电牵引采煤机的应用研究

摘　要：煤矿机电一体化技术能大幅度地提高劳动生产率，节约大量能源和材料消耗，电牵引采煤机是机电一体化技术在采煤机的一个典型应用。本文从实际出发，首先介绍了电牵引采煤机的结构特点，然后阐述了电牵引采煤机在煤矿生产应用常见的问题，最后对变频器的选择问题进行了分析。

关键词：电牵引采煤机；结构特点；应用；变频器
1．电牵引采煤机的结构特点
　　电牵引采煤机就是采用电机形式直接牵引采煤机行走机构的综合控制装置。当前，煤矿对高产高效的要求越来越高，煤矿采煤机的技术的发展日新月异，采煤机装机功率越来越大，其控制系统也越来越完善。电牵引采煤机主要分为:直流电机电牵引、变频调速(感应电动机)电牵引、感应电动机一电磁滑差离合器电牵引和开关磁阻电机调速电牵引四种方式。
1.1 牵引特性良好
　　电牵引机能够在采煤机前进时提供牵引力。让采煤机克服阻力移动，同时，电牵引机在采煤机下滑时，可以进行发电制动，产生电能想电网反馈。通过人工设置，采煤机通过电牵引机可以在任何条件下按着需求的的速度运行。
　　1.2 适用于大倾角煤层
　　在牵引电动机的轴端装有制动器，防止采煤机在停机时下滑。制动器的的设计制动力矩通常是电动机额定转矩近2倍．这样电牵引采煤机在不需要其它防滑装置的情况下。能够在40度到50度的倾角煤层采煤。
　　1.3 使用寿命长而且运行可靠
　　电牵引机与液压牵引机有很大区别，电牵引机除了电动机的电刷与髓流子有说磨损，其它元件均基本上不磨损，所以，电牵引机故障发生率很低，维修工作量很小。且工作可靠，使用寿命长。
　　1.4 反应灵敏，结构简单
　　电牵引机的电控系统能够及时调整各种参数，能够防止采煤机超载运行。同时电牵引机的相对结构简单，电牵引采煤机机械传动结构很简单，尺寸小而重量轻，电能转换为机械能只做一次转换，因此反映灵敏，效率高。
　　2．电牵引采煤机在煤矿生产应用中常见问题分析
　　电牵引采煤机在应用中有直流牵引与交流牵引、变频器的机载与非机载、变频器的选择几个常见问题，如直流牵引与交流牵引、变频器的机载与非机载、变频器的选择等。下面逐一对其对分析。
　　2.1 直流牵引与交流牵引分析
　　电牵引机的牵引在其发展过程中，运用直流调速方式一直相关专家与技术人员研究的问题，当前，美国等国家电牵引采煤机通常采用直流涮速方式，日本采用的交流调速方式，英国、德国等先有直流电牵引，后有交流电牵引。直流牵引与交流牵引虽然都可以用于采煤机，但两种方式的可靠性与先进性差别很大。
　　直流电动机其结构比较复杂，体积庞大，防爆直流电机是直流牵引中最薄弱的环节，其电机的碳刷与整流子片接触摩擦时，会产生大量的热，磨损的粉末也难以清除。因此，电机所用的碳刷的寿命不长，而且可靠性相对较差。同时，直流电动机在井下难以维修。
   交流电牵引通常都是采用的交流鼠笼式电机，其防爆结构相对简单，体积较小，使用寿命长，在井下也容易维修。但在驱动交流电机的涮速装置上有明显的缺陷。
近几年来，电力与电子技术飞速发展，交流变频调速技术也不断迈向新台阶，成熟性与可靠性也越来越好，直流电牵引受制于直流电机尺寸，功率难以加大，因此，交流牵引采煤机的发展前景越来越广阔。逐步向大功率、高参数、高可靠性。
　　2.2 变频调速装置的安装方式
　　目前，国际上采煤机的变频调速装置的安装方式通常分为两种：即非机载系统与机载系统。
　　非机载系统将频器和变压器从采煤机上分离，安装在矿井中工作面的巷道里，用一根特殊的牵引电缆与采煤机连接起来。非机载系统有很多优点，一是由于变频器、变压器与机器是分离的，采煤机的结构较小，机身的两滑靴间的距离较短，很适于工作面起伏、弯曲的煤层；二是能够提高较大的变频器的变压器的工作可靠性；三是由于变频器、变压器作为独立的部件置于工作面的巷道内，不但能够防止因采煤机工作的振动对变频器的造成的影响，而且能避免采煤机上其他机器对其的信号干扰，同时，方便对其维护与检修，容易对其冷却，工作大大可靠性；四是采煤机在薄煤层采煤时，要求机身薄。长度短，非机载系统装置的变频器和变压器放在机外，有利于缩小薄煤层采煤机的外形尺寸。但非机载系统也有其缺点，一是连接变频器与牵引电机的牵引电缆在采煤机工作过程中容易产生弯曲疲劳损坏，产生短路接地或断路现象，影响采煤机电控系统和变频器工作的可靠性。二是由于牵引电缆很长，变频器输出到电动机输入的电压降较大，尤其在低频时由于输出电压低，电压降所占比例更大，10Hz以下达不到恒扭矩的性能指标。
机载系统就是将变频器和变压器全部安装在采煤机，机载系统优点是消除了易出故障的牵引电缆，传输效率高，低频特性好，电缆不易损坏，能充分发挥变频器的电气性能。同时，变频器显示屏也置于机身上，便于司机随时观察。其缺点是不能做到防振与冷却，受信号
干扰程度大。
　　3．电牵引机的变频器的选择
　　3.1 变频器容量选择
　　煤矿的采煤机在井下采煤时，工作面的环境十分恶劣，譬如工作面输送机很弯曲、煤矸石产生挤压等情况很容易导致采煤机发生滑靴的蹩卡现象，过载产生的大电流对变频器冲击很大，会损坏大功率电气或电子元件，因此．电牵引机在变频器的容量选择上必须要大，通常煤机用变频器的功率是牵引电机额定功率的1．5倍以上。
　　3.2 变频器的电压调节问题
　　煤矿井下供电质相对较低，而且电压波动范围也较大，所以在选择变频器时，要选择允
许供电电压波动较大的变频器，保证变频器在输入电压波动大时，其输出电压的稳定。
　　3.3 变频器的压降补偿问题
　　在采煤机的非机载系统中，长达300米左右的牵引电缆会产生较大的压降，导致变频器在低频工作时，电机输出扭矩发生下降现象，造成采煤机不能行走，同时变频器在高频工作时，启动电流冲击较大，很容易损坏电器元件，所以，在变频器的选择上，要有变频器要有低频电压提升性能，调节范围要广。
　　3.4 变频器的过载能力和电流限制
　　变频器的选择除了选择容量大外，采煤机在过负荷时，变频器本身也要有较高的过载能力，要有承受过电流的一定时间。
   结束语：电牵引采煤机是目前煤矿行业普遍使用的设备之一，其不仅降低了煤矿开采人员的工作难度，也提升了整个生产流水线的运行效率。随着煤矿综采技术的发展，煤矿对大功率电牵引采煤机的需求也越来越大，因此，对电牵引采煤机的结构特点与应用中的问题应该不断进行研究，更好的促进煤矿企业的发展。
 
参考文献：
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[3] 胡俊;张世洪;汪崇建;;采煤机故障诊断技术现状及其发展趋势[J];煤矿机械;2008年09期.