集團總工程師
正高級工程師
0 引言
在20世紀80年代，大同礦務局雁崖礦的綜合機械化采煤都采用縱擺液壓牽引采煤機，依據(jù)煤礦井下的實際工況，液壓油容易臟并造成液壓元件損壞，使液壓牽引采煤機速度低，而在液壓牽引的基礎上很難制造大功率采煤機。從1995年后，隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(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以上電牽引采煤機的需求量逐年增加。20世紀90年代以后國內(nèi)一些大煤炭企業(yè)開始引進交流變頻電牽引采煤機，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)各采煤機制造廠在消化、吸收國外電牽引采煤機的基礎上研究、制造了交流變頻電牽引采煤機。
1 MG300/700-WD電牽引采煤機在雁崖礦的應用情況
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，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，我礦在綜采設備中使用了中等功率MG300/700-WD交流變頻電牽引采煤機。從開始使用至今，采煤機的牽引部、搖臂沒有發(fā)生質(zhì)量和技術問題，設計強度能滿足我礦煤質(zhì)條件的生產(chǎn)要求，并適應與配套的運輸機和液壓支架工作。
當采煤機在機頭、機尾斜切進刀時，由于煤質(zhì)硬度大，采煤機橫向擺動大，搖臂也呈不同程度的晃動。為保證正常采煤，我們將采煤機的牽引速度保持在1.5m/min~2 m/min，減輕了整個采煤機在斜切進刀時的晃動。根據(jù)實際煤層地質(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，采煤機在此段長度內(nèi)運行速度為5m/min~6m/min時，牽引電機電流才能達到其額定電流76A；在機頭機尾各30m長度內(nèi)，煤層頂板壓力大，煤層被壓松，采煤機在此兩段內(nèi)受的阻力大，牽引速度在2m/min~3m/min時，牽引電機已經(jīng)達到額定電流。為了進一步提高MG300/700-WD電牽引采煤機的生產(chǎn)效率，在保證安全性、可靠性的前提下，采煤機司機可根據(jù)煤層硬度的變化，適當增加或減小采煤機速度。由于煤層硬度大，采煤機在牽引過程中，煤壁對采煤機有強大的反作用力，導致變頻器的電流調(diào)節(jié)隨采煤機速度、負載變化而不規(guī)則變化。在采煤過程中，如遇大的阻力負載時，變頻器就會過載，當負載持續(xù)過大超過變頻器過載周期時，就會燒壞電力電子器件IGBT，而WCS601變頻器在過載150%時的過載周期是10min，如過載周期小于10min，變頻器中逆變橋IGBT的局部溫度會升高很快，對IGBT造成威脅。尤其是逆變橋的同橋臂換相時，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，如果這時負載突然增大，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，變頻器的電流輸出最大到牽引電機的額定電流。另一方面，通過調(diào)節(jié)采煤機速度，允許牽引電機電流在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電牽引采煤機的基本結構及應用中的不足
2.1基本結構
采煤機采用多電機傳動、電機橫向布置的總體設計，其結構簡單可靠，各大部件之間只有聯(lián)接關系，沒有傳動環(huán)節(jié)。牽引拖動采用“一拖一”的方式，采用PLC或?qū)Ｓ糜嬎銠C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，采煤機采用了可靠性高、故障率低的ABB變頻器。變頻器帶有主從應用宏，實現(xiàn)了兩臺牽引電機之間負載的均勻分配。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，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為：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煤礦井下大功率設備數(shù)量多，啟動頻繁、停止產(chǎn)生尖峰高壓導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，采煤機采煤時，變頻器調(diào)速時的過載周期小于變頻器本身的過載周期，結溫升高，參數(shù)漂移，導致IGBT模塊損壞。
3 改進措施
為了使用好MG300/700-WD交流變頻電牽引采煤機積累使用交流變頻電牽引采煤機的經(jīng)驗，并現(xiàn)場探索、改進MG300/700-WD采煤機，以完善采煤機制設計制造，我礦對采煤機制定了維修和檢修計劃來保證采煤機的正常運行。
3.1機械部分
（1）采煤機司機必須時刻觀察搖臂、牽引部在采煤過程中是否異常聲音，如有異常應立即停機檢查并排除故障。
（2）每日檢查液壓拉桿和液壓螺母是否松動。
（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）隨時注意滾筒位置，防止采煤機滾筒割頂板。
根據(jù)一段時間的運行情況，我們認為在現(xiàn)有的基礎上有必要對MG300/700-WD采煤機增加3000kg~5000 kg質(zhì)量，以提高采煤機在割煤過程中的穩(wěn)定性，延長行走箱齒軌輪等機械傳動部分的壽命。
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）采煤機在割煤時，由于煤質(zhì)較硬，當阻力增大引起采煤機振動過大時，采煤機司機應降低牽引進度，減輕振動對電子元件造成的損傷，在振動沖擊較大的時候，應采取措施避免采煤機振動。
（3）在增加采煤機質(zhì)量的同時，應該加大牽引電機功率，以便增加采煤 機在采煤過程中機械慣性，避免煤墻阻力對變頻器形成不規(guī)則變化負載，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在設計時，變頻器的功率為55KW，富裕量大。采煤機電氣控制系統(tǒng)主回路按照圖1的原理進行改進設計，通過程序控制將采煤機很容易從“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，當其中一臺變頻器損壞時，采煤機可通過“一拖二”牽引方式割煤，避免了采煤機“單牽引”方式割煤對機械行走箱等部件的磨損，同時也避免了因頂板壓力大導致采煤機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)上增加幾個電氣元件：一個交流接觸器、兩個電流變送器和一個輸出模塊。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，供給牽引電動機。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用中的作用不同。
如果采煤機的一個牽引部電動機損壞（假如左邊），則中文顯示器顯示其故障情況。這時，把左牽引部的花鍵軸去掉，采煤機可以在右牽引部驅(qū)動下把采煤機牽引到安全地帶檢修。
總之，MG300/700-WD交流變頻電牽引采煤機在煤質(zhì)硬度大的煤層的應用情況還有待于做進一步的檢驗，在過去兩個月中，針對采煤機出現(xiàn)的機電問題結合實際已經(jīng)做了技術方面的改進，取得了良好的經(jīng)濟效益。
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圖1采煤機電氣控制系統(tǒng)主回路改進設計圖
參考文獻：
【1】閆士杰，孫金根，變頻器運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
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