采煤機(jī)高效截割的自適應(yīng)調(diào)速研究

郝淑榮

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左權(quán)宏遠(yuǎn)煤業(yè)有限公司， 山西 晉中 032612）

引言

采煤機(jī)械在對(duì)地下煤巖進(jìn)行截割作業(yè)時(shí)，如果截割工況出現(xiàn)突發(fā)情況，傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)只可以對(duì)牽引速度進(jìn)行調(diào)節(jié)來適應(yīng)采煤機(jī)的突變情況，不能依據(jù)煤機(jī)本身的牽引速度變化和煤巖普氏硬度系數(shù)情況來調(diào)整滾筒運(yùn)行速度，限制了采煤機(jī)械截割能力的發(fā)揮。所以，在采煤機(jī)進(jìn)行作業(yè)時(shí)，如果碰到夾矸等突發(fā)情況時(shí)，應(yīng)該對(duì)滾筒以及牽引速度進(jìn)行聯(lián)合自適應(yīng)調(diào)節(jié)[1]。

1 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速分析

1.1 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速判據(jù)

所謂的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，也就是當(dāng)采煤機(jī)械在對(duì)綜合作業(yè)面的煤巖進(jìn)和截割時(shí)，滾筒截割轉(zhuǎn)矩達(dá)到作業(yè)要求，保證輸出的轉(zhuǎn)矩處于恒定不變狀態(tài)。隨著電力電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，微電子技術(shù)和電機(jī)調(diào)速的不斷結(jié)合，交流三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。采煤機(jī)應(yīng)用電牽引的方式在煤礦中應(yīng)用的前景較好，對(duì)采煤機(jī)械的截割電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，可以很好的應(yīng)對(duì)各種突發(fā)狀況，異步電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速的機(jī)械特性曲線如圖1[2]所示，電機(jī)的調(diào)速區(qū)間為nL（中轉(zhuǎn)速）～nM（高轉(zhuǎn)速），可以在此轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩、恒功率速度控制。

1.2 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速流程

采煤機(jī)械對(duì)開采工作面進(jìn)行截割作業(yè)時(shí)，應(yīng)該對(duì)截割電機(jī)的運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使轉(zhuǎn)速接近于nL，再逐步提高采煤機(jī)的牽引運(yùn)行速度，截割電機(jī)便可以持續(xù)提供額定的力矩，達(dá)到平穩(wěn)的割煤操作。因?yàn)樵摖顩r下的截割參數(shù)以及力矩已經(jīng)達(dá)到確定值，從而可計(jì)算出被截割煤巖產(chǎn)生的截割阻抗，便可以得到此工作狀況下經(jīng)過優(yōu)化改進(jìn)后的截割參數(shù)[3]。以此作為依據(jù)對(duì)采煤機(jī)械截割參數(shù)值進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

圖1 變頻電機(jī)機(jī)械特性線型圖

在工作狀況突然出現(xiàn)改變的情況下，對(duì)采煤機(jī)械設(shè)備進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速控制方案應(yīng)該從截割阻抗值變大以及變小兩種不同的情況進(jìn)行深入分析：

1）截割阻抗值變大。要求截割異步電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩高于速度調(diào)節(jié)之前的轉(zhuǎn)矩，應(yīng)該通過對(duì)速度調(diào)節(jié)使截割厚度值變小，保證截割電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩處于恒定不變的狀態(tài)。如果截割阻抗大于1，且不大于nM/nL時(shí)，為了保證不對(duì)采煤機(jī)的截割效率產(chǎn)生較大的影響，應(yīng)該使采煤機(jī)械設(shè)備的牽引速度保證恒定，提高截割電機(jī)轉(zhuǎn)速方式，也就是使?jié)L筒轉(zhuǎn)速增大來降低截割厚度[4]。如果截割阻抗值大于nM/nL時(shí)，該條件下的截割電機(jī)運(yùn)行速度達(dá)到了最大，截割電機(jī)產(chǎn)生的輸出力矩仍然不小于進(jìn)行速度調(diào)節(jié)之前的力矩，應(yīng)該把截割電機(jī)運(yùn)行速度提高到nM，與此同時(shí)，調(diào)低采煤機(jī)械設(shè)備的牽引速度，才可以保證采煤機(jī)械設(shè)備可以正常進(jìn)行截割作業(yè)。

2）截割阻抗變小。截割電機(jī)產(chǎn)生輸出力矩低于調(diào)整速度之前的力矩時(shí)，應(yīng)該提高牽引速度來提高采煤機(jī)械滾筒的截割厚度來提高截割截荷。與此同時(shí)，應(yīng)該把采煤機(jī)械設(shè)備的牽引速度提高到初始牽引速度和截割阻抗的比值，截割載荷可以回到調(diào)整速度之前的狀態(tài)，采煤機(jī)械設(shè)備就可以繼續(xù)進(jìn)行截割作業(yè)，生產(chǎn)效率也會(huì)得到相應(yīng)的提升。

2 恒功率調(diào)速分析

2.1 恒功率調(diào)速判據(jù)

恒功率調(diào)速控制方案，當(dāng)采煤機(jī)進(jìn)行截割工作面的煤巖時(shí)，滾筒的截割功率達(dá)到工作要求的條件下，保證滾筒輸出的功率保持不同，如果煤巖截割阻抗值改變，采煤機(jī)械設(shè)備的牽引速度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)保證煤機(jī)以恒功率截割。結(jié)構(gòu)參數(shù)保持不變的采煤機(jī)械設(shè)備在對(duì)截割阻抗不同的工作面進(jìn)行截割煤巖作業(yè)時(shí)，截割厚度值是對(duì)采煤機(jī)械設(shè)備能耗產(chǎn)生影響的關(guān)鍵因素，所以，在保證采煤機(jī)械設(shè)備進(jìn)行恒功率截割作業(yè)時(shí)，如果使截齒的截割厚度保證最優(yōu)值時(shí)，就可以使截割作業(yè)產(chǎn)生能耗降低[5]。

2.2 恒功率調(diào)速流程

采煤機(jī)械設(shè)備在對(duì)工作面煤巖進(jìn)行截割時(shí)，首先應(yīng)該調(diào)節(jié)截割電機(jī)的運(yùn)行速度，同時(shí)逐漸增加采煤機(jī)械設(shè)備的牽引速度，傳感器可以獲取到采煤機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的牽引速度，便可以得到截割厚度值。通過公式計(jì)算可以得出該時(shí)刻采煤機(jī)截割煤巖時(shí)的截割阻抗，便可以知道該工作狀況經(jīng)過優(yōu)化后的截割參數(shù)。以此作為依據(jù)來對(duì)采煤機(jī)械設(shè)備的截割參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使采煤機(jī)械設(shè)備可以高效率地進(jìn)行割煤作業(yè)。

采煤機(jī)械設(shè)備在對(duì)工作面煤巖進(jìn)行截割時(shí)，如果截割阻抗產(chǎn)生突然改變，采煤機(jī)會(huì)出現(xiàn)過載或者欠載，應(yīng)該聯(lián)合調(diào)節(jié)牽引速度以及滾筒轉(zhuǎn)速，使采煤機(jī)械設(shè)備以恒功率進(jìn)行截割。工作面的煤巖截割阻抗產(chǎn)生變化條件下保證采煤機(jī)械設(shè)備以恒度率進(jìn)行調(diào)速，以下從不同情況展開分析。

1）采煤機(jī)截割電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩TM大于截割電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩用T1時(shí),如果工作面的煤巖阻抗值發(fā)生變化，應(yīng)該對(duì)截割電機(jī)的運(yùn)行速度以及采煤機(jī)械設(shè)備的牽引速度進(jìn)行調(diào)整，才能以最合理的截割厚度對(duì)工作面的煤巖進(jìn)行恒功率截割作業(yè)。該恒功率調(diào)速控制方案中，采煤機(jī)械設(shè)備的牽引速度以及煤巖的截割阻抗值為反比例關(guān)系。

2）如果采煤機(jī)截割電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩TM小于截割電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩用T1時(shí)，因?yàn)槭艿浇馗铍姍C(jī)力矩輸出能力的制約，采煤機(jī)械設(shè)備沒有辦法保證以最優(yōu)的截割厚度進(jìn)行割煤作業(yè)。采煤機(jī)截割電機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)該等于電機(jī)變頻調(diào)速區(qū)段的nL轉(zhuǎn)速。

不管是采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速還是采用恒功率調(diào)速控制，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)采煤機(jī)械設(shè)備進(jìn)行連續(xù)的速度調(diào)節(jié)，應(yīng)該在首次調(diào)速完成后把當(dāng)時(shí)的截割電機(jī)運(yùn)行速度、采煤機(jī)牽引速度、截割電機(jī)定子的運(yùn)行電流進(jìn)行記錄。當(dāng)工作面的煤巖阻抗值發(fā)生改變而需要重新調(diào)速時(shí)，可以再次進(jìn)行調(diào)速控制流程的運(yùn)算，得到調(diào)速之后截割電機(jī)運(yùn)行速度以及采煤機(jī)牽引速度的目標(biāo)值，對(duì)截割電機(jī)以及牽引電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制，方便于后續(xù)的調(diào)速。

3 結(jié)語

兩種不同的調(diào)速方式有著不同的控制目標(biāo)和各自的特點(diǎn)，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速把生產(chǎn)效率作為主要控制目標(biāo)，而恒功率調(diào)速控制以降低截割能耗作為控制的主要任務(wù)。所以，應(yīng)該參照綜合工作面的不同狀況，確定調(diào)速控制的目標(biāo)，也可以對(duì)調(diào)速控制方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，達(dá)到采煤效益的最大化。