【導(dǎo)讀】AmericanJOYpany,BritishLong-AirdoxtheElectra,SLseriesofthepany,theEDW,SL. function.

　　

【正文】 診斷及與預(yù)警、自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)高等多種功能，以保證采煤機(jī)維護(hù)量最小，利用率最高，并可實(shí)現(xiàn)與液壓支架、工作面輸送機(jī)的信息交互和聯(lián)動(dòng)控制等功能。如安德森公司 EL 系列機(jī)型上裝置 Impac： t 集成保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)， Eichhof 公司的 Eichhof 一數(shù)據(jù)匯集技術(shù)系統(tǒng)， JOY 公司 6LS 型電牽引采煤機(jī)的 JNA 網(wǎng)絡(luò)信息中心等。 監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)智能化主要功能： (1)負(fù)載控制通過(guò)截割電機(jī)電流的監(jiān)測(cè)，調(diào)整采煤機(jī)的牽引速度，使采煤機(jī)在不同工況下以最優(yōu)化的參數(shù)進(jìn)行工作，保證傳動(dòng)系統(tǒng)不易受持續(xù)沖擊影響； (2)工作面定位控制 識(shí)別采煤機(jī)在工作面的位置，在機(jī)頭、機(jī)尾自動(dòng)減速和停止，與支架配合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)隨機(jī)移架； (3)與工作面輸送機(jī)聯(lián)機(jī)負(fù)荷控制 通過(guò)輸送機(jī)的負(fù)荷監(jiān)測(cè)來(lái)調(diào)節(jié)采煤機(jī)的采煤量，使采煤機(jī)和輸送機(jī)的生產(chǎn)能力相匹配； (4)自動(dòng)調(diào)高控制 將具有一定分辨率的煤巖分界識(shí)別傳感器結(jié)合計(jì)算機(jī)控制，組成煤巖分界傳感裝置及煤巖分界識(shí)別系統(tǒng)。目前已應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際或正處于研究和試驗(yàn)階段的 煤巖識(shí)別方法及分析系統(tǒng)主要有：記憶智能程控、振動(dòng)頻譜分析、天然丁射線、測(cè)力截齒、放射性同位素、噪聲紅外線、雷達(dá)探測(cè)等。其中記憶智能程控煤巖分界識(shí)別及控制系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最多，是目前國(guó)外主要機(jī)型所采用的自動(dòng)調(diào)高技術(shù)。而雷達(dá)探測(cè)技術(shù)被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的一種煤巖分界 識(shí)別方法； (5)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與顯示 采煤機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 可采集機(jī)器參數(shù)：輸入電壓，電機(jī)電流，軸承、繞組和冷卻水溫度，控制電流，潤(rùn)滑油溫度、消耗量，液壓系統(tǒng)油位、壓力、溫度，冷卻和噴霧降塵水量、水壓，牽引速度、方向，搖臂操作角度，過(guò)載保護(hù)監(jiān)控等 。如 Eickhof 公司 SL 系列采煤機(jī)裝備有 MICOS68 礦用微機(jī)系統(tǒng)，主菜單 10個(gè)子菜單包括采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；自動(dòng)操縱；截割部參數(shù)；牽引部參數(shù)、液壓系統(tǒng)參數(shù)、各檢測(cè)點(diǎn)溫度、各電動(dòng)機(jī)電流；水量、水壓；控制系統(tǒng)軟、硬件型號(hào)；診斷、預(yù)警 (口令 )等，多數(shù)保護(hù)項(xiàng)目可以通過(guò)人機(jī)交互方式予以屏蔽； (6)數(shù)據(jù)傳輸、順槽控制及地面監(jiān)控采煤機(jī)遠(yuǎn)程通訊和工作面集中控制技術(shù)是現(xiàn)代化礦井的標(biāo)志。它包括工作面設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)與地面控制中心的數(shù)據(jù)傳輸、運(yùn)行狀態(tài)和位置的監(jiān)控，地面控制中心對(duì)井下設(shè)備工作運(yùn)行的操作控制，也就是實(shí)現(xiàn)無(wú)人工作面的最 終目的。采煤工作面作為關(guān)鍵的移動(dòng)設(shè)備，采煤機(jī)要有運(yùn)行數(shù)據(jù) (包括故障信息 )遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)、位置檢測(cè)技術(shù)的支持，在此前提下方可能實(shí)現(xiàn)地面對(duì)井下設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的檢測(cè)、管理，乃至實(shí)現(xiàn)集中控制 (或監(jiān)控 )。引進(jìn)的6LS SL50o、 SL30o 采煤機(jī)都實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸、集中監(jiān)控和部分集中控制。 (7)專家系統(tǒng)和故障診斷把來(lái)自監(jiān)控、性能檢測(cè)和運(yùn)行參數(shù)的數(shù)據(jù)和信息與以往機(jī)器維護(hù)、使用情況進(jìn)行比較，對(duì)機(jī)器的健康運(yùn)行進(jìn)行診斷，也可對(duì)特定錯(cuò)誤和推薦方案提供風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。 3． 4 電牽引系統(tǒng)向交流調(diào)速發(fā)展 電牽引采煤機(jī)的牽引方式按牽引電 機(jī)的類型可分為直流牽引和交流牽引。早期的電牽引采煤機(jī)大多采用直流調(diào)速系統(tǒng)。自日本 20 世紀(jì) 80 年代中期研制成功第一臺(tái)交流電牽引采煤機(jī)，交流調(diào)速系統(tǒng)以其技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、維護(hù)管理簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，被迅速推廣應(yīng)用。 9o 年代中后期研制的大功率電牽引 采煤機(jī)均采用交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)。交流牽引正逐步替代直流牽引，成為今后電牽引采煤機(jī)的發(fā)展方向。早期的交流牽引均采用一個(gè)變頻器拖動(dòng) 2 臺(tái)牽引電機(jī)，變頻器對(duì)電機(jī)的性能參數(shù)難以準(zhǔn)確檢測(cè)，控制和保護(hù)功能無(wú)法完全發(fā)揮。德國(guó)SL300 型電牽引采煤機(jī)，采用 2 個(gè)變頻器分別拖動(dòng) 2 臺(tái)牽 引電機(jī)的牽引系統(tǒng)， 使?fàn)恳目刂坪捅Ｗo(hù)性能更加完善。這種～ 拖一的牽引系統(tǒng)也正被逐步采用，成為電牽引技術(shù)發(fā)展的又一特點(diǎn)。 3． 5 總體結(jié)構(gòu)趨向模塊化及多電機(jī)橫向布置橫向布置方式可使各部件由單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)彼此獨(dú)立，可模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便。美國(guó)從1LS 開(kāi)始將截割電機(jī)橫向布置在搖臂上，今沿用。英國(guó)從 Electra550 開(kāi)始，采用電機(jī)橫向布置。德國(guó)進(jìn)入 20 世紀(jì) 9o 年代，開(kāi)發(fā)了橫向布置的 SL 系列電牽引采煤機(jī)。波蘭電牽引采煤機(jī)均采用橫向布置方式。 薄煤層電牽引采煤機(jī)的總體結(jié)構(gòu) (1)機(jī)身的布置方式 機(jī)面高度、機(jī)身厚度、中板高度和過(guò)煤高度是互 相制約的。為了降低采高下限，加大過(guò)煤空間，具有 代表性的機(jī)身布置方式有爬底板、騎輸送機(jī)和懸臂 三種方式。 1)爬底板方式如 MG344一 PWD型、 EDW300一 LN型、 MCLE— DR7575M型等采煤機(jī)。前滾筒反轉(zhuǎn)割底，后滾筒正轉(zhuǎn)割頂。以 MG344為例，機(jī)道的機(jī)面高度 721mm，輸送機(jī)上方的機(jī)面高度 656mm；機(jī)道的機(jī)身高度 550mm，輸送機(jī)上方的過(guò)橋架高度 210mm；因此采高下限為 1m，過(guò)煤高度為 340mm(中板高度 106mm)。爬底板方式的優(yōu)點(diǎn)是采高下限小，過(guò)煤高度大，缺點(diǎn)是：煤壁側(cè)的浮動(dòng)腿對(duì)底板起伏的適應(yīng)性差，煤壁側(cè)的行走輪和導(dǎo)向滑靴事故多，煤層厚度變化不能太大。 2)騎輸送機(jī)方式如 MG2X100／ 456一 WD型、 MGN132／ 316一 DW 型、 MG132／ 315一 WD 型、 MG132／ 320一 WD型等采煤機(jī)，品種最多。以 MG2X100／ 456為例，機(jī)面高度 853mm，輸送機(jī)上方的機(jī)身高度 380mm，過(guò)煤高度 310mm(中板高度 163mm)；輸送 機(jī)上方的搖臂電機(jī)護(hù)套處過(guò)煤高度還要小一些。顯然對(duì)于騎輸送機(jī)的薄煤層采煤機(jī)來(lái)說(shuō)，要 求機(jī)面高度 800mm、采高下限 1． 1In是困難的。 3)懸臂方式如 1K103型采煤機(jī)。機(jī)身懸在機(jī)道里，前滾筒反轉(zhuǎn)割底，后滾筒正轉(zhuǎn)割頂。優(yōu)點(diǎn)是采高下限小，過(guò)煤高度大，缺點(diǎn)是較難保持穩(wěn)定和平 (2)牽引機(jī)構(gòu)的布置方式 1)內(nèi)牽引方式。其牽引部布置在機(jī)身上。 2)外牽引方式。其牽引部布置在工作面輸送機(jī)的機(jī)頭機(jī)尾處，類似于拖鉤刨煤機(jī)，由采空側(cè)的圓環(huán)鏈牽引。優(yōu)點(diǎn)是體積小，功率大，可靠性高，維修方便；缺點(diǎn)是牽引鏈有脈動(dòng)，牽引、截割動(dòng)載荷都較大。對(duì)于≤ 1In、特別是≤ O． 8m的煤層，外牽引采煤機(jī)可能比內(nèi)牽引采煤機(jī)、刨煤機(jī)更具競(jìng)爭(zhēng)力。 (3)截割電動(dòng)機(jī)的布置方式 1)截割電動(dòng)機(jī)布置在機(jī)身上。除了傳統(tǒng)的縱向布置外，還有橫向多電機(jī)并聯(lián)布置，如 1K103型、 MG344型等。優(yōu)點(diǎn)是可不用搖臂行星頭，裝煤效果好，機(jī)頭尾自開(kāi)缺口性能好，缺點(diǎn)是搖臂強(qiáng)度低。 2)截割電動(dòng)機(jī)布置在搖臂煤壁側(cè)。前滾筒反轉(zhuǎn)割底，后滾筒正轉(zhuǎn)割頂，當(dāng)頂煤、偽頂大量跨落在前后截割電機(jī)之間時(shí)，采煤機(jī)可能進(jìn)退不得。 3)截割電動(dòng)機(jī)布置在搖臂采空側(cè)。如果是單電機(jī)，可能由于電機(jī)直徑過(guò)大，影響到過(guò)煤間隙，或電機(jī)過(guò)長(zhǎng)，則受到機(jī)道寬度的 限制。如果雙電機(jī)并聯(lián)，缺點(diǎn)是搖臂寬而短，會(huì)影響自開(kāi)缺口，兩個(gè)電機(jī)功率不平衡。 3 薄煤層電牽引采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)布置方式 (1)非機(jī)載方式 變壓器和電氣調(diào)速裝置均放在巷道內(nèi)，電氣調(diào)速裝置輸出的經(jīng)調(diào)制的電流由專用的拖拽長(zhǎng)電纜傳送給機(jī)身上的行走電動(dòng)機(jī)?？刂浦噶?、保護(hù)、顯示等信息也由同一根電纜傳送，這種電牽引裝置的電牽引低速性能差，控制信號(hào)易受外界干擾，信息傳送復(fù)雜，拖拽電纜產(chǎn)生故障易引起電氣調(diào)速裝置損壞，發(fā)電運(yùn)行時(shí)拖拽電纜斷路會(huì)引起跑車(chē)。 (2)準(zhǔn)機(jī)載方式 變壓器放在巷道內(nèi)，電氣調(diào)速裝置安在機(jī)身上，專用的低壓拖拽電纜 連接變壓器和電氣調(diào)速裝置，優(yōu)點(diǎn)是電牽引低速性能良好，控制信號(hào)不易受干擾，運(yùn)行安全，適用于對(duì)機(jī)身外形尺寸有嚴(yán)格要求的采煤機(jī)；缺點(diǎn)是：①巷道內(nèi)的變壓器和電纜間需設(shè)置專門(mén)漏電保護(hù)和閉鎖裝置；②采煤機(jī)上如設(shè)有漏電保護(hù)和閉鎖裝置，則巷道內(nèi)和機(jī)載的兩套漏電保護(hù)和閉鎖裝置易互相干擾，引起誤動(dòng)作；③如采煤機(jī)上不設(shè)漏電保護(hù)和閉鎖裝置，當(dāng)變頻器前的接觸器未吸合時(shí)，巷道內(nèi)的漏電保護(hù)和閉鎖裝置對(duì)變頻器、牽引電機(jī)及其連接電纜均不能實(shí)現(xiàn)漏電閉鎖，存在安全 隱患；④巷道內(nèi)的變壓器、漏電保護(hù)和閉鎖裝置體積大，使用不便。 (3)機(jī)載方式 采 用低壓直流、低壓開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、低壓交流變頻調(diào)速時(shí)，把變壓器和電氣調(diào)速裝置都安裝在采煤機(jī)機(jī)身上，可避免非機(jī)載、準(zhǔn)機(jī)載的種種缺陷。其缺點(diǎn)是有變壓器，體積較大。采用中壓電磁調(diào)速、中壓開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、中壓交流變頻調(diào)速時(shí)，沒(méi)有牽引變壓器，便于機(jī)載，缺點(diǎn)是電磁調(diào)速的性能一般化，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的中壓調(diào)速雖已國(guó)產(chǎn)化，但可靠性有待提高。中壓機(jī)載調(diào)速是薄煤層電牽引采煤機(jī)的發(fā)展方 向。 3． 6 無(wú)鏈牽引向齒輪一齒軌式演變 隨著牽引力的不斷增大，銷輪一齒軌式無(wú)鏈牽引已經(jīng)淘汰，齒輪一鏈軌式無(wú)鏈牽引也已使用不多，現(xiàn)在采煤機(jī)無(wú)鏈牽引正逐步趨向 于采用齒輪一齒軌式無(wú)鏈牽引，這是一種從齒輪一銷軌式演變而來(lái)的無(wú)鏈牽引結(jié)構(gòu)， 圓柱銷被齒軌所取代，焊接結(jié)構(gòu)改成了整體精密鑄造或鍛造， 寬度增大， 節(jié)距由 125 mm增加到 l75mm. 3. 7薄煤層電牽引采煤機(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) (1)降低采高下限。 10— 15a內(nèi)，采高下限≥ 1m的薄煤層電牽引采煤機(jī)會(huì)繼續(xù)采用傳統(tǒng)的內(nèi)牽引；采高下限≤ 1． 0m的薄煤層電牽引采煤機(jī)可能改用外牽引，懸臂或爬底板方式，機(jī)身采用多電機(jī)布置，滾筒內(nèi)沒(méi)有搖臂行星頭有利裝煤。 (2)加大功率和功率密度。截割電機(jī)的功率和功率密度是薄煤層采煤機(jī)的技術(shù)瓶頸。截割功裝機(jī)總功率： 344型為 300／ 344kW，國(guó)內(nèi)最大的 450系列為 200／ 456 kW。截割電機(jī)功率密度： 344型 (150kW)為 1179kW／ m ， 450 系列 (100kW )為 947kW／ m 。 (3)發(fā)展中壓機(jī)載。采用中壓開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速的 MG132／ 320WD型電牽引采煤機(jī)已經(jīng)鑒定，并推廣應(yīng)用。中壓交流變頻調(diào)速的采煤機(jī)尚未研發(fā)，其實(shí)它與中壓開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速是用同樣的高壓 IGBT管 (3300V)。筆者 2020年即呼吁研制， 2020年 JOY宣布研制成功。中壓機(jī)載是 1— 2m薄煤層交流變頻電牽引采煤機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，必須盡快突破。 (4)加大牽引速度。 (5)開(kāi)采大傾角薄煤層。采用機(jī)載中壓能量回饋型四象限運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)分段遙控，以降低司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度 (避免司機(jī)在工作面爬上爬下 )。 (6)提高設(shè)備成套性。薄煤層采煤機(jī)、輸送機(jī)、支架應(yīng)增強(qiáng)配套性，避免由于各個(gè)單位各自研制而缺乏溝通的情況，對(duì)于薄煤層綜采的總體設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，應(yīng)由一個(gè)單位負(fù)責(zé)牽頭。如輸送機(jī)中部槽高度和機(jī)頭機(jī)尾高度降低，無(wú)鏈牽引軌道給截割電機(jī)讓點(diǎn)空間，采煤機(jī)機(jī)身頂面和支架頂梁底面平行，液壓支架 人行道便于通行等等，都應(yīng)有一個(gè)整體的考慮。 (7)提高自動(dòng)化程度。 4 國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)研究?jī)?nèi)容 國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)代表機(jī)型與國(guó)外電牽引采煤機(jī)相比，在總體參數(shù)性能方面已接近國(guó)外 20 世紀(jì) 9o 年代初期水平。但一些關(guān)鍵部件及其總體性能、功能、適應(yīng)范圍等方面還有待進(jìn)一步完善和提高。尤其在線工況監(jiān)測(cè)、故障診斷及預(yù)報(bào)、信號(hào)傳輸與采煤機(jī)自動(dòng)控制、傳感器等智能化技術(shù)與國(guó)外相比還有較大的差距。 因而國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)的智能化程度低，設(shè)備可靠性、安全性和可維護(hù)性較差，今后國(guó)內(nèi)電牽引采煤機(jī)的 主要研究?jī)?nèi)容如下： (1)進(jìn)一步完善和提高交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)的可靠性。重點(diǎn)是完善和提高系統(tǒng)裝置的抗震、散熱和防潮等性能； (2)研究可靠的微機(jī)電氣控制系統(tǒng)。重點(diǎn)是提高采煤機(jī)電控系統(tǒng)抗干擾、抗熱效應(yīng)的能力； (3)開(kāi)發(fā)或增強(qiáng)電控系統(tǒng)的監(jiān)控功能。重點(diǎn)是研究故障診斷與專家系統(tǒng)、工況監(jiān)測(cè)、顯示與信息傳輸系統(tǒng)、工作面采煤機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)、自適應(yīng)變頻電路的漏電檢測(cè)與保護(hù)技術(shù)、搖臂自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)等； (4)開(kāi)發(fā)可四象限運(yùn)行的礦用交流變頻調(diào)速裝置。使采煤機(jī)能適應(yīng)較大傾角煤層開(kāi)采的需要； (5)開(kāi)發(fā)裝機(jī)功率更大的采煤機(jī)，提高采煤機(jī)可利用率和壽 命的研究； (6)電器元件小型化的研究。由于裝機(jī)功率增大，電動(dòng)機(jī)、變壓器、變頻器等設(shè)備的體積也相應(yīng)增大，為滿足整機(jī)結(jié)構(gòu)布置緊湊的要求，必須研究設(shè)備小型化的技術(shù)途徑。