導(dǎo)語：如何才能寫好一篇礦山機(jī)械論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

一、煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中的重要作用

煤炭是我國的主要能源，是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展不可缺少的物資基礎(chǔ)。我國煤炭資源豐富，煤炭資源分布面積約60多萬平方公里，占國土面積的6%。根據(jù)第三次全國煤炭資源預(yù)測與評價(jià)，全國煤炭資源總量5.57萬億噸，煤炭資源潛力巨大，煤炭資源總量居世界第一。已查明資源中精查資源量僅占25%，詳查資源僅占17%。探明儲量達(dá)到10202億噸。其中可開采儲量1891億噸，占18%，人均占有量僅145噸，低于世界平均水平。國務(wù)院制訂的《能源中長期發(fā)展規(guī)劃綱要（2004-2020）》（草案）指出“要大力調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，堅(jiān)持以煤炭為主體，電力為中心，油氣和新能源全面發(fā)展的戰(zhàn)略”。鑒于我國“多煤、貧油、少氣（天然氣）”的特點(diǎn)，在今后一段相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，能源結(jié)構(gòu)仍然以煤炭為主，煤炭在一次能源消耗中占70%左右。2004年煤炭占我國一次能源生產(chǎn)的70%以上，在我國能源結(jié)構(gòu)上占主要地位，有舉足輕重的作用。

根據(jù)我國全面建設(shè)小康社會的需求，煤炭消費(fèi)的趨勢將有明顯上升。在煤炭消費(fèi)用戶的構(gòu)成中，電力、冶金、建材、化工4個(gè)行業(yè)煤炭消費(fèi)量占煤炭消費(fèi)總量從1990年的50%提高到2004年的84%，其中電力占51.8%，冶金11.64%，年占27%提高到2004年的51%，將近增長一倍。

二、我國煤炭工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

進(jìn)入21世紀(jì)，我國煤炭工業(yè)快速發(fā)展，2000年全國產(chǎn)煤9.9億噸，2001年產(chǎn)煤11.04億噸，2002年13.8億噸，2003年16.67億噸。2004年全國產(chǎn)煤19.56億噸，占全國一次性能源生產(chǎn)總量的74.3%，當(dāng)年煤炭銷售量為18.91億噸，占全國一次性能源消費(fèi)總量的65%，生產(chǎn)力水平顯著提高，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整取得重大進(jìn)展。一些企業(yè)開始跨地區(qū)、跨行業(yè)的產(chǎn)業(yè)聯(lián)合，煤、電、化、路、港、航產(chǎn)業(yè)鏈開始形成，形成了一批在國內(nèi)領(lǐng)先、在國際上具有一定競爭力的大集團(tuán)，如神華集團(tuán)、山西焦煤集團(tuán)、兗州礦業(yè)集團(tuán)等。我國煤炭產(chǎn)量急劇上升，得到了全世界的關(guān)注。

煤炭是我國能源安全的基石。煤炭工業(yè)是我國重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，我國的煤炭產(chǎn)量已是世界第一位，是煤炭生產(chǎn)大國，現(xiàn)在我國煤炭工業(yè)已具備了設(shè)計(jì)、施工、裝備及管理千萬噸露天煤礦和大中型礦井的能力?，F(xiàn)代化綜采設(shè)備、綜掘設(shè)備和大型高效露天剝、采、運(yùn)、支成套設(shè)備在大中型煤礦大量使用。同時(shí)，我國煤炭開采技術(shù)裝備總體水平低，煤炭生產(chǎn)技術(shù)裝備是機(jī)械化、部分機(jī)械化和手工作業(yè)并存的多層次結(jié)構(gòu)。技術(shù)和裝備水平低。全國煤礦非機(jī)械化采煤60%。大中型國有重點(diǎn)煤礦裝備水平較先進(jìn)，但設(shè)備老化程度較大；小型礦井生產(chǎn)技術(shù)裝備水平極低，煤礦生產(chǎn)工藝落后，作業(yè)人員過多、效率低。保障煤炭供應(yīng)是國家加強(qiáng)煤炭工業(yè)宏觀調(diào)控的重點(diǎn)之一，挖掘煤炭生產(chǎn)潛力，加快大型煤炭基地建設(shè)，是重要措施。為此，只有大幅提高大中型煤礦產(chǎn)量，才能在保障煤炭穩(wěn)定供應(yīng)的前提條件下，遏制小煤礦發(fā)展和淘汰小煤礦，完成煤炭生產(chǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整。1998年12月以來，國家對煤炭產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重大調(diào)整，關(guān)閉了五萬多處小煤礦，淘汰了一批落后的生產(chǎn)能力，通過宏觀調(diào)控，煤炭生產(chǎn)形勢好轉(zhuǎn)，供求關(guān)系趨于平衡。目前我國煤炭生產(chǎn)企業(yè)2.5萬多家，其中規(guī)模以上的企業(yè)約占60%左右，2005年計(jì)劃關(guān)閉2000多家小煤礦。

三、我國煤炭工業(yè)存在的問題和與國際先進(jìn)產(chǎn)煤國家的差距

1、我國煤炭企業(yè)規(guī)模小、產(chǎn)業(yè)集中度低我國煤炭企業(yè)的突出特點(diǎn)是，規(guī)模小、效率低、安全狀況不好，產(chǎn)業(yè)集中度低。據(jù)煤炭行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，2002年國有重點(diǎn)煤礦占52%，國有地方煤礦占18%，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦占30%。按井型劃分，大型礦井占32%，中型礦井占18%，小型礦井（含鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦）占48%。2004年，全國約有煤礦2.5萬處，95%以上的小煤礦，礦井年產(chǎn)能力不足3萬噸的礦井約占40%，煤炭產(chǎn)業(yè)的集中度只有15%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界主要產(chǎn)煤國家的水平。國際先進(jìn)的產(chǎn)煤國家，煤炭產(chǎn)業(yè)規(guī)模集中化，世界排名前10名的大公司，依靠核心競爭力，做強(qiáng)做大，提高了全球煤炭產(chǎn)業(yè)的集中化程度。2003年10大煤炭公司的煤炭產(chǎn)量約占全球產(chǎn)量的18.81%，有5家公司的煤炭產(chǎn)量超過1億噸，其中排名第一的皮博迪公司達(dá)到1.83億噸，力拓公司達(dá)到1.43億噸，美國前4家企業(yè)的煤炭產(chǎn)量占本國煤炭總量的46.9%。

2、我國煤炭裝備落后，機(jī)械化、自動化程度低、缺少大型成套設(shè)備.我國煤礦生產(chǎn)基礎(chǔ)薄弱、國有煤礦連續(xù)緊張生產(chǎn)的礦井占總數(shù)的近50%，礦井主要生產(chǎn)設(shè)備嚴(yán)重老化，超期服役的占30-40%，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦設(shè)備簡陋、生產(chǎn)條件差，有的根本沒有機(jī)械設(shè)備，僅為人工開采，不符合有關(guān)煤炭法規(guī)要求，當(dāng)前我國資源破壞和浪費(fèi)嚴(yán)重。部分煤炭企業(yè)存在著“采厚棄薄”、“吃肥丟瘦”等浪費(fèi)資源現(xiàn)象，全國煤礦平均資源回收率為30-35%左右，資源富集地區(qū)的小型礦井資源會回收率只有10-15%。據(jù)煤炭行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，2002年我國國有重點(diǎn)煤礦采煤機(jī)械化程度為77.78%，綜合采煤機(jī)械化為62.98%，掘進(jìn)機(jī)械化程度為81.15%，綜合掘井機(jī)械化程度為15.03%，地方國有煤礦機(jī)械化程度更低。當(dāng)前全國采煤機(jī)械化程度僅為42%，除國有大中型煤礦采掘機(jī)械化程度達(dá)到75%之外，大多數(shù)煤礦生產(chǎn)技術(shù)水平低，裝備差、效率低。特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦，基本上是非機(jī)械化開采。2004年鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦產(chǎn)量占我國煤炭總產(chǎn)量的39%。對不適宜用放頂采煤的5.5米以上煤層，要采用一次采全高是最合理有效的采煤方法，但目前國內(nèi)沒有相適應(yīng)的高產(chǎn)高效的綜采成套設(shè)備。而國外美國久益（JOY）公司、德國德伯特（DBT）公司和德國艾克夫（Eickhoff）公司，都具有成熟的高煤層一次采全高的高產(chǎn)、高效綜采成套設(shè)備。神華集團(tuán)引進(jìn)的成套設(shè)備年產(chǎn)突破1085萬噸，工作面長度突破300米，最長的工作面已超過400米，工作面總裝機(jī)功率已超過5000kw。而國際先進(jìn)的產(chǎn)煤國家，煤炭生產(chǎn)呈現(xiàn)出大功率重型化、自動化、集約化、按照環(huán)保的特點(diǎn)。國外先進(jìn)的采煤設(shè)備向大功率、重型化發(fā)展，設(shè)備儲備系數(shù)大、運(yùn)行可靠性高。DBT（德國德伯特）、JOY（美國久誼）和Eickhoof（德國艾克夫）等采礦設(shè)備公司都制造出具有自動化功能的產(chǎn)品。美國聯(lián)邦2號礦在工作面實(shí)現(xiàn)了跟機(jī)自動移架。澳大利亞Batana煤礦實(shí)現(xiàn)了自動割煤和跟機(jī)自動移架。特別是信息技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，先進(jìn)煤礦廣泛采集工作面設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和環(huán)境安全檢測信息，在工作面集中顯現(xiàn)并通過以太網(wǎng)傳輸?shù)降孛嬗?jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程運(yùn)輸和故障診斷。運(yùn)輸系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)均無人值守。實(shí)行集中遠(yuǎn)程操作、視頻監(jiān)視，輔助有專人巡視。井巷布置集約化，生產(chǎn)系統(tǒng)和環(huán)節(jié)少、實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)高度集中。通常是一礦、一井、一面生產(chǎn)。有些先進(jìn)的長壁工作面每班只需6人，其中采煤機(jī)司機(jī)2人，維修工1人，機(jī)頭集中操作工1人，另外2人替換休息。高度重視工作環(huán)境的改善和人體安全防護(hù)。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)測安全信息，監(jiān)測探頭遍布整個(gè)礦井。液壓支架具有跟機(jī)自動噴霧和移架自動噴霧功能；采煤機(jī)上方安裝導(dǎo)風(fēng)板，減少煤塵進(jìn)入人行空間。采煤機(jī)運(yùn)行的下風(fēng)側(cè)幾乎無人作業(yè)。

3、煤礦安全生產(chǎn)事故多我國煤礦安全生產(chǎn)方面，重大瓦斯事故多發(fā)，煤礦事故的總死亡人數(shù)達(dá)到了高峰，2004年我國生產(chǎn)約20億噸煤，事故死亡約六千人，這幾年煤炭產(chǎn)量大幅度增長，煤礦百萬噸死亡率還是下降的。由1994年的5.59人下降到2004年3.08人，美國生產(chǎn)約10億噸煤死27-31人，百萬噸死亡率約為0.039；波蘭百萬噸死亡率為0.09；南非百萬噸死亡率為0.13；俄羅斯百萬噸死亡率為0.34。我國百萬噸死亡率是美國的約100倍，俄羅斯的約10倍，印度的約12倍，大大超過煤炭先進(jìn)生產(chǎn)國家。據(jù)有關(guān)專家講，礦井安全檢測儀表，安全設(shè)備均在設(shè)計(jì)中作了考慮，多數(shù)事故都是礦井管理問題，真正因設(shè)備問題而發(fā)生事故較少。先進(jìn)產(chǎn)煤國家依靠大型、強(qiáng)力綜采技術(shù)裝備已經(jīng)完成從普通綜采機(jī)械化向礦井高效集約化和自動化生產(chǎn)的過渡。高產(chǎn)高效煤礦的建設(shè)不僅提高煤炭生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)煤礦集約化生產(chǎn)，并為煤礦生產(chǎn)過程中的安全監(jiān)測、監(jiān)控創(chuàng)造條件，從而有效的預(yù)防和控制煤礦安全生產(chǎn)事故。先進(jìn)產(chǎn)煤國家安全生產(chǎn)上十分重視，不僅有健全的安全生產(chǎn)法規(guī)體系，還有嚴(yán)細(xì)的生產(chǎn)安全措施，嚴(yán)格的煤礦生產(chǎn)準(zhǔn)入制度，而且實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)監(jiān)測安全信息，監(jiān)測探頭遍布整個(gè)礦井，保證了安全生產(chǎn)。

四、煤炭工業(yè)發(fā)展對礦山機(jī)械設(shè)備的需求

1、我國煤炭工業(yè)發(fā)展趨勢

據(jù)煤炭行業(yè)發(fā)展規(guī)劃相關(guān)內(nèi)容，“十一五”期間，我國將新建煤礦3億噸左右，其中投產(chǎn)2億噸。國家將在“十一五”期間，對煤炭行業(yè)的工業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，大力整合、改造、關(guān)閉小煤礦，同時(shí)適度加快大型煤炭基地的建設(shè)，開工一批現(xiàn)代化大型煤礦、置換落后的生產(chǎn)能力。“十一五”期間煤炭行業(yè)現(xiàn)代企業(yè)制度要進(jìn)一步得到完善，大型煤炭企業(yè)集團(tuán)基本形成，到2010年要形成5-6個(gè)億噸級生產(chǎn)能力的特大型企業(yè)集團(tuán)，5-6個(gè)5000萬噸級生產(chǎn)能力的大型企業(yè)，產(chǎn)量將占全國煤炭總產(chǎn)量的60%左右。通過新建和老礦井技術(shù)改造，全國將建成300處高產(chǎn)高效礦井，高產(chǎn)高效的礦井產(chǎn)量將占全國總產(chǎn)量的50%左右。“十一五”期間，國家將建設(shè)神東、晉北、晉東、蒙東（東北）、云貴、河南、魯西、晉中、兩淮、黃隴（華亭）、翼中、寧東、陜北等13個(gè)大型煤炭基地，這些基地的儲量，占全國儲量的70%以上，作為煤炭供應(yīng)規(guī)劃和建設(shè)的核心。初步預(yù)測全國煤炭需求量：2010年為25-27億噸、2020年為30-32億噸，均占能源需求量的60%以上。據(jù)相關(guān)部分統(tǒng)計(jì)，2004年國有重點(diǎn)煤礦原煤產(chǎn)量9.22億噸，超過其核定生產(chǎn)能力50%以上，煤炭生產(chǎn)能力嚴(yán)重不足。經(jīng)測算，到2020年，新建和在建的國有煤礦的生產(chǎn)能力約為7.1億噸。如果屆時(shí)中國小煤礦的產(chǎn)量仍保持目前的6億噸，按需求預(yù)測的高端方案，未來20年中國需新增煤礦產(chǎn)能17億噸，年均8500萬噸；按需求預(yù)測的低端方案，未來20年中國需新增煤礦產(chǎn)能13億噸，年均6500萬噸。2、對礦山機(jī)械設(shè)備的需求

“十一五”期間，煤炭工業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平將明顯提高。國家將建成140個(gè)高效安全現(xiàn)代化礦井，國家將加大對煤礦建設(shè)項(xiàng)目的支持力度，已先后有17個(gè)煤炭建設(shè)項(xiàng)目，由國家開發(fā)銀行出具貸款承諾，還將100多個(gè)高檔普采工作面升為綜采工作面，100多個(gè)普采工作面升為高檔普采工作面。這樣，中國大型煤礦采掘機(jī)械化程度將達(dá)到95%。中型煤礦的機(jī)械化程度將達(dá)到80%以上；大型煤礦國內(nèi)先進(jìn)水平裝備率達(dá)到20%，國際先進(jìn)水平裝備率達(dá)到6%，中型煤礦國內(nèi)先進(jìn)水平裝備率達(dá)到10%，小型煤礦機(jī)械化、半機(jī)械化程度達(dá)30%以上。據(jù)此分析，煤炭需求的急劇增長，上述煤礦采掘機(jī)械化指標(biāo)還會有所突破，這為煤礦裝備的發(fā)展提供了廣闊的市場前景。

（1）井下綜采重點(diǎn)設(shè)備

我國煤炭開采90%以上的井工開采的，井工開采占煤炭開采的主導(dǎo)地位。為迅速提高我國綜合裝備水平，要以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，采取跨越式發(fā)展模式。在“十一五”期間應(yīng)以日產(chǎn)2.5-3萬噸（年產(chǎn)1000萬噸左右）的綜采成套設(shè)備國產(chǎn)化為突破口，全國實(shí)現(xiàn)綜采成套設(shè)備國產(chǎn)化，推動我國礦山機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。

預(yù)計(jì)從2004年到2020年，每年新增綜采工作面成套設(shè)備為30套、普采工作面成套設(shè)備50套，每年設(shè)備更新量約為現(xiàn)有的基數(shù)的六分之一。粗略估算，2010年采煤成套設(shè)備年需求量將達(dá)到500臺套左右。高產(chǎn)高效綜采技術(shù)的核心是井下工作面綜合機(jī)械化采煤輸送設(shè)備，主要有采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架和帶式輸送機(jī)。急需開發(fā)研究的電牽引采煤機(jī)：裝機(jī)總功率為2000kw左右，供電電壓為3.3KV、采高范圍為5-6m，生產(chǎn)能力達(dá)3000t/h左右。

重型刮板輸送機(jī)：輸送能力3000-5000t/h，鋪設(shè)長度250-400m，鏈速1.4m/s，裝機(jī)功率3×700或2×1000kw，供電電壓為3.3KV。

液壓支架：最大工作阻力12000KN，立柱最大缸徑ф480mm，支護(hù)高度6m，架間距1.75-2m，支架降移升時(shí)間8-12s，采用電液控制系統(tǒng)。

大型帶式輸送機(jī)：裝機(jī)功率1500-4000KN，電壓3.3KV，帶寬≥1.4m，帶速≥5m/s，運(yùn)量≥5000t/h，距離50000m以上，托輥壽命5萬小時(shí)以上，減速器壽命7萬小時(shí)以上。

（2）井下綜掘設(shè)備

我國目前綜掘機(jī)械化程度比較低，僅為12.81%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上綜采機(jī)械化的發(fā)展，其中掘進(jìn)機(jī)雖有較大的發(fā)展，但整體技術(shù)水平仍比國際先進(jìn)水平有較大差距。

需研究開發(fā)先進(jìn)的掘進(jìn)機(jī)：其截割功率300kw以上，截割斷面最大可達(dá)42m2，經(jīng)濟(jì)截割硬度達(dá)f12，可靠性要求，齒輪壽命在20000h以上，軸承壽命在30000h以上，力爭整機(jī)掘進(jìn)10000米無故障。

同時(shí)要結(jié)合我國國情和煤礦實(shí)際工礦，開發(fā)研制集切割、裝運(yùn)、行走、錨桿支護(hù)、機(jī)載、除塵等功能為一體的掘錨聯(lián)合裝備機(jī)組，可大大提高掘進(jìn)速度。

（3）全自動刨媒設(shè)備

我國薄煤層儲量約占總儲量的21%左右，但是由于煤層薄，作業(yè)空間小，工作條件惡劣，薄煤層高產(chǎn)高效開采技術(shù)一直是我國煤炭工業(yè)研究探討的重要難題。刨煤機(jī)作為一種“淺截深、多循環(huán)”的采煤設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)薄煤層高產(chǎn)高效的有效途徑。提高薄煤層機(jī)械化水平加快薄煤層資源的開采進(jìn)度，不僅可以充分利用有限的資源，提高礦井整體生產(chǎn)能力，同時(shí)，也有利于保障煤礦的安全生產(chǎn)。開發(fā)研制大功能、高強(qiáng)度、高效率、緊湊型的全自動刨煤成套設(shè)備勢在必行。全自動刨煤成套設(shè)備（采高0.6-1.8m），主要包括刨煤機(jī)、配套刮板輸送機(jī)、薄煤層液壓支架、順槽轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)等產(chǎn)品。我國目前主要從德國DBT進(jìn)口主機(jī)——刨煤機(jī)及配套刮板輸送機(jī)，由北京煤炭機(jī)械廠配套薄煤層液壓支架，張家口煤礦機(jī)械有限公司配套轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)。到目前已進(jìn)口六套（鐵法2套、晉城、西山、陽泉、大同各1套）。開發(fā)研制的全自動刨煤成套設(shè)備：其生產(chǎn)能力1000噸/小時(shí)，鋪設(shè)長度250-300米，適應(yīng)煤層厚度0.8-2米，適應(yīng)煤質(zhì)硬度F≤3.5，適應(yīng)煤層傾角≤25度，功率2×400kw（刨頭部分）、刨煤方式為雙速混合式，上行速度0.88米，下行速度1.76米，刨深≤120毫米，上行90毫米，下行30毫米、下鏈牽引，牽引鏈38毫米D級，刨煤機(jī)采用智能控制系統(tǒng)，能自動監(jiān)視故障性質(zhì)和位置。

（4）礦井提升設(shè)備

目前我國約90%的原煤是靠井工開采的，礦井提升設(shè)備是井工開采的咽喉設(shè)備，它不僅關(guān)系到礦井的產(chǎn)煤量，而且直接影響到人身和整個(gè)礦井的安全。我國煤炭產(chǎn)量到2020年將達(dá)20-32億噸，估計(jì)每年需新增大型、特大型礦井提升機(jī)約30臺套，考慮到更新改造，綜合估算在“十一五”期間平均年需各類提升機(jī)150-180臺套，其中大型和特大型約占20%，中小型約占80%，每年新增提升機(jī)產(chǎn)值5.4億元左右。開發(fā)研制適用于年產(chǎn)1000萬噸的特大型礦井提升設(shè)備，其規(guī)格為6×4、7×4多繩提升機(jī)、最大拖動功率單機(jī)為6000KW、雙機(jī)為2×4000KW、最大提升速度14×16米/秒，整機(jī)使用壽命為25年。

采用恒力矩、恒減速液壓控制系統(tǒng)：采用計(jì)算機(jī)數(shù)字控制自動化運(yùn)行，提升速度及容器位置的監(jiān)控全由電氣自動檢測、反饋、調(diào)整。實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的全自動化監(jiān)控運(yùn)行。

（5）露天礦井開采成套設(shè)備

露天開采占我國煤炭總開采量的10%左右。露天開采與井工開采相比具有煤炭資源利用率高，開采成本低，作業(yè)現(xiàn)場和工作人員更加安全等優(yōu)點(diǎn)。所以，發(fā)展露天開采更有其井工開采無法相比的作用和意義。大型露天礦設(shè)備從設(shè)計(jì)、制造到使用的技術(shù)性強(qiáng)，世界各國都爭相把最先進(jìn)的技術(shù)成果用在大型露天礦設(shè)備上，因此發(fā)展大型露天礦設(shè)備可以帶動機(jī)械、電氣、液壓、信息等行業(yè)的發(fā)展，推動和促進(jìn)我國民族工業(yè)的發(fā)展。當(dāng)前世界露天礦開采特點(diǎn)是：高度集中化開采與集約化經(jīng)營；開采工藝的多樣化；企業(yè)管理的計(jì)算機(jī)化與智能礦山；合理充分利用資源，重建生態(tài)環(huán)境保持可持續(xù)發(fā)展等幾個(gè)方面。在我國大型煤炭基地建設(shè)總體規(guī)劃方案中，神東、晉北、蒙東（東北）、云貴、黃隴（華亭）、陜西等基地都建有大型露天煤礦，僅霍林河、伊敏河、勝利、平朔哈爾烏蘇2000萬t采選項(xiàng)目中16-45m3礦用挖掘機(jī)市場需求量就可達(dá)30-50億元；哈爾烏、武家塔、馬家塔采選項(xiàng)目等需大型拉鏟15-20億元，又比如對半連續(xù)開采工藝設(shè)備僅蒙東要建7個(gè)5000萬t級煤炭基地，建設(shè)一批保證勝利一二三號、百音花、伊敏河、寶日希勒一號和二號等超過千瓦噸級大型露天煤礦，加上神府、哈爾烏蘇和原有五大露天煤礦的改建及二、三期擴(kuò)建，移動式、半移動式破碎站需求量在40-60臺（套）之間，要求移動式（半移動式）破碎站的生產(chǎn)能力達(dá)到每小時(shí)2000-4000噸（碎煤），最高達(dá)到每小時(shí)6000噸（碎巖）。在上述煤礦建設(shè)中對礦用卡車的需求量，估計(jì)，“十一五”期間需100t級礦用車在250輛左右。當(dāng)前需要開發(fā)研制斗容28m3、45m3的大型機(jī)械式正鏟，斗容70m3、90m3、100m3臂長約為100m的大型拉鏟，降低電能消耗17%，減少機(jī)械零部件應(yīng)力載荷約30%，提高零部件使用壽命，使平均無故障時(shí)間達(dá)到國際先進(jìn)水平。開發(fā)研制斗輪挖掘機(jī)，爭取與國外合作制造3600m3大型斗輪挖掘機(jī)，達(dá)到國際先進(jìn)水平。開發(fā)研制移動式、半移動式大型破碎站，其生產(chǎn)能力4000-6000-8000t/h，破碎物料強(qiáng)度≤150Mpa，給料粒度1500×1500×1500-2500×2500×2500mm，排料粒度≤350mm，立機(jī)形式新型雙齒輥破碎機(jī)（中心距1500-1800mm，輥長2500-4000mm，功率2×300-2×500KW）。開發(fā)研制帶寬2m的大型帶式輸送機(jī)，功率3×1400KW，運(yùn)輸量12000t/h，半固定式單機(jī)長8820m，移置式單機(jī)長5270m，在-45℃低溫下能正常運(yùn)行。爭取與國外合作，開發(fā)研制載重170-360t的大型電動輪自卸車，并達(dá)到國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。

（6）煤炭洗選加工設(shè)備煤炭清潔洗選加工技術(shù)是資源綜合利用的基礎(chǔ)，是提高煤炭熱效率的有效途徑，也是保障國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的需要，煤炭洗選加工業(yè)在政策扶持、科技進(jìn)步、市場拉動、投資增加和環(huán)保要求的推動下，呈現(xiàn)出快速發(fā)展、總體推進(jìn)、擴(kuò)量提質(zhì)、增效降污的可喜局面，原煤入洗比例不斷提高。到2004年末，全國共有年入洗3萬噸及以上的選煤廠2000余座，設(shè)計(jì)能力7.5億噸以上，原煤入洗量為5億噸左右。2005年，全國原煤入洗能力將突破8億噸，入洗量將達(dá)到6億噸，入洗比例達(dá)40%，根據(jù)煤炭工業(yè)規(guī)劃，到2010年原煤入洗率達(dá)50%，原煤入洗量提高到11億噸，煉焦煤全部入洗，動力煤入洗率達(dá)到40%以上。據(jù)此計(jì)算，每年將新增8000-10000萬噸原煤入洗，按400萬噸規(guī)模洗選煤廠計(jì)算，每年將新增25座大型洗選煤廠，加上現(xiàn)有洗選煤廠的技術(shù)改造每年約需洗選煤設(shè)備250套左右，洗選煤設(shè)備的發(fā)展?jié)摿艽?。為適應(yīng)煤洗選加工的要求，應(yīng)開發(fā)研制單機(jī)處理能力為1000-2000m3/h的新型浮選機(jī)，其主要參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制。開發(fā)研制篩子面積≥28m3的高可靠性大型直線振動篩。開發(fā)研制入料粒度25-400mm、處理能力為300-400T/h的高效液壓動篩淘汰機(jī)。開發(fā)研制篩籃直徑≥1.4米，處理能力≥300T/h的大型臥式振動離心脫水機(jī)和400m2高效精煤壓濾機(jī)、處理能力≥35T/h的沉降式離心脫水機(jī)等高效脫水設(shè)備。開發(fā)研究并解決300-400萬噸/年的大型選煤廠的集中控制和智能化管理技術(shù)與裝備，實(shí)現(xiàn)選煤的全過程的主要工藝參數(shù)，煤炭灰分、水分、發(fā)熱量、懸浮液密度、入料濃度、流量、旋流器入口壓力、跳汰機(jī)床層厚度、松散度、浮選加藥量、耙工濃縮機(jī)溢流水的濁度、皮帶輸送機(jī)的煤流量等指標(biāo)的在線檢測、實(shí)現(xiàn)跳淘機(jī)、浮選機(jī)、重介旋流器、壓濾機(jī)等主要分選設(shè)備單機(jī)自動化控制系統(tǒng)和選煤廠全廠的綜合自動化控制系統(tǒng)。

篇2

【關(guān)鍵詞】礦山機(jī)械;情感化設(shè)計(jì);研究與應(yīng)用

一、概述

1.1情感化設(shè)計(jì)的含義

根據(jù)本文總結(jié)，得出情感化設(shè)計(jì)的大概含義。本文認(rèn)為情感化設(shè)計(jì)是一種人性化的設(shè)計(jì)，其改變了傳統(tǒng)的器械設(shè)計(jì)過程中只關(guān)注產(chǎn)品實(shí)用性的特點(diǎn)，將著眼點(diǎn)放于產(chǎn)品外形特征對于使用者的情感慰藉方面的作用，通過對產(chǎn)品外觀的設(shè)計(jì)，使得使用者對器械進(jìn)行更加有效的使用。

1.2對實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)械情感化的作用的研究

本文認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)械情感化設(shè)計(jì)的作用表現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先是對于礦山作業(yè)者工作效率的影響。前文也有所提及，礦山作業(yè)相較于其他的工作來說其工作量是較為巨大的，因此，在礦山工作者工作時(shí)易產(chǎn)生疲勞的情緒，對工作提不起精神。而這時(shí)情感化設(shè)計(jì)就可以起到一定的作用，通過對顏色、外形等方面的改造，使得礦山工作者在進(jìn)行機(jī)械使用時(shí)更具有精力。第二個(gè)影響即是對于安全性的影響。結(jié)合以往的對于礦山安全事故的報(bào)道可以得知，礦山作業(yè)的安全性雖然在近年得到了很大的提升，但是仍然具有一定的危險(xiǎn)性，尤其是在警示不夠且操作者疲乏的時(shí)候，更容易發(fā)生安全事故。情感化設(shè)計(jì)可以通過機(jī)械外形的刺激使得使用者具有警覺，從而減少事故的發(fā)生。

二、礦山機(jī)械情感化的實(shí)際應(yīng)用

1、機(jī)械色彩應(yīng)當(dāng)保持明亮。在礦山機(jī)械的使用過程中，其外形對人產(chǎn)生最直接的沖擊作用的就是機(jī)械的色彩。本文認(rèn)為，在進(jìn)行礦山機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，為了突出情感化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，其色彩應(yīng)當(dāng)從這兩個(gè)方面加以注意。首先是從對使用者精神和視覺神經(jīng)的刺激方面出發(fā)。據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，深沉灰暗的色彩更容易使人出現(xiàn)疲乏的現(xiàn)象，而明亮的色彩可以振奮人的精神，因此，在進(jìn)行礦山機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)采用紅、橙等明亮的顏色。但是，顏色整體應(yīng)當(dāng)趨于簡單，不應(yīng)當(dāng)制造色彩斑斕的外形，尤其是儀表盤的應(yīng)當(dāng)盡量簡單，以防使用者因?yàn)檠刍潄y而產(chǎn)生操作失誤的現(xiàn)象。另一個(gè)方面是對于安全警示方面的作用。其實(shí)為了刺激人的視覺而選擇的明亮色彩同時(shí)也具有個(gè)人提供警示的作用，但是本文認(rèn)為，除了整體的顏色之外，為了機(jī)械操作的安全，機(jī)械上的關(guān)注部位應(yīng)當(dāng)用重點(diǎn)色彩進(jìn)行標(biāo)記，使得機(jī)械的使用者對其進(jìn)行高度的關(guān)注，減少事故的發(fā)生。2、機(jī)械外形應(yīng)當(dāng)穩(wěn)重可靠。除了礦山機(jī)械的色彩之外，其外形同樣能給使用者起到心理暗示的作用。在我們傳統(tǒng)的認(rèn)知當(dāng)中，普遍認(rèn)為棱角分明的結(jié)構(gòu)較之彎彎曲曲的結(jié)構(gòu)更加具有安全感。而礦山機(jī)械由于其作業(yè)地點(diǎn)的特殊性以及其工作人員心理的特殊性，對其外表的穩(wěn)重程度的要求比其他機(jī)械更高。因此，根據(jù)對礦山機(jī)械使用者情感的分析得出，其希望在較為不穩(wěn)定工作環(huán)境中尋找一個(gè)穩(wěn)定的依靠，因此，礦山機(jī)械的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)較多地利用直角和直線，以突出其穩(wěn)定感。但是，從另一個(gè)方面而言，棱角分明的機(jī)械雖然看起來穩(wěn)固可靠，但是也給人一種重機(jī)械的壓抑感，影響礦山工作者的工作熱情，因此，在進(jìn)行礦山機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)做到在保障整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定可靠性的基礎(chǔ)上融入較為柔和的線條，減緩重型機(jī)械給人心理帶來的壓抑感和嚴(yán)肅感。3、機(jī)械的操作應(yīng)當(dāng)具有規(guī)整性。至于礦山機(jī)械操作的規(guī)整性，可能是一個(gè)較為難于理解的概念。本文想突出的是，在礦山機(jī)械的操作過程中，其作用的效果應(yīng)當(dāng)具有一定的規(guī)律。例如，在運(yùn)用挖煤機(jī)器的時(shí)候，挖煤機(jī)器挖出的煤最好是具有統(tǒng)一的大小和形狀，這樣的機(jī)械工作，不僅可以使得工作者心理因?yàn)槊簤K的整齊而感到舒心而且可以生出一種對這種機(jī)械操作的成就感。因此，要想實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)械的情感化設(shè)計(jì)不僅需要對其外形進(jìn)行改造，使其的作業(yè)方式變得更規(guī)整也是對增進(jìn)工作者的工作效率具有重大影響的舉措之一。

總的來說，要想實(shí)現(xiàn)礦山機(jī)械情感化設(shè)計(jì)的成功應(yīng)用，就應(yīng)把握住礦山工作則在工作的時(shí)候與其他工作者心理的不同，再通過研究，將能對其心理產(chǎn)生積極影響的元素融入到礦山機(jī)械的設(shè)計(jì)中去，以實(shí)現(xiàn)更安全高效的礦山工作。

作者:孔德博 張莉婷 單位:1.五礦邯邢礦業(yè)邯鄲地質(zhì)勘查有限公司 2.五礦邯邢礦業(yè)邯鄲中冶建設(shè)有限公司

參考文獻(xiàn)

[1]卜繁剛.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2016,(07):53-54.

[2]張艷明.關(guān)于現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].科技展望,2015,(28):45.

[3]宋昊妍.論現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].機(jī)電技術(shù),2015,(04):158-160.

[4]徐淼,任家駿.礦山機(jī)械情感化設(shè)計(jì)研究與應(yīng)用[J].礦山機(jī)械,2015,(05):1-4.

[5]朱艷敏.淺談現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)方法在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014,(33):295.

篇3

關(guān)鍵詞：4象限運(yùn)行 DTC控制技術(shù) 整流和逆變 無功功率 諧波

Application of Variable Frequency Control in the Mine Incline Hoist

Zhang Ansheng

Abstract: The paper describes the superior performance of variable-frequency control , quite fit for the mine hoist driving system in respect of speed control characteristics and special stroke control property. For the 4-quadrant operation required by hoist position load , DTC frequency converter is selected, as can not only perform 4-quadrant operation , but also offer high power factor without characteristic harmonic in spite of higher cost for the frequency converter .It can save the cost for dynamic reactive compensator and filter, and less space is required for the whole system.

Keywords: 4-quadrant operation DTC control technology rectification and reverse conversion reative power harmonic

1 引言

礦井提升機(jī)是有色金屬礦山生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備。提升機(jī)的安全、可靠運(yùn)行，直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)狀況和經(jīng)濟(jì)效益。提升機(jī)屬于往復(fù)運(yùn)動的生產(chǎn)機(jī)械。它的運(yùn)行方式是反復(fù)的啟動加速—等速—加速—勻速—減速—爬行—停車，是典型的位勢負(fù)載。在選擇提升機(jī)的拖動裝置時(shí)，應(yīng)滿足提升機(jī)對電控系統(tǒng)的一些要求。

1）滿足4象限運(yùn)行。

2）調(diào)速平滑，調(diào)速精度高。

3）要設(shè)置準(zhǔn)確可靠的速度給定裝置。

4）設(shè)置行程顯示和行程控制器。

5）完善的故障監(jiān)視裝置。

6）可靠的閘控裝置。

根據(jù)提升機(jī)對電控系統(tǒng)的要求，提升機(jī)的電氣傳動方案現(xiàn)在大約有：繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串金屬電阻調(diào)速、可控硅直流調(diào)速、變頻調(diào)速。

繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串金屬電阻調(diào)速：普遍采用交流繞線式電動機(jī)串金屬電阻調(diào)速系統(tǒng)，金屬電阻的投切用繼電器—交流接觸器控制。這種控制系統(tǒng)由于調(diào)速過程中交流接觸器動作頻繁，設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，交流接觸器主觸頭易氧化，引發(fā)設(shè)備故障。另外，提升機(jī)在減速和爬行階段的速度控制性能較差，經(jīng)常會造成停車位置不準(zhǔn)確。提升機(jī)頻繁的起動﹑調(diào)速和制動，在轉(zhuǎn)子電路上所串的金屬電阻將消耗相當(dāng)大的能量。這種交流繞線式電動機(jī)串金屬電阻調(diào)速系統(tǒng)屬于有級調(diào)速，調(diào)速的平滑性差；低速時(shí)機(jī)械特性較軟，靜差率較大；金屬電阻上消耗的轉(zhuǎn)差功率大，節(jié)能較差；起動過程和調(diào)速換擋過程中電流沖擊大；中高速運(yùn)行震動大，安全性較差。

可控硅直流調(diào)速：直流電機(jī)的調(diào)速性能良好，調(diào)速方法簡便、調(diào)速范圍寬廣平滑?？煽毓柚绷髡{(diào)速在低速時(shí)功率因數(shù)很低，產(chǎn)生諧波對供電電網(wǎng)有影響。由于可控硅整流電路交流側(cè)電流波形為方塊形波形，它由與電源頻率相同的基波及5，7，11，13等次的高次偕波電流組成；還由于換相時(shí)兩相電壓的瞬時(shí)短路造成交流電壓波形的缺口，它使電壓具有高頻的分量；因此整流電路可以被看成是一個(gè)高次諧波電源。高次諧波電流在供電電網(wǎng)上會造成諧波壓降，引起電網(wǎng)電壓波形的畸變，它將影響供電電網(wǎng)向其它設(shè)備的供電。

變頻調(diào)速：隨著變頻的控制技術(shù)的日益成熟和變頻功率元件的加大，變頻調(diào)速已廣泛的應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。變頻調(diào)速節(jié)能特點(diǎn)顯著，調(diào)試方便。

現(xiàn)將變頻調(diào)速在礦井提升上的應(yīng)用及其功能、特性、控制方式介紹如下。

2 應(yīng)用事例 2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

提升機(jī)電控系統(tǒng)分為以下幾部分：電源柜、變頻器、PLC控制臺、操作控制臺和各種傳感器等幾部分組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2.1.1 電源柜

電源柜主要通過斷路器向變頻器、提升電動機(jī)供電，同時(shí)為PLC控制臺、操作控制臺提供工作電源。 本提升機(jī)系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行控制，PLC監(jiān)視運(yùn)行狀況，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，捕捉到第一故障信號,并在操作臺的觸摸屏上有醒目的故障顯示，提醒維修人員對其進(jìn)行針對性維護(hù)，將維護(hù)時(shí)間大大縮短，為盡快恢復(fù)生產(chǎn)提供了有力保障。

2.1.3 變頻器設(shè)備的選型

該斜井提升機(jī)是單卷筒提升機(jī)。它采用貨物串車重車上行輕（重）車下行、載人上下行的方式。在下行時(shí)電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。上行時(shí)處于電動狀態(tài)。這種拖動系統(tǒng)要求電動機(jī)頻繁的正、反轉(zhuǎn)起動，減速制動，而且電動機(jī)的轉(zhuǎn)速按一定規(guī)律變化。

對于處于發(fā)電狀態(tài)的電動機(jī)用變頻器驅(qū)動可采用2種方式。

1）選用標(biāo)準(zhǔn)的變頻器+制動單元+剎車電阻,將再生能量通過電阻發(fā)熱消耗掉。這種調(diào)速方式雖然一次投資較小，但是不能達(dá)到良好的節(jié)能效果。而且制動單元和制動電阻功率的選擇要根據(jù)制動容量來選擇。制動電阻還要占用本來就很狹小的坑內(nèi)硐室面積。制動電阻的散熱問題較難解決。所以在方案論證時(shí)就被否定掉了。

2）采用整流/回饋單元,將再生能量通過一整流橋回饋到電網(wǎng)。

這種方式的整流單元有兩種電路：一種是以可控硅整流電流做整流/回饋單元。因?yàn)槭遣捎玫目煽毓桦娐肪陀兄C波產(chǎn)生（上面已經(jīng)論述的）。

另一種調(diào)速方案是采用可調(diào)整的整流輸入單元（回饋單元，IGBT元件）后經(jīng)傳動單元（正常逆變單元，IG

BT元件）送電給提升電動機(jī)。當(dāng)電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)將能量通過整流單元回饋到電網(wǎng)。本方案就采用的是這種調(diào)速方案。

目前許多國外品牌的變頻器都能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能。其中水平較高的產(chǎn)品是ABB公司的ACS800多傳動系列和西門子公司6SE70帶AFE整流/回饋單元的產(chǎn)品。

ABB公司ACS800-17系列先進(jìn)的變頻器，是第一代采用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)（DTC）的變頻器。它能控制提升交流電動機(jī)達(dá)到完美的極限。經(jīng)過論證選擇了ABB公司的ACS800-17-0390-3全數(shù)字交流變頻調(diào)速裝置。它的一些功能在下面敘述。

2.1.4 三體式控制臺

控制臺上設(shè)有自動、手動、檢修轉(zhuǎn)換開關(guān)，前方操作臺上設(shè)有液晶觸摸屏及各種儀表、信號燈，左側(cè)操作臺設(shè)有液壓站工作閘控制手柄、右側(cè)操作臺設(shè)有正反向速度給定手柄。

1）在控制臺上的液晶觸摸屏上采用翻頁的方式做有多幅組態(tài)界面：監(jiān)控主界面、閘控液壓站界面、后備保護(hù)界面、故障查詢界面、電源監(jiān)控界面、變頻器運(yùn)行界面、提升信號狀態(tài)界面。

2）每個(gè)界面上均有返回主界面的按鈕，主界面上主要監(jiān)視礦車的實(shí)際運(yùn)行位置、提升時(shí)每個(gè)時(shí)刻的速度、液壓站的運(yùn)行狀況、較嚴(yán)重的故障報(bào)警。主界面上還有相應(yīng)的提升信號顯示。

3）閘控液壓站界面主要顯示液壓站的油壓、油溫、液位、液壓站的電動機(jī)工作狀態(tài)、液壓工作閘指示、油壓力等。

4）后備保護(hù)界面主要顯示：深度指示器監(jiān)視、松繩保護(hù)、冷卻風(fēng)機(jī)、電機(jī)溫度保護(hù)、減速器溫度保護(hù)、減速點(diǎn)保護(hù)、減速點(diǎn)失效保護(hù)、上2 m開關(guān)故障、下2 m開關(guān)故障、上同步開關(guān)故障、下同步開關(guān)故障、上過卷、下過卷、上減速開關(guān)故障、下減速開關(guān)故障、錯(cuò)向保護(hù)、減速過速、等速過速、一級制動、二級制動、電流過載等。

5）故障查詢界面主要用于對各種故障情況進(jìn)行查詢、追憶，便于對設(shè)備的維護(hù)和管理。

6）電源監(jiān)控界面主要顯示系統(tǒng)的電源原理圖及主回路電流和電壓。

7）變頻器運(yùn)行界面可以顯示變頻器運(yùn)行時(shí)的各種參數(shù)：散熱器的溫度、電流、頻率、轉(zhuǎn)矩及各種故障。

2.2 電動機(jī)的工作過程

提升機(jī)無論正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)其工作過程是相同的，都有起動加速、穩(wěn)定運(yùn)行、減速制動停車等3個(gè)階段。每提升一次運(yùn)行的時(shí)間，與系統(tǒng)的運(yùn)行速度，加速度及斜井的深度有關(guān)，各段加速度的大小，根據(jù)工藝情況確定。不論它工作在何種速段，電動機(jī)只是處于電動機(jī)狀態(tài)和發(fā)電機(jī)狀態(tài)。圖2中將6號人車上提和人車下放的各個(gè)速段的工作情況說明如下：由于人車是在斜井中運(yùn)行，可以省去中速運(yùn)行和低速爬行的2個(gè)階段，因此本系統(tǒng)由7階段速度圖改為3階段速度圖。載人的力圖如圖3所示。

圖2 速度圖

2.2.1 人車提升工作狀態(tài)

1）第1階段t0～t1：人車初始位置于靠近井下提升中段以上的斜井卷揚(yáng)道上，待人員上滿后，

圖3 載人的力圖

發(fā)一個(gè)聯(lián)絡(luò)信號給井口PLC，PLC回復(fù)一個(gè)信號到井底，然后開機(jī)加速提升。重車從井下開始上行，變頻器拖動交流電動機(jī)上行。這時(shí)的電動機(jī)處于電動狀態(tài)，變頻器輸出功率給電動機(jī)。在啟動的瞬間的力矩較大，隨著人車的上升變頻器的出力有所減少。 3）第3階段t2～t3：當(dāng)重車快到井口時(shí)PLC發(fā)出減速信號，人車開始減速，變頻器減少輸出功率，重車的速度逐漸下降，直到速度為零。達(dá)到停車位置后，在工作制動閘起作用之前，由于車廂還載有重物，雖然電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為零，但是變頻器依然可以提供滿力矩拉住重車。一旦PLC發(fā)出機(jī)械抱閘信號，在下工作閘的同時(shí)，變頻器也停止工作。整個(gè)提升過程結(jié)束。

經(jīng)過t3～t4：20 s的休止時(shí)間間隙開始人車下放工作狀態(tài)

2.2.2 人車下放工作狀態(tài)

1）第1階段t4～t5：重車從井口下放。PLC給變頻器輸出給定信號，松工作閘，人車下滑。由于此時(shí)的工作狀態(tài)是下行，電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，變頻器處于能量回饋到電網(wǎng)狀態(tài)。在啟動瞬間以后隨著人車的下放，重力增加，變頻器的能量回饋有所增加。

2）第2階段t5～t6：重車以最大速度穩(wěn)定運(yùn)行，電動機(jī)始終處于發(fā)電狀態(tài)，這段過程時(shí)間最長。隨著人車不斷下放，系統(tǒng)重力不斷增加，變頻器能量回饋隨之增加。

3）第3階段t6～t7：當(dāng)重車快到停車位置時(shí)PLC發(fā)出減速信號，人車減速，變頻器能量回饋再次增加，重車的速度逐漸下降。直到速度為零。 達(dá)到停車位置后，在工作制動閘起作用之前，由于車廂還載有重物，雖然電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為零，但是變頻器依然可以提供滿力矩拉住重車。一旦PLC發(fā)出機(jī)械抱閘信號，在下工作閘的同時(shí)，變頻器也停止工作。整個(gè)提升過程結(jié)束。

3 先進(jìn)的控制方式

本系統(tǒng)采用ABB的ACS800-17變頻器是ABB公司先進(jìn)的變頻器，它是第一代采用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)（DTC）的交流變頻器，作為提升專用變頻器它還具有特殊的提升功能：特殊的應(yīng)用程序，包括標(biāo)準(zhǔn)提升機(jī)系統(tǒng)的功能；轉(zhuǎn)矩記憶，功率優(yōu)化，限幅開關(guān)監(jiān)控，機(jī)械制動器控制，轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證等。

它的功率部分（見圖4）有LCL濾波器，供電模塊（回饋模塊），逆變器（傳動單元）組成。

圖4 功率部分框圖 圖5 IGBT供電單元原理圖

電機(jī)的控制采用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)（DTC）的方法。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，需要測量二相電流和中間直流回路的電壓。第三相的控制測量用于接地（對地）故障保護(hù)。

從提升和下放兩個(gè)工作狀態(tài)上看，該系統(tǒng)的運(yùn)行過程主要分為兩個(gè)過程：

1）提升電動機(jī)在提升過程中始終是電動機(jī)拖動人車上行，電動機(jī)始終處于電動狀態(tài)，即變頻器始終向電動機(jī)提供能量的過程。該過程主要由整流、濾波和正常逆變?nèi)蟛糠纸M成。如圖6所示。其中正常逆變過程是其核心部分，它改變電機(jī)定子的供電頻率，從而改變輸出電壓，起到調(diào)速作用。

圖6 傳動單元原理圖

2）提升電動機(jī)在下放過程中始終是人車拖動電動機(jī)下行，電動機(jī)始終處于發(fā)電狀態(tài)，即變頻器始終向電網(wǎng)回饋能量的過程。該過程主要由整流、回饋逆變 和輸出濾波三部分組成。其中該部分的整流是由正常逆變部分中IGBT的續(xù)流二極管完成。二極管為隔離二極管，其主要作用是隔離正常逆變部分和回饋逆變部分。電容的主要作用是為回饋逆變部分提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓源，保證逆變部分運(yùn)行更可靠?；仞伳孀儾糠质钦麄€(gè)回饋過程的核心部分，該部分實(shí)現(xiàn)回饋逆變輸出電壓相位與電網(wǎng)電壓相位的一致。

ABB的ACS800多傳動采用了先進(jìn)的直接轉(zhuǎn)矩控制方式（DTC）。

3.1 直接轉(zhuǎn)矩控制

直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是ABB公司開發(fā)研制的。逆變器的通斷直接控制電動機(jī)關(guān)鍵的變量：磁通和轉(zhuǎn)矩。

傳動單元初次啟動時(shí)自動進(jìn)入勵磁識別模式，傳動單元帶動電動機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后傳動單元建立并優(yōu)化電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型。

測量電動機(jī)電流和電壓作為自適應(yīng)電動機(jī)模型的輸入，這個(gè)模型每隔25 μs產(chǎn)生一組精確的轉(zhuǎn)矩和磁通的實(shí)際值。直接轉(zhuǎn)矩控制的性能就是基于準(zhǔn)確的電動機(jī)模型。

3.2 零轉(zhuǎn)速滿轉(zhuǎn)矩

在電動機(jī)獲得解除封鎖信號后，電動機(jī)的速度設(shè)定值還未給定時(shí)，由于人車的重力作用有一個(gè)向下的力。這時(shí)變頻器雖然沒有輸出電壓但已經(jīng)有電流輸出，它使電動機(jī)有一個(gè)和重力相反的力矩使人車不下滑。而且可以使電動機(jī)輸出滿轉(zhuǎn)矩。

ABB變頻器帶動的電動機(jī)能夠獲得在零速時(shí)電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。

3.3 直流勵磁

當(dāng)選擇了直流勵磁功能后，變頻器在啟動前可自動給電動機(jī)定子繞組加一個(gè)直流電流勵磁，這個(gè)特性保證有足夠高的啟動轉(zhuǎn)矩，甚至200％的電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩。電動機(jī)建立磁場的時(shí)間可以根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整，也可以通過變頻器根據(jù)電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型來決定。在機(jī)械抱閘釋放的時(shí)候已經(jīng)建立起轉(zhuǎn)矩，以保持電動機(jī)不會被重車拖動而發(fā)生轉(zhuǎn)動。

3.4 加速/減速斜波 因?yàn)榈V井提升是需要平穩(wěn)的、圓滑的、特別是人車還要乘坐的人盡量在無知覺的行進(jìn)中改變速度。對于礦井提升選用S曲線比較好。

3.5 磁通制動

在電動機(jī)制動過程中變頻器根據(jù)在啟動開始獲得的電動機(jī)數(shù)學(xué)模型提高電動機(jī)的磁場以達(dá)到快速制動的目的。

變頻器能通過提高電動機(jī)的磁場來提供足夠快的減速。當(dāng)增加電動機(jī)磁通后，電動機(jī)在制動過程中產(chǎn)生的能量能夠被轉(zhuǎn)化為電動機(jī)的發(fā)熱能量。變頻器持續(xù)監(jiān)視電動機(jī)的狀態(tài)，在磁通制動時(shí)也不停止監(jiān)視。因此，磁通制動也能用于停止電動機(jī)和從一個(gè)轉(zhuǎn)速變換到另一個(gè)轉(zhuǎn)速。從一個(gè)轉(zhuǎn)速變換到另一個(gè)轉(zhuǎn)速用直流注入制動是不可能實(shí)現(xiàn)的。磁通制動與直流注入制動相比還有其它一些優(yōu)點(diǎn)。

1）在停止命令給出后，制動迅速啟動。在直流注入制動中，在停止命令給出后通常有一段時(shí)間的延時(shí)，制動才能啟動。

2）電動機(jī)冷卻的速率更高。在磁通制動過程中電動機(jī)定子的電流增加。在直流注入制動過程中電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電流增加。定子的散熱比轉(zhuǎn)子散熱的速度更快。

3.6 磁通優(yōu)化

ABB變頻器的磁通優(yōu)化減少了總能耗，并且減小了當(dāng)傳動運(yùn)行在低于額定負(fù)載時(shí)的電動機(jī)噪音?？傂剩妱訖C(jī)和傳動）能提高1% ~ 10%，大小取決于負(fù)載轉(zhuǎn)矩和速度。

4 系統(tǒng)中變頻器部分先進(jìn)功能簡述

1）速度監(jiān)視。本功能用于監(jiān)測電動機(jī)速度：確定電動機(jī)零速旋轉(zhuǎn)、在電動機(jī)超速時(shí)給出跳閘信號。

2）轉(zhuǎn)矩監(jiān)視。監(jiān)測電動機(jī)在加速和減速時(shí)是否能夠跟隨速度給定，在正常運(yùn)行和加/減速期間是否產(chǎn)生過度的速度偏差

3）快速停車。可設(shè)定不同的停車類型：

①僅帶有轉(zhuǎn)矩限制；

②帶有轉(zhuǎn)矩限制和機(jī)械制動；

③僅帶有機(jī)械制動。

4）其他還有：轉(zhuǎn)矩驗(yàn)證、功率優(yōu)化、位置測量等等很多專門用于提升應(yīng)用的功能,變頻器本身具有松繩及過載保護(hù)功能。

5 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1）軟啟動軟停車。減小了機(jī)械沖擊, 啟動及加速換檔時(shí)對電網(wǎng)沖擊電流很小,使提升系統(tǒng)和電網(wǎng)運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠. 變頻器本身提供的功能使機(jī)械制動與電制動有機(jī)的結(jié)合起來，保證系統(tǒng)的絕對安全。

2）外圍控制采用PLC。其與各部傳感器,構(gòu)成閉環(huán)控制(也可采用開環(huán)控制)，友好的人機(jī)界面時(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行情況,簡化了系統(tǒng)構(gòu)成,減小了人工勞動強(qiáng)度。

3）實(shí)現(xiàn)了無級調(diào)速。調(diào)速范圍寬,運(yùn)行曲線呈S型,使加/減速平滑,無沖擊感。

4）安全保護(hù)功能齊全。外殼IP54防護(hù)等級,變頻器除一般過流、直流過壓、直流欠壓、變頻器過溫、短路、輸入缺相、環(huán)境溫度、過頻、I/O控制板內(nèi)部故障外, 還具可編程故障保護(hù)功能、 AI 5）系統(tǒng)4象限運(yùn)行。能量直接回饋電網(wǎng),且不受回饋能量大小的限制,則保證了提升機(jī)運(yùn)行時(shí)可頻繁的停車,啟動及換向，節(jié)約大量電能。

6）控制精度高、動態(tài)性能好。采用全數(shù)字、IGBT逆變器變頻單元向負(fù)載提供變頻電源，使所有控制功能均由參數(shù)設(shè)定完成。直接轉(zhuǎn)矩控制，可實(shí)現(xiàn)高動態(tài)性能的轉(zhuǎn)速控制、轉(zhuǎn)矩控制。旋轉(zhuǎn)脈沖編碼器的使用，可實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的精確定位。

1 ABB-ACS800硬件手冊

2 ABB-ACS800多傳動模塊手冊

3 ABB-ACS800-104逆變器模塊硬件手冊

4 ABB-ACS800標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序

5 采礦手冊(5). 冶金工業(yè)出版社

6 洪曉華，陳軍. 礦井運(yùn)輸提升.中國礦業(yè)大學(xué)出版社