0 引言
在20世紀(jì)80年代，大同礦務(wù)局雁崖礦的綜合機(jī)械化采煤都采用縱擺液壓牽引采煤機(jī)，依據(jù)煤礦井下的實(shí)際工況，液壓油容易臟并造成液壓元件損壞，使液壓牽引采煤機(jī)速度低，而在液壓牽引的基礎(chǔ)上很難制造大功率采煤機(jī)。從1995年后，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各行各業(yè)對煤炭需求量逐年上升，國內(nèi)煤礦對牽引速度快、總裝功率在500KW以上電牽引采煤機(jī)的需求量逐年增加。20世紀(jì)90年代以后國內(nèi)一些大煤炭企業(yè)開始引進(jìn)交流變頻電牽引采煤機(jī)，如美國久益6LS、7LS；德國艾可夫生產(chǎn)的SL300、SL500等。針對這一情況，國內(nèi)各采煤機(jī)制造廠在消化、吸收國外電牽引采煤機(jī)的基礎(chǔ)上研究、制造了交流變頻電牽引采煤機(jī)。
1 MG300/700-WD電牽引采煤機(jī)在雁崖礦的應(yīng)用情況
礦井14-3層416盤區(qū)81608工作面采高3.0m，煤質(zhì)硬度f≥5.5，隨著工作面的推進(jìn)，煤層中含夾矸和斷層，煤質(zhì)硬度大，僅次于陜北神俯煤田。因此，我礦在綜采設(shè)備中使用了中等功率MG300/700-WD交流變頻電牽引采煤機(jī)。從開始使用至今，采煤機(jī)的牽引部、搖臂沒有發(fā)生質(zhì)量和技術(shù)問題，設(shè)計(jì)強(qiáng)度能滿足我礦煤質(zhì)條件的生產(chǎn)要求，并適應(yīng)與配套的運(yùn)輸機(jī)和液壓支架工作。
當(dāng)采煤機(jī)在機(jī)頭、機(jī)尾斜切進(jìn)刀時(shí)，由于煤質(zhì)硬度大，采煤機(jī)橫向擺動(dòng)大，搖臂也呈不同程度的晃動(dòng)。為保證正常采煤，我們將采煤機(jī)的牽引速度保持在1.5m/min~2 m/min，減輕了整個(gè)采煤機(jī)在斜切進(jìn)刀時(shí)的晃動(dòng)。根據(jù)實(shí)際煤層地質(zhì)條件，我們發(fā)現(xiàn)，在工作面中間部分約45m長的煤壁，煤層頂板壓力大，煤層被壓松，采煤機(jī)在此段長度內(nèi)運(yùn)行速度為5m/min~6m/min時(shí)，牽引電機(jī)電流才能達(dá)到其額定電流76A；在機(jī)頭機(jī)尾各30m長度內(nèi)，煤層頂板壓力大，煤層被壓松，采煤機(jī)在此兩段內(nèi)受的阻力大，牽引速度在2m/min~3m/min時(shí)，牽引電機(jī)已經(jīng)達(dá)到額定電流。為了進(jìn)一步提高MG300/700-WD電牽引采煤機(jī)的生產(chǎn)效率，在保證安全性、可靠性的前提下，采煤機(jī)司機(jī)可根據(jù)煤層硬度的變化，適當(dāng)增加或減小采煤機(jī)速度。由于煤層硬度大，采煤機(jī)在牽引過程中，煤壁對采煤機(jī)有強(qiáng)大的反作用力，導(dǎo)致變頻器的電流調(diào)節(jié)隨采煤機(jī)速度、負(fù)載變化而不規(guī)則變化。在采煤過程中，如遇大的阻力負(fù)載時(shí)，變頻器就會(huì)過載，當(dāng)負(fù)載持續(xù)過大超過變頻器過載周期時(shí)，就會(huì)燒壞電力電子器件IGBT，而WCS601變頻器在過載150%時(shí)的過載周期是10min，如過載周期小于10min，變頻器中逆變橋IGBT的局部溫度會(huì)升高很快，對IGBT造成威脅。尤其是逆變橋的同橋臂換相時(shí)，從續(xù)流二極管到晶體管換相，同橋臂存在直通短路現(xiàn)象，如果這時(shí)負(fù)載突然增大，容易造成同橋臂短路電流大，對IGBT造成威脅。對此情況，一方面，我們在軟件上采取限流措施，保證牽引電流在正常工作時(shí)，變頻器的電流輸出最大到牽引電機(jī)的額定電流。另一方面，通過調(diào)節(jié)采煤機(jī)速度，允許牽引電機(jī)電流在55A附近調(diào)節(jié)，有效地延長了變頻器IGBT模塊的壽命。
2 MG300/700-WD電牽引采煤機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及應(yīng)用中的不足
2.1基本結(jié)構(gòu)
采煤機(jī)采用多電機(jī)傳動(dòng)、電機(jī)橫向布置的總體設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)簡單可靠，各大部件之間只有聯(lián)接關(guān)系，沒有傳動(dòng)環(huán)節(jié)。牽引拖動(dòng)采用“一拖一”的方式，采用PLC或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)控制，全中文液晶顯示系統(tǒng)，易于熟悉掌握；具有故障自診斷智能監(jiān)測系統(tǒng)，保護(hù)齊全，查找故障方便。
變頻器是電氣控制系統(tǒng)的核心之一，采煤機(jī)采用了可靠性高、故障率低的ABB變頻器。變頻器帶有主從應(yīng)用宏，實(shí)現(xiàn)了兩臺牽引電機(jī)之間負(fù)載的均勻分配。PLC可編程控制器可靠性高，在煤質(zhì)硬度大的地質(zhì)條件上，抗震效果好，其對變頻器的控制采用了現(xiàn)場總線通訊方式，利用全數(shù)字方式控制采煤機(jī)的方向、速度、停止等，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，豐富了控制系統(tǒng)信息化的含量，為采煤機(jī)過程控制和管控一體化提供了通訊接口。
2.2存在的問題
我礦從今年6月份開始使用MG300/700-WD交流變頻電牽引采煤機(jī)，其交流調(diào)速變頻器出現(xiàn)過兩次IGBT模塊損壞。根據(jù)模塊的現(xiàn)場損壞情況分析其原因?yàn)椋?/span>①煤礦井下潮濕、腐蝕性氣體及塵埃多等容易造成IGBT模塊參數(shù)漂移并損壞模塊；②煤礦井下大功率設(shè)備數(shù)量多，啟動(dòng)頻繁、停止產(chǎn)生尖峰高壓導(dǎo)致同橋臂模塊直通短路，燒壞IGBT模塊；③根據(jù)81608工作面煤質(zhì)硬度，采煤機(jī)采煤時(shí)，變頻器調(diào)速時(shí)的過載周期小于變頻器本身的過載周期，結(jié)溫升高，參數(shù)漂移，導(dǎo)致IGBT模塊損壞。
3 改進(jìn)措施
為了使用好MG300/700-WD交流變頻電牽引采煤機(jī)積累使用交流變頻電牽引采煤機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，并現(xiàn)場探索、改進(jìn)MG300/700-WD采煤機(jī)，以完善采煤機(jī)制設(shè)計(jì)制造，我礦對采煤機(jī)制定了維修和檢修計(jì)劃來保證采煤機(jī)的正常運(yùn)行。
3.1機(jī)械部分
（1）采煤機(jī)司機(jī)必須時(shí)刻觀察搖臂、牽引部在采煤過程中是否異常聲音，如有異常應(yīng)立即停機(jī)檢查并排除故障。
（2）每日檢查液壓拉桿和液壓螺母是否松動(dòng)。
（3）各箱體是否漏水、漏油，油位是否正確，水管、油管接頭是否擰緊。
（4）水閥是否正常，銷軌固定是否牢固。
（5）隨時(shí)注意滾筒位置，防止采煤機(jī)滾筒割頂板。
根據(jù)一段時(shí)間的運(yùn)行情況，我們認(rèn)為在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上有必要對MG300/700-WD采煤機(jī)增加3000kg~5000 kg質(zhì)量，以提高采煤機(jī)在割煤過程中的穩(wěn)定性，延長行走箱齒軌輪等機(jī)械傳動(dòng)部分的壽命。
3.2電氣部分
（1）不必經(jīng)常打開電控箱檢修，以防止潮氣、腐蝕性氣體和煤礦塵埃進(jìn)入電控箱，造成電子器件生銹、接觸不良、絕緣降低而形成短路。
（2）采煤機(jī)在割煤時(shí)，由于煤質(zhì)較硬，當(dāng)阻力增大引起采煤機(jī)振動(dòng)過大時(shí)，采煤機(jī)司機(jī)應(yīng)降低牽引進(jìn)度，減輕振動(dòng)對電子元件造成的損傷，在振動(dòng)沖擊較大的時(shí)候，應(yīng)采取措施避免采煤機(jī)振動(dòng)。
（3）在增加采煤機(jī)質(zhì)量的同時(shí)，應(yīng)該加大牽引電機(jī)功率，以便增加采煤 機(jī)在采煤過程中機(jī)械慣性，避免煤墻阻力對變頻器形成不規(guī)則變化負(fù)載，延長變頻器中IGBT模塊的壽命。
MG300/700-WD交流變頻電牽引采煤機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，變頻器的功率為55KW，富裕量大。采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)主回路按照圖1的原理進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，通過程序控制將采煤機(jī)很容易從“一拖一”牽引方式切換到“一拖二”牽引方式。如果煤層頂板壓力大，當(dāng)其中一臺變頻器損壞時(shí)，采煤機(jī)可通過“一拖二”牽引方式割煤，避免了采煤機(jī)“單牽引”方式割煤對機(jī)械行走箱等部件的磨損，同時(shí)也避免了因頂板壓力大導(dǎo)致采煤機(jī)不牽引而造成液壓支架被頂板壓死的現(xiàn)象發(fā)生。
電氣控制系統(tǒng)只需在原有的控制系統(tǒng)上增加幾個(gè)電氣元件：一個(gè)交流接觸器、兩個(gè)電流變送器和一個(gè)輸出模塊。主要在于升級原有的電氣控制系統(tǒng)軟件，方便地在“一拖一”、“一拖二” 、“單牽引”牽引方式之間切換。
主變頻器和從變頻器由牽引變壓器輸出的380/50HZ電源供電，經(jīng)快速熔斷器、進(jìn)線電抗器和壓敏電阻輸入到三相半控橋整流成直流電壓，再經(jīng)電容濾波，然后由DSP（數(shù)字信號處理器）控制IGBT模塊輸出頻率可變和電壓可變的交流電壓，供給牽引電動(dòng)機(jī)。圖1中，主變頻器和從變頻器在硬件上完全一樣，只是根據(jù)其安裝位置不同，由外部控制信號使其在應(yīng)用中的作用不同。
如果采煤機(jī)的一個(gè)牽引部電動(dòng)機(jī)損壞（假如左邊），則中文顯示器顯示其故障情況。這時(shí)，把左牽引部的花鍵軸去掉，采煤機(jī)可以在右牽引部驅(qū)動(dòng)下把采煤機(jī)牽引到安全地帶檢修。
總之，MG300/700-WD交流變頻電牽引采煤機(jī)在煤質(zhì)硬度大的煤層的應(yīng)用情況還有待于做進(jìn)一步的檢驗(yàn)，在過去兩個(gè)月中，針對采煤機(jī)出現(xiàn)的機(jī)電問題結(jié)合實(shí)際已經(jīng)做了技術(shù)方面的改進(jìn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
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圖1采煤機(jī)電氣控制系統(tǒng)主回路改進(jìn)設(shè)計(jì)圖
參考文獻(xiàn)：
【1】閆士杰，孫金根，變頻器運(yùn)行過程中存在的問題及其對策。
【J】變頻器世界，2002（10）：27-29.
Application of Electric Haulage Shearer
HE Yang-xing
Abstract:The paper introducer the application of electric haulage shearer.By analyzing the basic structure,application effect,existent shortage,some improving measures are put forward.
Key words:shearer;converter;application
