采煤机高效截割的自适应调速研究

2018-11-28郝淑荣

机械管理开发 2018年11期

郝淑荣

（山西煤炭进出口集团左权宏远煤业有限公司，山西晋中 032612）

引言

采煤机械在对地下煤岩进行截割作业时，如果截割工况出现突发情况，传统的调节系统只可以对牵引速度进行调节来适应采煤机的突变情况，不能依据煤机本身的牵引速度变化和煤岩普氏硬度系数情况来调整滚筒运行速度，限制了采煤机械截割能力的发挥。所以，在采煤机进行作业时，如果碰到夹矸等突发情况时，应该对滚筒以及牵引速度进行联合自适应调节[1]。

1 恒转矩调速分析

1.1 恒转矩调速判据

所谓的恒转矩调速，也就是当采煤机械在对综合作业面的煤岩进和截割时，滚筒截割转矩达到作业要求，保证输出的转矩处于恒定不变状态。随着电力电子技术的不断进步，微电子技术和电机调速的不断结合，交流三相异步电动机的变频调速技术得到广泛的应用。采煤机应用电牵引的方式在煤矿中应用的前景较好，对采煤机械的截割电机进行变频调速，可以很好的应对各种突发状况，异步电机进行变频调速的机械特性曲线如图1[2]所示，电机的调速区间为nL（中转速）～nM（高转速），可以在此转速范围内实现恒转矩、恒功率速度控制。

1.2 恒转矩调速流程

采煤机械对开采工作面进行截割作业时，应该对截割电机的运行速度进行调节，使转速接近于nL，再逐步提高采煤机的牵引运行速度，截割电机便可以持续提供额定的力矩，达到平稳的割煤操作。因为该状况下的截割参数以及力矩已经达到确定值，从而可计算出被截割煤岩产生的截割阻抗，便可以得到此工作状况下经过优化改进后的截割参数[3]。以此作为依据对采煤机械截割参数值进行优化调整。

图1 变频电机机械特性线型图

在工作状况突然出现改变的情况下，对采煤机械设备进行恒转矩调速控制方案应该从截割阻抗值变大以及变小两种不同的情况进行深入分析：

1）截割阻抗值变大。要求截割异步电机输出转矩高于速度调节之前的转矩，应该通过对速度调节使截割厚度值变小，保证截割电机的输出转矩处于恒定不变的状态。如果截割阻抗大于1，且不大于nM/nL时，为了保证不对采煤机的截割效率产生较大的影响，应该使采煤机械设备的牵引速度保证恒定，提高截割电机转速方式，也就是使滚筒转速增大来降低截割厚度[4]。如果截割阻抗值大于nM/nL时，该条件下的截割电机运行速度达到了最大，截割电机产生的输出力矩仍然不小于进行速度调节之前的力矩，应该把截割电机运行速度提高到nM，与此同时，调低采煤机械设备的牵引速度，才可以保证采煤机械设备可以正常进行截割作业。

2）截割阻抗变小。截割电机产生输出力矩低于调整速度之前的力矩时，应该提高牵引速度来提高采煤机械滚筒的截割厚度来提高截割截荷。与此同时，应该把采煤机械设备的牵引速度提高到初始牵引速度和截割阻抗的比值，截割载荷可以回到调整速度之前的状态，采煤机械设备就可以继续进行截割作业，生产效率也会得到相应的提升。

2 恒功率调速分析

2.1 恒功率调速判据

恒功率调速控制方案，当采煤机进行截割工作面的煤岩时，滚筒的截割功率达到工作要求的条件下，保证滚筒输出的功率保持不同，如果煤岩截割阻抗值改变，采煤机械设备的牵引速度进行相应的调节保证煤机以恒功率截割。结构参数保持不变的采煤机械设备在对截割阻抗不同的工作面进行截割煤岩作业时，截割厚度值是对采煤机械设备能耗产生影响的关键因素，所以，在保证采煤机械设备进行恒功率截割作业时，如果使截齿的截割厚度保证最优值时，就可以使截割作业产生能耗降低[5]。

2.2 恒功率调速流程

采煤机械设备在对工作面煤岩进行截割时，首先应该调节截割电机的运行速度，同时逐渐增加采煤机械设备的牵引速度，传感器可以获取到采煤机实际运行中的牵引速度，便可以得到截割厚度值。通过公式计算可以得出该时刻采煤机截割煤岩时的截割阻抗，便可以知道该工作状况经过优化后的截割参数。以此作为依据来对采煤机械设备的截割参数进行调整，使采煤机械设备可以高效率地进行割煤作业。

采煤机械设备在对工作面煤岩进行截割时，如果截割阻抗产生突然改变，采煤机会出现过载或者欠载，应该联合调节牵引速度以及滚筒转速，使采煤机械设备以恒功率进行截割。工作面的煤岩截割阻抗产生变化条件下保证采煤机械设备以恒度率进行调速，以下从不同情况展开分析。

1）采煤机截割电机的额定转矩TM大于截割电机的负载转矩用T1时,如果工作面的煤岩阻抗值发生变化，应该对截割电机的运行速度以及采煤机械设备的牵引速度进行调整，才能以最合理的截割厚度对工作面的煤岩进行恒功率截割作业。该恒功率调速控制方案中，采煤机械设备的牵引速度以及煤岩的截割阻抗值为反比例关系。

2）如果采煤机截割电机的额定转矩TM小于截割电机的负载转矩用T1时，因为受到截割电机力矩输出能力的制约，采煤机械设备没有办法保证以最优的截割厚度进行割煤作业。采煤机截割电机的转速应该等于电机变频调速区段的nL转速。

不管是采用恒转矩调速还是采用恒功率调速控制，应根据实际情况，对采煤机械设备进行连续的速度调节，应该在首次调速完成后把当时的截割电机运行速度、采煤机牵引速度、截割电机定子的运行电流进行记录。当工作面的煤岩阻抗值发生改变而需要重新调速时，可以再次进行调速控制流程的运算，得到调速之后截割电机运行速度以及采煤机牵引速度的目标值，对截割电机以及牵引电机进行调速控制，方便于后续的调速。