变频电机一体技术在运输系统的研究范文

摘要：本文在分析变频一体机结构和工作原理的基础上，通过系统诊断、现场写实等有效做法，分析大采高中厚煤层综采工作面煤流系统及设备痛点，积极进行系统优化和装备升级改造，将智能变频技术应用于综采煤流运输系统中，从根本上突破了制约矿井高产高效“瓶颈”，结果表明应用效果良好，具有很强的推广价值。

关键词：大采高综采工作面；顺槽带式输送机；变频一体机

1概况

现有4110综采工作面，综采工作面装备有MG900/2210-GWD型采煤机，SGZ1200/2×700型刮板输运机和SZZ1350/700型转载机，顺槽带式输送机为DSJ120/150-4×315型可伸缩皮带，支架采用ZY11000/28/63D型大采高支架119架。

2顺槽带式输送机运行现状及问题

4110综采工作面顺槽带式输送机，2016年10月之前采用4台电光防爆QJR-400型软启动器+315kW电机+减速箱驱动方案，由2台1250KVA变压器供电。（每台1250KVA变压器供2台315kW电机）该套驱动方案起动时电气冲击载荷大，起动电流为电机额定电流的4-6倍，变压器因起动容量不足造成频繁过载跳闸，同时频繁起动引起电机过热，造成电机绝缘下降烧毁绕组；由于电光防爆QJR-400型软启动器没有功率平衡功能，因驱动滚筒直径偏差造成多台电机运行电流和转矩相差大，功率严重不平衡，影响了电机可靠运行。该套驱动方案起动时因多台电机需错时起动不能同步，造成驱动滚筒之间受力不均，出现皮带打滑冒烟现象，包胶磨损严重；剧烈的起动载荷反复冲击皮带扣、减速箱、各个滚筒轴承等关键部位，经常发生滚筒轴承损坏、减速箱打齿和断带现象，每次断带需10多人耗时近4个小时才能恢复，材料费用明显增加。特别是采煤工作面胶带顺槽沿煤层起伏波动多，每次缩带都要频繁起停，起动瞬间胶带张力突变，在谷底的皮带将煤抛洒到巷道内，沿线堆煤严重，由于人员少堆煤清理不及时，托辊、胶带持续在煤堆中磨损，不但造成严重的材料损失，而且给安全带来重大威胁；为清理积煤，公司除每天安排6人专门清扫外，还要求整班职工下班后集中清理2个小时，致使职工士气低下，人员流失严重。因为综采工作面的皮带机械故障，平均每天影响不低于6小时，加上工作面检修2小时，造成综合开机时间不足16小时，严重影响安全生产秩序，顺槽皮带机已成为严重制约安全、生产的“瓶颈”。

3刮板运输机运行现状及问题

刮板运输机原采用“组合开关+2×700kW双速电机+摩擦限矩器+减速箱”驱动方案，起动方式为高低速转换直接起动，由1台KBZGZY-3150/3300型变压器+KJZ3-600/3300型4驱组合开关+4条电缆（每台电机两条电缆）进行供电。运输机起动时机械冲击载荷大，电机、减速箱、轴承、联轴器、链轮、链条等都受到频繁冲击，容易造成设备损坏等机械故障；特别是重载起动时，经常发生断链、链轮损坏等故障；正常运行过程中，机头、机尾电机功率不平衡，上下链条同步性差，极易损坏链条，经常发生窝链、断链等现象，严重影响工作面正常生产秩序。去年下半年以来，公司坚持问题导向，迅速成立以机电部为主的项目攻关小组，经反复现场勘察、调研论证、跟合作单位共同程序开发，大胆尝试，于2016年10月7日在4109胶带顺槽带式输送机改造完毕。同时基于变频一体机在4109面顺槽带式输送机应用的成功经验，通过调研论证、数据分析和负载状况对比，刮板机的起动及运行特点与顺槽皮带有相似之处，大胆尝试，将变频一体机驱动技术植入刮板运输机的传动方案。对4110刮板运输机驱动迅速实施设备改造，于2017年3月18日改造完毕，成为淄矿集团公司首次将变频一体机应用于采煤工作面的矿井。成为国内首例将变频一体机驱动技术成功应用于皮带机的矿井。

4变频一体机的构造及原理

变频一体机驱动系统，采用YJVFT-355L1-4（1140V/315kW）矿用隔爆兼本质安全型变频调速一体机，它是集成变频器与电动机于一体，由四台1140V/315kW变频一体机，一台一体机操作箱，和若干通讯控制电缆及主动力电缆组成，变频一体机和操作箱对外均有CAN总线通信控制接口，四台变频一体机和操作箱组成CAN总线通信网络，由操作箱同时控制四台一体机。使用2台水箱分别对4台变频一体机进行冷却，冷却水在系统内进行循环，通过风机与散热片进行散热。变频一体机最大启动为2倍额定转矩，系统根据负载的状况设定与之适用加减速时间，最大程度降低对电机及相关机械设备的冲击损伤，延长设备使用寿命，降低维修费用，满足井下胶带机的控制要求。操作箱可以读取任实时的所有一体机输出转矩和转速，还可以精确的对各台一体机输出的转矩和转速进行控制，从而实现功率平衡。各台一体机和操作箱组成CAN总线通讯网络，通过高速CAN总线实现通信。

5产生的效果

升级改造完成后，顺槽带式输送机起动平稳，4台电机功率保持平衡，并实时调整电机转矩和电流相等，避免了个别电机过载、过热现象。同时，避免了起动时的机械冲击，杜绝了断带、断绳等机械事故，从根本上减少了皮带洒煤、托辊损坏、胶带磨损等。刮板运输机起动及运行平稳，彻底消除了机械和电气冲击，功率实时平衡，机头、机尾电机运行同步性强，上下链条松紧度可随时适应刮板机上下坡度及溜槽推移过程中的影响，杜绝了窝链、断链等机械事故和变压器瞬间过载等电气故障，重载起动效果佳，设备质量可靠、免维护，故障率几乎为零。该驱动方式还可设置超低频紧链模式取代紧链马达，使“缩链”、“拿环”等工作变得轻松、便捷，同时大大节省了紧链马达（国产约5万/个，进口约12万/个）费用；省去配套多回路组合开关以及相应车盘的投资，设备列车得到优化，减少了设备车盘数量；电缆数量减少两条，投资减少，且有利于电缆管理。

6数据效益分析

通过各种统计数据对比分析，变频一体机在顺槽带式输送机和刮板输送机的成功应用，产生了巨大的经济效益：一是机械事故率显著降低。从4108、4109、4110三个工作面机械事故统计报表来看，顺槽皮带机和工作面刮板机机械事故率从占全矿机械事故的67.2%下降至1.4%，效果显著。二是产能有效释放，生产秩序更加稳定。工作面主要影响环节得到了根本性的治理，有效生产时间大大增加，设备开机率从不足65%提高到目前的95%；日平均推进度由不足10米提高到目前的14.4米；每天计划检修时间有原来的不足2小时，提高到目前的4小时，设备管理进入良性轨道；单面平均日产量由1.2万吨提高到1.8万吨，同比提高50%，月产量由35万吨提高至47.9万吨，同比提高36.9%。三是顶板管理得到有效改善，煤质大大提高。推采速度保持快速平稳，顶板周期来压滞后，顶板多数时间保持完整，漏矸大大减少。商品煤获得率由原来的65%提高至72%，达到了提质增效的目的，减少了矸石外排，减轻了环保压力，降低了覆土绿化成本。四是节约人工投入，人工效率提高。每班可节约皮带自移机尾清扫工5人、皮带机头司机1人、皮带道清扫积煤人员16个人，更换损坏托辊人员4人，按照日工资300元进行计算，每月可节约人工成本约70万元。五是节能效果好。电机功率因数保持在0.95以上，且在煤量少的情况下可工作于低频状态。对比4108、4109工作面，同等条件下，每月可以节约电量11.8万度，年节约电费78.94万元；吨煤单耗由7.22度/吨降低至5.37度/吨，降幅34.4%。六是材料费用大幅降低。平均每月节约皮带扣费用13.6万元，托辊费用9.3万元，特别是4108面生产时，仅更换皮带这一项费用就投入了500万元，而4110面推采以来，带宽保持在1.18米以上，胶带状况良好，避免胶带投入。七是减少了硐室施工。顺槽带式输送机采用变频一体机方案改造，只需在原315kW电机机座上更换即可，不需对机头硐室进行开宽、刷大，避免了过多巷道施工。综合以上测算，年综合效益约2000万元以上。

7结论

从2017-2018年，41煤层4110工作面、4111工作面、4112三个工作面变频一体机应用情况看，该系统从未出现无法启动、电气元器件损坏以及断带等事故，设备运行稳定可靠，故障率明显降低，应用效果良好，具有很好的推广价值。

参考文献：

[1]白文科.我国输送带行业技术现状级展望[J].辽宁化工，2004（3）：173-176.

[2]毕建平.刮板输送机链条可靠性分析方法与研究[J].煤矿机电，2004（04）：20-22.

[3]杨增越，米春荣.变频调速在带式输送机上的应用[J].机械管理开发，2010（1）：89-92.

[4]罗庆吉，石国详.综采工作面刮板输送机的现状和发展趋势[J].煤矿机电，2005（04）：54-57.

作者：胡平；朱光营 单位：1山东能源淄矿集团内蒙古双欣矿业有限公司，2山东能源淄矿集团