代长乾

摘 要：电牵引采煤机一般采用双电动机截割、双电动机牵引的作业方式，采煤机的牵引速度是直接通过改变电动机转速实现的，采煤机中电动机速度的改变多用变频调速技术的方法，可用晶闸管可控整流一直流电动机系统调速等。本文主要研究了采煤机的电气控制的变频装置、监控装置及输入信号、端头控制器及采煤机的操作，如采煤机启动和停车、先导回路试验及输送机闭锁、摇臂升降、采煤机的牵引等。

关键词：煤矿；电牵引；采煤机；电气自动化；控制

电牵引采煤机一般采用双电动机截割、双电动机牵引的作业方式。截割电动机的单机功率在250kW左右，牵引电动机的单机功率在40kW左右。电牵引指采煤机的牵引速度是直接通过改变电动机转速实现的。电牵引采煤机中电动机速度的改变多用变频调速技术的方法，可用晶闸管可控整流一直流电动机系统调速等。

一、采煤机的结构

双滚筒电牵引采煤机，由滚筒、摇臂、牵引部、泵站箱、高压箱、主控箱、主机架等部分组成 [1]。

（一）滚筒、摇臂部

采煤机的两个截割滚筒和摇臂分别安装在机身两端。如果采用1800mm为直径的滚筒，采煤高度能达3.5m。滚筒的截割动力通过摇臂减速装置传递。摇臂与主机架采用铰接方式连接，取消了回转轴承和齿轮啮合环节。为提高采煤机的效能，增大摇臂功率，截割电动机分别装在左右摇臂的尾部。摇臂的升降由液压系统控制调高油缸的行程实现。

（二）牵引部

采煤机的两个牵引部装在机身的左右端头，并与主机架连成一体。牵引电动机运用减速装置带动链轮转动。链轮与刮板输送机上的销轨咽合，驱使采煤机在输送机上运行。为避免采煤机在停机时出现打滑，在牵引传动箱上安置由液压系统控制的制动器。左右牵引部箱体的前端设有端头控制器，在采煤机左右端头控制采煤机。

（三）泵站箱

采煤机的泵站箱安装在主控箱左侧，由电动机和液压系统组成，是为了采煤机滚筒调高提供液压动力，同时也为制动器提供控制油路。液压系统各部分动力的调节用电磁阀来控制。

（四）高压箱

高压箱安装在主控箱右侧，设有高压开关、牵引变压器、控制变压器、电流互感器等电气元件，用于采煤机电源的引入和分配。为了给高压箱内的设备提供循环风流，设置40W左右的冷却通风机一台。

（五）主控箱

主控箱安装在中部，设有变频装置、监测控制装置及变压器和控制开关等，是采煤机的控制中心，把采煤机的各种信号进行变换、分析、运算后对采煤机进行整机控制。主控箱前侧设有功能指示器和显示屏，用于显示采煤机的工作状态和运行参数。

（六）主机架

主机架为分段组合式结构。主机架有5个腔，分别放置左右牵引传动箱、泵站、主控箱和高压箱（与主机架用螺栓固定）。采煤机上的截割反力、牵引力、调高支承力和采煤机的限位，导向作用力由主机架承受。主机架具有结构简单、拆装方便、刚性强、各部件间设有动力传递等优点。

二、煤矿采煤机的电气控制

双滚筒电牵引采煤机的整机功率一般在500kW～600kW及以上，采用1140V双电缆供电，运用可编程控制器进行控制，供电系统简单、工作可靠安全。

双滚筒电牵引采煤机电气工作如图1所示，由主回路、变频装置、监控装置、控制电源等组成[2]。

图1  双滚筒电牵引采煤机电气工作原理

（一）变频装置

变频装置由牵引变压器T1输出的400V、50Hz电压供电，经变频装置后输出3-60Hz的正弦电压，用于牵引电动机的调速。

变频装置采用交—直—交的方式变换频率，先把交流电变为平稳的直流电，然后再利用逆变原理把直流电变为交流电。其单相交流电变频原理及波形如图2所示。

图2  单相交流电变频原理及波形

变频电路由整流电路和逆变电路组成。如果改变电子开关的导通和关断时间，即可得到不同频率的方波电压，实现变频。

为在负载电阻RL上得到正弦波电压，可在方波的正半周或负半周使电子开关多次通断，形成图中波形。该波形在各时间段内的平均值可近似形成正盛波其基波为正弦波，这种方式形成的正弦波即為脉宽调制波。如果按比例改变各小矩形的宽度，就能改变正弦电压的大小，能够实现变频调速。

如果把上述变频电路中的整流二极管换成晶闸管，使整流后的电压Ud可调，变频后的正弦波电压值也可通过改变Ud实现。

变频电路中的电子开关可选用大功率电力晶体管、可关断晶闸管、电力场效应管等电子元件，电子开关的通断采用计算机及其相应的程序控制。

三相交流电路的变频，由三相整流桥、三相逆变桥、计算机控制电路及相关的外围装置组成。

按照电动机变频调速原理，在电动机电源频率改变时，为保证磁通不变，必须改变电源电压的数值。在电动机减速时，变频装置输出的电源频率降低、电源电也要成比例降低。电压和频率成比例的变化可由计算机按指令和程序控制各开关元件。

（二）监控装置及输入信号

监控装置由控制机即计算机和可编程控制器及外设备、辅助设备组成。

监控装置包括中央处理器、各种存储器、接口电路、驱动电路、信号转换电路、数据总线及显示屏、输出触点等，其主要作用是把采煤机的操作信号、运行信号进行处理、变换，通过计算机对输入信号进行运算，把采煤机调整在最优工作状态。

变频装置信号。变频装置的各种信号如电路保护信号、电子开关控制信号、左牵引右牵引及增速、减速信号等，把与计算机的各种处理信号进行相互传递，保证牵引系统工作在最佳状态，及时对变频装置出现的故障发出警报。

（三）端头控制器

两个端头控制器一般设在采煤机左右，左、右端头控制器只能控制端摇臂的升降，它们能对采煤机进行主停、牵引停、左行、右行的控制。端头控制器由微型计算机（单片机）构成，采用并行输入和串行输出的工作方式和主控系统进行信号传递。

三、采煤机的操作

（一）采煤机启动和停车

首先闭合隔离开关QS1～QS5，按下启动按钮SB1，磁力启动器有电吸合，左截割电动机、油泵电动机及控制电路有电，并通过监控系统内部触点K1自保；按下启动按钮SB2，磁力启动器2QM有电吸合，右截割电动机、牵引变压器有电，并通过内部触点K2和K1自保。3台电动机分两次启动，能防止较大的启动电流的冲击。

采煤机启动时，为了使液压系统及时建立液压动力，一般应先启动油泵电动机，因此，把1QM作为主启动器首先启动。在1QM未启动时，由于触点K1未闭合，启动器2QM不能自保。若1QM启动，则2QM能顺序延时自动启动，故可由一个启动按钮顺序完成启动过程。

采煤机停车时，可按动主控箱上的停止按钮或左右端头控制器上的停止按钮。在故障状态下，监控系统可通过内部自保触点K1、K2停车。

（二）先导回路试验及输送机闭锁

在按下按钮SB4时，可检测先导回路1P、1E和2P、2E有无异常。当功能显示器上相应的绿色指示灯亮时，表明先导回路正常，采煤机可以启动；否则，采煤机送不上电。在按下采煤机上的输送机闭锁按钮SB5时，刮板输送机停车并被闭锁。

（三）摇臂升降

摇臂的升降可分别用主控箱和左右端头控制器上相应按钮进行操作。在按下按钮时，摇臂开始做相应的升降运动；松开按钮时，摇臂在此时的高度工作。

（四）采煤机的牵引

在采煤机送电后按下牵电按钮SB11，监控系统使接触器KM1吸合，变频装置有电。牵引操作时，可通过主控箱或左右端头控制器上相应的按钮进行。

左牵引操作时按下左行按钮不放，采煤机开始左牵引并加速，当松开左行按钮时，采煤机在此速度下左行。如果需要采煤机减速时，可按下右行按钮，采煤机开始减速，松开右行按钮时，减速停止。如果按住右行按钮不放，左牵引速度会降为零。在采煤机需要改变牵引方向时，必须先按下牵停按钮，然后再按方向按钮，这时，采煤机才能改变牵引方向。

在变频装置需要断电时，要先按下牵停按钮SB12不放，再按下牵电按钮SB11，此时接触器KM1断电释放，变频装置失电[3]。

（五）除湿系统操作

在采煤机长时停机使其内部出现潮气时，可采用手动方式除湿，即先按下牵停按钮SB12不放，再按下除湿停止按钮SB19，除湿装置启动。要先放开除湿停止按钮，再放开牵停按钮。除湿系统断电时，按下除湿停止按钮。

（六）采煤机的显示

采煤机主控箱上的液晶显示屏下端有3个操作按键，分别用于显示屏上光标的移动和菜单命令的执行。三键配合，实现监控系统的人机对话。

一是屏幕显示。采煤机送电后，液晶显示屏的左右两侧各有一排从上到下的发光块，左边表示操作信号，右边表示执行信号。如操作左摇臂上升时，按下左升按钮，屏幕左边相应的发光块闪烁，表明左升操作成功，监控系统已接收到信号。此后右边对应的发光块也亮，表示控制信号已发出。在系统正常情况下，采煤机左摇臂上升。

在显示屏中部，可设置显示采煤机型号、当前时间、采煤机累计运行时间及制造厂家名称。在显示屏的下面是返回功能操作块。

二是内容显示。用光标移动按键把光标移到返回功能块上，按下执行键，屏幕上出现选屏菜单。菜单内容有截割电动机、牵引电动机、油泵电动机、瓦斯检测、牵引系统等运行参数、曲线显示和故障内容显示、保护参数、极限参数、运行参数等设置。

若查看截割电动机运行参数，先把光标移到截割电动机运行参数块上，然后按下执行键，屏幕显示左右截割电动机的电流数值、电动机绕组温度等内容。

三是曲線显示。在选屏菜单状态下把光标移到曲线显示块上，按执行键，屏幕上出现曲线显示菜单，再把光标移到要显示的内容名称上，按执行键即可显示相应的曲线。如果查看左截割电动机运行曲线，先把光标移到左截割电动机曲线菜单上，按执行键，屏幕上出现左截割电动机的电流曲线、电压运行曲线、温度曲线等选项块，再把光标移到相应的选项块上，按执行键就能显示相应的曲线。

四是参数设置。在选屏菜单状态下把光标移到相应的参数设置块上，按执行键，屏幕显示参数设置菜单，再选相应的参数。

结束语

电牵引采煤机中电动机速度的改变多用变频调速技术的方法，可用晶闸管可控整流一直流电动机系统调速。采煤机电气工作由主回路、变频装置、监控装置、控制电源等组成。变频装置采用交—直—交的方式变换频率，先把交流电变为平稳的直流电，然后再利用逆变原理把直流电变为交流电。三相交流电路的变频，由三相整流桥、三相逆变桥、计算机控制电路及相关的外围装置组成。变频装置的各种信号如电路保护信号、电子开关控制信号、左牵引右牵引及增速、减速信号等，把与计算机的各种处理信号进行相互传递，保证牵引系统工作在最佳状态。

参考文献：

[1]查丁杰，王永祥.采掘机械使用与维护[M].徐州：中国矿业大学出版社，2009.

[2]苏月.煤矿机电设备技术管理[M].北京：化学工业出版社，2015.

[3]张梅桂.煤矿机电设备管理[M].北京：煤炭工业出版社，2017.