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        采煤機(jī)滾筒截割參數(shù)的優(yōu)化探析

        2020-07-23 09:07:36宋昊婷
        機(jī)電工程技術(shù) 2020年6期
        關(guān)鍵詞:普氏采煤機(jī)滾筒

        宋昊婷

        (大同煤礦集團(tuán)公司機(jī)電管理處,山西大同 037003)

        0 引言

        在煤礦企業(yè)的開(kāi)采工作中采煤機(jī)是最核心的機(jī)械設(shè)備,其技術(shù)要求不斷提升。以往的學(xué)者對(duì)采煤機(jī)處于各個(gè)工況下的運(yùn)行進(jìn)行了各種優(yōu)化設(shè)計(jì)。馮凱等[1]通過(guò)運(yùn)用AMESIM來(lái)創(chuàng)建仿真模型,并借助遺傳算法來(lái)優(yōu)化PID調(diào)高系統(tǒng),結(jié)果得出在完成優(yōu)化之后,活塞位移的響應(yīng)速度可以將閥控壓缸的性能加以提升。原曄[2]針對(duì)截割單元中行星架存在的斷裂問(wèn)題,采用Abaqus軟件來(lái)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì),并將圓角及渡臺(tái)角進(jìn)行增加,以此來(lái)提高結(jié)構(gòu)所具有的強(qiáng)度及剛性,從而延長(zhǎng)行星架的使用年限。丁永成[3]針對(duì)采煤機(jī)內(nèi)部的搖臂升降液壓系統(tǒng),通過(guò)運(yùn)用仿真模擬的方法來(lái)進(jìn)行分析,并設(shè)計(jì)出有效的抗衡閥,以最大化地降低該液壓系統(tǒng)存在的壓力損失,對(duì)采煤機(jī)的搖臂進(jìn)行優(yōu)化。高永新等[4]通過(guò)運(yùn)用理論聯(lián)系實(shí)踐的方法來(lái)分析采煤機(jī)截割的受力狀況,結(jié)果發(fā)現(xiàn):可以通過(guò)對(duì)采煤機(jī)的截割路徑加以調(diào)整來(lái)減輕機(jī)體截齒的磨損狀況,以此來(lái)延長(zhǎng)滾筒的使用年限,從而提高設(shè)備的運(yùn)行效率。本文選擇MG500/1180-WD型采煤機(jī)為對(duì)象進(jìn)行研究,分別對(duì)優(yōu)化之前及之后的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行研究。

        1 優(yōu)化前后采煤機(jī)調(diào)速性能分析

        在將采煤機(jī)開(kāi)展截割工作中的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化之后,通過(guò)運(yùn)用仿真模擬軟件可知,在完成優(yōu)化之后,其轉(zhuǎn)矩與響應(yīng)的速度均得到了較大改善;在實(shí)施模擬的時(shí)候,應(yīng)當(dāng)對(duì)具有多種普氏硬度的巖石對(duì)采煤機(jī)各個(gè)參數(shù)所造成的影響加以綜合考慮,其滾筒扭矩如圖1所示。由圖可知,對(duì)于采煤機(jī)而言,具有各種普氏硬度的巖石對(duì)其扭矩有著不同的影響,在將滾筒進(jìn)行優(yōu)化之后,其扭矩也會(huì)得到較大的提升。當(dāng)普氏硬度為1時(shí),其扭矩約增加了19.8%,當(dāng)硬度由1提升至2時(shí),其扭矩也得到了較大的提升,但是當(dāng)硬度超出2時(shí),扭矩將不會(huì)產(chǎn)生變化。由此可知,在某種程度上,巖石所具有的普氏硬度將會(huì)影響滾筒的截割參數(shù)產(chǎn)生優(yōu)化效果,當(dāng)硬度為2、3和4的時(shí)候,優(yōu)化之后的采煤機(jī)滾筒的扭矩值將會(huì)提升21%,這是因?yàn)樵趯⒉擅簷C(jī)滾筒加以優(yōu)化之后,其所截割的煤層厚度將會(huì)增加,因此截割阻力也會(huì)隨之提高,從而滾筒的扭矩隨之增加。這也表明了對(duì)采煤機(jī)的截割參數(shù)加以優(yōu)化具備較強(qiáng)的可行性,并且可以極大提升采煤機(jī)的運(yùn)行效率[5]。

        圖1 不同普氏硬度下優(yōu)化前后滾筒扭矩

        圖2 所示為針對(duì)各個(gè)普氏硬度的巖石,采煤機(jī)滾筒的截割參數(shù)在優(yōu)化前、后的轉(zhuǎn)速對(duì)比圖。當(dāng)硬度為1時(shí),在將采煤機(jī)滾筒的截割參數(shù)加以優(yōu)化之后,其電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度將會(huì)得到極大提升,對(duì)普氏硬度較低的狀況加以考慮,在經(jīng)過(guò)優(yōu)化之后,采煤機(jī)的滾筒將會(huì)更迅速地上升,降低一個(gè)循環(huán)的時(shí)間,因此截割的轉(zhuǎn)速將會(huì)得到顯著提升。當(dāng)硬度為2時(shí),在將采煤機(jī)的滾筒進(jìn)行優(yōu)化之前及之后,其電機(jī)的轉(zhuǎn)速并未取得較大的變化。當(dāng)硬度為3和4時(shí),與未進(jìn)行優(yōu)化時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速相比,優(yōu)化之后的轉(zhuǎn)速取得了較大的降低,此時(shí)極大縮短了電機(jī)的上升時(shí)間,并且在對(duì)截割參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化之后,采煤機(jī)的滾筒將會(huì)受到更大的扭矩,因此電機(jī)的轉(zhuǎn)速也會(huì)取得一定提升,同時(shí)當(dāng)普氏硬度過(guò)大時(shí),截割電機(jī)的運(yùn)行將會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)變化,但是其轉(zhuǎn)速可以迅速恢復(fù)。由此可知,在將采煤機(jī)的滾筒進(jìn)行優(yōu)化之后,其所受扭矩會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的增加,但是電機(jī)轉(zhuǎn)速不會(huì)受到較大的干擾,因此在將采煤機(jī)的截割參數(shù)加以優(yōu)化之后,依舊可以取得較好的調(diào)速效果[6]。

        圖2 不同普氏硬度下優(yōu)化前后截割電機(jī)轉(zhuǎn)速

        2 優(yōu)化后采煤機(jī)開(kāi)采能效分析

        在第1節(jié)已經(jīng)證明了對(duì)采煤機(jī)滾筒的截割參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化具備較強(qiáng)的科學(xué)性,該節(jié)運(yùn)用優(yōu)化之后模型來(lái)模擬相同工況下優(yōu)化前、后的截割煤層響應(yīng)。并對(duì)優(yōu)化之前及之后開(kāi)采工作的參數(shù)及效果進(jìn)行計(jì)算。采煤機(jī)在對(duì)各個(gè)普氏硬度的巖石進(jìn)行截割時(shí),其優(yōu)化之前及之后的開(kāi)采效果如圖3所示。

        圖3 普適應(yīng)度f(wàn)=1時(shí)開(kāi)采能效在優(yōu)化前后的示意圖

        當(dāng)煤巖分別具有f=1、2、3、4的普氏硬度時(shí),在將采煤機(jī)的相關(guān)參數(shù)加以優(yōu)化之后,其生產(chǎn)的效率、切割的面積和比能耗基本相似,本文利用f=1時(shí)的巖石進(jìn)行研究。在大多數(shù)狀況下,在將采煤機(jī)的截割參數(shù)加以優(yōu)化之后,其開(kāi)采效率將會(huì)得到極大提升。如圖3(a)所示,在完成優(yōu)化之后,采煤機(jī)的比能耗將會(huì)降低大約15%,這就表明采煤機(jī)滾筒在進(jìn)行截割作業(yè)時(shí),其耗費(fèi)的能量將會(huì)減少,極大提升了采煤機(jī)的開(kāi)采效率。在將采煤機(jī)的截割參數(shù)加以優(yōu)化之后,截割比能耗將會(huì)得到極大的改善。如圖3(b)所示,當(dāng)采煤機(jī)開(kāi)展截割的工序維持穩(wěn)定時(shí),其生產(chǎn)的效率也由原有的1 300 t/h提高到優(yōu)化之后的1 550 t/h,平均增加了250 t/h,其生產(chǎn)的效率大約增加了20%,從而使煤礦的生產(chǎn)效益得到極大提升,因此通過(guò)優(yōu)化采煤機(jī)的截割參數(shù)來(lái)提升生產(chǎn)效率這一措施是較為成功的[7]。如圖3(c)所示,通過(guò)對(duì)采煤機(jī)滾筒的截割參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,可以極大提升塊煤率,由以往的2 563 m2提升到3 076 m2,增加了513 m2,隨著塊煤率的增加,也證明了采煤機(jī)工作效率的提升,由此可知該型號(hào)采煤機(jī)所開(kāi)展的模擬試驗(yàn)取得了較好的效果。當(dāng)采煤機(jī)在各個(gè)工況下工作時(shí),通過(guò)對(duì)其截割參數(shù)加以優(yōu)化,可以極大提升采煤機(jī)的截割效果,促使截割工作更加有效,進(jìn)而使煤礦企業(yè)獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益[8]。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        (1)通過(guò)模擬研究發(fā)現(xiàn)在對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行優(yōu)化之后,利用該設(shè)備來(lái)開(kāi)采具有各個(gè)普氏硬度的煤體時(shí),滾筒將會(huì)受到不同的扭矩,并且當(dāng)煤巖所具有的普氏硬度f(wàn)=2時(shí),滾筒所受扭矩將會(huì)得到極大的提升,大約為21%。

        (2)在將采煤機(jī)進(jìn)行優(yōu)化之后,其對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的影響將會(huì)減小,因此在優(yōu)化結(jié)束之后依舊可以取得較好的調(diào)速效果,則表明成功完成優(yōu)化。

        (3)在將采煤機(jī)的截割參數(shù)加以優(yōu)化之后,其比能耗會(huì)減少約15%,而與未經(jīng)過(guò)優(yōu)化的塊煤相比,優(yōu)化之后的開(kāi)采效率將會(huì)提升20%,這就表明采煤機(jī)的運(yùn)行效率可以經(jīng)過(guò)優(yōu)化而提升。

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