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刮板输送机控制浅析 一、 国内外刮板输送机的发展现状 二、 刮板输送机的主要结构及功能 三、 我国刮板输送机和国外相比主要差距 四、 刮板输送机的电机启动控制 五、 刮板输送机的综合监测控制 六、 结束语 七、 参考文献 引言 刮板输送机是目前国内外缓倾斜长壁采煤工作面唯一的煤炭运输设备，是矿井生产的动脉。不同类型的刮板输送机其各组成部件的形式和布置方式不同，但组成部件和主要结构基本相同。他的工作原理是有绕过机头链轮的循环刮板作为牵引机构，以溜槽作为承载机构，电动机经过液力联轴器、减速器带动链轮旋转，从而带动刮板链连续运动，将装在溜槽中的货载从机尾运到机头处卸载转运。刮板输送机作为煤矿工作面运输设备,不但担负着运煤的作用,还是采煤机的运行轨道以及液压支架的推移支点。在设备使用过程中还要悬挂工作面设备的电缆、水管等。所以,刮板输送机的可靠、稳定、高效运行将直接影响着矿井的生产能力和煤矿企业的经济效益 一、国内外刮板输送机的发展现状 1.1、国外刮板输送机的发展现状 刮板输送机的发展在二十世纪经历了4个阶段。第一阶段是在二十世纪初期，英国最先研制了刮板输送机，其特点是单链、小功率。第二阶段是二十世纪4050年代，随着刨煤机和深阶式采煤机的出现，煤矿生产进入了机械化时代。为了适应这种情况，刮板输送机也发展为沿水平方向和垂直方向可以弯曲，为采煤机提供运输轨道，双链牵引，多电动机驱动，并能随着采煤机的运行及时推移。第三阶段从二十世纪50年代初开始，英国研制出浅截式滚筒采煤机和自移式液压支架，煤矿生产实现了综合机械化。与综采设备相适应，要求采用高效重型可弯曲刮板输送机，其结构向着短机头、大功率、高链速、高强度的中部槽和链条等方向发展，运量不断增大，可靠性不断提高。第四阶段是二十世纪80年代中后期，英国的米柯、道梯、美国的长壁和德国的布朗等公司，纷纷推出全新的大功率工作面输送机，即高产高效输送机，从而使该阶段的输送机具有以下特点大功率、大运量、长运距、高可靠性、长寿命，其功率和运量比第三阶段增大23倍。 1.2、我国刮板输送机的发展现状 国产刮板输送机的研制及使用起步较晚。建国初期，当国外已经开始进入综采机械化时，我国的煤矿机械刚刚走出仿制阶段，但它的发展非常迅速。多年来，我国自行研制和仿制的刮板输送机品种多达几十种，就其发展的过程而言，也大体上经历了同世界刮板输送机相同的四个阶段。第一阶段的代表产品有SGB型，SGWD-17型,SGD-20型；第二阶段的代表产品有SGW-44型,SGW-80T型；第三阶段是综采机械自动化阶段，70年代初我国从国外引进了一批刮板输送机，主要机型有波兰萨姆逊、英国道梯麦柯250、西德潘瑟MIV-60、英国道梯ML-722、日本SL-90等产品。这些设备的引进，对我国煤炭生产综采机械化的发展起到积极的推动作用，经消化、吸收并加以改进，发展了我国的刮板输送机；第四阶段产品SGZ1000/1710型，YBSD-855/430型。近年来，我国的刮板输送机发展很快，已经由普通的端卸式发展到了侧卸式；由只适应于中厚煤层发展到特厚和薄煤层的各种机型。功率档次越来越大，已经由最初的整机功率150kw发展到目前的2*855kw。中板厚度不断增加，链条直径不断加粗，从而使设备的寿命得到较大的提高。实现了矿井高产高效和集约化生产。为综采机械化水平的提高和经济效益的增长发挥了很大的作用。 二、刮板输送机的主要结构及其功能 2.1机头部 机头部主要由机头架、链轮、减速器、盲轴、联轴器和电动机等组成。是将电动机的动力传递给刮板链的装置。 1）机头架 机头架是机头部的骨架，应有足够的强度和刚度，由厚钢板焊接制成。各类型的刮板输送机的及头部共同点如下两侧对称，可在两侧壁上安装减速器，以适应左右采煤工作面的需求；链轮由减速器伸出轴和盲轴支撑连接，这种连接方式，便于在井下拆装；链轮是传力部件也是易损件，运转中除受静载荷外，还受用脉动和冲击载荷。机头两侧链轮通过连接筒相连，连接筒一般为剖分式，两端由环槽和链轮的环槽相接，内孔用平键分别与减速器的伸出轴及盲轴连接，剖分的连接筒用螺栓固接。链轮用花键与减速器的伸出轴和盲轴连接。 2）减速器 我国目前生产的刮板输送机减速器，一般为平行布置式、三级传动的圆锥圆柱齿轮减速器，适应于正反两向运转。 3）联轴器 电动机与减速器的连接，有弹性联轴器和液力耦合器两种。由于液力耦合器具有可以轻载启动、过载保护、减缓冲击和振动、均匀分配负载等优点，现在中型和重型的刮板输送机都采用液力耦合器。 4）电动机 刮板输送机的电动机，不用液力耦合器时，都采用双鼠笼转子，具有高启动力矩的隔爆型电机；采用液力耦合器，对电动机的启动转矩无较高要求，只要求最大转矩要高。 5盲轴 盲轴装在机头架的的不装电动机和减速器一侧，对链轮起到支承作用。它的轴承座用螺栓固定在机头架的侧板上。 2.2、机尾部 机尾部主要由机尾架、链轮组件、盲轴、传动装置、推移梁等组成，除了机尾架和推移梁不能与机头的相应部件互换外，其它的零件作用均相同，可以互换使用。 2.3、中间部 中间部主要包括溜槽、刮板链等，是刮板输送机的主题部分 （1）溜槽 溜槽既是货载和刮板链的支承机构又是采煤机的运行轨道。煤和刮板链在溜槽中滑行，不仅工作阻力大，而且对溜槽的磨损也相当严重；同时溜槽要承受采煤机的全部重力，因此溜槽要有足够的强度和刚度以及较高的耐磨性。 （2）刮板链 刮板链是刮板输送机的牵引机构，在工作的过程中需要克服与溜槽之间的很大的摩擦力并承受很大的静载荷和动载荷，所以要求它具有较高的强度、韧性和耐磨性。我国现在生产的可弯曲刮板输送机均采用合金钢制造的圆环链，焊接后要进行热处理。刮板链质量的好坏，对整个采煤工作面的生产效率影响很大，因此必须重视其制造质量和工作中的维护检修。 2.4、紧链装置 （1）螺旋丝杠式 （2）钢丝绳卷筒式 （3）棘轮紧链器 2.5推移装置 随着工作面向前推进，刮板输送机也要相应的向前移动。中大型可弯曲刮板输送机，均配有单独的液压推移装置。液压推移装置主要是由设在顺槽中的泵站和沿工作面不知的油管及液压千斤顶组成。千斤顶是推移输送机的，装在输送机靠采空区的一侧，每个千斤顶均由单独的操纵阀控制。控制操纵阀的位置，可使泵站通过油管送来的高压油进入千斤顶的前部或后部，使千斤顶的活塞杆伸出或缩回，从而推动输送机向前移动。 三、我国刮板输送机和国外相比主要差距 多年来经过煤矿生产制造企业的不断努力,我国的刮板输送机形成了多结构、多系列的产品规模,在产品结构和系列方面基本与国外输送机相同,但与国外先进水平相比,仍存在着很几大的差距。近十年来,国外制造厂家,为适应国际市场需要,不断加大输送机的功率、采用新结构、新工艺,开发高强度、高耐磨性能的新材料,使产品不断更新,技术性能日趋完善,可靠性不断提高,寿命大幅度增加。而我国生产的工作面刮板输送机整机性能相对比较差,一些关键零部件的寿命、可靠性相对较低,监测、控制方面相对比较弱。具体有以下方面。 3.1输送能力方面的差距 上个世纪90年代后期,国外工作面刮板输送机装机功率达3*700kw或3*855kw,现在已达到3*1250kw,溜槽内宽也由1000mm扩大到1250mm,链条直径Φ48Φ52,中板厚度50mm以上,运输能力达到4500t/h以上。 目前国内使用的重型刮板输送机装机功率多为2*525kw 或2*700kw个别的使用2*855kw，溜槽内宽1000mm或1200mm，运输能力达到2500t/h或3000t/h，链条多采用Φ38--Φ48，中板厚度为45mm。 3.2关键零部件寿命差距 我国生产的刮板输送机的主要零部件寿命大都低于国外先进水平,其中关键零部件,如圆环链和中部槽。国外大于Φ34的圆环链过煤量在200Mt,国内同规格的圆环链过煤量100Mt左右。而且国外规格为Φ42圆环链过煤量可达400500Mt,国外重型刮板输送机中部槽过煤量保证值为600Mt,最高寿命可达1200Mt,而国产中部槽过煤量只有400500Mt 3.3事故率高 开机平均只有17，年产百万吨综采队平均开机率也只有35；而美国平均开机率为82，最高可达95。影响开机率的主要因素为综采设备的事故较多，其中尤以刮板输送机的事故最多，可占总事故的50以上 四、刮板输送机的电机启动控制 4.1驱动电压等级 现代矿山的生产能力越来越大,刮板输送机负载重、运转电流大、故障停机率高,多在远离变配电点布置,启动运行过程中的供电问题也比较突出。对于输送任务较小的刮板输送机,电动机电压等级多为660V或1140V,基于减少变配电、控制开关种类数量的考虑,电压等级已达3300V。因此,有效供电距离延长,启动电流减小,供电线路带负荷能力增强。 4.2几种先进电动机软启动方式 4.2.1启动方式----调压调频启动 1驱动结构电动机-减速器-主驱动链轮。 2控制原理软启动控制器具有矿用真空磁力启动器和交流电压软启动的功能,通过预先设定的用户程序,调整输出电压、频率,从而使驱动电机实现软启动。控制器具有模块化结构,主回路主要由大功率二极管及大功率绝缘栅型场效应管IGBT构成,实现整流和逆变功能。 采用调压调频启动方式①消除了动载冲击,刮板输送机故障率可大大降低。②消除了电机启动过程中的大电流对电网的冲击,供电系统的故障损坏明显降低。③控制功能完善多样,具有各种保护功能,方便了用户使用。对电动机的控制有软启动、直接启动、强力矩启动;操作有单机启动、多机顺序启动、远程与本地操作，可实现低速大扭矩启动,确保设备从张紧开始,由静态启动到动态运行,可以解决重载难启动问题。 4.2.2液体粘性传动软启动方式 典型的是美国Dodge公司CST连续启动传动软启动装置。 1驱动结构电动机-CST-减速器-主驱动链轮。 2控制原理可控起动传输装置CST是一个由多级齿轮减速器加上湿式离合器及液压控制组成的系统。CST的输出扭矩是由液压控制系统控制的,它随着离合器上所加的液压压力而变化。CST的主要结构包括减速齿轮箱、润滑冷却系统、液压系统和控制装置PMC。 CST减速齿轮箱由三部分组成输入轴齿轮组、输出轴行星齿轮组和离合器部分。输入轴的斜齿轮将电机的旋转运动传递到太阳轮上,并通过太阳行星轮之间的啮合,将运动传递到与行星轮一体的输出轴上,驱动输出轴运动。旋转板动摩擦片在外圈方向上,通过键槽固定在齿圈/制动盘上,并随齿圈、制动盘同步旋转。静止板静摩擦片在内圈方向,通过键槽固定在输出轴体上。内外两层摩擦片交叉布置,相互隔离。调整环形活塞上的液压,可控制摩擦片之间的压力,并导致摩擦片之间的间隙产生变化。环形活塞上未施加控制压力时,齿圈、制动盘处于自由运动状态, CST不传递运动。当逐渐增大外部液压控制作用时,环形活塞将逐渐压紧离合器,由于摩擦作用齿圈,制动盘旋转速度将减慢;根据作用与反作用原理,与输出轴固定的摩擦片将受到反向作用力,当施加的控制压力能提供足够的起动力矩时,输出轴就开始转 动了。调节活塞上的液压压力,可精确控制输入轴电机传送到CST输出轴的力矩。齿圈与输出轴的速度呈线性反比例关系,当齿圈静止时,输出轴将达到满速运行。 冷却系统用于带走由于动摩擦片和静摩擦片相对运动所带来的损耗热量,采用油、水热交换器方式,冷却介质为清水。液压系统主要供CST轴承润滑及为桥式整流阀组提供较高的压力,以确保比例阀控制作用。驱动控制装置PMC可对每台CST装置进行监视、控制和操作,实现载荷平衡,并提数据通讯接口。 CST软启动装置①可实现电动机空载启动。②可实现驱动机械从零至满速软启动,无冲击载荷。③控制装置保护,通讯完善。④液压控制系统较复杂。⑤CST减速器内充满运转齿轮油,维护费用较高。CST软启动装置目前主要依赖进口,其价格昂贵,一般矿井难以承受。目前在神东矿区综采刮板输送机开始应用。 4.2.3、阀控充液式液力偶合器 TTT方式启动 1驱动结构电动机-阀控充液式液力偶合器TTT-减速器-主驱动链轮。 2控制原理阀控充液式液力偶合器TTT工作介质为清水,其结构与普通液力偶合器基本相同,不同之处在于增加了电磁控制阀块,通过具有智能控制的程序信号单元PSU,控制供液、排液阀块进行偶合器充液量的调整,从而实现传递力矩和动量的改变、工作液体温度保护、传递动力过载保护。启动时,偶合器工作腔内无工作液体,电动机空载启动, PSU控制供液阀块加水,动力传递,输出轴转速逐渐升高,当偶合器压力开关动作发信后,供液阀块停止供水,偶合器传递最大力矩。正常运行时,在循环设定时间周期,工作液体温度得到动态监控,当液体温度升高到设定值, PSU控制排液阀块在设定时间内排水,随之供液阀块动作加水直到压力开关发出信号,从而偶合器实现运行中温度处于控制之下,动力转矩传输平稳无波动。停机时, PSU控制排液阀块排水,为下次电动机空载启动创造好条件。 阀控充液式液力偶合器启动①提供空载电机启动。能够在空载的情况下顺利启动电机,从而保护电机和供电系统。②驱动力矩从零平稳增大到启动力矩,大大减小了刮板输送机的冲击载荷。③工作中驱动负荷基本平衡。在刮板机启动、过载时,链条仍实现平稳传递力矩,利于系统均匀运输,延长了链条、链轮的使用寿命。④具有智能控制,可实现链条张紧和慢速之类的特殊工作模式。⑤对供水水质、水压要求严格。 4.2.4晶闸管调压软启动方式 晶闸管调压软启动方式。启动过程分斜坡启动、脉冲突跳启动、加速斜坡、快速斜坡。脉冲突跳启动方式可以短时输出最大达95的额定电压,施加一个短时的大启动力矩相当于90直接启动转矩,以克服大的静摩擦力和大的传动系统惯性。这种软启动方式应用前景广阔。 五、刮板输送机的综合监测控制 5.1综合监测系统的组成及功能 综合监测系统分为集中监控装置（上位机）和现场监控装置（下位机）及信号传输装置。集中监控装置安装在顺槽，相互间通过MOD-BUS协议RS-485总线联网，各种传感器与现场监控装置联结，最终将信号传输至煤矿的中央调度室。 集中监控装置对现场监控装置进行控制，读取现场监控装置采集的信号，对工作面输送设备的运行状况进行集中综合现实，将信号进一步上传至地面中央调度室；现场监控装置以传动装置为单元进行现场信号采集和控制，可独立运行和信号上传。 5.2系统监测数据 5.2.1减速器 检测减速器输出轴轴承温度（1路）；检测减速器输入轴轴承温度（1路）；检测减速器油温温度（2路）；检测减速器充油液位（2路）；检测减速器油箱油质（2路）； 5.2.2冷却水路 检测冷去水路进口压力（1路）；检测冷却水路出口压力（1路）；检测冷去水路流量（1路）； 5.2.3电机 检测三相绕组电压（3路）；检测三相绕组电流（3路）；检测三相绕组温度（3路）；检测电机轴头轴承温度（1路）；检测电机轴尾轴承温度（1路）。 5.2.4自动伸缩机尾 检测液压缸无杆腔液体压力（链条张力1路）；检测液压缸伸缩位置（1路）；检测液压缸伸缩限位（2路）。 5.2.5其他参数 检测链轮轴承温度（2路）；检测电机到链轮某一处转速（1路）；液压缸充液信号（2路）-控制信号；输送机启动信号（1路）-控制信号；输送机停止信号（1路）-控制信号。 检测的参数并不都是标准信号，有些需要放大、调理、然后经信息处理系统处理后进行显示，报警、控制输出等，综合监控系统硬件结构如下图 8 路温度信号调理 8路模拟开关 8路模拟开关 8路模拟开关 8路模拟开关 8路模拟开关 8路模拟开关 光电隔离 数模转换 光电隔离 40路标准信号转换 2路频率信号 光电隔离 8路开关信号 光电隔离 12位计数器 12位计数器 8位数字锁存 8位数字锁存 8位数字锁存 信 息 处 理 系 统 信号锁存 键盘输入 系统显示 光电隔离 光电隔离 光电隔离 报警输出 控制输出 系统通讯 六、结束语 刮板输送机能够适应恶劣的矿区环境及长度调整灵活,在矿区应用较多,但重载启动,具有冲击载荷及影响相邻供电线路设备正常运转,使其使用受到一定限制。伴随刮板输送机控制技术的不断发展,原有的使用弊端逐步得到消除或降低,从矿区刮板机实际环境出发,选择适宜的控制技术,有助于保障其他设备正常运转,降低刮板输送机故障率。综合监测控制系统则可以对每台设备进行温度、压力、流量、位移、转速等参数的检测，并对这些参数进行分析处理。实现设备运行数据的实时显示、报警、传输及机伸机尾缩自动化控制的要求，提高了设备的可靠性，为矿山安全高效生产提供了保障。 七、参考资料 1、矿山机械 中国矿业大学出版社 * 主编李炳文，王启广 2、液压驱动刮板输送机可靠性研究 * 中国矿业大学 *卢如意 3、综采工作面刮板输送机控制浅析* 河北煤炭 * 石增柱 4、矿山刮板输送机控制技术应用分析* 冯国营 5、刮板输送机成套设备综合监控系统研究* 李国平 * 煤矿机械，2010,31（11） 6、矿用刮板输送机软启动方式的选择与应用* 李洪 * 中州煤炭 2005年，第三期 7、刮板输送机伸缩机尾自动控制系统设计* 杨刚雷，赵勇* 煤矿机械* 2009,30（8） 8、Operating Manual. DBT-Gearbox KP-25/30. Doc. no.1949 008 000 BA 00, 2006. 9、我国刮板输送机发展分析*许岩，刘伟，白小英*建设机械技术与管理*2008年08期