采煤机滚筒截割参数的优化探析

宋昊婷

（大同煤矿集团公司机电管理处，山西大同 037003）

0 引言

在煤矿企业的开采工作中采煤机是最核心的机械设备，其技术要求不断提升。以往的学者对采煤机处于各个工况下的运行进行了各种优化设计。冯凯等[1]通过运用AMESIM来创建仿真模型，并借助遗传算法来优化PID调高系统，结果得出在完成优化之后，活塞位移的响应速度可以将阀控压缸的性能加以提升。原晔[2]针对截割单元中行星架存在的断裂问题，采用Abaqus软件来进行创新设计，并将圆角及渡台角进行增加，以此来提高结构所具有的强度及刚性，从而延长行星架的使用年限。丁永成[3]针对采煤机内部的摇臂升降液压系统，通过运用仿真模拟的方法来进行分析，并设计出有效的抗衡阀，以最大化地降低该液压系统存在的压力损失，对采煤机的摇臂进行优化。高永新等[4]通过运用理论联系实践的方法来分析采煤机截割的受力状况，结果发现：可以通过对采煤机的截割路径加以调整来减轻机体截齿的磨损状况，以此来延长滚筒的使用年限，从而提高设备的运行效率。本文选择MG500/1180-WD型采煤机为对象进行研究，分别对优化之前及之后的各个参数进行研究。

1 优化前后采煤机调速性能分析

在将采煤机开展截割工作中的各个参数进行优化之后，通过运用仿真模拟软件可知，在完成优化之后，其转矩与响应的速度均得到了较大改善；在实施模拟的时候，应当对具有多种普氏硬度的岩石对采煤机各个参数所造成的影响加以综合考虑，其滚筒扭矩如图1所示。由图可知，对于采煤机而言，具有各种普氏硬度的岩石对其扭矩有着不同的影响，在将滚筒进行优化之后，其扭矩也会得到较大的提升。当普氏硬度为1时，其扭矩约增加了19.8%，当硬度由1提升至2时，其扭矩也得到了较大的提升，但是当硬度超出2时，扭矩将不会产生变化。由此可知，在某种程度上，岩石所具有的普氏硬度将会影响滚筒的截割参数产生优化效果，当硬度为2、3和4的时候，优化之后的采煤机滚筒的扭矩值将会提升21%，这是因为在将采煤机滚筒加以优化之后，其所截割的煤层厚度将会增加，因此截割阻力也会随之提高，从而滚筒的扭矩随之增加。这也表明了对采煤机的截割参数加以优化具备较强的可行性，并且可以极大提升采煤机的运行效率[5]。

图1 不同普氏硬度下优化前后滚筒扭矩

图2 所示为针对各个普氏硬度的岩石，采煤机滚筒的截割参数在优化前、后的转速对比图。当硬度为1时，在将采煤机滚筒的截割参数加以优化之后，其电机的转动速度将会得到极大提升，对普氏硬度较低的状况加以考虑，在经过优化之后，采煤机的滚筒将会更迅速地上升，降低一个循环的时间，因此截割的转速将会得到显著提升。当硬度为2时，在将采煤机的滚筒进行优化之前及之后，其电机的转速并未取得较大的变化。当硬度为3和4时，与未进行优化时的电机转速相比，优化之后的转速取得了较大的降低，此时极大缩短了电机的上升时间，并且在对截割参数进行优化之后，采煤机的滚筒将会受到更大的扭矩，因此电机的转速也会取得一定提升，同时当普氏硬度过大时，截割电机的运行将会产生相应变化，但是其转速可以迅速恢复。由此可知，在将采煤机的滚筒进行优化之后，其所受扭矩会出现相应的增加，但是电机转速不会受到较大的干扰，因此在将采煤机的截割参数加以优化之后，依旧可以取得较好的调速效果[6]。

图2 不同普氏硬度下优化前后截割电机转速

2 优化后采煤机开采能效分析

在第1节已经证明了对采煤机滚筒的截割参数进行优化具备较强的科学性，该节运用优化之后模型来模拟相同工况下优化前、后的截割煤层响应。并对优化之前及之后开采工作的参数及效果进行计算。采煤机在对各个普氏硬度的岩石进行截割时，其优化之前及之后的开采效果如图3所示。

图3 普适应度f=1时开采能效在优化前后的示意图

当煤岩分别具有f=1、2、3、4的普氏硬度时，在将采煤机的相关参数加以优化之后，其生产的效率、切割的面积和比能耗基本相似，本文利用f=1时的岩石进行研究。在大多数状况下，在将采煤机的截割参数加以优化之后，其开采效率将会得到极大提升。如图3（a）所示，在完成优化之后，采煤机的比能耗将会降低大约15%，这就表明采煤机滚筒在进行截割作业时，其耗费的能量将会减少，极大提升了采煤机的开采效率。在将采煤机的截割参数加以优化之后，截割比能耗将会得到极大的改善。如图3（b）所示，当采煤机开展截割的工序维持稳定时，其生产的效率也由原有的1 300 t/h提高到优化之后的1 550 t/h，平均增加了250 t/h，其生产的效率大约增加了20%，从而使煤矿的生产效益得到极大提升，因此通过优化采煤机的截割参数来提升生产效率这一措施是较为成功的[7]。如图3（c）所示，通过对采煤机滚筒的截割参数进行优化，可以极大提升块煤率，由以往的2 563 m2提升到3 076 m2，增加了513 m2，随着块煤率的增加，也证明了采煤机工作效率的提升，由此可知该型号采煤机所开展的模拟试验取得了较好的效果。当采煤机在各个工况下工作时，通过对其截割参数加以优化，可以极大提升采煤机的截割效果，促使截割工作更加有效，进而使煤矿企业获得较大的经济效益[8]。

3 结束语

（1）通过模拟研究发现在对采煤机进行优化之后，利用该设备来开采具有各个普氏硬度的煤体时，滚筒将会受到不同的扭矩，并且当煤岩所具有的普氏硬度f=2时，滚筒所受扭矩将会得到极大的提升，大约为21%。

（2）在将采煤机进行优化之后，其对电机转速产生的影响将会减小，因此在优化结束之后依旧可以取得较好的调速效果，则表明成功完成优化。

（3）在将采煤机的截割参数加以优化之后，其比能耗会减少约15%，而与未经过优化的块煤相比，优化之后的开采效率将会提升20%，这就表明采煤机的运行效率可以经过优化而提升。