电牵引采煤机的现状与发展趋势_谢贵君.doc

第30卷第2期2009年 2月 煤 矿 机 械 C o a l M i n e M a c h i n e r y V o l.30N o.2 F e b.2009 专题综述 电牵引采煤机的现状与发展趋势 谢贵君 太原矿山机器集团有限公司,太原030009 摘 要对国内外电牵引采煤机的发展历程和技术现状作了简要介绍,对国内外电牵引采煤机的技术特点、发展趋势以及国内电牵引技术的差距进行了分析和讨论,并指出了国内电牵引采煤机的主要研究方向。 关键词电牵引;采煤机;技术现状;发展趋势 中图分类号T D421.6;T M922 文献标志码A 文章编号1003-0794200902-0001-03 C u r r e n t S i t u a t i o na n d D e v e l o p m e n t o f E l e c t r i c i t y T r a c t i o n S h e a r e r X I EG u i-j u n T a i y u a nC o a l M i n i n g M a c h i n e r y C o.,L t d.,T a i y u a n030009,C h i n a A b s t r a c tF i r s t l y,t h e d e v e l o p m e n t h i s t o r y a n dt h e c u r r e n t t e c h n i c a l s i t u a t i o no f t h e e l e c t r i c i t y t r a c t i o n s h e a r e r a r e i n t r o d u c e d b r i e f l y.T h e n,t h e d i f f e r e n c e s i n t h e t e c h n i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e e l e c t r i c i t y t r a c-t i o n t e c h n o l o g y a t h o m e a n d a b r o a d c o u n t r i e s a r e a n a l y z e d,a n d t h e d e v e l o p i n g t r e n d s a r e a l s o d i s c u s s e d. F i n a l l y,s o m e i m p o r t a n t r e s e a r c h p r o j e c t s a b o u t e l e c t r i c i t y t r a c t i o n s h e a r e r a r e p o i n t e d o u t. K e y w o r d se l e c t r i c i t y t r a c t i o n;s h e a r e r;t e c h n i c a l s i t u a t i o n;d e v e l o p i n g t r e n d s 0 国外电牵引采煤机发展概况 20世纪70年代,美国J O Y公司研制成功了1L S多电机横向布置直流电牵引采煤机,此后又陆续研制了2L S-6L S等型多电机横向布置电牵引采煤机。7L S5采煤机总功率1940k W,牵引速度30 m/m i n,采用J O YU l t r a t r a c2000型强力销轨无链牵引系统,加大销轨节距和宽度,并采用锻造销排,装备了与6L S5型通用的J N A机载计算机信息中心,具有人机通讯界面、故障诊断图形显示和储存、无线电遥控、牵引控制和保护等功能。 德国E i c k h o f f公司于1976年研制成功直流电牵引采煤机,并基本停止了液压牵引采煤机的研发,此后又陆续开发了多种形式电牵引采煤机。20世纪90年代开发的S L系列横向布置交流电牵引采煤机,将截割电机布置在摇臂上。其中S L500型电牵引采煤机装机功率达1815k W,最大牵引力869k N; S L300型电牵引采煤机总装机功率1138k W,采用双变频器一拖一系统,最大牵引速度达36.7m/m i n; S L1000型采煤机装机功率达2600k W,牵引力1003 k N。控制系统具有交互式人机对话、设备状态监测与故障预报、在线控制、数据传输等功能。 英国l o n g-A i r d o x公司于1984年研制成功第1台将截割电机布置在摇臂上的多电机横向布置的E l e c t r a55V型直流电牵引采煤机,在此基础上又开发出功率更大的E l e c t r a1000型直流电牵引采煤机。20世纪90年代,在E l e c t r a系列机型基础上,进一步加大功率,改进控制系统,开发了E L系列交流电牵引采煤机,主要机型有E L600、E L1000、E L2000、E L3000型。在E L系列机型上装置的I m p a c t集成保护及监控系统具有负荷控制、机器监控、采煤机自动定位、自动调高、区域控制、智能化安全联锁、随机故障诊断和数据传输等功能。 日本三井三池制作所1987年后陆续研制成功多种截割电机纵向布置的M C L E-D R系列交流电牵引采煤机,近几年又开发了截割电机横向布置的多电机交流电牵引采煤机。采煤机装有微机工况监测及故障诊断系统,可数字显示牵引速度、滚筒位置、留顶底煤厚度、电机负载及各处温度,具有无线遥控装置,并可加装红外线发射器操纵液压支架。 表1为国外代表性电牵引采煤机主要技术参数。 表1 国外代表性电牵引采煤机主要技术参数 型号6L S57L S6S L500E L3000 采高/m2.55.02.85.52.85.52.75.5装机功率/k W1500186018151940 截割功率/k W6102750275027502牵引功率/k W D C70/552A C1102A C902A C1002破碎功率/k W110110100200 泵站功率/k W30303540 牵引力/k N617/161800/375757/3161000/500牵引速度/mm i n-114.9/21.112.2/26.012.8/30.712.0/24.0滚筒转速/rm i n-125332525供电电压/V3300330033003300 调速方式 交流变 频调速 交流变 频调速 交流变 频调速 交流变 频调速 V o l.30N o.2电牵引采煤机的现状与发展趋势谢贵君第30卷第2期 1 国内电牵引采煤机发展概况 我国电牵引采煤机在消化吸收国外引进采煤机技术的基础上,通过二次开发拥有了许多具有自主知识产权的换代产品,在我国煤矿综合机械化采煤工作面,国产采煤机已经占据主导地位,完全采用国产装备的高产高效工作面不断涌现。 1991年,煤炭科学研究总院上海分院与波兰合作,在国内率先研制成功我国第1台采用交流变频调速技术的薄煤层爬底板采煤机,接着又先后研制成功了截割电机纵向布置的交流电牵引采煤机、截割电机横向布置的适用于中厚和较薄煤层的交流电牵引采煤机。上海分院研制的M G系列电牵引采煤机已形成九大系列共几十个品种。 太原矿山机器厂与上海分院合作,将A M500液压牵引采煤机改造成M G375/830-W D型交流电牵引采煤机后,又自主研制成功了M G T Y400/900-3.3D型和M G750/1800-3.3D型机载交流变频调速链轨式电牵引采煤机,现正在国家“十一五”科技支撑计划资助下研发装机总功率达2500k W、最大采高6.0m、年产1000万t的交流电牵引采煤机;鸡西煤机厂与上海分院合作将M G2300-W型液压牵引采煤机改造成M G300/360-W D型交流电牵引采煤机后,又开发了M G200/463型、M G400/985型交流电牵引采煤机;辽源煤机厂与邢台矿业集团合作研制成功我国首台应用电磁转差离合器调速技术的M G668-W D型电牵引采煤机;无锡采煤机厂与中纺机电研究所合作研制成功国内首台应用开关磁阻电机调速技术的M G200/500-C D型电牵引采煤机。表2为国内具有代表性机型的采煤机主要技术参数。 表2 国内典型机型的采煤机主要技术参数 型号M G450/1020-WD M G750/1800-G W D M G T Y500/1200-3.3D M G400/920-WD 装机功率/k W102018001200920截割功率/k W4502750250024002牵引功率/k W A C502A C902A C552A C502牵引力/k N600/360750/375750/450685/406 牵引速度/mm i n-18.7/14.613.0/25.97.7/12.87.12/12 滚筒转速/rm i n-128.52329.929供电电压/V3300330033003300滚筒截深/m m63010008001000800800调速方式交流变频调速交流变频调速交流变频调速交流变频调速 2 技术特点与发展趋势 2.1 装机功率增大、性能参数提高 1单台截割电机功率多在400k W以上。多数采煤机单台截割电机功率已达到600k W以上, E L3000采煤机单台截割电机功率达900k W, S L1000采煤机的单台截割电机功率高达1000k W,太原矿山机器集团也正在研发单台截割电机功率1 000k W的新型大功率采煤机。 2牵引功率多在80k W以上,最大已达300 k W。 3总装机功率超过1000k W,如7L S5达1 940k W,E L3000总装机功率达2000k W,S L1000总装机功率更高达2600k W。 4牵引速度、牵引力大幅提高。牵引速度1525m/m i n,牵引力500k N以上。最大牵引速度60m/m i nE L3000,最大牵引力已达1000k N以上E L3000、S L1000、西安煤矿机械厂生产的M G750/1910、鸡西煤矿机械厂生产的M G800/2040,太原矿山机械集团有限公司即将推出牵引力1125k N 的采煤机。 5截割功率增大,支架实现随机支护,滚筒截深加大。10a前,截深大多是630700m m,现普遍采用截深10001200m m,个别已达到1500m m 截深。 6采煤机可靠性和开机率提高。国外采煤机大修周期2a,出煤量400600万t;我国要求采煤机出煤量300400万t而不大修,差距较大。 2.2 中高压供电 随着采煤机装机功率大幅度提高,工作面不断加长,整个工作面容量超过5000k W,工作面长度达到300m。为减少输电线路损耗,提高供电质量和电机性能,普遍采用中高压供电。主要供电等级有2300V、3300V、4160V、5000V等。 2.3 监控保护系统智能化 第30卷第2期电牵引采煤机的现状与发展趋势谢贵君V o l.30N o.2 现代电牵引采煤机均配备有智能化监控、监测和保护系统,可以实现交互式人机对话、无线电遥控、工况监测及状态显示、数据采集存储及传输、故障诊断及预警、自动控制、自动调高等多种功能,以保证采煤机维护量最小,利用率最高,并可实现与液压支架、工作面输送机的信息交互和联动控制等功能。如安德森公司E L系列机型上装置I m p a c t集成保护与监控系统,E i c h h o F f公司的E i c h h o f f数据汇集技术系统,J O Y公司6L S型电牵引采煤机的J N A 网络信息中心等。 2.4 电牵引系统向交流调速发展 早期的电牵引采煤机大多采用直流调速系统。日本20世纪80年代中期研制成功第1台交流电牵引采煤机,交流调速系统以其技术先进、可靠性高、维护管理简单、价格低廉等优点,被迅速推广应用。20世纪90年代中后期研制的大功率电牵引采煤机均采用交流变频调速牵引系统。目前,交流电牵引已经取代直流电牵引。 早期的交流牵引均采用一个变频器拖动2台牵引电机,变频器对电机的性能参数难以准确检测,控制和保护功能无法完全发挥。如今主流交流电牵引采煤机均采用2个变频器分别拖动2台牵引电机的牵引系统,使牵引的控制和保护性能更加完善。这种一拖一的牵引系统已经成为电牵引技术发展的又一特点。 2.5 总体结构趋向模块化及多电机横向布置 横向布置方式可使各部件由单独电机驱动,机械传动系统彼此独立,可模块化设计,结构简单,装拆方便。美国从1L S开始将截割电机横向布置在摇臂上,至今沿用。英国从E l e c t r a550开始,采用电机横向布置。德国于20世纪90年代开发了横向布置的S L系列电牵引采煤机。目前国内外的电牵引采煤机几乎都采用了横向布置方式。 2.6 无链牵引向齿轮-齿轨式演变 随着牵引力的不断增大,销轮-齿轨式无链牵引已经淘汰,齿轮-链轨式无链牵引也已使用不多,现在采煤机无链牵引正逐步趋向于采用齿轮-齿轨式无链牵引,这是一种从齿轮-销轨式演变而来的无链牵引结构,圆柱销被齿轨所取代,焊接结构改成了整体精密铸造或锻造,宽度增大,节距由125m m 增加到175m m。 3 国内电牵引采煤机研究方向 国内电牵引采煤机代表机型在总体参数和性能方面已接近国外先进水平。但一些关键部件及其总体性能、功能、适应范围等方面还有待进一步完善和提高。尤其是在线工况监测、故障诊断及预报、信号传输与采煤机自动控制、传感器等智能化技术与国外相比还有较大的差距。因而国内电牵引采煤机的智能化程度低,设备可靠性、安全性和可维护性较差,今后国内电牵引采煤机的主要研究方向如下 1进一步完善和提高交流变频调速牵引系统的可靠性。重点是完善和提高系统装置的抗振、散热和防潮等性能。 2研究可靠的微机电气控制系统。重点是提高采煤机电控系统抗干扰、抗热效应的能力。 3开发或增强电控系统的监控功能。重点是研究故障诊断与专家系统、工况监测、显示与信息传输系统、工作面采煤机自动运行控制系统、自适应变频电路的漏电检测与保护技术、摇臂自动调高系统等。 4开发可四象限运行的矿用交流变频调速装置,使采煤机能适应较大倾角煤层开采的需要。 5开发装机功率更大、采高更高的采煤机,提高煤炭产量及回采率。 6加强提高采煤机开机率和可靠性的研究。 7电器元件小型化的研究。由于装机功率增大,电动机、变压器、变频器等设备的体积也相应增大,为满足整机结构布置紧凑的要求,必须研究设备小型化的技术途径。 参考文献 [1]张世洪,何敬德,管亚平.电牵引采煤机的技术现状与发展趋势 [J].煤矿机电,20005. 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