艾柯夫SL500电牵引采煤机.docx
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艾柯夫SL500电牵引采煤机
艾柯夫SL-500电牵引采煤机
第一节概述
电牵引采煤机是目前世界上最先进的采煤机,它直接采用电动机完成采煤机的牵引,具有很高的传动效率,同时又省去了复杂的液压传动系统,并具有良好的调速性能,是国内外都致力发展的新一代采煤机。
电牵引采煤机的出现标志着采煤机技术发展的一个新阶段。
目前生产电牵引采煤机的主要有美国、德国、英国、日本、中国和波兰等国家。
电牵引采煤机以其优良的性能和广泛的适用性,现在已成为采煤机的主潮流。
SL系列电牵引采煤机是德国艾柯夫公司研制生产的系列采煤机(SL-300和SL-500),该系列采煤机在德国鲁尔矿区、萨尔矿区已使用成功,性能超过以往的系列采煤机,深受用户欢迎。
采煤机的技术性能见表1。
机型
SL-500
SL-300
截割电机
牵引电机
泵电机
总装机功率
2×750kw,3300V,50Hz
2×90kw(Ac)
35kw,1kv
1715kw
2×300kw,
1-3.3-4.16kv,50Hz
2×40kw(Ac)
2×35-45kw(Dc)
25kw
(534)695kw
采高
机身高度
机身长度(两滚筒水平中心距)
2700mm-5200mm
2200mm
13100mm
1400mm-3300mm
1200mm,1640mm
10600mm
摇臂长
滚筒转速
滚筒直径
滚筒截深
卧底量
牵引速度
最大牵引力
最大牵引力时速度
机重(不含滚筒)
2800mm
23r/min
2700mm
930mm
625mm
0-13.25-32m/min
734kN
0-13.25m/min
约88t
1970mm
23r/min
1200mm-2200mm
650-1000mm
0-11.9-21.6m/min
508-208kN
约38t
表1 SL系列电牵引采煤机技术参数
SL系列采煤机为多电机横向布置,牵引电机交直流可任选的采煤机,它具有足够的装机功率,能与不同类型的输送机配套和适应不同无链牵引方式,其结构坚固可靠,易于维修,采用微机控制与故障诊断等特点。
SL-500采煤机是用新技术、新结构装备的全新采煤机,是作为新一代采煤机研制开发的第一个机型。
S代表采煤机(Shearer),L代表长臂综采面(Longwall)。
现已在我国神华集团、大同矿务局和我公司寺河矿使用。
我公司的SL-500采煤机牵引系统选用交流电机,未选破碎机构与弧形挡煤板,下面仅就我公司的SL-500采煤机作一简单介绍。
第二节采煤机总体布置
一、煤机的适用范围与基本组成
SL-500型采煤机适用于中厚与厚煤层的长臂工作面开采,采高从2700mm到5500mm,总装机功率1715kw,截割电机工作电压3300v,频率50Hz,牵引电机工作电压460v,频率0-120Hz,一拖一交流变频调速,连续牵引力可达757kN。
SL-500采煤机由左右截割部、左右支承座、左右牵引部、电控箱和液压部等几大部分组成,如图1所示,其中摇臂截割装置为整体调高,它包括滚筒、齿轮箱和电机等部分。
调高油缸装在底托架下的框架内。
图1 采煤机总体布置图
1-电控箱 2-变压器箱 3-液压部 4-牵引部 5-支承座 6-截割部
采煤机的左右牵引部、液压部、变压器箱、电控箱和左右支承座之间由四条高强度液压预张紧螺栓连接,与底托架接合面有定位台与连接销以构成采煤机主体。
主体两端左右支承座与摇臂铰接相连。
二、SL-500采煤机的特点
1.抽屉式结构,使布置一目了然,维护维修非常简便。
2.大功率多电机横向布置交流电牵引,结构简单,运行可靠。
各电机均可方便从机器采空区侧拆装,减少维护工作量和时间。
3.滚筒转速23r/min,是目前滚筒转速最低的采煤机之一,低速强力截割可降低比能耗和煤尘,提高块煤率。
4.摇臂长达2800mm,二级行星传动。
在输出转速23r/min时,可传递825kw功率。
由于转速低、扭矩大,故可配大直径滚筒,以适应截割硬煤和矸石的需要。
摇臂采用带铰接加长杆的调高油缸(油缸装在底托架下的框架内),使摆角增大,可获得更大的采高和较大的下切深度。
5.采用交流变频电牵引系统牵引,电动机尺寸小,可靠性高,维修量小,费用低。
单台牵引电动机功率和总功率均是目前世界上最大的采煤机之一。
牵引特性良好,具有恒转矩和恒功率两个阶段。
在牵引速度从0-12.84m/min范围内,最大牵引力可连续达757kN;当牵引速度增加到30.75m/min时,牵引力仍可达到316kN。
由于牵引机壳使用高强度合金钢铸造,机身各部件又强力紧固,故可保证采煤机的最大牵引力。
6.采煤机装有微型计算机,具有工况监控,故障诊断,数据采集、处理、显示和传输系统,可记忆存储有关运行工況数据,进行记忆割煤,并具有与支架MCU系统通讯功能,可实现工作面的自动化割煤过程。
7.为了增大截割功率,两台截割电机采用3.3kV高电压供电。
8.设计阶段采用计算机有限元(FFM)核算验证各部件强度。
在样机出厂前经过全面严格的元部件和整机型式试验。
摇臂和截割传动系统等均做了满载运行、效率、温升与扭矩和弯曲受力和应变检测,牵引系统也做了正反向满载效率、温升试验,液压系统也都做过压力流量满载温升试验,机器可靠性高。
第三节截割部
SL-500型采煤机的截割部位于采煤机的机身两端,由摇臂、截割电机、螺旋滚筒等组成。
图2 截割部示意图
1-摇臂 2-截割电机 3-耳板 4-带剪切轴的操作离合器 5-截割滚筒
截割电机位于滚筒摇臂中,通过2组正齿轮和一个双行星减速器将动力传递给截割滚筒。
输出轴转速是23r/min,该摇臂与齿轮系的设计功率为825kw。
将工作面喷雾水引入摇臂的水管,以冷却减速器中的齿轮,然后从截割滚筒的喷咀喷出降尘。
摇臂耳板通过液压预张紧螺杆与摇臂连接,通过更换摇臂耳板可实现左右摇臂的互换。
一、截割电机
SL-500采煤机采用多电机驱动方式,两端各装有一台型号为dWaEH720/2-4EN交流电动机。
电动机的转子轴是空心的,在转子轴内套有一个特制细长的扭矩轴,该扭矩轴是截割电机和传动齿轮之间的离合器,这个扭矩轴是柔性连接件,两端粗中间细,细颈处为预先断裂点,设计扭断力矩为18000Nm,当过载时从此扭断,起到机械保护作用。
dWaEH720/2-4EN交流电动机主要技术参数如下:
额定电压 3300V
频率 50Hz
额定功率 750kW
转速 1485r/min
额定电流 150A
冷却方式 水冷
过热保护 PTC,PT100
二、摇臂
1.截割部减速器传动系统
SL-500采煤机截割部减速器(摇臂)如图3所示。
图3 截割部减速系统示意图
扭矩通过与电动机转子空心轴套装的扭矩轴,经离合器齿轮从Z1到Z8的直齿传动,后经Z9到Z13的两级行星减速,从输出方轴输出23r/min的转速。
减速齿轮参数如表2所示:
齿轮
齿数
模数
i=50.43时转速(min-1)
Z1
27
7.5
1480
Z2
41
7.5
975
Z3
45
7.5
888
Z4
28
8.5
888
Z5
39
8.5
638
Z6
38
8.5
654
Z7
39
8.5
638
Z8
39
8.5
638
Z9
22
6.5
638
Z10
45
6.5
261
Z11
113
6.5
0
Z12
26
9
104
Z13
31
9
68
Z14
90
9
0
滚筒转速(nA)=
23.29
表2 截割部减速齿轮表
2.截割部的特点
(1)SL-500采煤机截割电机安装在摇臂上,采取整体调高方式。
实际上摇臂作为截割部的减速箱的箱体,通过摇臂耳板与支承座相铰接。
外形呈L形,摇臂长从铰接中心至滚筒中心为2800mm,摇臂摆角向上可达46°,向下可达32°,卧底量为625mm。
(2)摇臂由高合金钢(GS10)铸造,强度较高,其内部布置有截割电机、传动齿轮、轴承与其它零部件,零件密度大,摇臂壳分为两部分,通过更换带耳板的摇臂座可实现左右摇臂的互换。
(3)摇臂中省去了原有机型的油/水冷却器。
冷却功能由位于摇臂内上下位置的喷雾水供水系统承担,从而杜绝了冷却器的故障,喷雾水管经过摇臂,同时起到冷却摇臂的作用。
(4)截割部传动系统中设有离合器,离合器操作方便、简单。
(5)摇臂中省去了原有的润滑油泵。
行星减速器的油箱与齿轮系的油箱隔离,每个油箱都采用浸入式润滑,这样,使摇臂内的润滑油量不会受摇臂位置变化影响。
省去了润滑油泵,也就杜绝了润滑油泵的故障。
三、滚筒
SL-500采煤机使用凯南麦特滚筒,滚筒直径2700mm,截深930mm,转速23r/min,表面焊有4头螺旋叶片,叶片厚100mm,根部带有30mm的耐磨层,这样的滚筒经久耐用,且装煤效果良好。
SL-500采煤机采用镐形截齿,通过截齿套安装在齿座上,尾部用卡环固定,拆装简单,可靠性高,截齿头部焊有硬质合金核。
截齿在齿套内可自由转动,在截煤的过程中有自磨利作用,而且形状简单,制作比较容易,一般在脆性煤和节理发达的硬质煤中使用,具有良好的截割性能。
第四节牵引部
SL-500采煤机有两个电牵引部,装在主机身电控箱、变压器箱和液压部的两端,分别由两台90kW的交流电机拖运。
如图所示,SL-500采煤机的牵引部由左右两套结构相同并可互换的牵引电机和齿轮减速箱组成。
图4 牵引部
1-牵引减速箱体 2-牵引电机 3-行走齿轮箱
一、牵引电机
SL-500采煤机左右牵引部中各装有一台电动机,型号为A5W225M42-04KBEExd交流隔爆形电机。
A5W225M42-04KBEExd电动机主要技术参数如下:
额定电压 460V
频率0-120Hz
额定电流150A
过热保护PTC,PT100
冷却方式水冷
额定功率 90kW
二、牵引减速器
1.牵引减速传动系统
牵引减速传动系统如图5所示
图5 牵引减速传动系统示意图
1-齿轮连接器 2-弹性连接器 3-牵引电机 4-编码器 5-驱动轮
电机转矩从Z1一直传到太阳轮Z7,经行星减速从Z8输出,Z8与驱动轮联接处装有一组剪切销,剪切销的设计扭断力矩为156KNm,当牵引力矩超过该力矩时,剪切销剪断起到机械保护作用。
减速齿轮参数如表3所示:
齿轮
齿数
模数(mm)
50Hz时转速(r/min)
120Hz时转速(r/min)
Z1
39
3.5
1477
3535
Z2
46
3.5
1252
2997
Z3
19
4
1252
2997
Z4
73
4
326
780
Z5
15
6
326
780
Z6
57
6
86
205
Z7
15
6
86
205
Z8
23
6
45
108
Z9
63
6
0
0
i=89.55驱动轮转速(nA)=
16.49
39.48
表3 牵引减速齿轮表
2.牵引特性
采煤机由内设正齿轮和行星齿轮箱的牵引部向前拖动
牵引箱中的牵引电机通过一组齿轮和一个单级行星减速机构将动力传递给行走箱的减速齿轮。
牵引机构的最大牵引力757kN,对应的牵引速度是0-12.84m/min,该采煤机的牵引功率和牵引力是目前各种采煤机中最大的一种。
其牵引特性曲线如(图6)所示。
v(m/min)
图6 SL-500采煤机牵引特性图
三、牵引驱动机构
SL-500采煤机采用与Jumbotrack无链牵引方式配套,该方式是通过牵引行走箱中的齿轨轮与位于输送机槽帮上沿输送机铺设的销排相啮合传动的。
行走箱如下图所示由驱动轮、中间惰轮和齿轨轮组成,齿轨轮的轮齿与销排中的销轴啮合,驱动采煤机牵引运行。
安装在驱动机构下方的导向滑靴与销排配合,在采煤机牵引运行过程中起到支撑导向作用,保证齿轨轮与销轴的正常啮合。
Z=13m=20
驱动轮
Z=23m=20
中间轮
Z=27m=20
齿轨轮
Z=11m=46.8
传动轮
图7 行走箱齿轮图
第五节液压与配水系统
SL-500采煤机液压系统的泵和油箱以与配水系统的主要组件均安装在液压控制箱内,液压系统与配水系统的主要功能均在该部完成。
图8 液压部控制箱
1-液压油箱 2-液压泵 3-反冲过滤器 4-控制阀组 5-压差过滤器
一、液压系统
液压系统主要完成左右摇臂升降、顶保护板升降和外喷雾架升降等功能,由于采用双回路液压系统,故可允许同时完成以上不同操作。
液压系统如图9所示,双联泵的流量为2×45(L/min),最大压力为280bar,分两个液压回路供液,一路供左摇臂调高油缸和外喷雾架升降油缸(详见图10),另一路供右摇臂调高油缸和顶保护油缸(详见图11)。
两个液压回路的控制阀块有两种操作方式,既可由本安型电磁阀控制,也可用手动控制。
图9 液压系统功能简图
1-双联泵 2-控制阀块 3-下降闭锁阀 4-先导控制双向阀 5.1-左摇臂调高油缸 5.2-右摇臂调高油缸 6-顶保护液压油缸 7-外喷雾架升降油缸8-油箱 Ⅰ*-液压回路Ⅰ Ⅱ*-液压回路Ⅱ
1.液压系统油路
图10 液压系统图
图11 液压系统图
序号
名称
1
吸油过滤器
(1)
2
清洗过滤装置
(2)
3
关闭球阀
(3)
4
液压泵
(4)
5
压力表
(5.1),(5.2)resp.(5.1a),(5.2a)
6
限压阀
(6.1),(6.2)
7
球阀
(7.1),(7.2)
8
高压过滤器
(8.1),(8.2)
9
压差开关
(9.1),(9.2)
10
单向阀
(10.1),(10.2)
11
控制阀块
(11.1),(11.2)
13
下降闭锁阀
(13.1),(13.2)
14
液压油缸
(14)
15
二级压力安全阀
(15.1),(15.2)
16
下降闭锁阀
(16.1),(16.2),(16.3),(16.4)
17
单向阀
(17.1),(17.2),(17.3),(17.4),
18
液压油缸
(18.1),(18.2)
19
二级压力安全阀
(19.1),(19.2)
20
流量阀
(20.1),(20.2),(20.3),(20.4)
21
双锁单向阀
(21.1),(21.2)
22
反部过滤器
(22)
23
压差开关
(23)
24
油冷却器
(24)
25
节流阀
(25)
26
油位和油温测试装置
(26)
27
油浮
(27.1),(27.2)
28
透气过滤器
(28)
29
单向阀
(29)
30
胶管注油咀
(30)
31
液压油缸
(31.1),(31.2)
液压系统布置如图10、图11所示,液压泵(4)通过闭锁阀(3)和吸油过滤器
(1)从油箱中抽出液压油。
通过两条管路进入高压过滤器(8.1)和(8.2)。
通过高压过滤器的液压油经过控制阀块(11.1),(11.2)被引到相应的出口,当要实现所需功能时,油液从控制阀块被引到相应的出口。
2.液压系统主要元件控制阀块介绍
图12 控制阀块示意图
每个控制阀块由回路安全阀块(A)和两个或三个多通阀、电磁控制阀组组成。
所需要完成的功能由一个三位四通主阀来实现。
根据设定方向,主油液经过压力管路(P-1),由
(1)到(H3)或(H4)之后到达外接点,从外接点
(1)到(T)。
该主阀
(1)由电磁阀
(2)来控制。
电磁阀
(2)通过计算机从遥控器或有线指令发射器获得指令。
二、水系统
SL-500采煤机配水系统,主要是对采煤机的各电器部分进行冷却和对工作面进行喷雾降尘。
要求工作面水压在40-100bar之间,如图13所示,工作面水经水管到反冲过滤器进入采煤机。
通过反冲过滤器可打开和关掉采煤机供水。
另外,流量计(12)可用来显示冷却水的动态水量,也用来电子监测最小水量,采煤机所需总降尘水量为360L/min,其中滚筒喷雾水量2×140L/min,外喷雾水量40L/min,顶保护水量40L/min;所需总冷却水量150L/min,其中截割电机冷却水2×40L/min,牵引电机冷却水2×20L/min,泵电机冷却水量15L/min,变压器和变频器冷却水量15L/min,采煤机为保护各电机,每一冷却水回路均设有水流量保护,当冷却水量达不到要求时,无法开机。
所以在开机前必须先送水后开机。
图13 水系统图
第六节电控系统
一、概述
SL-500采煤机装有两台90KW交流牵引电动机,分别位于左牵引部和右牵引部的采煤机机身内;装有一台35kW交流泵电机,为液压系统提供动力;装有两台750kW交流截割电机,位于左摇臂和右摇臂内,分别驱动两个滚筒。
图14 电控箱
1-电控箱壳体 2-低压开关箱 3-高压开关箱 4-牵引控制开关箱 5-变压器箱
SL-500采煤机的电控系统主要是对截割电机、牵引电机和泵电机的控制、监测和保护,这些功能主要通过MICOS68微机系统来实现。
MICOS68的CPU采用Motorola6800。
如图14所示,电控系统的大部分电器元件均安装在电控箱的三个可抽拉的箱体内。
电控箱的低压箱内装有MICOS系统与其它低压开关,高压箱内装有主隔离开关、泵电机和截割电机的真空接触器等,牵引控制箱内装有两台REFU变频器与预充电单元等,变压器箱内装有容量为280KVA的机载主变压器。
二、主回路
SL-500采煤机主回路为3300V三相交流供电,主回路中共接入五台电机,如图15所示,3300V,50Hz交流电源从顺槽负荷开关直接引至采煤机,主电源经高压箱的隔离开关S1后,一路直接接到左右截割电机真空接触器,另一路到机载变压器,变为1000V与460V后,460V供给变频装置,1000V供给泵电机真空接触器,另外1000V又经控制变压器,变为220V与42V做为低压控制电源。
三、数据传输与先导控制
1.数据传输
MICOS系统主机A1经数据传输模块A8可将数据耦合到采煤机的供电电缆芯线中,传输至顺槽显示箱,主计算机中的所有信息均可传输至顺槽显示箱,另外顺槽显示箱还留有与支架计算机通讯或传往地面的接口。
所有从主显示屏上能看到的信息均可从顺槽显示箱上看到,所不同的是在顺槽显示箱侧只可显示采煤机的工作状况而不能进行系统参数的设置。
2.先导控制
如图16所示,本机与以往机型不同之处在于增加了先导回路测试功能,可方便检测出先导回路和故障点,该回路的作用主要是监测接地故障并提供相应保护,同时对顺槽负荷中心进行控制。
正常情况下,由于操作要求送电前必须先合上隔离开关,故隔离开关接点SW3与SW1处于闭合状态,急停开关S12.1在正常情况下也处于闭合状态,此时按住机组启动按扭S11,先运行该回路,3300V电源通过拖曳电缆可送到采煤机。
在故障情况时,可以通过把先导测试开关S3打到不同的档位,按下先导测试按钮S21可对先导回路不同的电缆段进行测试,能方便地找出故障点所在电缆段。
四、接地监测功能
SL-500采煤机在开机时自动对各电机的绝缘电阻值进行监测,该监测回路如图17所示:
将一实验比较电阻接入电机的某一相绕组中与电机的对地阻值进行比较,如果电机的绝缘值低于该电机的比较电阻,相应的继电器动作,给MICOS系统主机一个信号,对各电机起保护作用。
各电机的比较电阻均为39千欧。
另外,在需要的时候也可在显示器和键盘上先后调出所有接地测试功能,对整个系统进行接地测试,测试的具体内容如下:
Checkearthfaultsofhaulages(检查牵引系统的接地故障)
显示器显示:
"addressed"
Checkearthfaultsof42Vpowersupply(检查42V供电的接地故障)
二极管H30闪烁
Checkearthfaultsof220Vpowersupply(检查220V供电的接地故障)
二极管H20闪烁
Checkearthfaultsofmotors(检查电机的接地故障)
显示器显示:
"addressed"
约10秒钟后,460V被切断
又过大约5分钟,1000V被切断。
39K
图17 接地测试回路
图15 供电系统主回路方框示意图
图16 数据传输与先导回路图
五、MICOS系统
图18 MICOS系统方框图
SL-500采煤机采用微机控制,主计算机采用MICOS68系统,机器各部位装有上百个电压、电流、温度、压力、流量、油位、速度等传感器与控制元件,经过机载微机进行处理、监控、显示和调节,可完成所有的对电机控制、监测保护、对有线与无线指令的解读等功能。
并经传输系统将数据信号耦合到采煤机的供电电缆芯线,传输至顺槽显示箱,并可将信号进一步传输至支架计算机系统和地面调度室。
MICOS系统具有以下特点:
●采用了CMOS和SMD技术,具有现代化的电路。
●采用16位微处理器,具有很好的技术性能。
●对于基本系统仅需要一个(主)控制装置。
●添加辅助的(从动的)控制装置,可扩充系统功能,满足增加系统功能的需求。
●体积小。
●与其它计算机系统连接的多个接口。
六、交流调速系统
SL-500采煤机采用机载式交-直-交变频器,变频器的速度给定由MICOS提供,两台REFU变频器与预充电单元全安装在电控箱的变频器箱内,如图17所示,该变频系统有预充电单元(电抗器、主接触器和辅助接触器等)和变频器组成,变频器的整流与逆变侧均采用由IGBT管组成的三相可控桥式电路,中间回路为由电容组成的可充放电的直流回路,变频器的技术参数如下:
输入 输出
120KVA 115KVA
460V(+10%,-15%) 420V(正弦方波)
50/60Hz 0-120Hz
100A 160A
2KHz(调制脉冲频率)
图19 变频系统主回路图
该变频器具有恒转矩和恒功率两个阶段的运行特性,在基频以下调速时,保持电压与频率的比率不变一直到额定转速,从而保证了电机磁通为常数,也既保持了电机的恒转矩运行。
当在基频以上调速时,电压不变,磁通与频率成反比降低,属于恒功率调速。
该变频器采用(PWM)脉宽调制方式,我们总期望逆变输出为一个纯粹的正弦波形,PWM调制就是把一个正弦半波分作N等份,然后把每一等份的正弦曲线与横轴包围的面积都用一个与此面积相同的等高矩形脉冲来代替。
矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合。
这样,由N个等
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