【導讀】AmericanJOYpany,BritishLong-AirdoxtheElectra,SLseriesofthepany,theEDW,SL. function.

　　

【正文】 診斷及與預(yù)警、自動控制、自動調(diào)高等多種功能，以保證采煤機維護量最小，利用率最高，并可實現(xiàn)與液壓支架、工作面輸送機的信息交互和聯(lián)動控制等功能。如安德森公司 EL 系列機型上裝置 Impac： t 集成保護與監(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 型電牽引采煤機的 JNA 網(wǎng)絡(luò)信息中心等。 監(jiān)控保護系統(tǒng)智能化主要功能： (1)負載控制通過截割電機電流的監(jiān)測，調(diào)整采煤機的牽引速度，使采煤機在不同工況下以最優(yōu)化的參數(shù)進行工作，保證傳動系統(tǒng)不易受持續(xù)沖擊影響； (2)工作面定位控制 識別采煤機在工作面的位置，在機頭、機尾自動減速和停止，與支架配合實現(xiàn)自動隨機移架； (3)與工作面輸送機聯(lián)機負荷控制 通過輸送機的負荷監(jiān)測來調(diào)節(jié)采煤機的采煤量，使采煤機和輸送機的生產(chǎn)能力相匹配； (4)自動調(diào)高控制 將具有一定分辨率的煤巖分界識別傳感器結(jié)合計算機控制，組成煤巖分界傳感裝置及煤巖分界識別系統(tǒng)。目前已應(yīng)用于生產(chǎn)實際或正處于研究和試驗階段的 煤巖識別方法及分析系統(tǒng)主要有：記憶智能程控、振動頻譜分析、天然丁射線、測力截齒、放射性同位素、噪聲紅外線、雷達探測等。其中記憶智能程控煤巖分界識別及控制系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中應(yīng)用最多，是目前國外主要機型所采用的自動調(diào)高技術(shù)。而雷達探測技術(shù)被認為是最有應(yīng)用前景的一種煤巖分界 識別方法； (5)運行狀態(tài)監(jiān)控與顯示 采煤機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 可采集機器參數(shù)：輸入電壓，電機電流，軸承、繞組和冷卻水溫度，控制電流，潤滑油溫度、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，過載保護監(jiān)控等 。如 Eickhof 公司 SL 系列采煤機裝備有 MICOS68 礦用微機系統(tǒng)，主菜單 10個子菜單包括采煤機運行狀態(tài)；自動操縱；截割部參數(shù)；牽引部參數(shù)、液壓系統(tǒng)參數(shù)、各檢測點溫度、各電動機電流；水量、水壓；控制系統(tǒng)軟、硬件型號；診斷、預(yù)警 (口令 )等，多數(shù)保護項目可以通過人機交互方式予以屏蔽； (6)數(shù)據(jù)傳輸、順槽控制及地面監(jiān)控采煤機遠程通訊和工作面集中控制技術(shù)是現(xiàn)代化礦井的標志。它包括工作面設(shè)備的運行參數(shù)與地面控制中心的數(shù)據(jù)傳輸、運行狀態(tài)和位置的監(jiān)控，地面控制中心對井下設(shè)備工作運行的操作控制，也就是實現(xiàn)無人工作面的最 終目的。采煤工作面作為關(guān)鍵的移動設(shè)備，采煤機要有運行數(shù)據(jù) (包括故障信息 )遠程傳輸技術(shù)、位置檢測技術(shù)的支持，在此前提下方可能實現(xiàn)地面對井下設(shè)備運行數(shù)據(jù)的檢測、管理，乃至實現(xiàn)集中控制 (或監(jiān)控 )。引進的6LS SL50o、 SL30o 采煤機都實現(xiàn)了數(shù)據(jù)遠程傳輸、集中監(jiān)控和部分集中控制。 (7)專家系統(tǒng)和故障診斷把來自監(jiān)控、性能檢測和運行參數(shù)的數(shù)據(jù)和信息與以往機器維護、使用情況進行比較，對機器的健康運行進行診斷，也可對特定錯誤和推薦方案提供風險評估。 3． 4 電牽引系統(tǒng)向交流調(diào)速發(fā)展 電牽引采煤機的牽引方式按牽引電 機的類型可分為直流牽引和交流牽引。早期的電牽引采煤機大多采用直流調(diào)速系統(tǒng)。自日本 20 世紀 80 年代中期研制成功第一臺交流電牽引采煤機，交流調(diào)速系統(tǒng)以其技術(shù)先進、可靠性高、維護管理簡單、價格低廉等優(yōu)點，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的發(fā)展方向。早期的交流牽引均采用一個變頻器拖動 2 臺牽引電機，變頻器對電機的性能參數(shù)難以準確檢測，控制和保護功能無法完全發(fā)揮。德國SL300 型電牽引采煤機，采用 2 個變頻器分別拖動 2 臺牽 引電機的牽引系統(tǒng)， 使牽引的控制和保護性能更加完善。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。 3． 5 總體結(jié)構(gòu)趨向模塊化及多電機橫向布置橫向布置方式可使各部件由單獨電機驅(qū)動，機械傳動系統(tǒng)彼此獨立，可模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便。美國從1LS 開始將截割電機橫向布置在搖臂上，今沿用。英國從 Electra550 開始，采用電機橫向布置。德國進入 20 世紀 9o 年代，開發(fā)了橫向布置的 SL 系列電牽引采煤機。波蘭電牽引采煤機均采用橫向布置方式。 薄煤層電牽引采煤機的總體結(jié)構(gòu) (1)機身的布置方式 機面高度、機身厚度、中板高度和過煤高度是互 相制約的。為了降低采高下限，加大過煤空間，具有 代表性的機身布置方式有爬底板、騎輸送機和懸臂 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。前滾筒反轉(zhuǎn)割底，后滾筒正轉(zhuǎn)割頂。以 MG344為例，機道的機面高度 721mm，輸送機上方的機面高度 656mm；機道的機身高度 550mm，輸送機上方的過橋架高度 210mm；因此采高下限為 1m，過煤高度為 340mm(中板高度 106mm)。爬底板方式的優(yōu)點是采高下限小，過煤高度大，缺點是：煤壁側(cè)的浮動腿對底板起伏的適應(yīng)性差，煤壁側(cè)的行走輪和導向滑靴事故多，煤層厚度變化不能太大。 2)騎輸送機方式如 MG2X100／ 456一 WD型、 MGN132／ 316一 DW 型、 MG132／ 315一 WD 型、 MG132／ 320一 WD型等采煤機，品種最多。以 MG2X100／ 456為例，機面高度 853mm，輸送機上方的機身高度 380mm，過煤高度 310mm(中板高度 163mm)；輸送 機上方的搖臂電機護套處過煤高度還要小一些。顯然對于騎輸送機的薄煤層采煤機來說，要 求機面高度 800mm、采高下限 1． 1In是困難的。 3)懸臂方式如 1K103型采煤機。機身懸在機道里，前滾筒反轉(zhuǎn)割底，后滾筒正轉(zhuǎn)割頂。優(yōu)點是采高下限小，過煤高度大，缺點是較難保持穩(wěn)定和平 (2)牽引機構(gòu)的布置方式 1)內(nèi)牽引方式。其牽引部布置在機身上。 2)外牽引方式。其牽引部布置在工作面輸送機的機頭機尾處，類似于拖鉤刨煤機，由采空側(cè)的圓環(huán)鏈牽引。優(yōu)點是體積小，功率大，可靠性高，維修方便；缺點是牽引鏈有脈動，牽引、截割動載荷都較大。對于≤ 1In、特別是≤ O． 8m的煤層，外牽引采煤機可能比內(nèi)牽引采煤機、刨煤機更具競爭力。 (3)截割電動機的布置方式 1)截割電動機布置在機身上。除了傳統(tǒng)的縱向布置外，還有橫向多電機并聯(lián)布置，如 1K103型、 MG344型等。優(yōu)點是可不用搖臂行星頭，裝煤效果好，機頭尾自開缺口性能好，缺點是搖臂強度低。 2)截割電動機布置在搖臂煤壁側(cè)。前滾筒反轉(zhuǎn)割底，后滾筒正轉(zhuǎn)割頂，當頂煤、偽頂大量跨落在前后截割電機之間時，采煤機可能進退不得。 3)截割電動機布置在搖臂采空側(cè)。如果是單電機，可能由于電機直徑過大，影響到過煤間隙，或電機過長，則受到機道寬度的 限制。如果雙電機并聯(lián)，缺點是搖臂寬而短，會影響自開缺口，兩個電機功率不平衡。 3 薄煤層電牽引采煤機的結(jié)構(gòu)布置方式 (1)非機載方式 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電纜傳送給機身上的行走電動機。控制指令、保護、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)電運行時拖拽電纜斷路會引起跑車。 (2)準機載方式 變壓器放在巷道內(nèi)，電氣調(diào)速裝置安在機身上，專用的低壓拖拽電纜 連接變壓器和電氣調(diào)速裝置，優(yōu)點是電牽引低速性能良好，控制信號不易受干擾，運行安全，適用于對機身外形尺寸有嚴格要求的采煤機；缺點是：①巷道內(nèi)的變壓器和電纜間需設(shè)置專門漏電保護和閉鎖裝置；②采煤機上如設(shè)有漏電保護和閉鎖裝置，則巷道內(nèi)和機載的兩套漏電保護和閉鎖裝置易互相干擾，引起誤動作；③如采煤機上不設(shè)漏電保護和閉鎖裝置，當變頻器前的接觸器未吸合時，巷道內(nèi)的漏電保護和閉鎖裝置對變頻器、牽引電機及其連接電纜均不能實現(xiàn)漏電閉鎖，存在安全 隱患；④巷道內(nèi)的變壓器、漏電保護和閉鎖裝置體積大，使用不便。 (3)機載方式 采 用低壓直流、低壓開關(guān)磁阻電機、低壓交流變頻調(diào)速時，把變壓器和電氣調(diào)速裝置都安裝在采煤機機身上，可避免非機載、準機載的種種缺陷。其缺點是有變壓器，體積較大。采用中壓電磁調(diào)速、中壓開關(guān)磁阻電機、中壓交流變頻調(diào)速時，沒有牽引變壓器，便于機載，缺點是電磁調(diào)速的性能一般化，開關(guān)磁阻電機的中壓調(diào)速雖已國產(chǎn)化，但可靠性有待提高。中壓機載調(diào)速是薄煤層電牽引采煤機的發(fā)展方 向。 3． 6 無鏈牽引向齒輪一齒軌式演變 隨著牽引力的不斷增大，銷輪一齒軌式無鏈牽引已經(jīng)淘汰，齒輪一鏈軌式無鏈牽引也已使用不多，現(xiàn)在采煤機無鏈牽引正逐步趨向 于采用齒輪一齒軌式無鏈牽引，這是一種從齒輪一銷軌式演變而來的無鏈牽引結(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的技術(shù)發(fā)展趨勢 (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會繼續(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可能改用外牽引，懸臂或爬底板方式，機身采用多電機布置，滾筒內(nèi)沒有搖臂行星頭有利裝煤。 (2)加大功率和功率密度。截割電機的功率和功率密度是薄煤層采煤機的技術(shù)瓶頸。截割功裝機總功率： 344型為 300／ 344kW，國內(nèi)最大的 450系列為 200／ 456 kW。截割電機功率密度： 344型 (150kW)為 1179kW／ m ， 450 系列 (100kW )為 947kW／ m 。 (3)發(fā)展中壓機載。采用中壓開關(guān)磁阻電機調(diào)速的 MG132／ 320WD型電牽引采煤機已經(jīng)鑒定，并推廣應(yīng)用。中壓交流變頻調(diào)速的采煤機尚未研發(fā)，其實它與中壓開關(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。中壓機載是 1— 2m薄煤層交流變頻電牽引采煤機的關(guān)鍵技術(shù)，必須盡快突破。 (4)加大牽引速度。 (5)開采大傾角薄煤層。采用機載中壓能量回饋型四象限運行方式，實現(xiàn)分段遙控，以降低司機的勞動強度 (避免司機在工作面爬上爬下 )。 (6)提高設(shè)備成套性。薄煤層采煤機、輸送機、支架應(yīng)增強配套性，避免由于各個單位各自研制而缺乏溝通的情況，對于薄煤層綜采的總體設(shè)計來說，應(yīng)由一個單位負責牽頭。如輸送機中部槽高度和機頭機尾高度降低，無鏈牽引軌道給截割電機讓點空間，采煤機機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)有一個整體的考慮。 (7)提高自動化程度。 4 國內(nèi)電牽引采煤機研究內(nèi)容 國內(nèi)電牽引采煤機代表機型與國外電牽引采煤機相比，在總體參數(shù)性能方面已接近國外 20 世紀 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一步完善和提高。尤其在線工況監(jiān)測、故障診斷及預(yù)報、信號傳輸與采煤機自動控制、傳感器等智能化技術(shù)與國外相比還有較大的差距。 因而國內(nèi)電牽引采煤機的智能化程度低，設(shè)備可靠性、安全性和可維護性較差，今后國內(nèi)電牽引采煤機的 主要研究內(nèi)容如下： (1)進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)研究可靠的微機電氣控制系統(tǒng)。重點是提高采煤機電控系統(tǒng)抗干擾、抗熱效應(yīng)的能力； (3)開發(fā)或增強電控系統(tǒng)的監(jiān)控功能。重點是研究故障診斷與專家系統(tǒng)、工況監(jiān)測、顯示與信息傳輸系統(tǒng)、工作面采煤機自動運行控制系統(tǒng)、自適應(yīng)變頻電路的漏電檢測與保護技術(shù)、搖臂自動調(diào)高系統(tǒng)等； (4)開發(fā)可四象限運行的礦用交流變頻調(diào)速裝置。使采煤機能適應(yīng)較大傾角煤層開采的需要； (5)開發(fā)裝機功率更大的采煤機，提高采煤機可利用率和壽 命的研究； (6)電器元件小型化的研究。由于裝機功率增大，電動機、變壓器、變頻器等設(shè)備的體積也相應(yīng)增大，為滿足整機結(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。