李赟恒，陳恒，張莉娜

（西安煤礦機(jī)械有限公司，西安 710032）

1 引言

在煤礦生產(chǎn)中，因煤層中夾雜矸石或煤質(zhì)過硬，采煤機(jī)在運行過程中機(jī)身振動劇烈，導(dǎo)致電器元件在電控箱內(nèi)晃動，移位、接線線頭松動，頻繁發(fā)生故障，使得電氣件的可靠性降低。因此，提高采煤機(jī)電氣件的可靠性，降低電氣件的故障率，對采煤機(jī)整機(jī)正常運行顯得極其重要。

電氣產(chǎn)品的可靠性一直是采煤機(jī)制造行業(yè)追求的目標(biāo)，為增強(qiáng)可靠性，通過Y50250/ZF 型振動試驗臺模擬采煤機(jī)在生產(chǎn)中過程中產(chǎn)生的振動頻率,對電氣件的抗震性能進(jìn)行測試，尋找電氣件固定方式上的薄弱點并對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以提高采煤機(jī)電氣件的可靠性。

2 振動試驗臺工作原理

振動試驗臺由振動臺臺體、液壓控制箱和電氣控制箱等組成。振動臺采用無強(qiáng)迫異向慣性激振系統(tǒng)，振動器置于四個連通的空氣彈簧上，組成一典型的單自由度振動系統(tǒng)。該系統(tǒng)的固有頻率低于工作頻率，故振動臺工作時處于超共振狀態(tài)。

機(jī)械傳動示意圖見圖1，交流電機(jī)由一對皮帶輪升速后，經(jīng)變速箱和柔性聯(lián)軸器分別帶動四組不平衡器按規(guī)定方向轉(zhuǎn)動。不平衡器中的偏心質(zhì)量旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的慣性離心力在振動方向上合成按正弦規(guī)律變化的激振力，而垂直于振動方向的分力則相互抵消。通過調(diào)整調(diào)節(jié)手輪的位置，可以使工作臺按規(guī)定的垂直或水平方向振動。

圖1 振動試驗臺機(jī)械傳動示意圖

將試驗部件放置在工作臺上，用工裝固定水平后，采用響應(yīng)檢查、定頻、掃頻等各類振動試驗方法，通過傳感器采集振動信號，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦た貦C(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

3 采煤機(jī)行走過程中振動頻率

在振動試驗中，模擬采煤過程中實際工作條件，選擇合適的頻率范圍對電氣件進(jìn)行掃頻、定頻試驗至關(guān)重要。

在采煤過程中，采煤機(jī)由老塘側(cè)的兩個導(dǎo)向滑靴和煤壁側(cè)的兩個平滑靴分別支承在工作面刮板運輸機(jī)銷軌和鏟煤板上。當(dāng)行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動齒軌輪轉(zhuǎn)動，齒軌輪與銷軌嚙合，采煤機(jī)便沿運輸機(jī)正向或反向牽引移動，滾筒旋轉(zhuǎn)進(jìn)行落煤和裝煤，沿工作面長截割一刀即進(jìn)尺一個截深。搖臂采用彎臂、直臂結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)形式，搖臂輸出端采用方形出軸與滾筒聯(lián)結(jié)。滾筒直徑規(guī)格根據(jù)機(jī)型裝機(jī)功率、煤層厚度選取，滾筒葉片和端盤上裝有截齒，滾筒旋轉(zhuǎn)時靠截齒落煤，再通過螺旋葉片將煤輸送到工作面刮板運輸機(jī)上［1］?；诓擅簷C(jī)的工作原理，采煤機(jī)行走過程中各部件振動主要來源于滾筒旋轉(zhuǎn)截割煤壁。

將滾筒上的截齒作為振動源進(jìn)行分析，假設(shè)采煤機(jī)配置滾筒直徑為D，滾筒端盤齒數(shù)、端面齒數(shù)、葉片齒數(shù)分別為n1、n2、n3，滾筒在采煤過程中的轉(zhuǎn)速為r，那么滾筒葉片全部進(jìn)刀時，齒數(shù)總數(shù)為：n=n1+n2+n3。

采煤機(jī)運行過程中的最大頻率為：f=r×n/60。

通過對采煤機(jī)常見機(jī)型所配滾筒參數(shù)和轉(zhuǎn)速［2］進(jìn)行統(tǒng)計和計算，得出幾個機(jī)型采煤機(jī)的最大工作頻率（見表1），作為振動試驗頻率選擇的參考數(shù)據(jù)。

表1 各機(jī)型采煤機(jī)的工作頻率

4 試驗實例

MG300/730-WD 系列采煤機(jī)用GA12 系列采煤機(jī)變頻器，采用分層式結(jié)構(gòu)，電抗器是固定在變頻器外殼下罩體的頂部。由于采煤機(jī)工作時振動劇烈，上方電抗器較重，電抗體在下罩體上隨機(jī)身晃動，電抗器輸出鋁排、下罩體受到剪切力較大，使用一段時間后，出現(xiàn)下罩體斷裂、電抗器輸出鋁排折斷等現(xiàn)象，導(dǎo)致變頻器不能正常工作，采煤機(jī)無法運轉(zhuǎn)。

為加強(qiáng)變頻器殼體的強(qiáng)度，在現(xiàn)有的下罩體內(nèi)部橫向、豎向各增加3條加強(qiáng)筋，改造原理圖見圖2。同時在電抗器上增加壓塊，通過壓條將電抗器壓緊，與下罩體通過斜鐵、螺栓緊固到位，改造原理圖見圖3。將改造前后的變頻器同時放到實驗臺上，參考采煤機(jī)振動最大頻率f=21Hz 進(jìn)行5～21Hz 循環(huán)掃描，從中找出振幅最大的頻率而進(jìn)行定頻掃描。在頻率為12Hz 時變頻器振動幅度最大，然后振動試驗臺設(shè)定為F=12Hz 作為定頻掃描振動試驗，在同等振動頻率中，可以看到加筋的變頻器外殼上固定的電抗器，它的振動幅度要小于沒有加筋的，振動曲線見圖5、6。

圖2 GA12 系列變頻器外形圖

圖3 下罩體加筋改造示意圖

圖4 變頻器電抗體改造示意圖

圖5 改造前變頻器振動曲線圖

圖6 改造后變頻器振動曲線圖

在試驗振動1h 后，舊變頻器外殼沒有加加強(qiáng)筋的振動時將接線柱的固定螺絲三條全部振掉，見現(xiàn)場試驗結(jié)果圖7，有加強(qiáng)筋的外殼固定紅色接線柱的螺絲完好無損，見現(xiàn)場試驗結(jié)果圖8。沒有加強(qiáng)筋、沒有壓塊的電抗器地腳固定的彎板局部已經(jīng)翹起，振動時翹起部分與變頻器外殼有振動摩擦，停機(jī)時此固定腳彎板都很熱，振動時間再長時此腳在固定螺栓處會折斷，見現(xiàn)場試驗結(jié)果圖9。

通過振動曲線圖和現(xiàn)場振動情況，可以明顯看出，改造后變頻器抗震性能明顯優(yōu)于改造前變頻器。我公司將變頻器優(yōu)化設(shè)計方案采用于采煤機(jī)機(jī)組上，在市場上使用半年過程中，通過跟蹤統(tǒng)計分析使用情況，變頻器故障率減少65%，得到了客戶的認(rèn)可和好評。

圖7 改造前變頻器試驗結(jié)果圖

圖8 改造后變頻器試驗結(jié)果圖

圖9 改造前變頻器振動試驗后電抗器地角翹起

5 結(jié)論

通過變頻器改造的實例，在振動試驗臺模擬工況過程采煤機(jī)的運行頻率，檢測電氣件的可靠性這一方法是可行的。基于這種檢測途徑，可以發(fā)現(xiàn)電氣件固定方式上的薄弱點，進(jìn)行緊固方式可靠性的優(yōu)化設(shè)計，使得采煤機(jī)電控系統(tǒng)可靠性提高，提高了產(chǎn)品的競爭力，滿足了煤礦生產(chǎn)高產(chǎn)高效的要求。

［1］謝錫純.礦山機(jī)械與設(shè)備［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版，1999.

［2］采掘設(shè)備選型手冊［Z］.西安煤礦機(jī)械有限公司，2012.