采煤機(jī)滾筒截割參數(shù)的優(yōu)化探析

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]通過運(yùn)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(duì)截割單元中行星架存在的斷裂問題，采用Abaqus軟件來進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并將圓角及渡臺(tái)角進(jìn)行增加，以此來提高結(jié)構(gòu)所具有的強(qiáng)度及剛性，從而延長行星架的使用年限。丁永成[3]針對(duì)采煤機(jī)內(nèi)部的搖臂升降液壓系統(tǒng)，通過運(yùn)用仿真模擬的方法來進(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]通過運(yùn)用理論聯(lián)系實(shí)踐的方法來分析采煤機(jī)截割的受力狀況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：可以通過對(duì)采煤機(jī)的截割路徑加以調(diào)整來減輕機(jī)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(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)開展截割工作中的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化之后，通過運(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)化之前及之后的開采效果如圖3所示。

圖3 普適應(yīng)度f=1時(shí)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(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，因此通過優(yōu)化采煤機(jī)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(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

（1）通過模擬研究發(fā)現(xiàn)在對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行優(yōu)化之后，利用該設(shè)備來開采具有各個(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=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)過優(yōu)化的塊煤相比，優(yōu)化之后的開采效率將會(huì)提升20%，這就表明采煤機(jī)的運(yùn)行效率可以經(jīng)過優(yōu)化而提升。