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長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計 12CM15 型連續(xù)采煤機的電動機保護技術 摘要: 介紹了12CM15 型連續(xù)采煤機電動機的各種電氣及機械保護技術, 以及日常維護保養(yǎng)應注意的問題。 關鍵詞: 連續(xù)采煤機; 電動機; 電氣保護; 機械保護; 維護 Protect ion T echnolog y of M otor of M odel 12CM15 Cont inuous Shearer Zhanghong (College of Optical And Electronical Information Changchun University Of Science And Technology 0951102 , China) ?? Abstract: The paper int roduced various elect rical and mechanical protect ion technolo gies of motor o f mo del 12CM15 continuo us shearer, and expounded pro blems w hich should be paid at tentio n to in ro ut inemaintenance. 5 引言 自榆神煤炭榆樹灣煤礦有限公司引進美國JOY 公司生產的12CM15 型連續(xù)采煤機以來, 在生產實踐中取得了良好的效果, 充分發(fā)揮了設備的優(yōu)勢, 實現(xiàn)了高產高效。在雙巷掘進時, 該采煤機達到月均進尺1 500 m 的掘進速度, 在一綜采兩連采配置的千萬噸礦井生產模式中起到了舉足輕重的作用。12CM15 型連續(xù)采煤機裝機功率為553 kW, 包括8 臺電動機, 除2 臺牽引電動機的額定功率為26 kW、額定電壓為DC 250 V 外, 其余6 臺電動機的額定電壓均為AC 1 050 V, 其中包括2 臺截割電動機( 額定功率為170 kW) 、1 臺油泵電動機( 額定功率為52 kW) 、2 臺裝運電動機( 額定功率為45 kW)、1 臺通風機電動機( 額定功率為19 kW) 。除2 臺牽引電動機采用直流串激型外, 其余6 臺電機均為易維護的三相交流異步電動機。除通風機電動機外, 其它電動機均采用水冷式。本文將對12CM15 型連續(xù)采煤機電動機采用的電氣及機械保護技術進行詳細介紹, 以供參考。 1 、 電氣保護 12CMl5 型連續(xù)采煤機電動機的電氣保護有過 流保護、過載保護、過熱保護以及漏電監(jiān)視保護和漏電閉鎖保護[ 1] 。 (1) 過流保護。為防止發(fā)生短路故障, 電氣系 統(tǒng)中過流保護主要采用了2 種實現(xiàn)方法: 一種方法是通過斷路器中的電磁脫扣機構來自動完成, 一旦電流超過設定值, 電磁脫扣機構立即自動脫扣跳閘,使斷路器切斷電源, 該方法一般用于大電流( 如1 200 A、1 090 A 或980 A) 過流保護, 此外, 斷路器還完成短路故障保護的任務; 另一種方法是通過電流傳感器測量電流并把測量數(shù)據(jù)傳送給PLC, 由PLC 按預先規(guī)定的電流限制值( 如350 A 或80 A)以及過流限制時間( 0. 2 s) 控制執(zhí)行機構( 接觸器或可控硅整流器) 來執(zhí)行斷電, 這種方法多用于電流值相對小的過流( 或稱堵轉電流) 保護。 (2) 過載保護[ 2] 。過載保護用于防止電動機長 時間過載運行而發(fā)熱減少發(fā)動機壽命。過載保護與過流保護的不同之處在于它的信號取自于熱繼電器, 而熱繼電器模擬電動機的熱積累效應, 具有反時限的特征。也就是說, 當電流超過規(guī)定的某一值( 如額定值的1. 2 倍) 后, 并不立即實施保護, 而是要延遲一定的時間, 而且這個延時時間隨電流超過規(guī)定值的多少而變, 一般來說, 當電流為額定值的1. 2 倍時, 延遲時間大約是幾分鐘到幾十分鐘, 而電流為額定值的6 倍左右時, 延時時間僅為幾秒或十幾秒。過載保護的執(zhí)行過程與前面所說的小電流過流保護 的情況基本相同, 都是由PLC 控制執(zhí)行機構來執(zhí)行斷電, 不同的只是檢測信號取自于具有反時限特征的熱繼電器。 (3) 過熱保護。過熱保護動作值通過直接測量 電動機繞組溫度來取得。在12CM15 型連續(xù)采煤 機的每個電動機內部繞組中都設置一些熱敏開關元件, 其特征等效于一個溫控常閉開關, 正常時, 這些熱敏元件表現(xiàn)為低阻值, 相當于開關閉合; 而當溫度升高到某一規(guī)定值以上時, 它們表現(xiàn)為高阻狀態(tài), 相當于開關打開。過熱保護正是利用了這一特征并在PLC 和相應的執(zhí)行機構配合下完成的。 (4) 漏電保護。在安全方面, 最基本、也是煤礦井下電氣設備必備的一項措施就是漏電保護措施。漏電保護一般有2 種形式, 一種可以稱作為漏電監(jiān)視, 另一種是漏電閉鎖。在12CM15 型連續(xù)采煤機系統(tǒng)中, 直接使用AC 1 050 V 電壓的電動機回路采用的都是漏電閉鎖方式, 牽引電動機回路則采用的是漏電監(jiān)視方式。 2 、 機械保護 12CM15 型連續(xù)采煤機的截割電動機采用摩擦 離合器及扭矩軸機械保護, 裝運電動機采用扭矩軸 機械保護方式[ 3] 。 (1) 摩擦離合器 摩擦離合器屬于截割機構機械安全保護裝置的 一個組件, 在每一臺截割電動機所在的傳動系統(tǒng)中裝有一套。它在將動力傳遞給截割滾筒的同時也起機械過載保護作用。摩擦離合器由輸入裝置、輸出裝置、彈簧螺栓組件、摩擦片、壓力盤、磨損指示桿、軸承、纖維定位板及密封等組成。摩擦離合器輸入裝置的內孔花鍵與電動機空心軸外端的外花鍵連接, 動力由此輸入; 輸出裝置的內孔花鍵與扭矩軸外端外孔花鍵連接, 動力由此輸出。輸出裝置兩側端面燒結有摩擦片, 擰緊彈簧螺栓即可將摩擦片壓緊在輸入裝置、輸出裝置和壓力盤的法蘭端面之間, 形成摩擦力矩, 實現(xiàn)動力傳送或過載保護。當外力矩( 即截割滾筒和截割鏈上截割煤巖產生的外力構成 的阻力矩) 小于摩擦離合器調定的摩擦力矩時, 輸出摩擦盤處于無滑差的正常動力傳遞狀態(tài)。當外力矩大于摩擦離合器調定的摩擦力矩時, 輸出摩擦盤打滑, 起到機械保護的作用。當外力矩低于調定的摩擦力矩時, 離合器停止打滑, 恢復正常的動力傳遞。每個截割電動機配置一套摩擦離合器。摩擦離合器損壞的原因及判斷方法: ( a) 實際使用表明, 在外力矩過大的情況下, 摩擦離合器會頻繁打滑, 造成摩擦片磨損, 壓盤受熱變形。 ( b) 截割減速箱輸入軸密封損壞, 潤滑油從電 動機轉子軸承進入離合器, 造成摩擦片嚴重損壞。 ( c) 當磨損指示桿的端面與壓力盤相平或者當 壓力盤和輸入裝置的間隙不大于21 mm 時就需要更換輸出裝置, 裝上新裝置, 間隙應為25. 4 mm。 ( 2) 扭矩軸 扭矩軸是截割機構傳動系統(tǒng)中的另一個機械安 全保護裝置。摩擦離合器布置在電動機外側, 以便于維修拆裝。這種布置在檢查或拆裝離合器時, 無需移動電動機即可順利完成。為了實現(xiàn)摩擦離合器輸出裝置與減速器之間的動力傳送, 采用了扭矩軸機械保護方式。由于電動機空心軸結構尺寸的限制, 從空心軸穿過的扭矩軸比較細長, 扭矩軸兩端為外花鍵, 里端外花鍵與減速器齒輪聯(lián)接, 外端外花鍵與摩擦離合器輸出裝置內花鍵聯(lián)接。在連接摩擦離合器一端的花鍵里側有一細頸的軸槽, 在過載斷裂的時候, 因為此處最細, 所以斷口應發(fā)生在這里。同時, 在這一端沿軸向制有2 個直徑大小不同的螺紋孔備拆卸更換使用。當外力矩低于扭矩軸細頸處的抗扭強度時, 扭矩軸傳送動力, 電動機驅動截割機構 正常工作; 反之, 當外力矩大于細頸處抗扭強度時,扭矩軸在細頸處扭斷, 與扭斷的扭矩軸相連的一側電動機空轉, 停止驅動截割機構, 起到電動機保護作用。此時, 需要重新更換扭矩軸。每個截割電動機、裝運電動機配置有一個扭矩軸。扭矩軸與摩擦離合器均能在傳送動力的同時起到截割機構過載保護作用。一側或兩側力矩軸斷裂的判斷方法: 兩側電動機都轉, 但是截割滾筒不轉, 則可能2 臺電動機的力矩軸都斷裂了; 在以前使用不存在問題的條件下截割時, 截割頭經常發(fā)生過載跳閘, 則可能有一根力矩 軸斷裂。此時應檢查截割電動機電流表, 電流小的電動機力矩軸可能已經切斷。在關掉截割電動機開關時, 可以聽到一臺電動機長時間空轉, 則它里面的力矩軸已經切斷。 一般情況而言, 摩擦離合器要先于扭矩軸動作, 起過載保護作用。但當扭矩軸長期使用出現(xiàn)疲勞或過大的外力矩突然加載( 如截割到堅硬夾石、磺鐵礦等) 時, 若摩擦片打滑動作滯后, 扭矩軸也可能先于摩擦離合器動作而被扭斷。此外, 當一側電動機扭矩軸扭斷的同時, 另一側扭矩軸必定已承受了很高的應力, 使用壽命會縮短。此時如果只更換損壞一側的扭矩軸, 則會導致兩側扭矩軸交替損壞, 所以最好同時更換兩側扭矩軸。實際使用表明, 這種機構過載保護裝置在外力矩過大的情況下, 摩擦離合器動作比較頻繁, 而扭斷扭矩軸的過載保護是不會經常發(fā)生的。 3 、 日常維護保養(yǎng)應注意的問題 12CM15 型連續(xù)采煤機的電動機保護技術可靠 完善, 但在日常維護工作中還應做好以下工作: 加強供水水質管理, 定期清洗及更換濾芯, 確保過流、過載、漏電等保護元件工作正常, 定期實驗檢測, 嚴禁隨意甩掉不用; 扭矩軸損壞后必須成對更換, 定期檢查摩擦離合器的磨損指示, 達到更換標準后應立即更換。 4 、 結語 12CM15 型連續(xù)采煤機作為高產高效煤礦井下 煤巷掘進主要設備, 具有可靠性高、故障率低、掘進速度快的特點, 在神府東勝礦區(qū)及榆神煤炭榆樹灣煤礦有限公司得到了充分應用。對其電氣保護和機械保護技術進行了充分的探討, 為采煤機的安全運行提供了保證。 參考文獻: [1] ?? 戴紹誠. 高產高效綜合機械化采煤技術與裝備[M] .北京: 煤炭工業(yè)出版社, 1998. [2] ?? 祖?zhèn)? 劉友翔, 張莉. 電動機熱過載保護及其微機實現(xiàn)[J] . 合肥工業(yè)大學學報: 自然科學版, 1997, 20 ( 2) :94??99. [3] ?? 趙建軍. 連續(xù)采煤機結構綜合分析[J] . 煤礦機械,1998( 6) : 29??31. [4] ?? 賈春玉, 馬曉燕. 12CM 連采機常見電氣故障及分析[J] . 煤炭工程, 2005( 9) : 48??49. [5] ?? 程安寧. 介紹神府礦區(qū)引進的久益12CM18 連續(xù)采煤機[J] . 陜西煤炭技術, 1995( 2) : 39??41. [6] ?? 李峰，劉志毅.現(xiàn)代采掘機械 [M] .北京: 煤炭工業(yè)出版社, 2007. 作者簡介: 張紅( 1990- ) , 女, 吉林省白城市鎮(zhèn)賚縣人,學生 , 2013年畢業(yè)于長春理工大學光電信息學院機電工程分院