大功率采煤机的技术现状及研究方向.pdf

图 3 VSD电机框图 1000V, 1000k W, 12脉冲 3300V的 I GBT。 3300V、 525 1500k W 矿用电气调速器, 可能仿 照 AB公司 Power F lex 7000 , 采用 12脉冲整流器, 6500V的 I GCT, 三电平。 4 电机结构 BreuerVSD电机的结构中, 防振防凝露是关键。 作者简介冯泾若 1949- , 男, 研究员。 1985年毕业于山东矿业 学院 硕士学位 , 现任中国煤矿机械装备有限责任公司总工程师, 曾获省部级科技进步一等奖 1项, 二等奖 4项, 参与编写专著 3本, 发表论文 30多篇。 收稿日期 2007- 03- 21 ; 责任编辑 陶驰东 大功率采煤机的技术现状及研究方向 高志明 煤炭科学研究总院 上海分院, 上海 200030 摘 要 介绍大功率采煤机的技术现状及国内研究方向。 关键词 采煤机; 现状; 差距; 趋势 中图分类号 TD 421. 6 1 文献标识码 B 文章编号 1001- 0874 2007 04- 0004- 04 TechnicalSituation and DevelopmentOrientation ofPowerfulShearer GAO Zhi m ing China CoalResearch Institute ShanghaiLtd. Shanghai200030, China Abstract The technical situation of powerful shearer is introduced ,and domestic development orientation is analyzed . Keywords shearer ;current situation ;gap ;tendency 2006年国内大功率采煤机综采工作面, 最高单 产已超过 1000万 t/a 。截止 2007年 4月, 据不完全 统计, 国内生产装机功率 1800k W 以上采煤机 11 台, 订单 15台; 引进 30多台。国家发改委提出了研 发 600万 t/a大型装备的要求。对大功率采煤机结 构、 性能、 参数等提出越来越高的要求。 1 国内外大功率采煤机的现状 德国 Eickhoff公司、 美国 JOY 公司、 德国 DBT 公司等制造的采煤机销往全球主要产煤国家, 并创 造综采工作面最高单产记录。国产大功率采煤机只 在国内使用, 生产数量较少, 性能、 可靠性、 使用寿命 等都与国外先进水平存在一定差距。 1 总体布置及结构 目前, 国内外采煤机的总体结构布置大体相同。 计算机三维设计, 专业软件计算验证, 整机及主要壳 体运动学、 动力学分析。结构新颖、 性能可靠的强力 液压紧固技术的运用及不断完善与创新, 使整机及 大部件之间连接可靠、 装拆方便。机身与摇臂及调 高油缸之间的锥套结构连接, 超大圆柱销定位, 合金 4煤 矿 机 电 2007年第 4期 铸钢壳体调质, 高性能可焊板材壳体低温消除应力 处理等, 大大提高了整机的强度、 刚度和使用寿命。 液压传动系统为主副分置式独立结构, 位于机 身中部位置。主系统压力 18 20MPa , 流量 50 70L /m in , 向摇臂、 破碎装置、 顶护板等油缸供油。 副系统压力 1 . 8 2 . 5 MPa , 流量 8 12L /m in , 为液 压制动器、 电液控制阀、 传感元件等提供动力。 冷却喷雾系统进水分成两路 一路压力 8 10MPa , 流量 200 220L /m in , 供左右滚筒内喷雾; 另 一路压力 2. 5 30 MPa , 流量 180 200L /m in , 对各 电机、 变频器、 电控系统冷却器供水。具有压力、 流 量、 温度等参数传感显示, 主过滤器具有手动反冲洗 功能。 电气调速系统为机载式 一拖一 变频调速。 系统绝大部分元器件安装在机身中部的电控箱内。 计算机控制、 多媒体界面、 具有恒扭矩、 恒功率自动调 速、 各种工况参数显示及储存、 整机故障自诊断、 多种 保护、 多种控制方式、 巷道通讯及地面控制等功能。 与早期采煤机相比, 大功率采煤机操作及维护 已十分人性化。计算机多媒体技术的应用, 提升了 操作及维护水平, 有的已达智能化程度。就机操作、 无线离机操作、 远距离控制, 语音图形提示、 集成插 装式结构、 功能模块化、 积木式组合等, 使原来很复 杂的操作维护变得非常简单。 在整机主体基本不变的前提下, 通过重组摇臂 主体与臂架之间的定位连接关系, 更换行走轮箱、 支 撑组件等, 便可以与不同的刮板输送机、 液压支架等 组合成多种综采成套设备。 2 主要性能及技术参数 国外大功率采煤机主要技术参数见表 1 。 表 1 国外大功率采煤机主要技术参数 型号SL500SL10006LS57LS7EL3000 制造公司EickhoffE ickhoffJOYJ OYDBT 采高范围 /m2. 8 5 . 53 . 5 6 . 12. 2 4. 52 . 8 6 . 02 . 2 6 . 0 煤层倾角 / 99 855 煤质硬度 /f 1010 101010 装机功率 /k W18152390150018602190 截割功率 /k W2 7502 9002 6102 7502 85 行走功率 /k W2 90AC2 150AC2 702 1102 125 泵站功率 /k W352 45303040 破碎功率 /k W100200110110200 行走速度 /m m in- 1 13 /3216 . 6/3314. 9 /21 . 012 . 2/26 . 013 . 6/27 . 25 行走力 /kN734 /306978/408617 /432800/375722/360 滚筒直径 /m2. 73 . 22. 72 . 72 . 7 滚筒转速 /r m in- 123. 422 . 3252635 . 2 截深 /m0. 8650 . 8650. 8650 . 8650 . 865 供电电压 /V33003300330033003300 重量 / t 112 125 73 98 90 国产大功采率煤机主要技术参数见表 2 。 表 2 国产大功率采煤机主要技术参数 型号MG750/1815 WDMG900/2215GWDMG800/2040 WDMG750 /1910 WDMGTY750 /180033D 制造公司上海天地分公司上海天地分公司鸡西煤机厂西安煤机厂太原矿山机器厂 采高范围 /m2. 7 5. 23 . 0 5 . 52 . 7 5. 52. 7 5 . 22 . 6 5 . 5 煤层倾角 / 1515 12 1512 煤质硬度 /f 1010 444 装机功率 /k W18152215204019101800 截割功率 /k W2 7502 9002 8002 7502 750 行走速度 /m m in- 110. 2 /2010 . 2/2010 /1611 . 5/2310 . 4/24 . 8 行走力 /kN930 /465110/5501250 /7801000/500726/305 行走功率 /k W2 902 1102 1202 1102 90 泵站功率 /k W3535404035 破碎功率 /k W10016016015090 滚筒直径 /m2. 72 . 72. 72 . 72 . 7 滚筒转速 /r m in- 123. 524 . 222. 724 . 426 . 3 截深 /m0. 8650 . 8650. 8650 . 8000 . 850 供电电压 /V33003300330033003300 重量 / t 121 128 120 115 96 52007年第 4期煤 矿 机 电 3 电气控制系统及自动化技术 1 采煤机主控制系统 近年来美国 JOY 公司 7LS 、 德国 E ickhoff公司 SL500等采煤机的主控制系统进行了升级换代。 JOY公司推出的 JNA控制系统, 以及 E ickhoff公司 将 M I COS 68矿用微机系统升级为基于 IPC装有 AMD、 166 MH z处理器 的控制系统, 检测用的传感 器多, 采用多个处理单元, 相互间以串行总线形式通 讯, 连线少, 处理速度快, 能够显示瞬间变化的工况 参数。人机交互界面非常直观、 方便, 且功能强大。 国产采煤机一般采用大屏幕工控一体机加进口 可编程控制器的控制系统, 也采用多传感器, 多处理 单元, 相互间以串行 R485总线通讯的分布式结构, 但存在总线速度低, 传感器、 处理单元质量不够稳定 的问题, 天地公司上海分公司研制的 MG750/1815 型采煤机则采用了 DSP芯片嵌入式主控系统, 处理 速度较快。 2 工况检测、 故障诊断技术 JOY公司的长壁图形显示器向操作者提供机器 工况检测信息, 其中包括主菜单、 14 页显示和一个 连续的工况曲线, 还具有电气系统状态和采煤机位 置、 速度检测。操作者可以从图形显示器上看到主 控制单元的工况、 行走速度和方向信息, 可以通过遥 控选择显示内容。14页子菜单包括 截割部信息汇 总; 左截割部电流曲线; 左截割部温度曲线; 右截割 部电流曲线; 右截割部温度曲线; 行走速度电流柱状 图; 行走电流曲线; 行走速度曲线; 泵站电机电流曲 线; 状态显示灯; 错误信息记录; 单项记录 / 重新整 定; 记忆截割菜单; 参数模式整定。 Eickhoff 公 司 液 晶 图 形 显 示 器, 软 件 为 17975C4 , 10页子菜单包括 采煤机运行状态、 自动 操纵、 截割部参数、 行走部参数、 液压系统参数、 各检 测点温度、 各电动机电流; 水量、 水压; 控制系统软、 硬件型号; 诊断、 预警 口令 。检测和显示方式相 对 JOY公司更为详细, 保护点更多, 而且多数保护 项目可以通过人机交互方式予以屏蔽。 国产采煤机工况检测、 故障诊断基本上是采用 工控一体机的全中文实时显示系统, 来实现采煤机 的状态监测、 故障诊断和少量的记忆存储。监测系 统主要功能 开机操作步骤中文提示; 故障中文显示 及记忆; 22种运行状态信息实时显示; 储存较少的 若干组最新运行状态及故障信息; 故障信息闪烁提 示。电气系统可实现截割电机恒功率控制, 行走电 机负荷控制, 各电机、 变频调速箱温度显示和热保 护, 变频调速系统超频、 过载、 过流、 短路、 漏电保护 和简单的电气系统的故障诊断。 3 远程通讯和集中控制技术 JOY6LS5 、 7LS6 ,Eickhoff SL500 ,E ickhoff SL1000采煤机都实现了数据远程传输、 集中监控和 部分集中控制。工作面巷道集中控制站与采煤机、 液压支架控制系统、 刮板输送机、 转载机相连。通过 中继站可与距离大于 5km 的地面数据转换器连接, 后者把信号传给矿井地面站。通过上述系统, 可以 在工作面巷道集中控制站实现工作面设备和工作面 巷道设备的远程通讯和集中控制, 但由于井下条件 多变, 及配套管理等的原因, 目前实际还只能实现远 程通讯和集中监控或局部集中控制, 有的只是在特 定时期试用一下。采煤机机身上还装备有红外线发 射器, 支架接到信号后, 通过电液阀系统可以自动收 放护帮板、 落架、 移架、 升架、 推溜。要求液压支架带 有接收控制器以及电液控制系统。 国产采煤机远程通讯和集中控制技术与国外的 差距较大, 目前只有天地上海分公司的 1815系列采 煤机实现了采煤机与工作面巷道控制箱的数据载波 通讯, 具备了实现工作面三机联动的基础。 4 记忆截割技术 记忆截割是基于位置传感器和计算机记忆控制 的技术, JOY 7LS6 、 E ickhoff SL500和 DBT EL3000 型都装备有采煤机倾角传感器、 同步位置传感器、 油 缸行程传感器。通过计算机的记忆储存及自动控制 实现采煤机滚筒的自动调高 记忆截割 。 记忆截割的工作方法是由司机操纵采煤机沿工 作面煤层先割一刀, 控制系统将行程位置参数的程 序存入计算机, 以后每刀的截割高度均由计算机根 据存储器记忆的行程位置参数自动控制滚筒调高。 如煤层条件发生明显变化, 则由司机手动操作割煤 作为位置程序的微调 , 并自动重新记忆调整过的 工作参数, 作为下一刀截割时滚筒调高的工作程序。 随着位置传感器、 机身倾角传感器、 摇臂倾角传 感器等技术的应用与完善, 国产采煤机记忆截割技 术的硬件基础条件已基本具备, 很快将会有所突破。 4 交流变频调速技术 经过十余年的发展, 缩小了国产电气调速控制 系统与国外产品的差距, 还开发出了一些具有自主 知识产权的系统。如天地上海分公司的中文语音预 警系统, 能及时用语音提示采煤机司机, 如采煤机发 6煤 矿 机 电 2007年第 4期 生的问题及正确操作, 深受用户好评。 目前采煤机变频调速系统已从 1台变频器拖动 2台电动机 一拖二 发展到 2台变频器分别拖 动 2台电动机 一拖一 , 上海分院在 1986年就 开始研制交流变频调速采煤机, 1999 2001年科技 部 电牵引采煤机四象限运行变频调速及控制系 统 项目的完成, 使我国能量回馈型四象限运行的 交流变频调速采煤机技术处于目前世界领先水平。 目前国产电牵引采煤机行走功率最大 2 110k W, 在研 2 132k W。变频器电压 380V。能够实现额定 转速以下恒扭矩调速, 额定转速以上恒功率调速及 两台变频器之间的主从控制和转矩平衡。 JOY电气调速采煤机行走功率已达 2 110k W, 变频器电压 575V, E ickhoff电气调速采煤机行走功 率已达 2 150k W, 变频器电压 460V。 5 可靠性 1 整机及主要零部件 国外大功率采煤机整机使用寿命一般为 2000 万 , t 主要部件的大修周期为 600万 , t 滚筒寿命为 300万 , t 行走组件寿命为 300万 , t 导向滑靴寿命为 200 250万 t 。 由于加工设备、 人员素质、 材料性能、 热处理、 组 装调试、 加载试验等工艺过程及配套元器件过程管 理水平等原因, 国产大功率采煤机, 整机及主要部 件、 关键零件的大修周期与寿命, 都存在一定差距。 2 机壳件 国外大壳体铸件选用高性能合金铸钢, 严格控 制硫、 磷等有害元素的含量, 精心冶炼、 铸造, 调质处 理, 硬度可达 HB220 260 , 甚至更高, 综合机械性能 强。数控机床加工壳体行孔, 公差精度可达 6级以 上, 粗糙度可达 1 . 6以下。壳体有很高的整体精度、 强度和刚度, 对提高整机的使用寿命起重要作用。 焊接结构件采用 Q460以上高性能钢板, 数控切割 机下料, 坡口采用机加工 U 型, 焊前预处理, 焊后低 温回火消除应力。 3 传动件 大功率采煤机传动件的设计和材料、 工艺都是 机制行业最高级的。选用优质合金结构钢, 严格执 行加工工艺, 规范检验控制程序。特别是齿轮类零 件, 控制渗碳浓度、 深度及淬火后硬度, 减少变形量, 进行强化喷丸处理, 磨齿后综合精度可达国标 6级 以上, 粗糙度可达 0 . 4以下, 使用寿命可达整机过煤 1000万 t以上。回转体类重要零件要求有配合性质 部位的尺寸公差和形位公差可达国标 5级以上。选 用世界品牌产品 NJ等系列 C3游隙轴承。 4 密封件 采煤机动密封采用高速骨架油封及低速浮动油 封两种。国外采煤机油封, 无论结构、 材质, 还是精 度、 质量, 普遍高于国内同类产品, 安装油封处相应 零件的加工精度和硬度等比较合适。 2 国产大功率采煤机研究方向 随着国际采煤自动化程度的快速发展, 未来开 发的大功率采煤机一定是高可靠性、 高度自动化、 具 有很强适应性、 能远程控制的产品。根据我国煤炭 生产远景规划及采煤机技术发展趋势, 国产大功率 采煤机的主要研究方向为 1 满足整机 2000万 t寿命的总体技术及高 强度长寿命壳体的研究。满足 600万 t大修、 1000 万 t寿命的机械传动系统的研究。 2 长寿命、 可靠性油封技术的研究。 3 开发 1140V和 3300V的矿用交流变频调 速装置, 大幅提升采煤机整机适应性的研究。 4 高可靠性、 高性能、 抗干扰、 抗热效应、 拥有 远程实时操作的嵌入式矿用计算机控制系统的研究。 5 开发或增强电控系统中的专家诊断系统、 显示与信息传输系统、 工作面采煤机自动运行集中 控制系统、 采煤机记忆截割系统的研究。 6 开发工作面远距离无线高速信号传输装 置, 解决采煤机工作影像高可靠度实时传输的研究。 作者简介高志明 1962- , 男, 高级工程师。 1986年毕业于黑龙 江科技学院, 现在天地上海分公司从事煤矿机电设备设计开发与技 术管理工作, 发表文章数篇。 收稿日期 2007- 04- 10 ; 责任编辑 陶驰东 供应液压件 煤炭科学研究总院上海分院液压研究所备有德国 BOSCH REXPOTH 博世力士乐 公司的工程机械液 压件, 包括常规电磁阀、 压力阀、 流量阀、 齿轮泵、 齿轮马达等, 以及该公司原装进口大吨位压铸机液压系统, 欢迎垂询。 电话 02164382344 1812 72007年第 4期煤 矿 机 电