宋昊婷
(大同煤礦集團公司機電管理處,山西大同 037003)
在煤礦企業(yè)的開采工作中采煤機是最核心的機械設(shè)備,其技術(shù)要求不斷提升。以往的學(xué)者對采煤機處于各個工況下的運行進行了各種優(yōu)化設(shè)計。馮凱等[1]通過運用AMESIM來創(chuàng)建仿真模型,并借助遺傳算法來優(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]針對截割單元中行星架存在的斷裂問題,采用Abaqus軟件來進行創(chuàng)新設(shè)計,并將圓角及渡臺角進行增加,以此來提高結(jié)構(gòu)所具有的強度及剛性,從而延長行星架的使用年限。丁永成[3]針對采煤機內(nèi)部的搖臂升降液壓系統(tǒng),通過運用仿真模擬的方法來進行分析,并設(shè)計出有效的抗衡閥,以最大化地降低該液壓系統(tǒng)存在的壓力損失,對采煤機的搖臂進行優(yōu)化。高永新等[4]通過運用理論聯(lián)系實踐的方法來分析采煤機截割的受力狀況,結(jié)果發(fā)現(xiàn):可以通過對采煤機的截割路徑加以調(diào)整來減輕機體截齒的磨損狀況,以此來延長滾筒的使用年限,從而提高設(shè)備的運行效率。本文選擇MG500/1180-WD型采煤機為對象進行研究,分別對優(yōu)化之前及之后的各個參數(shù)進行研究。
在將采煤機開展截割工作中的各個參數(shù)進行優(yōu)化之后,通過運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;在實施模擬的時候,應(yīng)當(dāng)對具有多種普氏硬度的巖石對采煤機各個參數(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,對于采煤機而言,具有各種普氏硬度的巖石對其扭矩有著不同的影響,在將滾筒進行優(yōu)化之后,其扭矩也會得到較大的提升。當(dāng)普氏硬度為1時,其扭矩約增加了19.8%,當(dāng)硬度由1提升至2時,其扭矩也得到了較大的提升,但是當(dāng)硬度超出2時,扭矩將不會產(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的時候,優(yōu)化之后的采煤機滾筒的扭矩值將會提升21%,這是因為在將采煤機滾筒加以優(yōu)化之后,其所截割的煤層厚度將會增加,因此截割阻力也會隨之提高,從而滾筒的扭矩隨之增加。這也表明了對采煤機的截割參數(shù)加以優(yōu)化具備較強的可行性,并且可以極大提升采煤機的運行效率[5]。
圖1 不同普氏硬度下優(yōu)化前后滾筒扭矩
圖2 所示為針對各個普氏硬度的巖石,采煤機滾筒的截割參數(shù)在優(yōu)化前、后的轉(zhuǎn)速對比圖。當(dāng)硬度為1時,在將采煤機滾筒的截割參數(shù)加以優(yōu)化之后,其電機的轉(zhuǎn)動速度將會得到極大提升,對普氏硬度較低的狀況加以考慮,在經(jīng)過優(yōu)化之后,采煤機的滾筒將會更迅速地上升,降低一個循環(huán)的時間,因此截割的轉(zhuǎn)速將會得到顯著提升。當(dāng)硬度為2時,在將采煤機的滾筒進行優(yōu)化之前及之后,其電機的轉(zhuǎn)速并未取得較大的變化。當(dāng)硬度為3和4時,與未進行優(yōu)化時的電機轉(zhuǎn)速相比,優(yōu)化之后的轉(zhuǎn)速取得了較大的降低,此時極大縮短了電機的上升時間,并且在對截割參數(shù)進行優(yōu)化之后,采煤機的滾筒將會受到更大的扭矩,因此電機的轉(zhuǎn)速也會取得一定提升,同時當(dāng)普氏硬度過大時,截割電機的運行將會產(chǎn)生相應(yīng)變化,但是其轉(zhuǎn)速可以迅速恢復(fù)。由此可知,在將采煤機的滾筒進行優(yōu)化之后,其所受扭矩會出現(xiàn)相應(yīng)的增加,但是電機轉(zhuǎn)速不會受到較大的干擾,因此在將采煤機的截割參數(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)化前后截割電機轉(zhuǎn)速
在第1節(jié)已經(jīng)證明了對采煤機滾筒的截割參數(shù)進行優(yōu)化具備較強的科學(xué)性,該節(jié)運用優(yōu)化之后模型來模擬相同工況下優(yōu)化前、后的截割煤層響應(yīng)。并對優(yōu)化之前及之后開采工作的參數(shù)及效果進行計算。采煤機在對各個普氏硬度的巖石進行截割時,其優(yōu)化之前及之后的開采效果如圖3所示。
圖3 普適應(yīng)度f=1時開采能效在優(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,在將采煤機的相關(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時的巖石進行研究。在大多數(shù)狀況下,在將采煤機的截割參數(shù)加以優(yōu)化之后,其開采效率將會得到極大提升。如圖3(a)所示,在完成優(yōu)化之后,采煤機的比能耗將會降低大約15%,這就表明采煤機滾筒在進行截割作業(yè)時,其耗費的能量將會減少,極大提升了采煤機的開采效率。在將采煤機的截割參數(shù)加以優(yōu)化之后,截割比能耗將會得到極大的改善。如圖3(b)所示,當(dāng)采煤機開展截割的工序維持穩(wěn)定時,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,因此通過優(yōu)化采煤機的截割參數(shù)來提升生產(chǎn)效率這一措施是較為成功的[7]。如圖3(c)所示,通過對采煤機滾筒的截割參數(shù)進行優(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,也證明了采煤機工作效率的提升,由此可知該型號采煤機所開展的模擬試驗取得了較好的效果。當(dāng)采煤機在各個工況下工作時,通過對其截割參數(shù)加以優(yōu)化,可以極大提升采煤機的截割效果,促使截割工作更加有效,進而使煤礦企業(yè)獲得較大的經(jīng)濟效益[8]。
(1)通過模擬研究發(fā)現(xiàn)在對采煤機進行優(yōu)化之后,利用該設(shè)備來開采具有各個普氏硬度的煤體時,滾筒將會受到不同的扭矩,并且當(dāng)煤巖所具有的普氏硬度f=2時,滾筒所受扭矩將會得到極大的提升,大約為21%。
(2)在將采煤機進行優(yōu)化之后,其對電機轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的影響將會減小,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)在將采煤機的截割參數(shù)加以優(yōu)化之后,其比能耗會減少約15%,而與未經(jīng)過優(yōu)化的塊煤相比,優(yōu)化之后的開采效率將會提升20%,這就表明采煤機的運行效率可以經(jīng)過優(yōu)化而提升。