电牵引采煤机的现状与发展趋势_谢贵君.pdf

第 30卷第 2期 2009年 2月 煤 矿 机 械 C o a l M i n eM a c h i n e r y V o l .30 N o .2 F e b .2009 专题综述 电牵引采煤机的现状与发展趋势 谢贵君 太原矿山机器集团有限公司, 太原 030009 摘 要 对国内外电牵引采煤机的发展历程和技术现状作了简要介绍 , 对国内外电牵引采煤 机的技术特点、 发展趋势以及国内电牵引技术的差距进行了分析和讨论, 并指出了国内电牵引采 煤机的主要研究方向 。 关键词 电牵引 ; 采煤机 ; 技术现状;发展趋势 中图分类号 T D 421. 6; T M 922 文献标志码 A 文章编号 1003- 0794 2009 02- 0001- 03 C u r r e n t S i t u a t i o na n dD e v e l o p m e n t o f E l e c t r i c i t yT r a c t i o nS h e a r e r X I EGu i -j u n T a i y u a nC o a l Mi n i n gMa c h i n e r yC o . , L t d . , T a i y u a n030009, C h i n a A b s t r a c t F i r s t l y , t h ed e v e l o p m e n t h i s t o r ya n dth ec u r r e n t t e c h n ic a l s i t u a t i o no f t h ee l e c t r i c it yt r a c t io n s h e a r e r a r e in tr o d u c e d b r ie f l y . T h e n , th e d i f f e r e n c e s i n t h e te c h n i c a l c h a r a c te r i s t i c s o f t h e e l e c t r i c i ty t r a c - t i o nt e c h n o l o g y a t h o m e a n d a b r o a dc o u n t r ie s a r e a n a l y z e d , a n d t h e d e v e l o p i n g t r e n d s a r e a l s o d i s c u s s e d . F i n a l l y , s o m ei m p o r t a n t r e s e a r c hp r o j e c t s a b o u t e l e c t r i c it ytr a c t i o ns h e a r e r a r ep o i n t e do u t . K e yw o r d s e l e c t r i c i t y t r a c t io n ;s h e a r e r ;te c h n i c a l s i t u a ti o n ;d e v e l o p i n gtr e n d s 0 国外电牵引采煤机发展概况 20世纪 70年代 , 美国 J O Y公司研制成功了 1L S 多电机横向布置直流电牵引采煤机 , 此后又陆 续研制了 2L S - 6L S 等型多电机横向布置电牵引采 煤机。 7L S 5采煤机总功率 1 940 k W, 牵引速度 30 m/m in ,采用 J O YU l t r a t r a c 2000型强力销轨无链牵 引系统 ,加大销轨节距和宽度, 并采用锻造销排 ,装 备了与 6L S 5型通用的 J N A机载计算机信息中心 , 具有人机通讯界面、 故障诊断图形显示和储存 、 无线 电遥控 、 牵引控制和保护等功能 。 德国 E i c k h o f f 公司于 1976年研制成功直流电 牵引采煤机 ,并基本停止了液压牵引采煤机的研发 , 此后又陆续开发了多种形式电牵引采煤机 。 20世 纪 90年代开发的 S L 系列横向布置交流电牵引采煤 机 ,将截割电机布置在摇臂上。其中 S L 500型电牵 引采煤机装机功率达 1 815 k W,最大牵引力 869 k N ; S L 300型电牵引采煤机总装机功率 1 138 k W,采用双 变频器一拖一系统, 最大牵引速度达 36. 7 m/m i n ; S L 1000型采煤机装机功率达 2 600 k W,牵引力 1 003 k N 。控制系统具有交互式人机对话、 设备状态监测与 故障预报、 在线控制、 数据传输等功能。 英国 l o n g - A i r d o x 公司于 1984年研制成功第 1 台将截割电机布置在摇臂上的多电机横向布置的 E le c tr a 55V 型直流电牵引采煤机 ,在此基础上又开 发出功率更大的 E le c tr a 1000型直流电牵引采煤机 。 20世纪 90年代,在 E l e c t r a 系列机型基础上 ,进一步 加大功率 ,改进控制系统, 开发了 E L 系列交流电牵 引采煤机 , 主要机 型有 E L 600、E L 1000、E L 2000、 E L 3000型 。在 E L 系列机型上装置的 I m p a c t 集成 保护及监控系统具有负荷控制、 机器监控、 采煤机自 动定位、 自动调高、区域控制 、 智能化安全联锁、 随机 故障诊断和数据传输等功能 。 日本三井三池制作所 1987年后陆续研制成功 多种截割电机纵向布置的 M C L E- D R 系列交流电 牵引采煤机,近几年又开发了截割电机横向布置的 多电机交流电牵引采煤机。采煤机装有微机工况监 测及故障诊断系统 , 可数字显示牵引速度、滚筒位 置、留顶底煤厚度、电机负载及各处温度 ,具有无线 遥控装置 ,并可加装红外线发射器操纵液压支架 。 表 1为国外代表性电牵引采煤机主要技术参数。 表 1 国外代表性电牵引采煤机主要技术参数 型号6L S 57L S 6S L 500E L 3000 采高 /m2. 5～ 5. 02. 8～ 5. 52. 8～ 5. 52. 7 ～ 5. 5 装机功率 /k W1 5001 8601 8151 940 截割功率 /k W6102750 2750 2750 2 牵引功率 /k WD C 70/55 2 A C 110 2A C 90 2A C 100 2 破碎功率 /k W110110100200 泵站功率 /k W30303540 牵引力 /k N617/161800/375757/3161 000/500 牵引速度/m m i n - 1 14. 9/21. 1 12. 2/26. 0 12. 8/30. 7 12. 0/24. 0 滚筒转速 /r m i n - 1 25332525 供电电压 /V3 3003 3003 3003 300 调速方式 交流变 频调速 交流变 频调速 交流变 频调速 交流变 频调速 1 V o l .30N o .2 电牵引采煤机的现状与发展趋势 谢贵君 第 30卷第 2期 1 国内电牵引采煤机发展概况 我国电牵引采煤机在消化吸收国外引进采煤 机技术的基础上 ,通过二次开发拥有了许多具有自 主知识产权的换代产品 , 在我国煤矿综合机械化采 煤工作面,国产采煤机已经占据主导地位 ,完全采用 国产装备的高产高效工作面不断涌现 。 1991年 ,煤炭科学研究总院上海分院与波兰合 作 ,在国内率先研制成功我国第 1台采用交流变频 调速技术的薄煤层爬底板采煤机, 接着又先后研制 成功了截割电机纵向布置的交流电牵引采煤机 、 截 割电机横向布置的适用于中厚和较薄煤层的交流电 牵引采煤机 。上海分院研制的 M G 系列电牵引采煤 机已形成九大系列共几十个品种。 太原矿山机器厂与上海分院合作, 将 A M 500液 压牵引采煤机改造成 M G 375/830 - WD 型交流电牵 引采煤机后 , 又自主研制成功了 M G T Y 400/900 - 3. 3D 型和 M G 750/1800 -3. 3D 型机载交流变频调 速链轨式电牵引采煤机 ,现正在国家 “十一五 ”科技 支撑计划资助下研发装机总功率达 2 500 k W、 最大 采高 6. 0 m 、 年产 1 000万 t 的交流电牵引采煤机; 鸡西煤机厂与上海分院合作将 M G 2 300 - W型液 压牵引采煤机改造成 M G 300/360- WD 型交流电牵 引采煤机后, 又开发了 M G 200/463型、M G 400/985 型交流电牵引采煤机 ; 辽源煤机厂与邢台矿业集团 合作研制成功我国首台应用电磁转差离合器调速技 术的 M G 668- WD 型电牵引采煤机; 无锡采煤机厂 与中纺机电研究所合作研制成功国内首台应用开关 磁阻电机调速技术的 M G 200/500 - C D 型电牵引采 煤机 。表 2为国内具有代表性机型的采煤机主要技 术参数。 表 2 国内典型机型的采煤机主要技术参数 型号M G 450/1020- WDM G 750/1800- G W D M G T Y 500/1200 - 3. 3DM G 400/920- WD 装机功率 /k W1 0201 8001 200920 截割功率 /k W4502750 25002400 2 牵引功率 /k WA C 502A C 90 2A C 552A C 50 2 牵引力 /k N600/360750/375750/450685/406 牵引速度 /m m i n - 1 8. 7/14. 613. 0/25. 97. 7/12. 87. 12/12 滚筒转速 /r m i n - 1 28. 52329. 929 供电电压 /V3 3003 3003 3003 300 滚筒截深 /m m630～ 1 000800～ 1 000800800 调速方式交流变频调速交流变频调速交流变频调速交流变频调速 2 技术特点与发展趋势 2. 1 装机功率增大、 性能参数提高 1 单台截割电机功率多在 400 k W以上 。多 数采煤机单台截割电机功率已达到 600 k W以上 , E L 3000采 煤机 单台 截割 电机 功率 达 900 k W, S L 1000采煤机的单台截割电机功率高达 1 000 k W, 太原矿山机器集团也正在研发单台截割电机功率 1 000 k W的新型大功率采煤机 。 2 牵引功率多在 80 k W以上 , 最大已达 300 k W。 3 总装机功率超过 1 000 k W, 如 7L S 5达 1 940 k W, E L 3000总装机功率达 2 000 k W, S L 1000 总装机功率更高达 2 600 k W。 4 牵引速度、牵引力大幅提高 。牵引速度 15 ～ 25 m/m i n , 牵引力 500 k N 以上。最大牵引速度 60 m/m i n E L 3000 , 最大牵引力已达 1 000 k N 以上 E L 3000、S L 1000、西安煤矿机械厂生产的 M G 750/ 1910、鸡西煤矿机械厂生产的 M G 800/2040 , 太原 矿山机械集团有限公司即将推出牵引力 1 125 k N 的采煤机 。 5 截割功率增大, 支架实现随机支护 ,滚筒截 深加大。 10 a 前, 截深大多是 630 ～ 700 m m , 现普遍 采用截深 1 000 ～ 1 200 m m , 个别已达到 1 500 m m 截深 。 6 采煤机可靠性和开机率提高。国外采煤机 大修周期 2 a ,出煤量 400 ～ 600万 t ; 我国要求采煤 机出煤量 300～ 400万 t 而不大修,差距较大。 2. 2 中高压供电 随着采煤机装机功率大幅度提高 ,工作面不断 加长 ,整个工作面容量超过 5 000 k W, 工作面长度 达到 300 m 。为减少输电线路损耗 , 提高供电质量 和电机性能,普遍采用中高压供电 。主要供电等级 有 2 300 V 、3 300 V 、4 160 V 、 5 000 V 等 。 2. 3 监控保护系统智能化 2 第 30卷第 2期 电牵引采煤机的现状与发展趋势 谢贵君 V o l . 30N o . 2 现代电牵引采煤机均配备有智能化监控 、监测 和保护系统 , 可以实现交互式人机对话 、无线电遥 控 、 工况监测及状态显示 、 数据采集存储及传输 、 故 障诊断及预警、 自动控制 、 自动调高等多种功能 ,以 保证采煤机维护量最小,利用率最高 ,并可实现与液 压支架 、 工作面输送机的信息交互和联动控制等功 能 。如安德森公司 E L 系列机型上装置 I m p a c t 集成 保护与监控系统 , E i c h h o F f 公司的 E i c h h o ff 数据汇 集技术系统 , J O Y 公司 6L S 型电牵引采煤机的 J N A 网络信息中心等 。 2. 4 电牵引系统向交流调速发展 早期的电牵引采煤机大多采用直流调速系统 。 日本 20世纪 80年代中期研制成功第 1台交流电牵 引采煤机,交流调速系统以其技术先进 、可靠性高 、 维护管理简单、价格低廉等优点, 被迅速推广应用 。 20世纪 90年代中后期研制的大功率电牵引采煤机 均采用交流变频调速牵引系统。目前, 交流电牵引 已经取代直流电牵引 。 早期的交流牵引均采用一个变频器拖动 2台牵 引电机 ,变频器对电机的性能参数难以准确检测,控 制和保护功能无法完全发挥。如今主流交流电牵引 采煤机均采用 2个变频器分别拖动 2台牵引电机的 牵引系统,使牵引的控制和保护性能更加完善 。这 种一拖一的牵引系统已经成为电牵引技术发展的又 一特点 。 2. 5 总体结构趋向模块化及多电机横向布置 横向布置方式可使各部件由单独电机驱动 ,机 械传动系统彼此独立, 可模块化设计 , 结构简单 ,装 拆方便 。美国从 1L S 开始将截割电机横向布置在摇 臂上, 至今沿用。英国从 E l e c t r a 550开始, 采用电机 横向布置。德国于 20世纪 90年代开发了横向布置 的 S L 系列电牵引采煤机 。目前国内外的电牵引采 煤机几乎都采用了横向布置方式。 2. 6 无链牵引向齿轮 - 齿轨式演变 随着牵引力的不断增大 ,销轮 - 齿轨式无链牵 引已经淘汰 ,齿轮 - 链轨式无链牵引也已使用不多 , 现在采煤机无链牵引正逐步趋向于采用齿轮 - 齿轨 式无链牵引 ,这是一种从齿轮 - 销轨式演变而来的 无链牵引结构,圆柱销被齿轨所取代 ,焊接结构改成 了整体精密铸造或锻造, 宽度增大 ,节距由 125 m m 增加到 175 m m 。 3 国内电牵引采煤机研究方向 国内电牵引采煤机代表机型在总体参数和性 能方面已接近国外先进水平 。但一些关键部件及其 总体性能 、 功能 、 适应范围等方面还有待进一步完善 和提高。尤其是在线工况监测、 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与 国外相比还有较大的差距。因而国内电牵引采煤机 的智能化程度低,设备可靠性 、 安全性和可维护性较 差, 今后国内电牵引采煤机的主要研究方向如下 1 进一步完善和提高交流变频调速牵引系统 的可靠性 。重点是完善和提高系统装置的抗振、散 热和防潮等性能。 2 研究可靠的微机电气控制系统 。重点是提 高采煤机电控系统抗干扰、 抗热效应的能力 。 3 开发或增强电控系统的监控功能 。重点是 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 频电路的漏电检测与保护技术、 摇臂自动调高系统等。 4 开发可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。 5 开发装机功率更大 、 采高更高的采煤机, 提 高煤炭产量及回采率。 6 加强提高采煤机开机率和可靠性的研究。 7 电器元件小型化的研究。由于装机功率增 大, 电动机 、 变压器 、 变频器等设备的体积也相应增 大, 为满足整机结构布置紧凑的要求,必须研究设备 小型化的技术途径 。 参考文献 [ 1] 张世洪, 何敬德, 管亚平. 电牵引采煤机的技术现状与发展趋势 [ J ] . 煤矿机电, 2000 5 . [ 2] 张全有, 薛萍. 国内外电牵引采煤机技术发展状况及应用展望 [ J ] . 煤矿开采, 2002, 17 4 . [ 3] 毛开友. 电牵引采煤机的发展[ J ] . 陕西煤炭技术, 1999 1 . [ 4] 何敬德. 国内外煤矿采掘运装备技术现状、发展对策和思考[ J ] . 煤矿机电, 2003 5 . [ 5] 刘春生, 闫晓林. 国内大功率自动化电牵引采煤机的现状和发展 [ J ] . 煤矿机电, 2003 5 . [ 6] 戴绍诚. 高产高效综合机械化采煤技术与装备 [ M ] . 北京 煤炭 工业出版社, 1998. 作者简介 谢贵君 1969 - , 山西静乐人, 1991年 7月毕业于东 北大学采矿工程专业, 现任太原矿山机器集团有限公司总经理助理、 技术中心主任、设计院院长, 在太原理工大学机械工程学院在职攻读 硕士学位, 组织和完成国家 11. 5科技支撑计划重点项目、科技攻关 项目多项, 电子信箱 w a n g y i l i a n g w y l 163. c o m , w a n g y i l i a n g w y l s i n a . c o m . 收稿日期 2008-08-27 3