá)40 h，按照采煤機(jī)機(jī)組的平均生產(chǎn)能力，出煤量可達(dá)到7000 t，按400元/t的市值計算可創(chuàng)造300余萬元的經(jīng)濟(jì)效益。