大功率节能电牵引采煤机技术的应用论文.doc

摘要节能简言之就是节约能源的消耗。“采取技术上可行,经济上合理以及环境和社会可接受的措施来更有效地利用能源。”随着世界能源的日益短缺,煤炭生产中节能技术得到了重视,各国加大了对采煤机械节能技术的研究。采煤机作为煤矿采煤机械的重要组成部分之一,变频节能采煤机技术,大功率节能电牵引采煤机技术在其中得到广泛的研究与应用。关键词：能源；节能；采煤机；变频目录引言1第一章 采煤机发展21.1 采煤机的节能前景21.2 节能高新技术,严格管理,提高可靠性3第二章 采煤机中的变频节能技术52.1 节能变频技术的发展情况52.2 节能技术在采煤机中的应用52.2.1 变频调速原理52.2.2 变频技术我矿采煤机中（局部）的控制62.2.3 采煤机的牵引控制62.2.4 QJR系列防爆节能变频器使用该系统的优点72.2.5 现场应用情况及运行效果72.3 新型中压防爆节能变频器72.3.1 新型中压防爆变频器的结构82.3.2 中压变频电机电气原理82.3.3 变频电机在采煤机上的布置82.3.4 变频电机在采煤机上使用电气系统设计92.3.5 变频电机调速装置的推广使用102.4 节能变频技术在我矿机电设备的应用展望11第三章 大功率节能采煤机123.1 国内外大功率采煤机在6m以上煤层工作面的使用情况123.2 大功率节能电牵引采煤机介绍133.2.1 作用及组成133.2.2 采煤机的特点143.2.3 采煤机工作原理153.2.4 机械传动系统173.2.5 机载频控制223.3 大功率节能采煤机展望23第四章 结论24参考文献25致谢26引言20世纪40年代初,英国和前苏联相继研制出了链式采煤机,这种采煤机是通过截链截落煤,在截链上安装有被称为截齿的专用截煤工具,其工作效率低。同时德国研制出了用刨削方式落煤的刨煤机。50年代初,英国和德国相继研制出了滚筒式采煤机,在这种采煤机上安装有截煤滚筒,这是一种圆筒形部件,其上安装有截齿,用截煤滚筒实现落煤和装煤。这种采煤机与可弯曲输送机配套,奠定了煤炭开采机械化的基础。这种采煤机的主要缺点有二点：其一是截煤滚筒的高度不能在使用中调整,对煤层厚度及其变化适应性差；其二是截煤滚筒的装煤效果不佳,限制了采煤机生产率的提高。进入60年代,英国、德国、法国和前苏联先后对采煤机的截割滚筒做出革命性改进。其一是截煤滚筒可以在使用中调整其高度,完全解决对煤层赋存条件的适应性；其二是把圆筒形截割滚筒改进成螺旋叶片式截煤滚筒,即螺旋滚筒,极大地提高了装煤效果。这两项关键的改进是滚筒式采煤机称为化采煤机械的基础可调高螺旋滚筒采煤机或刨煤机与液压支架和可弯曲输送机配套,构成综合机械化采煤设备,使煤炭生产进入高产、高效、安全和可靠的现代化发展阶段。从此,综合机械化采煤设备成为各国地下开采煤矿的发展方向。自70年代以来,综合机械化采煤设备朝着大功率、遥控、遥测方向发展,其性能日臻完善,生产率和可靠性进一步提高。工矿自动检测、故障诊断以及计算机数据处理和数显等先进的监控技术已经在采煤机上的到应用。第一章 采煤机发展1.1 采煤机的节能前景80年代以来,采煤机在结构、性能参数、可靠性和易维修性上都有很大的改进。归结起来,采煤机有以下特征和发展趋势：1）增大功率和能力为了适应综采工作面高产、高效和节能,在不同地质条件下快速截割煤岩的需要,不论厚、中厚和薄煤层的采煤机均在不断增大装机功率和生产能力。2）变频技术的发展变频技术具有良好的节能效果和平缓的机械调节功能,在我国矿山机电设备中得到了越来越广泛的应用。本文简单介绍了变烦技术的发展情况,并通过变频器在机械动力负荷设备中的应用实例,介绍了变频技术在我矿机电设备中的局部应用与展望3）增大牵引速度和牵引力,并改进无链牵引机构为了适应综采高产高效节能的要求,近代采煤机的牵引速度和牵引力都有较大的增大。4）机器的结构布置有新的发展 近年来不断发展和研制出了多机横向布置、部件可侧面拉装的整机箱式机身、纵向布置采煤机的牵引部和截割部合为一个部件、破碎机采用单独电动机传动、改进挡煤板传动装置、无底托架或不用整体底托架等新的结构布置方式。5）电牵引采煤机已成为主导机型目前电牵引采煤机已成为德国、英国、美国、日本和法国等主要生产国的主导机型。6）扩大采煤机的使用范围,不断开发难采煤层的机型 薄煤层、厚煤层、硬粘并有夹矸煤层、大倾角、破碎顶板等难采煤层的机型的发展有,开发出了薄煤层、厚煤层、大倾角、短机身、窄机身等机型。7）提高采区工作电压 80年代以前,各国采区工作面设备电压多为1000V左右。随着综采设备向大功率发展,目前采煤机最大功率达1220kW,截割电机最大功率达6000kW,刮板输送机最大功率达1125kW,驱动电机最大功率达525 kW,加上工作面长度的不断增长,所以必须提高采区的供电电压,目前各国生产的大功率采煤机,其供电电压一般为2300、3300、4160和5000V等几档。8）采用微电子技术,实现机电液一体化的采集、工况监测、故障诊断和自动控制现代采煤机均装有功能完善的用微处理器控制的数据采集、工况监测、故障诊断和自动控制,这是代表采煤机水平的重要标志。现代采煤机的微处理系统除了工况监测,还可以对其采集信息进行分析处理,再输出显示、存储、控制和传输等,以实现检测、预警、保护、健康诊断、事故查询、维修指导和调度分析等多种功能。9）贯彻标准化、系列化和通用化原则,加速开发适合不同地质条件的新机型 目前各主要采煤机生产厂家都十分重视三化原则,将采煤机各主要部件（如电动机、截割部固定减速箱、摇臂、滚筒、牵引部、截牵箱、行走箱、牵引机构等）制定标准,作为适合不同条件的通用部件,各部件间的连接尺寸一致。这样,就可以根据不同的地质条件的要求,很容易用积木式方法将各部件组合成新机型,以扩大采煤机的系列和加速研制过程。10）提高采煤机的可靠性和寿命,提高易维修性,缩短井下更换部件时间,延长大修周期,提高机器的使用率和开机率。1.2 节能高新技术,严格管理,提高可靠性 衡量一个国家的采煤机的技术水平,首先应对其机械设备的先进行、品种、质量、可靠性、适应程度以及寿命等加以分析。我国是一个发展中国家,改革开放以来,采煤机得到了很大的发展,但生产的质量、寿命、高新技术的应用、科学管理等与世界煤炭工业发达国家相比,还存在较大的差距,国外采煤机有关部件的设计寿命是：齿轮12500h,轴承20000h30000h,电机绝缘寿命4400h,滚筒可产煤300万吨。综合工作面采煤机一般都装有自动控制、诊断、数据传输、无线电遥控装置,不仅操作方便,而且能通过诊断装置预先发现故障并及时排除。我国采煤机的齿轮、轴承、滚筒、电机等主要部件的设计寿命均低于国外水平。采煤机大部分不具有监控、诊断保护功能,不能预报诊断故障,不能保证采煤机经常处于正常状态。我国要求采煤机出150万t200万t煤而不大修,实际上与要求还有距离。 为了满足高产高效综采工作面快速割煤提高生产力的需要,克服液压牵引的繁杂,电牵引采煤机是采煤机发展的一个趋势。与目前最先进国外采煤机相比,国内电牵引采煤机在总体参数性能方面尚有较大差距,某些关键部件的性能、功能、适应范围还有待完善和提高,尤其是无线监测、故障诊断及预报、信号传输与采煤机自动控制、传感器等智能化技术和机械部件的可靠性、寿命与国外相比差距甚大。根据我国煤炭生产要求和采煤机发展趋势以及针对国内电牵引采煤机存在的差距,今后主要研究内容如下：进一步完善和提高节能变频调速系统的可靠性。重点完善和提高系统装置抗震、散热和防潮性能；研究可靠的微机电气控制系统,重点提高采煤机机电控制系统的抗干扰、抗热效应的能力； 开发或增强电控系统的监控功能,重点研究故障诊断与专家系统、工况监测、显示与信息传输系统、工作面采煤机自动运行控制系统、自适应变频电路的漏电监测与保护技术、摇臂自动调高系统等；开发四象限运行的矿用交流变频调速装置,使采煤机能适应较大倾角煤层开采的需要； 优势企业需要把优势继续发扬光大,同时严峻的形势迫切要求我们要齐心协力保护自己创品牌的主体、珍惜长期形成的民族品牌,确保振兴装备制造业的决策在煤炭装备制造业得到有效落实,以促进煤炭工业健康发展。第二章 采煤机中的变频节能技术变频节能技术在机电设备中的应用得到了各国高度重视。就煤炭企业而言,矿井生产系统的用电占到矿井企业用电量的7090。显箸的节能效果和优越的调节性能使变频节能技术在矿山中的应用越来越广泛,技术也越来越成熟。变频技术在我矿采煤机牵引控制上使用,使原煤日产最高达到4500-5000t/小班；在二水平改造轨道绞车提升中每小班提升车数达到95-105车。在这些机电设备中的运用,取得了很好的效果,并逐步进入我矿通风、运输及机电设备中的运用和普及。2.1 节能变频技术的发展情况随着电力电子技术和控制理论的进步,变频技术在理论和应用方面取得了较快的发展。在功率器件方面,经过厂GTR、IGBT的更替,并进一步发展为智能功率模块(IPM),在控制理沦方面,压频比(Ulf)控制方式得到很大改进,矢量控制和转矩直接控制方式在实际变频器中广泛麻用, 模糊自优化控制、人工神经网络等控制方法成为新技术的研发方向；调速系统的集成度越来越高。从单片机开始,先后产牛了数字信号处理器(DPs),精简指令集计算机(RISC),出现的高级专用集成电路(AsIC),在功能方面,变频器的综合化越来越高,除了能完成基本的调速功能外,具有内置的可编程序、参数辨识及通信等功能。2.2 节能技术在采煤机中的应用2.2.1 变频调速原理利用电力半导体器件的通断作用把电压和频率固定不变的工频交流电变换为电压或频率可变的交流电的电能控制装置称作“变频器”。变频调速就是通过改变电动机电源频率实现速度调爷的。变频器主要采用交一直一交方式,先把丁频交流电源通过整流器转换戍直流电源,然后再把直流电源转换成频率,电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整漉器,逆变部分为IGBT三相桥式逆变器,且输出为PWM(脉冲宽度凋制)波形,中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。PwM控制技术一直是变频技术的核心技术之一。在采煤机中的应用目前,采煤机变频调速系统已从“一拖二”发展到“一拖一”,我国能量回馈型四象限运行的交流变颈调速采煤技术处于世界领先水平,国产电牵引采煤机行走功率最大2110KW,变频器电压380V,能够实现额定转速下恒定转矩调速,额定转速以上恒定功率调速及两台变频器之间的主从控制和转矩平衡。太原矿山机器集团生产的MGTY300730一11D电牵引采煤机使用了回馈制动的四象限变频器,在一些大型矿井进行了应用,倾角为12。18。,局部达到25。30。,从现场运行情况来看,四象限变频器调速电牵引采煤机对大倾角工作面能较大范围内调节制动力矩,维持牵引速度基本不变,机器没有发生下滑跑车的现象,结构简单、控制灵活操作方便、速度调节可靠。2.2.2 变频技术我矿采煤机中（局部）的控制综合机械化采煤机都是采用纵摆液压牵引采煤机,依据我矿井下的实际工作情况,液压腔在工作面难拆卸检修,液压油容易脏并造成原件损坏,使液压牵引采煤机速度低,并且在液压牵引的基础上很难制造大功率的采煤机。而采煤机又是综合机械化采煤工作面的主要设备,采煤机故障能否及时的排除关系到生产量能否完成。液压牵引部件结构复杂,故障不易排除。在采煤机上采用变频调速技术提高了采煤机生产的自动化控制功能,提高了控制精度,达到精确控制速度。采煤机的操作控制采煤机启动和停机,借用动力电缆一根控制芯线,使采煤机的控制同路与磁力启动器先导回路相接,组成远地榨制同路。采煤机送电后左截割电机和泵电机运行、牵引变压器得电输出400V交流电供给交流变频调速电控装置。经过顺槽磁力启动器延时57秒后,右截割电机运行。停机有五处：分别为左右端头站的总停、左右遥控器的总停、变频器箱盖板上的总停按钮lS2。在启动l口J路里串进了两截割电机和泵电机的温度接点。瓦斯接点接进PLC中与其它故障一起通过自保接点接进启动怛|路里。无论哪台电机的温度超限或瓦斯浓度超限,均可通过这些接点断开启动回路。从而切断采煤机的电源。2.2.3 采煤机的牵引控制交流电牵引采煤机牵引机构由左、右牵引部和左、右行走箱组成,位于机身的左右两端,是采煤机行走的动力传动机构。左,右暇个牵引部内各有一台用于采煤机牵引的交流牵引电动机。牵引电机的供电拖动由两台交流变频调速电控装置提供,通过变频器改变供电电压,频率,从而改变牵电机的转速,即改变采煤机的牵引速度。两台变频器分为主、从变频器。主变频器设置为速度给定,从变频器设置为转矩给定。主变频器由PLc给出速度给定,从变频器以主变频器的转矩输出作为其转矩给定。即主变频器由速度和转矩环控制,从变频器仅由转矩环控制。从变频器跟随丰变频器动作。2.2.4 QJR系列防爆节能变频器使用该系统的优点 实现了软启动、软停车,减少了机械冲击,使运行更加平稳可靠。 起动 及加速换挡时冲击电流很小,减轻了对电网的冲击,简化了操作、降低了工人的劳动强度。 运行速度曲线成S形,使加减速平滑、无撞击感。 安全保护功能齐全,除一般的过压、欠压、过载、短路、温升等保护外,还设有连锁保护、自动限速保护功能等。 设有直流制动、能耗制动、及回馈制动等多种制动方式,使安全性更加可靠。 该系统四象限运行,回馈能量直接回电网,且不受回馈能量大小的限制,适应范围广,节能效果更加明显。 2.2.5 现场应用情况及运行效果绕线式电机转子串电阻调速,电阻上消耗大量的转差功率,速度越低,消耗的转差功率越大。使用变频调速,是一种不耗能的高效的调速方式。提升机绝大部分时间都处在电动状态,节能十分显著,经测算节能 30%以上、取得了很好的经济效益。另外,提升机变频调速后,系统运行的稳定性和安全性得到大大的提高,减少了运行故障和停工工时,节省了人力和物力,提高了运煤能力,间接的经济效益也很可观。 从2007年12月至今,我矿提升机使用变频器和2008年2月采煤机使用变频器后节能效果明显,节电率都在30以上。同时绞车、采煤机运行的稳定性和安全性都大大增加,运行速度比没有使用的变频器的提升机快1/3。因此,大大减少了因采煤机、提升机速度慢影响生产和运行故障以及维修时间,从而产量也得到了提高。2.3 新型中压防爆节能变频器根据国内外交流变频器技术的发展,认为要把交流电牵引采煤机用好并推广 , 必须在结构形式及布置方式上有所突破,结合目前横向布置方式的采煤机,提出新的牵引拖动形式新型中压防爆变频器。2.3.1 新型中压防爆变频器的结构将变频器和电机作为一体叫做变频电机装置。根据不同牵引功率和电压等级及不同横断面的采煤机,可以设计出不同的变频电机装置。是一种典型的形式,电压1140V,功率75 kW。变频电机装置的典型形式水冷变频电机;水冷变频器。2.3.2 中压变频电机电气原理中压变频器的电气原理和一般变频器一样 , 但其电气元器件的耐压将较高 , 例如中间直流电压将为:Udc=211401.2 =1935V基本电气原理图见图 2-1。图2-1 基本电气原理图中压变频电机在采煤机上的应用中压变频器电机这种结构形式特别适合于横向布置的电牵引形式,因为无机载变压器,变频器又和电机作为一体,这样中间控制箱较小,特别适合于中小型电牵引采煤机的设计。2.3.3 变频电机在采煤机上的布置变频电机在采煤机上的基本布置形式见图2-2图 2-2变频-电机在采煤机上的基本布置形式1 -右牵引电机 ;2 -左牵引电机 ;3 -电控箱2.3.4 变频电机在采煤机上使用电气系统设计 使用两台变频 电机驱动一台采煤机牵引行走,关键是解决两个牵引部平稳行走问题,经论证后认为采用类似“一拖一”形式的调速方式,将一个牵引部作为主牵引部,一个牵引部作为从牵引部,让一个变频电机以速度、扭矩双控制环运行,一个变频电机只以扭矩环形式牵引运行。这种驱动方式使每一变频器对其负载电机的参数模型识别和运算较为准确,变频器的许多特性可以得到最佳发挥,并使两个牵引部适应性很强,不会出现两个牵引部互相咬劲,以致于打坏齿轨轮等问题。只要稍加操作也可以使双牵引方式转化为单牵引形式。由于在安装和系统配置上具有对称性,所以在配件供应、事故处理上都很方便。从图2-3,采煤机控制中心(微机或PLC)只给主变频电机发出指令,并将主变频电机设置为速度和扭矩双环运行方式,主变频电机的扭矩大小传输给从变频器,从变频器只以扭矩环形式运行。变频电机驱动采煤机电气原理图如图 2-3图2-3 变频 电机驱动采煤机电气原理图控制流程图见图 2-4图2-4流程图2.3.5 变频电机调速装置的推广使用以上分析了中压变频电机在采煤机上的应用,可以看出其使用在采煤机牵引上具有方便、可靠,抗振动、抗干扰和提高冷却形式等特点。而且主要的装置作为一整体在防爆形式、配件储备、维修方式都优于其他变频牵引方式。随着变频-电机调速装置在采煤机上的应用,特别是中小型机组上的应用,变频-电机调速装置还可方便地用在煤矿井下的风机、水泵和运输机、转载机上。2.4 节能变频技术在我矿机电设备的应用展望 变频技术在我矿机电设备中应用越来越多,但应用还不普及,变频技术在我矿机电设备中还有很大的发展空间。(1)推广面较广,矿山中大小机电设备种类繁多,能解决好变频器与这些设备的匹配问题,就能得到更广泛的推广。(2)变频调速装置是有效的节能新型产品,目前,世界诸多国家也均已指定流量压力控制必须采用变频调速装置取代传统方式。采用变频调速装置具有很多节能空间,我矿地面主扇通风机的供风量较为恒定,当需要改变风量时,是通过调整风机叶片角度来实现的,但电机仍在工频下高速运转,造成能源严重浪费。对于目前我矿主扇通风机的实际工况,经过认真分析,制定和设计了对风机电控系统进行变频节能改造的方案。届时,根据矿井的实际需要即时调整风量,方便快捷,操作方便,变频器本身就可以实现反风工作,提高和缩短矿井反风时所需的时间,风机容易起动,起动时对电网的冲击小保护电网。预计在我矿瓦斯示范矿井建设中作为重点改造项目实施。(3)需求量很大,在机电设备的改造中必然需要大量的变频器,会极大推动变频技术在我矿的应用。如在采煤机的操作控制、电磁阔控制及运输机控制均可通过变频技术来控制。(4)多功能、网络化的更新。电子技术日新月异,机电设备改造过程中对变频器的使用和控制也会呈现多功能的趋势,对变频器的控制也会成为我矿网络化管理中的一个重要环节。第三章 大功率节能采煤机 我国是能源需求大国,其中煤炭占能源总需求量的70%以上。在我国, 煤炭提供了78%的发电能源70%的化工原料和60%的民用商品能源。在未来的几十年内,尽管新能源的发展和推广将使煤炭在一次能源中的消费比重逐年下降,但煤炭的主导地位不会改变。节能新技术是当今世界采煤业发达国家普遍采用的一种较为先进的现代化采煤技术和管理方式,也是衡量一个国家煤炭工业发达程度的主要标志。我国自上世纪80年代高产高效矿井技术起步以来,煤炭工业得到迅速展和推广,采煤机作为节能矿井综采设备的主要设备之一扮演了重要色。 经过几十年的引进技术、消化吸收和自主研发,我国煤矿节能综合机械化采煤设备的研制水平已有长足进步。国内某些技术如综采放顶煤支架技术处于国际领先水平,国产综采设备的主要技术参数已接近或达到国际先进水平；国产综采设备的机电一体化程度接近或达到20世纪90年代中期的国际先进水平；国产综采设备的可靠性接近或达到20世纪90年代初的国际先进水平。 国产设备的价格约是引进设备的1/2,中国煤机制造企业设计制造的煤矿机电装备已经在国内各类煤矿广泛应用,成为中国煤矿工业技术装备的主体,为中国煤矿安全生产和高产高效矿井的建设提供了可靠的保证。目前在我国陕北地区和内蒙古鄂尔多斯地区赋存着大量煤层厚度在6.57m 的优良煤炭资源。神华集团神东公司和陕西煤业化工集团神南公司正在生产的工作面平均厚度也多为6.5m左右。由于对产量有着比较严格的要求,神东公司采高在6.5m 左右的工作面一直使用进口 Eick-hoff SL1000 型和 JOY 7LS7 型采煤机。陕煤集团神南公司2008年为其红柳林煤矿、张家峁煤矿、柠条塔煤矿分别安装了西安煤矿机械有限公司研制的 MG750/1910WD型、MG900/2210GWD型采煤机共三台,特别是用于红柳林1502工作面的 MG900/2210GWD 型采煤机,是我国国产采煤机首次用于此类采高超过6m、煤质硬度达到f5的工作面。3.1 国内外大功率采煤机在6m以上煤层工作面的使用情况神东公司布连塔煤矿22303工作面使用的 JOY 7LS7 改进型大功率采煤机首次完成7m 煤层首采工作,该工作面长度301m,推进长度4971 m,煤层平均厚度7.55 m。工作面投产后,每刀可割煤2600t较6.3m采高综采工作面单刀多产300t,提高13%,每天按18刀计可多出煤5400t,月单产达到140万t左右,资源回收较6.3 m 采高工作面多采煤炭 183 万t,回收率提高10%以上,创造了世界记录 。2008 年,西安煤矿机械有限公司以原MG750 /1910WD 型采煤机为基础,综合该型采煤机在大同四老沟等地的使用情况和国外同类型采煤机的术点,成功研制了适用于6m以上煤层的MG900/2210GWD 型采煤机。采煤机上置油缸、高低压屏蔽等多项核心技术均已申请国家专利。该型采煤机的各项参数均已接近或达到国外进口采煤机的水平。2009年8月,该型采煤机在陕西煤化集团红柳林矿投入使用。红柳林煤矿采煤机技术2010年7月该台采煤机升井大修时共产原煤 660万t,平均月产55万t。2010年8月JOY 7LS6 型采煤机在相同煤层继续生产。通过对JOY7LS型采煤机和西安煤矿机械有限公司MG900/2210GWD 型采煤机在相同地质条件下使用情况比较,发现国内6m以上采高的采煤机性能参差不齐。在平均采高6m,煤质硬度f5,割煤速度7m /min的情况下,进口 JOY采煤机相对于国产采煤机运行更加平稳。国产采煤机在截割机构行星头、行走机构齿轨轮的耐用性和可靠性上都有待进一步提高。JOY 7LS采煤机行走链轮过煤量为260万 t,国产2210GWD型采煤机齿轨轮平均过煤量为120万 t,仅为进口采煤机的一半。进口JOY采煤机行星头320万t时第一次出现故障,国产采煤机为180万t左右出现故障 。在 电气方面,JOY7LS6型采煤机已在红柳林实现顺槽显示系统,并在自动化（少人工作面）方面取得很大的突破。国产 2210GWD型采煤机仅实现了顺槽显示和部分数据的远程监测,在工作面自动化方面还比较落后 。3.2 大功率节能电牵引采煤机介绍3.2.1 作用及组成MGTY400/9303.3D电牵引采煤机适用于缓倾斜、中硬煤层长壁式综采工作面,采高范围为23.5米。可在有瓦斯、煤尘或其他爆炸性混合气体的煤矿中使用,它与工作面刮板输送机、液压支架及胶带输送机等配套使用,在长壁式采煤工作面可实现采、装、运的机械化。该采煤机具有良好的工作性能和高可靠性,为目前能够满足高产高效工作面要求的一种新机型。 采煤机由左、右摇臂,左、右滚筒,牵引传动箱,外牵引,泵站,高压控制箱,牵引控制箱,调高油缸,主机架,辅助部件等部件组成。见图1-1电牵引采煤机。采煤机端面与工作面运输机配套尺寸见图3-1采煤机端面配套图。图3-1 大牵引采煤机端面配套图3.2.2 采煤机的特点采煤机总体结构为多电机横向布置,牵引方式为机载式交流变频无级调速销轨式无链牵引,电源电压为3300 v,单电缆供电,以计算机操作、控制,能中文显示运行状态,并具有故障检测功能。下面是该机型的主要特点：(1)主机架为整体式焊接件,其强度大、刚性好,各部件的安装均可单独进行,部件间没有动力传递和连接,该机上所有切割反力、牵引力、采煤机的限位、导向作用力均由主机架承受。(2)摇臂通过悬挂铰接与主机架相联接,无回转轴承及齿轮啮合环节,摇臂传动功率大、输出轴转速低。(3)牵引采用销排式无链牵引系统,牵引力大,工作平稳可靠,能适应底板起伏较大的工作面。(4)采用镐型齿强力滚筒,减少了截齿消耗,提高了滚筒的使用寿命,并且提高了块煤率。(5)采煤机电源电压等级为3300v,单电缆供电,使采煤机拖移电缆方便自如,减少了工作面电缆故障。(6)采用机载式交流变频无级调速系统,提高了牵引速度和牵引力。(7)控制系统采用了可编程控制器及自回馈制动变频器,可在工作倾角25的情况下工作。(8)监测系统采用了工控计算机,使采煤机具有操作简单、维修方便、自动化程度高、故障率低等优点。(9)液压系统和水路系统的主要元件都集中在集成块上,管路连接点少,维护简单。3.2.3 采煤机工作原理1、工作原理该机靠4个滑靴骑在工作面刮板输送机上工作,靠煤壁侧的两个滑靴支撑在输送机的铲煤板上,靠采空侧的两个滑靴支撑在输送机的槽帮上,并起导向作用,使采煤机不致脱离销轨。牵引传动部的13齿链轮与安装在中部槽上的销排相啮合,为采煤机行走提供动力。截割部安装在主机架两端,由摇臂和截割滚筒组成,摇臂将动力传递给截割滚筒,驱动滚筒旋转,实现采煤机的落煤和装煤。电气控制系统采用工业可编程控制器,监测系统采用工控计算机,传动系统采用自回馈制动变频器,显示系统采用6英寸真彩液晶屏,操作系统采用遥控器。2、传动系统采煤机传动系统分为摇臂和牵引传动部两部分。传动方式均为电机-圆柱齿轮减速-一级行星齿轮传动-二级行星齿轮传动-工作机构。这种传动方式的电机轴与滚筒轴平行,取消了容易损坏的圆锥齿轮,使传动更加简单可靠,而且调高范围更大,机身长度小。采煤机技术特征见表3-1表3-1采煤机技术特征序号名 称参 数1采高范围 (m)2.0-3.52机面高度 (mm)15793适应煤层倾角254适应煤层硬度f45装机总功率 (kW)9306供电电源电压 (V)33007摇臂长度 (mm)21688摇臂摆角上摆角度（）31.14下摆角度（）22.889切割电机功率（kW）400转速 (r/min)1480电压 (V)3300冷却方式水冷10滚筒转速 (r/min)32.711截割速度 (m/s)3.112滚筒直径 (mm)180013滚筒截深 (mm)80014降尘方法内外喷雾15牵引方式交流变频无级调速链轮销排式无链牵引16变频范围 (Hz)1.5-50-8417牵引传动比310518截割传动比45.2719牵引电机功率（kW）55转速 (r/min)0-1472-2455电压 (V)380冷却方式水冷20牵引速度 (m/min)07.712.021牵引力 (kN)750-45022牵引中心距 (mm)632523摇臂回转中心距 (mm)787524滚筒最大中心距 (mm)1221125主机架长度 (mm)812526泵站电机功率（kW）20转速 (r/min)1465电压 (V)3300冷却方式水冷27调高泵额定压力 (MPa)2028调高泵排量 (mL/r)20.929制动器压力 (Mpa)230最大卧底量 (mm)26031总重量 (t)543.2.4 机械传动系统采煤机的机械系统主要由截割部、牵引传动部、液压系统、喷雾冷却系统及辅助部件组成,除实现采煤机的行走及割煤的动作外,还为采煤机提供液压动力、机械和电气系统的冷却水和内外喷雾用水。1、截割部(图3-2)安装于采煤机两端,与主机架铰接,有左右之分,但除提升托架及电机护罩外,其余零件可以互换使用,截割电机横向布置在摇臂的尾部,分别由两台400kW交流电动机驱动,通过摇臂的传动系统减速后将动力传递给截割滚筒,驱动截割滚筒旋转。摇臂的升降由调高油缸来控制。主要由截割滚筒、摇臂、提升托架、电机、喷雾系统等组成。截割滚筒由筒体、截齿、截齿套、弹簧挡圈组成。摇臂由箱体、高速减速腔、行星减速腔、滚筒座、截齿喷雾系统、冷却系统组成。图3-2 截割部2、牵引传动部（图3-3）分别布置在采煤机采空区侧的两端,并与主机架组成一体。每个牵引传动部装有一个13齿的链轮,链轮与工作面运输机上的销排相啮合,链轮的转动驱动采煤机沿着工作面运输机运行。链轮与销轨的正确啮合,是由外牵引上的导向滑靴来保证。每个牵引传动箱上都装有一个制动器,当采煤机停止牵引时,制动器就起作用,防止采煤机下滑。1）牵引传动部是由牵引传动箱、外牵引和制动器组成,由一台55KW交流电机驱动。2）每个牵引传动箱上都装有一个制动器,当采煤机停止牵引或油泵停止供油时,制动器就起作用,防止采煤机下滑。3）为适应采煤机采煤需要,牵引传动部电机由交流变频器控制可获得不同的转速,从而使采煤机得到不同的行走速度。4）牵引传动箱可以安装在主机架两端头中任何一端,但是当左右牵引传动箱需要相互调换安装位置时,必须把牵引传动箱翻转过来,并将注油接头与放油塞调换上下位置。5）牵引传动箱上下表面分别有三个凹槽,由凹槽的底面与主机架定位块接触来保证牵引传动箱上下尺寸要求。牵引传动箱中间的直角梯形凹槽的直角边与主机架上的定位块接触以此保证牵引传动箱左右位置的要求,牵引传动箱的后表面有两个定位面,由它与主机架的挡块接触来保证牵引传动箱的前后位置。上述的定位面接触后再由6条M30双头螺栓及螺母将牵引传动箱固定到主机架上。每个外牵引上面用两条M30螺栓将外牵引箱与主机架的上面板连接,下面用8个M30螺母将外牵引与主机架联接,每个外牵引下部左右分别有两个楔铁装置。图3-3牵引传动部3、泵站主要作用是为采煤机的调高系统提供液压动力,同时为行走部的制动器提供动力。液压调高系统是由泵站和调高油缸两个部分组成的。1）泵站概述泵站是电牵引采煤机的一个重要部件,其主要作用是为采煤机的调高系统提供液压动力,同时为行走部的制动器提供控制制动油。泵站由阀组油箱和电动机装置三部分组成。阀组固定在油箱上面,电动机装置立于泵站左面,它主要由电机、调高泵等组成。电机通过花键联接调高泵,驱动泵工作,从油箱中吸油,泵出高压油至阀组。油箱由放气阀、注油装置、精过滤器、温度表、压力表组、油位计、放油堵等组成,油箱体积较大,可以装足够的液压油,一方面可以为系统提供油液,另一方面可以使从系统回来的热油得到充分的冷却,降低油的温度。阀组由手液动换向阀、电磁换向阀、刹车电磁阀、压力继电器、精过滤器、高低压安全阀及阀块等组成。阀组采用集成块形式,阀块内部油路沟通,表面安装各种阀,省去了复杂的外部管路连接,便于安装维修,并且体积较小。从调高泵输出的压力油经过阀组,从阀组后面的接头进入左右调高油缸,同时,一路低压油经过阀组后通向刹车电磁阀去控制制动器的动作。2）、泵站主要液压元件（图3-4）1、调高泵液压系统的正常工作是非常重要的,本机采用了德国进口的高压齿轮泵,该泵的理论排量为20.7mL/r,额定工作压力为20MPa。2、单向阀在调高泵的下方并联着一个单向阀,此阀的目的在于,当电机反转时,齿轮泵可以通过此单向阀吸油,避免泵吸空造成泵损害。3、粗、精过滤器液压系统油液的清洁,是液压元件能够可靠工作的基础,为此系统中设置了粗、精过滤器。粗过滤器安装在油箱左下方,结构合理,功能齐全。清洗更换滤芯或检修时,只要拧动上盖即可自动切断和开启油箱通路。另外装有污染指示器,一旦滤芯被污物堵塞,压差增至0.03MPa时其值可通过真空表显示出来,如不及时清洗或更换滤芯,则旁通阀自动开启,避免泵吸空损坏。粗过滤器,过滤精度：80微米,当真空表显示220mmHg时需清洗或更换粗过滤器滤芯。精过滤器安装在阀组上,过滤精度10微米,该过滤器结构紧凑,装有污染指示器、旁通阀,还装有永久性磁铁以吸附油中的铁屑,以提高系统的安全性。图3-4泵站主要液压元件4、溢流阀本系统装有两个溢流阀,一个用来调定系统的最高压力值20MPa,另一阀安装在系统的回油油路上,负责提供背压,从而使系统建立起一个低压控制回路,利用该回路的低压油去控制手液动换向阀和制动器的动作。5、压力继电器在通向制动器的油路上装有一个压力继电器。当低压油的压力由于管路泄漏、元件漏损或低压安全阀失效而无法建立起足够的压力时,压力继电器就会发出电信号,使刹车电磁阀产生动作,制动器油路卸载,采煤机停止牵引,以便于维修人员查找原因、排除故障。6、手液动换向阀从调高泵出来的油进入手液动换向阀,它是具有手控、液控两种控制方式的三位四通换向阀,通过该阀可以控制调高油缸伸缩方向,从而完成摇臂的升降动作。7、电磁换向阀在阀组上还装有两个电磁换向阀。阀的出油口连接在手液动换向阀的控制油口上,通过它的换向,可以使从精过滤器来的低压油作用在手液动换向阀阀芯的一端,改变其工作位置,从而完成对摇臂油缸的控制。8、喷雾冷却系统的作用：(1)为滚筒提供内喷雾,降低工作面粉尘含量,改善工人的工作条件。(2)冷却截割电机、牵引电机和泵站电机。(3)冷却截割传动部和牵引传动部。(4)冷却油箱和变频器/变压器。(5)用于外喷雾,冲淡瓦斯和湿润煤层等。3.2.5 机载频控制1）独立小型模块化结构装置,分接收模块和发送模块两部分,模块均为环氧胶灌封,免维护、体积超小、高稳定性、高使用寿命。接收模块应安装在防爆开关隔爆接线腔内,发送模块应安装在采煤机电控箱隔爆接线腔内； 2）采用无源发信装置,只要接收模块上电工作,远程发送模块自适应获取载波通讯动力电缆上承载的中频隔离电源或工频隔离电源为本模块工作电源,不需要任何外加电源（免启动备用电池）,远程发送模块就可以正常发码至接收模块进行通讯控制。无源设计的发信模块尤其适用于没有低压供电电源的隔爆接线腔内使用； 3）位于收发两模块之间的载波通讯动力线缆任何部位出现短路或断路等线路故障时,发信模块就会获取不到中频或工频隔离电源,也就无法有效地发送采煤机的开启J编码信号,导致接收模块输出控制的真空磁力吸合器失电,采煤机负荷动力电缆会立即断开工频动力电源（660V/1140V/3300V）,从而保证线路故障排除前载波通讯动力线缆上无高压,这对矿井工作面的高压用电安全具有深远的意义； 4）载波机的电铃打点信号X与采机启动线J、溜子闭控线L有互锁功能,操作时先X发码打铃,再J发码采机启动,否则运行中的采机和溜子会因打点信号而间断停机； 5）载波机的高频信号以及中频电源均采用高稳定度的石英稳频,保证恶劣环境下频率不漂移；电路设计上采用了数字编码发送、积分解码接收等特殊抗干扰措施,从而确保通讯零误码率、不怕干扰,即使是载波通讯动力电缆两相之间连续剧烈高压打火的情况下也能通讯正常； 6）载波机设计为快插式接口、收发码状态LED指示器、自吸式强磁底座,因此模块的安装、自检、维修更换快速方便； 3.3 大功率节能采煤机展望根据国家年产千万t煤矿建设的要求,综采工作面的高产高效是关键。根据进口采煤机近年来的发展动态及用户反馈可知,综采工作面自动化技术是采煤机今后的发展趋势。工作面自动化技术是指工作面的各种设备按预先设定的程序,互相配合自动运行。同时,把各设备的运行参数、设备状态参数实时地传输到巷道中的“中央控制台”或地面的“中央控制区室” 并采取视频监控”或其它技术手段对地面的地质情况的变化和“突然事故”进行监视,一但发现地质条件发生变化或各设备之间不协调,操作人员可以在巷道中或地面进行“远程的人工干预” 这样,一般情况下,不需要人员跟随采煤机、支架进行“跟机操作”但设备不能智能的按地质条件的变化来自动调整运行参数与程序,目前国内外对“工作面自动化”进行过尝试、的煤矿,均属于这种类型进行过“试验、试用 ”的集中、远程、程序控制”新节能技术将完全具备以下功能： 采煤机顺槽集中控制功能； 通过综采工作面无线以太网和煤矿工业以太网连接,将采煤机运行参数和状态传送至地面监控中心,在地面操控中心能够实现采煤机控制参数的设置； 采煤机记忆截割功能及记忆截割的远程修正功能；采煤机的虚拟 3D 监控功能,即以 3D 模式提供综采工作面采煤机的实时工作画面； 采煤机的传感融合功能, 即对采煤机的运行状态和截割路径传感参数 、变频牵引单元的传感参数进行在线综合分析 ,在多传感融合的基础上,提供采煤机逻辑运行状态的在线监测与评估功能； 第四章 结论1. 依靠科技进步,推进节能技术创新,开发高产高效矿井综合配套技术是我国煤炭科技发展的主攻方向,根据世界采煤机发展潮流和煤炭科技前沿最新消息,我国采煤机应在以下方面进行攻关研究,尽快赶上世界水平。2. 进一步完善和提高节能变频调速系统的可靠性。重点完善和提高系统装置抗震、散热和防潮性能；研究可靠的微机电气控制系统,重点提高采煤机机电控制系统的抗干扰、抗热效应的能力。3. 开发或增强电控系统的监控功能,重点研究故障诊断与专家系统、工况监测、显示与信息传输系统、工作面采煤机自动运行控制系统、自适应变频电路的漏电监测与保护技术、摇臂自动调高系统等；开发四象限运行的矿用交流变频调速装置,使采煤机能适应较大倾角煤层开采的需要。4完善大功率节能采煤机的稳定性,研究其控制系统自动化,智能化。 参考文献1 冯泾若,杨健康,米朝阳国内外大功率厚煤层采煤机技术与发展动向J煤矿开采,2007. 2 李良仁变频调速技术与应用M.北京：电子工业出版社,20043 韩安容通用变频器及其应用M.北京：机械工业出版社,20004 谢锡纯. 矿山机械与设备. M.徐州: 中国矿业大学出版社, 20045 百度百科,百度文库.6 张占奎,中国能源展望2004,M.北京：清华大学出版社,2004.7 韩安容通用变频器及其应用M.北京：机械工业出版社,20008 冯泾若,伍丽娅,赵勋盖国内外大功率厚煤层电牵引采煤机机电一体化新技术J 煤矿机电,2003.9 王洪欣. 机械设计工程学(). M.徐州: 中国矿业大学出版社, 2004.致谢毕业设计是大专学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会,通过这次比较完整煤矿节能设计,我摆脱了单纯的理论知识学习状态,和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识,cad制图以及word制作等其他专业能力水平,而且通过对整体的掌控,对局部的取舍,以及对细节的斟酌处理,都使我的能力得到了锻炼,经验得到了丰富,并且意志品质力,抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。感谢三年时间内和我朝夕相处的同学们的帮助,我们一起度过了三年难忘的时光。感谢本文所引用文献的作者。感谢韩老师对论文的评阅和指教。袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁