王麗琴

(汾西礦業(yè)集團(tuán)公司 機(jī)電處，山西 介休 032000)

0 引言

礦用乳化液泵站是煤礦井下現(xiàn)代化高產(chǎn)高效綜采工作面的關(guān)鍵設(shè)備之一，是保證綜采工作面安全可靠運(yùn)行的重要?jiǎng)恿卧?。?0年來(lái)，國(guó)內(nèi)的乳化液泵站的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，主要技術(shù)指標(biāo)得到了很大的提高。

目前，我國(guó)煤礦井下綜采工作面大量使用不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的BRW-400/31.5乳化液泵。乳化液泵拖動(dòng)電機(jī)250 kW，乳化液泵額定工作壓力31.5 MPa，額定流量400 L/min。液壓系統(tǒng)全部采用卸載閥卸載方式來(lái)穩(wěn)定工作壓力。

隨著我國(guó)煤礦裝備制造業(yè)的發(fā)展，適用于煤礦井下的防爆型大功率變頻器投入市場(chǎng)，這為乳化液泵恒壓供液系統(tǒng)的研制開(kāi)發(fā)提供了物質(zhì)條件。隨著自動(dòng)控制理論在變頻器中的應(yīng)用，為乳化液泵恒壓供液系統(tǒng)的研制開(kāi)發(fā)提供了技術(shù)條件。

1 乳化液泵站工作原理

1．1 常規(guī)乳化液泵站工作原理[1]

1-吸液過(guò)濾器；2-供液閥；3-BRW400/31.5泵；4-泵電機(jī)；5-泵電機(jī)負(fù)荷電纜；6-變頻器；7-電源電纜；8-安全閥；9-單向閥；11-蓄能器；12-過(guò)濾器；13-支架操作換向閥；14-支架油缸；15-液箱；16-壓力表；17-卸載閥圖1 常規(guī)乳化液泵站液壓系統(tǒng)示意圖

乳化液泵站工作原理為：磁力啟動(dòng)器⑥閉合，給乳化液泵電機(jī)④供電，驅(qū)動(dòng)乳化液泵③工作，將乳化液由液箱經(jīng)輸液管道送到綜采工作面液壓支架，為液壓支架提供動(dòng)力。乳化液泵的輸出能力，為單體液壓支柱供液的應(yīng)不小于18 MPa，為綜采液壓支架供液的應(yīng)不小于30 MPa，并且不得超過(guò)31.5 MPa。

乳化液泵在工作過(guò)程中存在一個(gè)卸載問(wèn)題。所謂卸載是指乳化液泵所在的液壓系統(tǒng)的油缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)不使用液體、或者是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的負(fù)載壓力達(dá)到了液壓系統(tǒng)的額定壓力時(shí)，乳化液泵對(duì)液壓系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)不輸出液體，這時(shí)乳化液泵泵出的液體經(jīng)卸載閥返回液箱。卸載閥的功能是：當(dāng)供液系統(tǒng)壓力超過(guò)卸載閥的調(diào)定壓力時(shí)(如支架停止用液時(shí))卸載閥動(dòng)作，把泵排出的乳化液直接送入乳化液箱，使泵站處于空載運(yùn)行。節(jié)省電力，延長(zhǎng)泵站使用壽命。一般卸載閥調(diào)定壓力35 MPa，卸載閥恢復(fù)壓力26.25～29.75 MPa。

在乳化液泵站的出液口還安裝安全閥⑧，作為泵站的的高壓保護(hù)零件，安全閥的調(diào)定壓力為泵工作壓力的110%～115%左右，超壓時(shí)，乳化液通過(guò)安全閥回流入液箱。

1.2 乳化液泵恒壓供液系統(tǒng)組成及工作原理[1-3]

乳化液泵恒壓供液系統(tǒng)采用變頻器控制乳化液泵電機(jī)，泵出口壓力隨電機(jī)轉(zhuǎn)速變化而改變。在乳化液泵輸液口安裝壓力傳感器，把泵輸液口的壓力轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的模擬量電壓信號(hào)送入變頻器，與變頻器的給定信號(hào)進(jìn)行比較，變頻器工作在負(fù)反饋工作模式，使輸出的乳化液壓力保持在一定范圍；隨著壓力偏移變頻器自動(dòng)改變輸出頻率，控制乳化液泵轉(zhuǎn)速，保持液壓系統(tǒng)壓力，使乳化液泵時(shí)刻工作在高效區(qū)。乳化液系統(tǒng)達(dá)到給定壓力范圍時(shí)，乳化液泵停止運(yùn)行。乳化液恒壓供液系統(tǒng)壓力的控制采用壓力傳感器配合變頻調(diào)速來(lái)實(shí)現(xiàn)，不需要專(zhuān)用的卸載閥。

本例中，乳化液泵站液壓系統(tǒng)的主要元件選用南京六合煤機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)的BRW400/31.5乳化液泵、PZT705壓力傳感器、北京昆侖海岸JYB-KGH系列煤礦隔爆型壓力變送器、唐山開(kāi)誠(chéng)礦用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻調(diào)速裝置、變頻器ZJT-500/1140。

2 系統(tǒng)與調(diào)試

2.1 恒壓乳化液泵站系統(tǒng)

乳化液泵站恒壓供液系統(tǒng)與常規(guī)泵站供液系統(tǒng)的改進(jìn)之處有以下幾點(diǎn)：①使用大功率變頻器⑥代替原系統(tǒng)的400A磁力啟動(dòng)器；②取消乳化液泵③出口側(cè)的卸載閥；③在壓力表位置并接一個(gè)壓力傳感器⑩，壓力傳感器的型號(hào)為PZT705，量程50 MPa，輸出信號(hào)0～10 V(三線(xiàn)制)，供電電壓直流24 V，壓力傳感器把液壓系統(tǒng)的壓力轉(zhuǎn)換成成比例的標(biāo)準(zhǔn)的模擬量電壓信號(hào)，并且把該個(gè)信號(hào)送入變頻器的電壓反饋輸入信號(hào)端子，如圖2所示。

1-吸液過(guò)濾器；2-供液閥；3-BRW400/31.5泵；4-泵電機(jī)；5-泵電機(jī)負(fù)荷電纜；6-變頻器；7-電源電纜；8-安全閥；9-單向閥；10-壓力傳感器；11-蓄能器；12-過(guò)濾器；13-支架操作換向閥；14-支架油缸；15-液箱；16-壓力表圖2 乳化液泵恒壓供液系統(tǒng)

2.2 乳化液泵恒壓供液系統(tǒng)的調(diào)試

連接元器件：按圖2連接各元件，在壓力表位置并接一個(gè)壓力傳感器，把系統(tǒng)的壓力轉(zhuǎn)換成成比例的標(biāo)準(zhǔn)的模擬量電壓信號(hào)，并且把這個(gè)信號(hào)送入變頻器的電壓反饋輸入信號(hào)端子。

調(diào)整安全閥：先把安全閥⑧的調(diào)壓螺母大松開(kāi)，支架操作換向閥打到中間位置，再把變頻器⑥打到工頻位置，啟動(dòng)變頻器⑥，乳化液泵③在電機(jī)④拖動(dòng)下加速到額定轉(zhuǎn)速位置運(yùn)行；慢慢調(diào)節(jié)安全閥的調(diào)壓螺母，這時(shí)系統(tǒng)壓力慢慢增加，壓力表的數(shù)值也隨著系統(tǒng)壓力的增加而增加，當(dāng)壓力表數(shù)值增加到31.5 MPa時(shí)，說(shuō)明這時(shí)安全閥⑧的壓力整定為31.5 MPa，此時(shí)把安全閥⑧的調(diào)壓螺母鎖緊，關(guān)閉變頻器⑥的運(yùn)行。

設(shè)置變頻器參數(shù)：①給變頻器⑥供電；把變頻器的運(yùn)行命令給定通道選擇為端子臺(tái)；通過(guò)控制電纜把遠(yuǎn)方啟動(dòng)信號(hào)按鈕接到變頻器；②把變頻器的頻率設(shè)定模式設(shè)為PID調(diào)節(jié)運(yùn)行模式；變頻器的PID調(diào)節(jié)方式設(shè)為負(fù)反饋模式；變頻器的PID給定信號(hào)選擇為鍵盤(pán)輸入；變頻器的PID反饋信號(hào)選擇為外接端子VF：0～10 V；③把鍵盤(pán)數(shù)字給定壓力值設(shè)置為60%，即0.6×50=30 MPa；把傳感器最大量程按照實(shí)際使用的傳感器的最大量程50 MPa設(shè)置為50；④根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)特性分別設(shè)定比例增益P，積分時(shí)間常數(shù)I，微分增益D；⑤把啟動(dòng)壓力值設(shè)置為95%，也就是當(dāng)變頻器在自動(dòng)停止后，反饋壓力必須低于28.5 MPa，變頻器才能重新啟動(dòng)，此參數(shù)是為了防止變頻器頻繁的起動(dòng)停止。把停機(jī)偵測(cè)范圍設(shè)置為3%，即變頻器隨時(shí)作停機(jī)偵測(cè)，若反饋壓力大于停機(jī)偵測(cè)范圍30-30×3%=29.1 MPa時(shí)，則乳化液恒壓供液系統(tǒng)認(rèn)為工作面液壓支架沒(méi)有用乳化液，變頻器自動(dòng)停機(jī)。

試運(yùn)行：給變頻器上電，按壓遠(yuǎn)方啟動(dòng)按鈕，變頻器啟動(dòng)運(yùn)行，看電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向是否符合要求，如不符合停電重新壓線(xiàn)。剛開(kāi)始反饋壓力遠(yuǎn)小于給定壓力，變頻器拖動(dòng)電機(jī)勻加速到上限頻率運(yùn)行，隨著乳化液泵向系統(tǒng)不斷的供液，系統(tǒng)的反饋壓力不斷上升，給定壓力與反饋壓力的差值逐漸減小，變頻器的轉(zhuǎn)速也逐漸減小，當(dāng)給定壓力與反饋壓力的差值為零時(shí)，變頻器停止運(yùn)行，乳化液泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)，乳化液恒壓供液系統(tǒng)處于保壓狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)壓力降低到28.5 MPa以下時(shí)，變頻器啟動(dòng)運(yùn)行繼續(xù)給工作面供液，直到反饋壓力等于給定壓力時(shí)，變頻器再停止運(yùn)行。

3 兩種供液系統(tǒng)對(duì)比

3.1 卸載方式

常規(guī)乳化液泵站，使用卸載閥實(shí)現(xiàn)乳化液泵卸載，在卸載期間，乳化液泵仍然在運(yùn)轉(zhuǎn)，其機(jī)械部件一直處于工作狀態(tài)，這就造成不必要的機(jī)械磨損及機(jī)械附加損耗，降低了乳化液泵的機(jī)械壽命，同時(shí)由于工作時(shí)間長(zhǎng)，增加了維修量及配件損耗。

乳化液泵恒壓供液系統(tǒng)，根據(jù)供液系統(tǒng)運(yùn)行狀況自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，在供液系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定壓力后，自動(dòng)停機(jī)，減少了機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間及運(yùn)轉(zhuǎn)速度，延長(zhǎng)了機(jī)械部件的使用壽命，降低了維護(hù)量。

3.2 能耗

乳化液泵在卸載期間，雖然不向液壓系統(tǒng)輸出液體，基本處于空載狀態(tài)，但拖動(dòng)乳化液泵的電機(jī)一直通電運(yùn)轉(zhuǎn)，造成了電能的浪費(fèi)。

乳化液泵恒壓供液系統(tǒng)，在供液系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定壓力后，電機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，降低了綜采工作面的電能損耗，并最終降低了礦井的噸煤成本。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)綜合機(jī)械化采煤工作面一臺(tái)乳化液泵每天的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間是18 h左右，而卸載狀態(tài)所占的時(shí)間就高達(dá)12 h，在這12 h中，乳化液泵電機(jī)在不停的運(yùn)轉(zhuǎn)，卻不對(duì)液壓系統(tǒng)做功，也就是說(shuō)這12 h所消耗的電能就白白浪費(fèi)掉了，加上乳化液泵機(jī)械部件的運(yùn)轉(zhuǎn)，加速了機(jī)械零部件的磨損，降低了壽命。而采用乳化液泵恒壓供液系統(tǒng)完全克服了這些問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

面對(duì)煤炭行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)，煤炭企業(yè)必須強(qiáng)化內(nèi)部管理，改革創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新，節(jié)能降耗、降本增效，改進(jìn)綜采工作面乳化液泵站供液系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)乳化液泵供液的恒壓控制，達(dá)到節(jié)能、降損、延長(zhǎng)機(jī)械使用壽命的目的。