电牵引采煤机的技术现状和发展趋势_.pdf

电牵引采煤机的技术现状和发展趋势_.pdf

《电牵引采煤机的技术现状和发展趋势_.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电牵引采煤机的技术现状和发展趋势_.pdf（6页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

?

40?

煤矿机电2000年第5期承2000030000h,电机绝缘寿命44000h,滚筒采煤64万t。

采煤机大修周期为2年,出煤量300500万t。

综采工作面采煤机一般都装有自动监控、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。

我国采煤机齿轮、轴承、滚筒、电机等主要元部件的设计寿命均低于国外水平。

采煤机大部分不具备监控、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150200万t煤而不大修,实际上与要求还有距离。

我国即将加入WTO,对采煤机制造行业既是挑战,又是机遇。

为此,必须积极推进技术创新,尽快建立ISO9001质量认证体系,严格管理,实现采煤机质量管理与国际惯例接轨,为煤矿提供具有当代最新技术特点和高可靠性的采煤机。

作者简介:

芮冰（1939-）,男,研究员。

1964年毕业于中国矿业大学,原煤炭科学研究总院上海分院采煤机械研究所所长,曾获国家科技进步三等奖1项,原煤炭工业部科技进步一等奖2项,发表论文6篇。

（收稿日期:

2000-07-29）1概述70年代中期,德国Eickhoff公司和美国JOY公司相继研制出最早的直流电牵引采煤机。

此后,世界上各主要采煤机研究制造公司均对电牵引采煤机进行了大量的研究开发。

80年代后期涌现了大量电牵引采煤机机型,并出现了交流电牵引采煤机。

90年代,随着现代科学技术的飞速发展,开发出集电子电力、微电子、信息管理以及计算机智能技术于一体的大功率电牵引采煤机。

如美国JOY公司的LS系列,英国Long-Airdox公司的AndersonElectra、AndersonEL系列,德国Eick-hoff公司的EDW系列、SL系列,日本三井三池制作所的MCLE-DR系列等电牵引采煤机。

电牵引采煤机以其性能参数优、可靠性高、自动化程度高、操作方便、控制灵敏、监控保护及检测功能完善和经济效益好等众多优点在国际上被迅速推广使用。

我国从80年代后期开始研究交流电牵引采煤机,90年代初期研制成功样机。

近10年的攻关研究主要集中在交流电牵引采煤机的系列设计、控制系统及控制功能的开发。

开发的系列交流电牵引采煤机,已在国内煤矿逐步推广使用,取得了比较明显的社会经济效益。

2国外主要公司电牵引采煤机的发展状况

（1）德国Eickhoff公司自1976年研制成功直流电牵引采煤机后,基本停止了液压牵引采煤机的开发研究,陆续开发了多种形式电牵引采煤机:

有截割电机纵向布置的EDW-450/1100-L型采煤机;用于薄煤层开采的EDW-300-LN型采煤机;ESA-300-L型短机身直流电牵引采煤机等。

90年代开发的SL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SL500型电电牵引采煤机的技术现状和发展趋势张世洪,何敬德,管亚平（煤炭科学研究总院上海分院,上海200030）摘要:

本文从国内外电牵引采煤机的发展过程和技术现状出发,讨论和分析了国内外电牵引采煤机的技术特点和发展趋势,以及国内电牵引技术的差距,提出了国内电牵引采煤机的研究内容。

关键词:

电牵引;采煤机;技术现状;发展趋势中图分类号:

TD421.6;TM922文献标识码:

A文章编号:

1001-0874（2000）05-0040-062000年第5期煤矿机电?

41?

牵引采煤机装机功率可达1580kW,最大牵引力998kN。

1999年10月展出的新型SL300型电牵引采煤机,截割功率2?

420kW,牵引功率增大到2?

80kW,最大牵引速度高达54.5m/min,总装机功率1018kW,采用双变频器一拖一系统,可实现再生制动,用于倾斜煤层开采,控制系统具有交互式人机对话、设备健康预报、在线控制、数据传输等功能。

（2）英国Long-Airdox公司英国Anderson公司自1984年研制成功第一台将截割电机布置在摇臂上的多电机横向布置的Electra550型直流电牵引采煤机后,在其基础上加大功率,又研制成Electra1000型直流电牵引采煤机。

90年代,Long-Airdox公司在Electra系列机型基础上,加大功率,改进控制系统,开发了EL系列交流电牵引采煤机,主要机型有:

EL1500C型、EL1000型、EL600型、以及装机功率达1760kW（截割功率2?

600kW,牵引功率2?

100kW,牵引速度45m/min）的EL3000型。

在EL系列机型上装置的Impact集成保护及监控系统,具有负荷控制、全面的机器监控、采煤机自动定位、自动调高、区域控制、智能化安全连锁、随机故障诊断、数据传输等功能。

（3）美国JOY公司70年代研制成功1LS多电机横向布置直流电牵引采煤机后,又陆续研制了2LS-6LS型等多种多电机横向布置直流电牵引采煤机。

90年代在4LS、6LS机型的基础上又开发了6LS5型、7LS系列交流电牵引采煤机,其中最新的7LS5采煤机总装机功率高达1940kW,截割功率2?

650kW（或2?

750kW）,双级行星减速,输出转速33到43r/min;牵引功率2?

110kW,牵引电机电压从400V提高到575V;牵引速度30m/min;牵引力82t,采用JOYUltratrac2000型强力销轨无链牵引系统,加大销轨节距（175mm）和宽度,并采用锻造销排;装备了与6LS5型通用的JNA（JOY网络结构）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、牵引控制和保护等先进功能。

（4）日本三井三池制作所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交流电牵引采煤机,主要有:

MCLE400-DR6868型;MCLE500-DR101101型;MCLE600-DR102102型采煤机,其中DR102102型采煤机主电机功率600kW,牵引电机2?

40kW,牵引速度15m/min,牵引力588kN,截深可达1200mm。

近几年又开发了截割电机横向布置的多电机驱动交流电牵引采煤机。

上述机型均装置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,具有无线电遥控,并可装红外线发射器操纵液压支架。

（5）波兰KOMAG采矿机械化研究中心波兰在与中国合作研制成功了总装机功率344kW的KSE-344型薄煤层交流电牵引采煤机的基础上,陆续开发了用于薄煤层的KSE-360型,用于中厚煤层的KSE-700型、KSE-800RW/2BP型和KSE-535S/2BP型等交流电牵引采煤机。

采煤机供电电压基本上采用1000V,能监测电机负荷和主要装置的温度,截深由原来的630mm提高到8001000mm。

新研制的KSE1000型采煤机,将供电电压一步提高到6000V。

（6）俄罗斯（前苏联）前苏联70年代研制出了K128?

直流电牵引采煤机后,又相继研制成功多种直流电牵引采煤机,90年代开发了?

-88?

型等交流电牵引采煤机。

总体来看,俄罗斯的电牵引采煤机功率较小,直流牵引,性能参数较低。

3国外部分先进电牵引采煤机的主要性能参数国外电牵引采煤机的总体结构有电机横向布置和纵向布置两种,牵引调速方式有直流调速和交流调速两种。

代表各国电牵引采煤机水平的主要机型的性能参数见表1、表2。

表1截割电机纵向布置电牵引采煤机的主要技术特征型号EDW380/400-LEDW450/1100-LDR101101DR102102装机功率（kW）880/8401180/1080574680截割功率（kW）400?

2/380?

2550?

2/500?

2500600牵引功率（kW）AC40?

2DC40?

2AC37?

2AC40?

2牵引力（kN）523/310571/357588/353588/392牵引速度（m/min）8.3/147.6/12.110/1510/15供电电压（V）2300/3300/4160/50002300/3300/4160/50002300/33002300/3300牵引调速方式交流直流交流交流滚筒截深（mm）7501000850100070010007001000滚筒转速（r/min）32232525产品厂商（日本）德国三井三池Eickhoff公司?

42?

煤矿机电2000年第5期表2截割电机横向布置电牵引采煤机的主要技术特征4国外电牵引采煤机技术特点及发展趋势

（1）装机功率增大,性能参数大幅提高为了满足高产高效综采工作面快速割煤提高生产能力的需要,不论是厚、中厚和薄煤层电牵引采煤机,其装机功率（包括截割功率和牵引功率）和主要性能参数大幅提高。

1）单台截割电机功率均在400kW以上。

多数现代采煤机单台截割电机功率已达到600kW,最新的7LS5采煤机单台截割功率高达650kW。

SL500已配置了750kW摇臂。

2）牵引功率均在80kW以上,新机型已成倍提高。

最大达220kW。

3）总装机功率普遍超过1000kW。

最大高达1940kW。

4）牵引速度、牵引力也大幅提高。

目前大功率电牵引采煤机的牵引速度普遍达到1525m/min,牵引力500kN以上。

最大牵引速度高达54.5m/min。

最大牵引力达到998kN。

5）截割功率的增大,支架随机支护的实现,为加大滚筒截深创造了条件。

10年前滚筒的截深大多是630mm至700mm,而今已普遍采用10001200mm截深,个别已采用1500mm截深。

6）为提高采煤机的可靠性和可利用率,在传动设计方面齿轮设计寿命提高到20000h以上,轴承寿命提高到30000h以上,并还在不断提高。

（2）普遍采用中高压供电80年代以来,由于装机功率大幅度提高以及工作面的不断加长,整个工作面容量超过5000kW,工作面长度达到300m。

为减少输电线路损耗,提高供电质量和电机性能,新一代大功率电牵引采煤机几乎都采用中高压供电。

主要供电等级有2300V、3300V、4160V和5000V等。

（3）监控保护系统的智能化现代电牵引采煤机均具有建立在微处理机基础上的智能化监控、监测和保护系统,可实现交互式人机对话、远近控制、无线电遥控、工况监测及状态显示、数据采集存储及传输、健康（故障）诊断及预警、自动控制、自动调高等多种功能,以保证采煤机最低的维护量和最高的利用率;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。

英国Long-Airdox公司在EL系列机型上装置的Im-pact集成保护及监控系统;德国Eickhoff公司的Eickhoff-数据汇集技术系统;美国JOY公司6LS型电牵引采煤机的JNA网络信息中心等。

监控保护系统的智能化主要功能可归结为:

1）负载控制:

通过截割电机电流的精确监测,调整采煤机的牵引速度,使采煤机在不同工况下以最优化的参数进行工作,从而保证传动系统不易受持续冲击影响。

2）工作面定位控制:

可以识别采煤机在工作面的位置,在机头、机尾可自动减速和停止,与支架配合实现自动随机移架,并可检查支架是否正确支护。

3）与工作面输送机联机的负荷控制:

通过输送机的负荷监测来调节采煤机的采煤量,使采煤机和输送机的生产能力完全相匹配,既提高输送机的可靠性,又充分发挥工作面的生产能力。

4）自动调高控制:

采煤机每移动1m就可精确地测量截割高度和角度10次,通过自动算法与存储数据进行比较校正,迅速对采煤机进行最优化的水平调整。

该控制可最大地减小底板的截割台阶,实现平滑过渡,加快工作面设备的推进速度,提高设备的使用寿命,使操作人员能尽量避开粉尘。

5）运行状态监控和显示:

采煤机的数据采集系统可采集大量各类机器参数,如:

输入电压;电机电流,轴承、绕组和冷却水温度;控制电源;润滑油温度、消耗;液压系统油位、压力、温度;冷却和喷雾降尘水量/水压;机器速度、方向;摇臂的操作角度;过载保护监控等。

6）数据传输、顺槽控制及地面监控:

采煤机上的双向调制解调器可通过双芯拖移电缆输送到顺槽调制解调器,再通过双向通讯线路传送到地面调制解调器及协议控制器。

传送的数据经过地面监控软型号EL30007LS5SL300MitsuiMulti-MotorSL500装机功率（kW）1760194010188451580截割功率（kW）600?

2750?

2420?

2375?

2500?

2牵引功率（kW）AC100?

2AC110?

2AC80?

2AC40?

2AC60?

2牵引力（kN）820450588/392998牵引速度（m/min）453054.528供电电压（V）33004160330033005000牵引调速方式交流交流交流交流交流滚筒截深（mm）767102068610208001000760100010001200滚筒转速（m/min）2533302525产品厂商（英国）Long-Airdox公司（美国）Joy公司（德国）Eickhoff公司（日本）三井三池株式会社（德国）Eickhoff公司2000年第5期煤矿机电?

43?

件包格式化,以图形和表格形式显示,尤如在采煤机上所见一样。

7）专家系统和故障诊断:

已有的专家评定系统可以把来自监控、性能检测和运行参数的任何数据和信息与以往机器维护、使用的情况相比较,从而对机器的健康运行进行诊断。

也可对特定错误和推荐方案提供风险评估。

（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。

自日本80年代中期研制成功第一台交流电牵引采煤机以来,特别是进入90年代,随着交流调速技术和装置的飞速发展,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,近几年被迅速推广使用。

美国、德国、英国、法国、波兰和俄罗斯等都先后研制成功交流电牵引采煤机。

90年代中后期研制的大功率电牵引采煤机均采用交流调速系统,正逐步替代直流调速,成为今后电牵引采煤机的发展方向。

从变频器对电机的拖动方式来看,多数交流电牵引采煤机均采用一个变频器拖动两台牵引电机的方式,变频器对电机的性能参数难以准确检测,控制和保护性能无法完全发挥。

德国开发的SL300型采煤机,采用了两台牵引电机由两个变频器分别拖动的方式,使牵引系统的控制和保护性能更加完善。

这种一拖一的牵引系统也正被逐步采用,成为电牵引技术发展的又一个特点。

（5）总体结构趋向模块化多电机横向布置美国从1LS开始将截割电动机横向布置在摇臂上,至今一直沿用这种结构方式。

英国从Elec-tra550型开始,和以后的Electra1000型、EL系列电牵引采煤机均采用这种方式。

德国进入90年代,也开发了横向布置的SL系列电牵引采煤机。

波兰的电牵引采煤机基本全部采用横向布置方式。

由于这种布置方式可使各部件由单独电动机驱动,机械传动系统彼此独立,可模块式设计,结构简单,装拆方便,深受用户欢迎。

（6）电牵引采煤机已成为开采煤炭的主导机型从开发研制方面看,世界各主要采煤机厂商于80年代中、后期都已把工作重点转向开发电牵引采煤机。

从推广使用情况看,美国长壁工作面中电牵引采煤机用量已达100%,德国占56%,澳大利亚占52%。

而且,近几年综采工作面的高产高效记录都是由电牵引采煤机所创造。

5国内电牵引采煤机的研制状况

（1）煤科总院上海分院1991年煤科总院上海分院与波兰科玛克合作,率先研制成功国内第一台交流变频调速的MG344-PWD型薄煤层强力爬底板采煤机,随后,利用研制成功的交流变频调速技术对MG300和AM500液压牵引采煤机进行了改造,改制成功MG300/680-WD型和MG375/830-WD型两种交流电牵引采煤机;同时,在国内首先开发研制成功了截割电机横向布置的MG200/500-WD型和MG250/600-WD型、MG300/700-WD型、MG400/920-WD型、MG450/1020-WD型等中厚煤层交流电牵引采煤机,以及用于较薄煤层的MG200/450-BWD型、MG250/550-WD型、MG250/600-AWD型等交流电牵引采煤机,分别用于淮南、徐州、大同和晋城矿务局。

至今,煤科总院上海分院开发的电牵引采煤机已基本形成系列,有13种机型,功率4501020kW,采高10004600mm。

代表机型MG450/1020-WD型电牵引采煤机装机功率达到1020kW,截割功率2?

450kW,牵引功率2?

50kW,牵引力700kN,滚筒截深可达1000mm,在国内最大。

开发的全中文界面的PLC控制系统可以配置各种机型,可实现无线电遥控、端头站控制、电控箱面板控制和变频器箱面板直接控制,电机的温度监测和热保护,功率监测、恒功率控制和过载保护,牵引电机的电流监测和负荷控制,中文显示运行状态、故障跟踪记忆、开机提示。

（2）西安煤矿机械制造厂西安煤矿机械制造厂1995年在原MXA-300/3.5型液压牵引采煤机基础上,配以Eickhoff公司的EE-40型直流电牵引部和电控箱改装而成第一台MXB-380E/3.5型直流电牵引采煤机,总体结构保留原纵向布置方式。

在此基础上,同样采用EE-40型直流电牵引部和电控箱开发了单电机400kW,纵向布置的总装机功率480kW的MXB-480型和双电机总装机功率880kW的MXB-880型直流电牵引采煤机。

具有恒功率、恒扭矩自动调速、过载保护、计算机故障诊断、显示等功能。

目前正准备开发交流电牵引采煤机和薄煤层电牵引采煤机。

?

44?

煤矿机电2000年第5期（3）太原矿山机器厂在与煤科总院上海分院合作将AM500液压牵引采煤机改造成MG375/830-WD型交流电牵引采煤机后,与兖州矿务局合作,在引进英国Elec-tra1000型直流电牵引采煤机技术基础上研制了MGTY400/900-3.3D型交流电牵引采煤机。

同时开发了MG250/600-1.14D型交流电牵引采煤机。

采用CPU作为控制核心,具有运行参数中文显示、故障诊断记忆及保护等功能。

（4）鸡西煤矿机械制造厂在与煤科总院上海分院合作将MG2?

300-W型液压牵引采煤机改造成MG300/680-WD型交流电牵引采煤机后,研制了MG200/463型、MG400/985型交流电牵引采煤机。

具有运行参数显示、故障记忆及保护等功能。

（5）无锡采煤机械厂与北京合作采用开关磁阻电动机开发了电牵引采煤机,该机正处于试制阶段。

（6）辽源煤矿机械制造厂在与煤科总院上海分院合作生产MG344-PWD型薄煤层强力爬底板电牵引采煤机后,1994年开发了MG350-PWD型交流电牵引采煤机,1998年与邢台矿务局合作开发了电磁滑差调速采煤机。

6国内代表机型的主要技术参数国内主要研制单位开发的代表机型主要技术参数如表3所示。

表3代表机型主要技术参数表7国内电牵引采煤机的推广和使用国内各主要采煤机制造厂电牵引采煤机生产情况见表4。

表4电牵引采煤机生产台数统计表注:

截止2000年2月目前国内使用的采煤机绝大部分是液压牵引采煤机,但技术性能局限已非常明显,难以满足煤矿高产高效生产需要,急需在性能参数上有较大提高。

电牵引采煤机以其先进的结构和性能在国外已得到普遍使用。

引进和国内研制的电牵引采煤机的生产水平也充分证明了电牵引采煤机比液压牵引采煤机在技术性能和使用维护等多方面有非常明显的优势。

国内煤矿行业也已明确认识到电牵引采煤机是今后采煤机技术的发展方向,正积极规划实施从液压牵引采煤机向电牵引过渡,更新换代。

据统计,1998年我国国有重点煤矿机采工作面573个,拥有约520台采煤机,当年更新采煤机131台。

电牵引采煤机所占比例还很低。

面对我国众多煤矿采煤机的更新换代,电牵引采煤机具有良好的国内市场,并可大量替代进口产品。

8国内电牵引采煤机的技术特点及趋势

（1）电牵引采煤机已成为国内采煤机的研究重点国内从90年代初已逐步停止研究开发液压牵引采煤机,将研究重点转向电牵引采煤机;通过交流、直流电牵引采煤机的对比研究,已基本确定以交流变频调速电牵引采煤机为今后电牵引采煤机的发展方向。

电牵引替代液压牵引,交流调速代替直流调速已成为国内采煤机的发展方向。

（2）装机功率不断增加为了满足高产高效综采工作面快速割煤对采煤机的高强度、高性能需要,不论是厚、中厚煤层还是薄煤层采煤机,其装机功率（包括截割功率和牵引功率）均在不断加大,最大已达1020kW,其中,截割电机功率达450kW,牵引电机功率达2?

50kW。

型号MG450/1020-WDMGTY400/900MG400/920-WDMXB-880装机总功（kW）1020900920880截割功率（kW）450?

2400?

2400?

2400?

2牵引功率（kW）AC50?

2AC40?

2AC50?

2DC40?

2泵站功率（kW）20202060牵引力（kN）700/420500/300685/406577/360牵引速度（m/min）7.35/12.39/157.12/127.5/12供电电压（V）3300330033001140牵引调速方式交流交流交流直流滚筒截深（mm）6301000800800800滚筒转速（m/min）28.532.72928.4产品厂商煤科总院上海分院太矿厂鸡西煤机厂西安煤机厂台数（%）台数（%）台数（%）煤科总院上海分院2561.0002549.0太原矿山机械厂1024.4001019.6西安煤矿机械厂00101001019.6鸡西煤矿机械厂37.30035.9辽源煤矿机械厂37.30035.9合计41100.01010051100单位交流电牵引直流电牵引合计2000年第5期煤矿机电?

45?

（3）牵引速度和牵引力不断增大电牵引采煤机最大牵引速度已达14.5m/min,牵引力已普遍增大到450600kN。

（4）电机横向布置总体结构发展迅速近年来,我国基本停止了截割电机纵向布置采煤机的研制,新研制的采煤机中已广泛采用了多电机驱动横向布置的总体结构。

（5）进一步发展中高压供电系统随着采煤机装机功率和截割电机功率的大幅度提高,为减少输电线路损耗,提高供电质量和电机工作性能,在中高电压供电系统及设备研究方面进行了大量工作,1000kW左右的电牵引采煤机已采用3300V供电系统及设备。

（6）控制系统日趋完善采煤机电气控制功能逐步齐全,可靠性不断提高,在通用性,互换性和集成化等方面已有较大进步;开发了可靠的防爆全中文界面的PLC控制系统,实现了运行状态的监控、监测功能,以及故障记忆和诊断功能;研制成功井下无线电离机控制并得到推广使用。

（7）滚筒截深不断增大目前已由630mm增至800mm,预计今后可能增至1000mm;（8）采煤机的可靠性将成为国产采煤机越来越重要的性能指标随着高产高效矿井的建设和发展,要求采煤工作面逐步达到日产700010000t水平。

采煤机及其系统的可靠性将成为影响矿井原煤产量的关键因素越来越受到重视,成为中国采煤机越来越重要的综合性能指标。

9今后国内电牵引采煤机的研究目标与目前国外最先进的电牵引采煤机相比,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、适应范围还急待完善和提高,尤其是在线监测、故障诊断及预报、信号传输与采煤机自动控制、传感器件等智能化技术与国外相比差距甚远。

根据我国煤炭生产要求和采煤机技术发展趋势,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:

（1）进一步完善和提高交流变频调速系统的可靠性。

重点完善和提高系统装置的抗震、散热和防潮等性能。

（2）研究可靠的微机电气控制系统。

重点提高采煤机电控系统的抗干扰、抗热效应的能力。

（3）开发或增强电控