徐海濱

摘 要：電子信息技術(shù)的快速發(fā)展為采煤機(jī)的設(shè)計(jì)完善提供技術(shù)保障，以采煤機(jī)應(yīng)用的交流變頻牽引為例，其在實(shí)際操作中多用于坡度平緩煤層，許多大傾角工作無(wú)法利用該類(lèi)采煤機(jī)完成。在此背景下便提出四象限變頻器的引入，其以自身的優(yōu)勢(shì)被廣泛用于現(xiàn)代煤炭生產(chǎn)中。文章主要對(duì)四象限變頻器應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)以及采煤機(jī)變頻器應(yīng)用下的震動(dòng)故障問(wèn)題與相應(yīng)解決策略進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：四象限變頻器；采煤機(jī)；應(yīng)用；震動(dòng)

前言

不可否認(rèn)近年來(lái)在煤炭生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大的背景下，許多采煤機(jī)設(shè)備開(kāi)始投入煤炭生產(chǎn)使用中。但因設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中將許多機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)以及液壓系統(tǒng)等融入其中，具有明顯的復(fù)雜性特征，無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代采煤工作環(huán)境要求，一旦出現(xiàn)巖石或煤炭沖擊便可能影響整體運(yùn)行狀況。對(duì)此，采煤機(jī)變頻器應(yīng)用中應(yīng)注重四象限變頻器應(yīng)用效果的發(fā)揮且使其中震動(dòng)故障問(wèn)題得以解決，實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)的目標(biāo)。

1 四象限變頻器應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)分析

四象限變頻器是現(xiàn)代采煤機(jī)中應(yīng)用的設(shè)備之一，從其優(yōu)勢(shì)上看，具體可歸納為：第一，機(jī)身傾角檢測(cè)。四象限變頻器自身系統(tǒng)可直接對(duì)采煤機(jī)俯仰傾角與工作面進(jìn)行檢測(cè)，且因傾角傳感器被設(shè)置于模擬量模塊中，這樣采煤機(jī)運(yùn)行下傾角信息可被直接顯示出來(lái)，是采煤作業(yè)開(kāi)展的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。第二，系統(tǒng)啟動(dòng)預(yù)警功能。采煤機(jī)四象限變頻器的應(yīng)用，其相應(yīng)的報(bào)警功能設(shè)置于系統(tǒng)中，在采煤機(jī)運(yùn)行前，司機(jī)僅需通過(guò)對(duì)主啟按鈕操作便會(huì)出現(xiàn)10-20秒報(bào)警鈴聲，避免作業(yè)中對(duì)周邊人員產(chǎn)生安全威脅。在報(bào)警結(jié)束后通過(guò)與先導(dǎo)回路的接通便會(huì)將上電請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行發(fā)送，使采煤機(jī)運(yùn)行得以供電。第三，四象限變頻器優(yōu)勢(shì)在大傾角四象限方面的體現(xiàn)。采煤機(jī)四象限變頻器中，系統(tǒng)將相應(yīng)的防滑制動(dòng)、能量再生等系統(tǒng)設(shè)置其中，可解決傳統(tǒng)采煤機(jī)局限在坡度平緩煤層作業(yè)問(wèn)題，即使在大傾角工作面仍可完成采煤工作。從大傾角工作面作業(yè)情況看，牽引電機(jī)將以?xún)煞N運(yùn)行形態(tài)運(yùn)行，即發(fā)電、電動(dòng)狀態(tài)，其中處于一、三象限的為電動(dòng)狀態(tài)，而二、四象限則為發(fā)電狀態(tài)。以發(fā)電狀態(tài)為例，牽引電機(jī)運(yùn)行中會(huì)將能量向變頻器中輸送，在此基礎(chǔ)上由能量再生單元對(duì)能量進(jìn)行控制，使其回饋電網(wǎng)，這樣變頻器在制動(dòng)功率上得以保障，采煤機(jī)運(yùn)行更為穩(wěn)定可靠。同時(shí)，四象限變頻器系統(tǒng)能夠結(jié)合大傾角實(shí)際情況進(jìn)行不同指令的下發(fā)，使制動(dòng)、牽引系統(tǒng)可達(dá)到時(shí)序配合目標(biāo)，是采煤機(jī)作業(yè)中預(yù)防從工作面下滑問(wèn)題的重要方式。除此之外，四象限變頻器應(yīng)用中也賦予采煤機(jī)較多高級(jí)功能，如自動(dòng)化采煤方式的提供，通過(guò)接口與煤機(jī)姿態(tài)信息的提供達(dá)到設(shè)備保護(hù)的目標(biāo)[1]。

以ACS811系列變頻器為例，其可在四象限內(nèi)進(jìn)行運(yùn)行且可起到回饋制動(dòng)的效果，具體如圖1所示為變頻器電控系統(tǒng)原理圖。從該圖中可發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)運(yùn)行的原理主要體現(xiàn)在：在中央處理器上選擇PLC，其可對(duì)相關(guān)的模擬量信號(hào)包括牽引變壓器溫度、電機(jī)溫度與電流等進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)化，并PLC主機(jī)進(jìn)行反饋，若出現(xiàn)溫度或電流超出實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)情況將自動(dòng)執(zhí)行斷電保護(hù)操作，而觸摸屏的作用則體現(xiàn)在將采煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)顯示出來(lái)，且可執(zhí)行故障報(bào)警操作等。無(wú)論從其變頻器控制設(shè)計(jì)、啟停與保護(hù)控制操作或報(bào)警功能等方面，都可滿(mǎn)足采煤機(jī)實(shí)際作業(yè)要求[2]。

2 采煤機(jī)變頻器應(yīng)用下的震動(dòng)故障問(wèn)題與相應(yīng)解決策略

現(xiàn)行采煤工作中多涉及井下作業(yè)，一旦采煤機(jī)震動(dòng)較為明顯便易出現(xiàn)故障問(wèn)題，要求注重采煤機(jī)變頻器耐震效果的提高。從采煤機(jī)作業(yè)中變頻器故障問(wèn)題表現(xiàn)看，其具體體現(xiàn)在：第一，變頻器結(jié)構(gòu)中的各電路板往往保持極小的間距，且整體結(jié)構(gòu)以緊湊的形式為主，當(dāng)采煤機(jī)作業(yè)中震動(dòng)過(guò)于明顯便導(dǎo)致螺栓松動(dòng)，短路問(wèn)題將出現(xiàn)在正負(fù)極板中。第二，震動(dòng)作用下，驅(qū)動(dòng)板電氣元件存在受損可能，尤其在元件管腳處，虛連問(wèn)題與斷腿問(wèn)題表現(xiàn)極為明顯。第三，IGBT控制極插頭易在震動(dòng)下發(fā)生脫落現(xiàn)象，假定該過(guò)程中存在干擾信號(hào)便可能導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)失誤動(dòng)作，短路故障由此產(chǎn)生。第四，驅(qū)動(dòng)板光纖頭在振動(dòng)下發(fā)生脫落，此時(shí)因設(shè)備故障很難將系統(tǒng)整體運(yùn)行參數(shù)顯示出來(lái)，操作者無(wú)法對(duì)故障做出正確判斷。事實(shí)上對(duì)于震動(dòng)問(wèn)題的解決，傳統(tǒng)施工中多將萬(wàn)用表引入其中，旨在測(cè)量震動(dòng)狀態(tài)下的采煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)，但需注意其并不具備鼓掌診斷功能，難以實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)設(shè)備維護(hù)的目標(biāo)[3]。

以某煤礦采煤機(jī)變頻器損壞故障為例，其在2013年至2015年間出現(xiàn)的變頻器故障主要表現(xiàn)在通訊模塊損壞、部分主板程序丟失、驅(qū)動(dòng)板及接觸器損壞等，損壞的原因主要因驅(qū)動(dòng)板電源損壞或電弧受損等而發(fā)生短路故障，而故障的根源在于變頻器未將震動(dòng)因素考慮其中，任何驅(qū)動(dòng)單元發(fā)生故障都可能造成整個(gè)驅(qū)動(dòng)板故障問(wèn)題出現(xiàn)。因此，將四象限變頻器引入其中，其各驅(qū)動(dòng)單元保持一定的獨(dú)立性，整體故障概率的發(fā)生較低[4]。

現(xiàn)行采煤機(jī)變頻器設(shè)計(jì)中通常使耐震效果保持在2g（g為重力加速度）左右，但實(shí)際作業(yè)中很可能發(fā)生與硬巖石相碰情況，此時(shí)仍以2g耐震效果為主將很難達(dá)到抗震要求，對(duì)此可在耐震效果方面保持在3g-4g，具體做法可以在采煤機(jī)變頻器各級(jí)元件支腿處增加橡膠墊，在容易脫落的電子元件上增加防松劑或者在易于松動(dòng)的固定螺栓增加抗震墊或其他更好的方法，有利于抗震性能的提升。除此之外，針對(duì)震動(dòng)問(wèn)題的存在，要求做好變頻器定期檢查與維護(hù)工作。其中在檢查方面，通?？梢腚妷罕韺?duì)變頻器電壓進(jìn)行測(cè)試，需注意電壓測(cè)試前應(yīng)對(duì)主電路采取放電處理工作，確保在DC25V以下電壓時(shí)才可檢修。檢查的內(nèi)容多體現(xiàn)在變頻器內(nèi)金屬物如螺釘或整體控制電路板等。另外，在維護(hù)過(guò)程中，要求對(duì)變頻器各電氣元件、冷卻水管以及控制系統(tǒng)等是否因震動(dòng)而產(chǎn)生運(yùn)轉(zhuǎn)不暢或松動(dòng)問(wèn)題，對(duì)于異常部件要求采取相應(yīng)的處理措施。當(dāng)然，還可從煤礦管理上來(lái)杜絕或減少震動(dòng)對(duì)采煤機(jī)變頻器的影響，如在遇到全斷面砂巖的情況下必須采取放松動(dòng)炮的措施。綜合來(lái)看，對(duì)于變頻器抗震性能的提高，應(yīng)結(jié)合具體作業(yè)情況進(jìn)行耐震效果控制，并保證做好日常檢查維修工作，以此使變頻器應(yīng)用效果得以提高[5]。

3 結(jié)束語(yǔ)

采煤機(jī)中四象限變頻器的應(yīng)用是提高采煤機(jī)作業(yè)效果的關(guān)鍵設(shè)備。從文中分析可發(fā)現(xiàn)其在優(yōu)勢(shì)上更表現(xiàn)為可滿(mǎn)足大傾角作業(yè)且具備相應(yīng)的預(yù)警功能等，但實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意做好其耐震效果控制，確保四象限變頻器應(yīng)用下采煤機(jī)能夠可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]劉功華.變頻器四象限技術(shù)在采煤機(jī)中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2014，2：105.

[2]耿彪，廉雨晨，許國(guó)權(quán).變頻器四象限在采煤機(jī)中的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2015，3：65.

[3]張會(huì)強(qiáng).四象限變頻采煤機(jī)的應(yīng)用[J].河北煤炭，2012，2：51-52.

[4]高桂超.淺談變頻器在采煤機(jī)調(diào)控中的應(yīng)用[J].科技與企業(yè)，2013，18：297.

[5]鄧曉虹.四象限高壓變頻器的大功率負(fù)載應(yīng)用研究[D].武漢工程大學(xué)，2014.