电牵引采煤机的应用技术现状与发展趋势

严周民

摘 要：随着中国社会经济的迅猛崛起和科学技术的不断进步，为煤炭的开采奠定了坚实的物质和技术基础，煤炭开采设备亦获得的长足的发展。在煤矿开采的过程中，电牵引采煤机作为煤矿开采所使用的重要设备之一，对实现煤矿的顺利开采和作业安全具有重要的作用。近年来，我国电牵引采煤机有了长足的进步和发展，但是与发达国家相比依然存在不足。电牵引采煤机的研究和使用，应不断进行技术补充和完善，提高电牵引采煤机的整体水平。基于此，本文试图对电牵引采煤机的应用技术现状与发展趋势进行分析，以期为相关技术人员提供一定参考。

关键词：电牵引采煤机；技术；现状；发展趋势

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.051

0 引言

电牵引采煤机作为煤炭开采常用设备，调速方便，牵引速度大，可靠性强，已逐渐成为煤矿开采的主流设备。为了满足高产高效现代化矿井开采的需要，把脉电牵引采煤机发展趋势，加强其技术研究，发挥其技术水平，促进煤炭开采的可持续发展很有必要。

1 电牵引采煤机工作原理及牵引方式

采煤机是综合机械化采煤工作面主要工作设备，担负落煤和装煤任务。滚筒式的采煤机主要由截割部、牵引部、电动机及辅助装置组成。按牵引方式分为链牵引式和无链牵引式；按牵引部传动方式分为机械牵引式、液压牵引式和电牵引式式。机械牵引式因不能实现无极调速，满足不了采煤工作工况变化的要求而很少应用；液压牵引式虽可实现无极调速，变速、换向、停机等操作方便，保护齐全，易实现自动控制和操作，但因传递能量的介质油液，易受工作环境杂质污染而引起液压元件损坏导致系统故障率高且难以排除，采煤机停机时间长，矿井难以实现高产高效，故而液压牵引式采煤机近几年研制发展停滞；电牵引式通过直接改变转子转速和转向实现采煤机牵引速度的改变和牵引方向的改变，其牵引部机械传动系统简单，机械结构简化，采煤机机械故障率大幅降低。

电牵引采煤机共有4种牵引方式：（1）直流电机牵引。（2）交流变频调速电牵引。（3）感应电机与电磁滑差离合器电牵引。（4）开关磁阻电机调速电牵引。前两种牵引方式最为普遍，后两种电牵引方式目前应用很少。

1.1 直流电牵引采煤机调速原理

由电工学可知，他激直流电动机转速和扭矩公式为，转子转速 ，电动机输出扭矩式中， U为电枢电压，n为电动机转速，M为电动机输出扭矩。通过晶闸管控制触发电路，改变电枢电压或激磁电压（磁通量Φ）的大小和方向，就可以调节电动机的转向和转速，从而改变采煤机的牵引速度和牽引方向。在0～ne（为电动机额定转速）转速范围内采用电枢电压调速，即保持磁通量不变，通过改变电枢电压实现调速，此时电动机扭矩保持不变，实现恒扭矩调速。在ne ～nmax （nmax为电动机最大转速）转速范围内采用电磁通调速，即保持电枢电压不变，通过改变磁通量实现调速，电动机功率保持不变，实现恒功率调速。

1.2 交流电牵引采煤机调速原理

交流异步电动机转速公式为 ，式中n为电动机转子实际转速，p磁极对数，s电动机转差率，f电源工作频率。由转速公式可知，通过改变磁极对数、转差率和频率的方法都能实现对异步电动机的调速。比较而言，只要平滑改变频率最容易实现电机无极调速，从而达到实现采煤机牵引速度的无极调节。

1.3 采煤机牵引方式

采煤机牵引方式有有链式和无链式。有链牵引因存在断链危险和割煤脉动现象只能用在生产能力有限的普采工作面中，不适应高产高效现代化矿井生产的需求而淘汰。按照牵引机构的不同无链牵引式主要有齿轮-销轨型、销轮-齿轨型、链轮-链轨型、复合齿轮-齿轨型。目前用的较多是齿轮-销轨型和复合齿轮-齿轨型。

2 电牵引采煤机技术特征

2.1 电牵引采煤机工作效率增强，性能参数进一步提高

采煤机总装机功率超过1000kW。如SL1000型采煤机，其总装机功率已经超过2600kW，牵引功率为80kW，最大牵引力高达300kN。大部分的单台电牵引采煤机功率需大于400kW，更甚者超过600kW功率。与以往采煤机对比可知，电牵引采煤机在牵引速度以及牵引力均明显高于传统采煤机。根据采煤机生产率公式Q=60HBVρ可知，要满足高产、高效需求，提升采煤机牵引速度最为直接。牵引部功率的加大为采煤机在大倾角下开采提供了足够的牵引力，同时为加大滚筒截深，进一步增加产能成为可能。

2.2 电牵引采煤机的供电方式必须是中高压供电

电牵引采煤机通常采用3300V电压，在供电过程中，一般利用单电缆完成供电，因单电缆具有使用便捷的优势。在煤层面开采过程中，可随意对单电缆进行移动，从而有效的降低电缆故障概率，方便采机移动和搬家。为适应高产高效现代化矿井的要求，一方面是加大工作面长度，有的甚至加大到350m，这样减少采煤机频繁变化牵引方向的辅助作业时间，提高了煤机有效作业时间；另一方面通过扩大电牵引装机功率，提高采机单位时间的生产率。装机功率的提高对电源质量要求也随之增高。从电工学原理可知，输电线路的输电损耗和电压的平方成反比，和频率成正比，即电压越高，损耗越小，为了保证电牵引采煤机能够取得有效的电机性能，需科学的把控输电线路电能损耗，通常利用中高压完成供电。

2.3 电牵引采煤机监控保护智能化

现代电牵引采煤机具有建立在计算机处理基础上的智能化监测、监控和保护系统。在控制系统中，最为关键的环节为控制器与变频器；监测系统是用于对电牵引采煤机工作状况给予全方位的监控。现阶段，电牵引采煤机已经向智能化方向发展，已经实现了工程监测、状态显示、数据采集、储存及传输、故障诊断及预警自动控制、自动滚筒调高等多种功能，以保证电牵引采煤机最低维修量和最高利用率。智能化设备的运用，进一步提升了采煤工作效果的同时，增强了采煤机功能的最大化发挥，降低设备维护成本。同时，电牵引采煤机实现了与液压支架、工作面输送等配套相关设备的联动控制及信息交互功能。

3 国内电牵引采煤机的技术现状

现阶段，我国大部分的液压牵引采煤机装机功率小，牵引速度低（最大只有9.6m/min）；现场使用时，受环境杂质影响，液压牵引系统漏油失压，故障率大且难于排除；两次能量转化，传递效率低等这些技术的制约，不能满足高效、高产的煤矿开采需求。而电牵引采煤机用电动机直接传递动力至行走机构的齿轮与刮板运输机敷设的齿轨啮合，实现采煤机的牵引，牵引速度大，调速方便，装机功率大，效率高，故障率低，结构简单等诸多的优势，尤其在维护和技术性能的优势较为显著，符合了高产高效现代化矿井的需求，是现阶段采煤设备技术升级发展趋势。

4 电牵引采煤机的发展趋势

4.1 向多电机横向布置和电气模块化发展

单电机驱动的采煤机，截割部、牵引部及辅助泵站的动力都由此电机供给，传动机构复杂，发生故障几率大，纵向布置的电机向滚筒传递动力时，需要一对锥齿轮啮合，传递效率低，易损坏。多电机驱动机械传动系统彼此独立，部件之间无机械传动，取消了锥齿轮传动副和复杂的通轴，机械结构简单，拆装方便。

现阶段随着电控技术的发展，控制电器功能的逐步齐全，数字技术的应用以及电气控制装置可靠性的提高，电牵引采煤机的电气装置设计成结构更为简便，通用性、互换性和集成性更好，组装、拆卸、维修更为方便的模块化已成为可能。

4.2 无链牵到齿轮-齿轨模式发展

大倾角、大采高、硬煤质煤层的开采以及高产高效的要求决定着采煤机牵引力会越来越大，为适应大牵引力的要求，销轮-销轨式的牵引机构因其结构不合理，已不能承受大的牵引力，现阶段在采煤机当中的应用已经少之又少，有逐渐被淘汰得趋势。而电牵引采煤机的无链牵有向齿轮-齿轨方式进行发展的趋势。在无链牵引结构体系当中，齿轨代替了传统的销轨式圆柱销，整体精密的锻造替代了传统的焊接结构，不断扩大的齿轨宽度可保证传递质量，节距的不断增多（高达175mm）有利于牽引速度的提高。

4.3 智能化、自动化方向发展

电牵引采煤机在发达国家已经得到了较为深入的研究和利用，并实现了电牵引采煤机的自动化和智能化控制。由于我国经济的发展和煤炭资源利用程度的加深，电牵引采煤机将会逐渐取代液压牵引采煤机。充分发挥电牵引采煤机的巨大优势，需积极的引进国外先进的电牵引采煤机技术，增强对采煤机智能化和自动化的认识、研究和完善，实现电牵引采煤机控制系统的自动化和智能化。研究采煤机作业的自动化，加强对采煤机计算机控制系统的研究，利用人工智能技术，使其能够在工作中进行自动化识别和自动报警检修等技术更新都是电牵引采煤机研究、发展趋势。

5 结束语

综上所述，伴随着我国社会科技的迅猛发展，满足高产高效要求，采煤机其装机功率不断增大，电牵引采煤机的应用在很大程度提升了煤炭开采工作效率。为了保证煤炭行业的可持续发展，需加强电牵引采煤机技术创新，加大投入力度，更好的促进电牵引采煤机的整体质量，更好的发挥其自身价值。

参考文献：

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