【正文】 采 煤 機(jī) 搖臂調(diào)高，無調(diào)斜油缸 調(diào)高范圍大，生產(chǎn)能力強(qiáng) 搖臂調(diào)高，有調(diào)斜油缸 調(diào)高范圍大，生產(chǎn)能力高，利用調(diào)斜油缸可適應(yīng)底板起伏變化 截割部減速器作搖臂跳高 可縮短機(jī)身長(zhǎng)度，適用于雙電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的采煤機(jī) 牽引部 1） 液壓牽引部 目前液壓牽引部主要采用由變量油泵和定量馬達(dá)組成的閉式回路積分式調(diào)速系統(tǒng)，為了補(bǔ)償主回路中液壓元件的外部泄漏損失和降低溫度，采用輔助回路對(duì)主回路進(jìn)行補(bǔ)油和強(qiáng)制冷卻。為了在壓力過載和電動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速，系統(tǒng)還應(yīng)該設(shè)置恒扭矩調(diào)速回路和恒功率調(diào)速回路。 采用圓環(huán)鏈牽引的采煤機(jī)在電動(dòng)機(jī)停機(jī)后，在牽引鏈緊邊彈性力的作用下，使主鏈輪有反轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，使馬達(dá)處于油泵工況，在馬達(dá)產(chǎn)生泄漏后，就失去制動(dòng)作用開始反轉(zhuǎn)，這時(shí)輔助回路已停止供油，背壓消失，處于吸油狀態(tài)的柱塞和滾輪與定子導(dǎo)軌脫離，馬達(dá) 回轉(zhuǎn)即會(huì)在滾輪與定子導(dǎo)軌間產(chǎn)生劇烈的沖擊，因此應(yīng)使馬達(dá)處于浮動(dòng)狀態(tài)或成為自由輪工況，對(duì)馬達(dá)進(jìn)行回鏈沖擊保護(hù)。 b） 由變量泵和中速中扭矩馬達(dá)組成的開式回路系統(tǒng)，在馬達(dá)殼體內(nèi)裝有行星齒輪減速器驅(qū)動(dòng)主鏈輪工作。馬達(dá)經(jīng)過圓柱齒輪和行星齒輪減速器驅(qū)動(dòng)鏈輪工作 2） 無連牽引裝置 無鏈牽引裝置可用液壓牽引部或機(jī)械牽引部驅(qū)動(dòng)。主電動(dòng)機(jī)通過減速器驅(qū)動(dòng)截煤滾筒回轉(zhuǎn)。外載荷變化大，振動(dòng)劇烈，傳動(dòng)齒輪在中，低速重載下工作，均采用大變化，大模數(shù)，少齒數(shù)，硬齒面。齒座焊接在螺旋葉片和端盤上，采用內(nèi)噴霧降塵裝置時(shí)，滾筒體和葉片上還須布置必要的管路和噴霧。由于端盤在封閉狀態(tài)下工作，因此，端盤截齒的排列方式對(duì)工作狀況有較 大的影響。 螺旋葉片在工作時(shí)進(jìn)行截煤和裝煤。線數(shù)增多可提高裝煤效果。 5 線螺旋葉片用得很少。螺旋線數(shù)多會(huì)使工作面煤塵量增大，煤塊易被拋出影響安全操作。截齒排列有等節(jié)距和變節(jié)距兩類。變節(jié)距排列的截齒節(jié)距從煤壁向采空區(qū)逐漸增大。當(dāng)采用徑向截齒時(shí)節(jié)距可適當(dāng)減小。 噴霧降塵裝置 滾筒采煤機(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生大量煤塵。為了減少煤塵，可從生產(chǎn)工藝上采取減少煤塵生成的措施，如提高 采煤機(jī)牽引速度，增大截齒切削深度；采用大截齒，適當(dāng)減少截齒數(shù)量，增加塊煤率；改進(jìn)截煤滾筒結(jié)構(gòu)，提高裝煤效率，減少煤塵散播等。噴霧降塵是將高壓水以霧狀噴向煤塵，使煤塵濕潤(rùn)后降落。內(nèi)噴霧裝置的噴嘴安裝在滾筒上，高壓水由滾筒軸通入，內(nèi)噴霧水壓為 p=20~40kgf/cm2。比較有效的是水力引射器式噴霧裝置。擋煤板有 弧形和門形兩種。采煤機(jī)換向牽引時(shí)，擋煤板采用液壓傳動(dòng)裝置翻轉(zhuǎn)。底托架上的四個(gè)滑撬座落在刮板運(yùn)輸機(jī)溜槽幫的端面上，由牽引部牽引，可沿溜槽運(yùn)動(dòng)。 采煤機(jī)主要參數(shù)的確定 電動(dòng)機(jī)功率 滾筒采煤機(jī)電動(dòng)機(jī)的功率約 85%以上用于截煤和裝煤，少量用于牽引部。由于影響截煤滾筒功率消耗的因素很多，且很復(fù)雜，因此滾筒功 率很難結(jié) 算，一般采用類比法確定。 表 14 不同采高時(shí)滾筒采煤機(jī)的電動(dòng)機(jī)功 Tab. 1 4 Different mining height Shearer when the motor gong 采 高 m 電 動(dòng) 機(jī) 功 率 單 滾 筒 采 煤 機(jī) 雙 滾 筒 采 煤 機(jī) ~ ~ ~ ~ 150~200 100~150 50 ~100 ≈ 50 200~300 150~200 100~170 ≈ 100 *采用單電機(jī)拖動(dòng)時(shí)的功率 滾筒采煤機(jī)生產(chǎn)能力 單滾筒采煤機(jī) Q=60DhvkY tf/ （ 11） 式中 D—— 滾筒直徑 m h—— 滾筒截深 m vk—— 額定牽引速度 m/min Y—— 煤的容重 Y= tf/m3 雙滾筒采煤機(jī) Q=60HhvkY tf/h （ 12） 式中 H—— 最大采高 m 牽引速度 當(dāng)牽引力達(dá)最大值時(shí)，牽引速度一般為 VK≈6m/min。 牽引力 滾筒采煤機(jī)的牽引力主要用于克服滾筒的截煤阻力。在確定最大牽引力時(shí)還必須考慮圓環(huán)鏈的強(qiáng)度，應(yīng)保證圓環(huán)鏈的安全系數(shù) n=2~3。 滾筒截深 滾筒采煤機(jī)采用淺截深截煤滾筒。通常截深為。厚煤層時(shí)截深可適當(dāng)減小。滾筒最大直徑應(yīng)與電動(dòng)機(jī)功率適應(yīng)，滾筒的最大直徑應(yīng)與電動(dòng)機(jī)功 率適應(yīng)，滾筒的最小直徑應(yīng)使其在最低位置工作時(shí)仍能保持 150mm 的臥底量。 固定滾筒采煤機(jī)取 Dmin=H—（ ~） m。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 11 滾筒轉(zhuǎn)速 滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)采煤機(jī)的功率消耗，裝煤效果，運(yùn)行穩(wěn)定性，煤塵的產(chǎn)生均有很大影響。為了改善截割性能，降底煤塵，提高裝煤效果，有的以將齒尖線速度降至 2m/s，截煤減速器可設(shè)計(jì)成雙速機(jī)構(gòu)，或采用更換掛輪，以提 高機(jī)器的適應(yīng)能力。 To the inverter circuit ponent of the shape of the map. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 13 由圖可見，變頻器是由主回路和控制回路兩大部分組成的。控制回路則由單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)回路和光電隔離電路組成。 主回路各點(diǎn)的波形，除輸入電壓外，均不是光滑的正弦波，輸入電流為雙脈沖波，輸出電壓為 PWM 波，輸出電流為含有多次高次偕波的正弦波。在我國(guó)，低壓變頻器的輸入電壓通常為 380V（三相）和 220V（單相）。 2） 相數(shù) 如單相、三相。頻率的允許波動(dòng)范圍通常規(guī)定為 ? 5%。通常，它總是和輸入電壓 UIN 相等。必須注意：在生產(chǎn)機(jī)械中，電動(dòng)機(jī)的容量主要是根據(jù)發(fā)熱狀況來決定的。所以，在選用變頻器時(shí)，應(yīng)充分考慮負(fù)載工況。大多數(shù)變頻器的過載能力規(guī)定為： 150%， ，變頻器允許過載時(shí)間與電動(dòng)機(jī)允許過載時(shí)間相比是微不足道的。如（ ～ 400） Hz,()～200） Hz 等。由變頻器在無任何自動(dòng)補(bǔ)償時(shí)的實(shí)際輸出與給定頻率之間的最大誤差與最高頻率之比來表示。 頻率分辨率 指輸出頻率的最小改變量。 變頻器的分類。 根據(jù)直流電路的儲(chǔ)能環(huán)節(jié)（濾波方式）分類 電壓型變頻器 和 電流型變頻器 根據(jù)電壓的調(diào)節(jié)方式分類 正弦脈寬調(diào)制（ SPWM）變頻器 和 脈幅調(diào)制（ PAM）變頻器 根據(jù)工作原理分類 1） U/f 控制變頻器 2） SF 控制變頻器 3） VC 控制變頻器 變頻調(diào)速的基本原理 變頻調(diào)速 由電機(jī)學(xué)知 .交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為 : 1 16 0 (1 ) (1 )fn s n sp? ? ? ? （ 21） 式中， f為異步電機(jī)定子電壓供電頻率 。通過改變其中的 f,既異步電機(jī)定子電壓供電頻率，就可以改變電機(jī)的速度，也就是所謂的變頻調(diào)速。異步電機(jī)可以在較小的轉(zhuǎn)差率下經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，它是通過改變定子電壓供電頻率 r,從而改變異步電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速 n:來達(dá)到調(diào)速目的，很明顯，只要有輸出頻率可平滑調(diào)節(jié)的變頻電源，就能平滑、無級(jí)地調(diào)節(jié)異步遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 15 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 變頻調(diào)速的基本控制方法 由前面分析可知，改變電源頻率就可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)的變頻器驅(qū)動(dòng)，為了避免電動(dòng)機(jī)磁飽和，同時(shí)抑制起動(dòng)電流，在基頻以下調(diào)速時(shí)在改變頻率的同時(shí)必須控制變頻器的輸出電壓，使異步電動(dòng)機(jī)的定子端電壓和定子供電頻率始終保持協(xié)調(diào)控制，二者之比為常數(shù)，又稱恒壓頻比 (U/F=C)控制方式。 變頻器的選 擇 對(duì)于可調(diào)速的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，工程上往往根據(jù)電動(dòng)機(jī)電流形式分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)兩類。 20 世紀(jì) 70 年代后，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，使得交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)逐步具備了寬的調(diào)速范圍、高的穩(wěn)速范圍、高的穩(wěn)速精度、快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及在四象限作可逆運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，在調(diào)速性能方面可以與直流電力拖動(dòng)媲美。 交流變頻調(diào)速的優(yōu)異特性 1) 調(diào)速時(shí)平滑性好，效率高。 2) 調(diào)速范圍較大，精度高。 4) 變頻器體積小，便于安裝、調(diào)試、維修簡(jiǎn)便。 6) 必須有專用的變頻電源，目前造價(jià)較高。 與其它調(diào)速方法的比較 交流電動(dòng)機(jī)的調(diào) 速方法有三種：變極調(diào)速、改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速和變頻調(diào)速。這里僅就交流變頻調(diào)速系統(tǒng)與直流調(diào)速系統(tǒng)做一比較。例如：不能在有易爆氣體及塵埃多的場(chǎng)合使用。而交流電機(jī)就不存在這些問題，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)： 第一 直流電機(jī)的單機(jī)容量一般為 12 14MW，還常制成雙電樞形式，而交流電機(jī)單機(jī)容量卻可以數(shù)倍于它。第三，直流電機(jī)受換向器部分機(jī)械強(qiáng)度的約束，其額定轉(zhuǎn)速隨電機(jī)額定功率而減小，一般僅為每分鐘數(shù)百轉(zhuǎn)到一千多轉(zhuǎn)，而交流電機(jī)的達(dá)到每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)。最后，特別要指出的是交流調(diào)速系統(tǒng)在節(jié)約能源方面有著很大的優(yōu)勢(shì)。另一方面，交流拖動(dòng)本身存在可以挖掘的節(jié)電潛力。工業(yè)上大量使用風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等，其用電量約占工業(yè)用電量的 50%；如果采用變頻調(diào)速技術(shù)，既可大大提高其效率，又可減少 10%的電能消耗。美國(guó)有 60% 65%的發(fā)電量用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于有效地利用了變頻調(diào)速技術(shù)，僅工業(yè)傳動(dòng)用電就節(jié)約了 15% 20%的電量。它主要基于下面幾個(gè)因素： 1) 變頻調(diào) 速系統(tǒng)自身損耗小，工作效率高。 3) 可實(shí)現(xiàn)軟啟、制動(dòng)功能，減小啟動(dòng)電流沖擊 。然而目前多數(shù)的交流電牽引的采煤機(jī)由于受到所用的交流器件的限制，只能在坡度平緩的煤層條件下運(yùn)行。 1 傾角與制動(dòng)功率關(guān)系 采用交流變頻調(diào)速的電牽引采煤機(jī)，大多數(shù)為了選用通用型變流變頻器作為牽引調(diào)速的控制器。當(dāng)采煤工作面傾角較大時(shí)，往往會(huì)由于自重而產(chǎn)生下滑。這個(gè)能力用功率來衡量。 假設(shè)采煤機(jī)與刮板運(yùn)輸機(jī)之間的動(dòng)摩擦系數(shù) μ＝ ，一臺(tái)重量為 40t 的采煤機(jī)在這個(gè)工作面上將產(chǎn)生的下滑力： )()25c ( s i )c os( s i nc oss i n KNumgmgmgF ????? ??????? ?? ????? (28) 若要求采煤機(jī)以 min/6mv? 的速度向下勻速運(yùn)行，所需的制動(dòng)功率： )(23 ?????? (29) 趙巖： 采煤機(jī) PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18 這就是說，若能提供這樣大小的制動(dòng)功率，則采煤機(jī)就能在這一傾角的工作面安全工作運(yùn)行。若同樣的采煤機(jī)在傾角為 35176。其中共同的特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩 M 與轉(zhuǎn)速 n 的方向相反。當(dāng)采煤機(jī)作下滑運(yùn)動(dòng)時(shí)，牽引電機(jī)就處于制動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。在采用能耗制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)把從軸上吸收的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能后，必須通過外加的電阻將電能消耗掉。無論是外加電阻上的能耗或是回饋電網(wǎng)的結(jié)果，均能在電動(dòng)軸上產(chǎn)生機(jī)械制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而達(dá)到制動(dòng)的目的。如圖 24 所示。在直流回路的電壓到達(dá)規(guī)定值時(shí)，制動(dòng)電源的開關(guān)管 T 導(dǎo)通，直流回路上的電能通過 T 在制動(dòng)電阻上消耗掉，從而獲得了制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 a)制動(dòng)單元不可長(zhǎng)期工作 制動(dòng)單元由于受體積和功率器件散熱條件的限制制動(dòng)工作一段時(shí)間后，必須停止使用一段時(shí)間，以保證功率器件的冷卻。傾角的工作面上以 min/6mv? 的速度下行時(shí)，所需的制動(dòng)功率為 。這樣，其電阻的體積十分龐大，再考慮其防爆措施和冷卻手段，制動(dòng)電阻就成為采煤機(jī)布置上的很大負(fù)擔(dān)。當(dāng)電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)時(shí)，其發(fā)出的電能使交流變頻器的直流回路電壓上升，在電壓達(dá)到 了規(guī)定值時(shí)，通過這個(gè)逆變環(huán)節(jié)將能量反送到電網(wǎng)而獲得制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。從能耗制動(dòng)的局限性分析可知， 2 5 10 15 20 305101520 2530制動(dòng)時(shí)間（m i n )制動(dòng)時(shí)間（s )不能使用 圖 26 日本東洋公司 VFGB5044 制動(dòng)單元制動(dòng) /停用時(shí)間要求 6 A Japanese pany VFGB5044 brake brake modules / out time requirements 圖 27 采用回饋制動(dòng)的交流變頻器原 理圖 7 Using regenerative braking of AC Converter diagram 這個(gè)傾角只要滿足采煤機(jī)在工作面上的下滑力和阻止下滑的動(dòng)摩擦力相等即可，也就是： 0c oss in ????? ??? mgmg (211) 或者： 趙巖： 采煤機(jī) PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 0c oss in ??? ??? (212) 即： ?? arctan? 式中： ? —— 動(dòng)摩擦系數(shù)。在稍大于這個(gè)角度的情況下，采用能耗制動(dòng)當(dāng)然也是可行的，畢竟能耗制動(dòng)成本較低，比較經(jīng)濟(jì)。從綜合比較分析可知，一般應(yīng)考慮如下兩點(diǎn)： 1） 運(yùn)行在工作面傾角不太大的電牽引采煤機(jī)，以采用能耗制動(dòng)比較