某鐵礦使用的鉆機型號為KV-250型,其設備主要技術性能為:鉆孔直徑d=250mm;鉆孔深度l=17m;鉆進速度V=0.08～0.4m/min;鉆桿直徑d=219mm;鉆機重量m=88 t。回轉系統采用50kW 直流電動機,行走/提升系統為75kW交流電動機;轉桿加壓采用滑差電機調速方式。 該設備在運行過程中,因經常發生堵轉、卡轉等現象,也不能根據巖石狀況進行轉速調整,經常發生電氣及機械故障,大大降低了設備使用效率。 經了解,影響牙輪鉆機正常運行主要原因是: ①系統振動幅值分布較廣,振動加速變化大; ②現場粉塵大,并具有一定的腐蝕和導電性; ③誤操作,引起堵鉆。 為了提高牙輪鉆機運行的可靠性,我們采用了回轉和提升/行走兩套分別獨立的控制系統,為了增加回轉電動機的富余度,采用了功率為60kW的交流變頻電機,以提高鉆孔進度和運行可靠性。原系統沒有采用調速控制系統,為保證設備正常運行,采用60kW交流變頻調速電機,并用交流變頻調速系統替代滑差電機調速。 為了準確地確定鉆孔位置,控制和提升行走系統采用兩個單獨的PLC加變頻器提升/行走系統設置了能量定位制動系統。 原加壓電機為滑差電機,其電機調速特性較軟,遇到硬度較高的礦巖會造成加壓力度不夠,不能發揮變頻調速的原有效能改成變頻調速后,其轉速和轉矩有較大提高。 軟件采用模塊化設計,結合人工操作完成系統運行。通過調速手輪可實現電機的快、慢轉調節,如回轉系統卸桿控制過程,當回轉的正、反轉控制萬能轉換開關打到反轉時,如果變頻器正常,外部系統正常, PLC會給變頻器一個反轉指令,并且給變頻器一個采用第二加速時間命令,第二加速時間短,加速快,能實現卸桿功能。當外部系統有故障或變頻器有故障,通過輸入點輸入到PLC, PLC根據程序運行結果,輸出一個停止運行或復位信號給變頻器,變頻器就會停止運行, PLC同時輸出報警信號。圖1為控制系統方框圖。 在設計選型方面,我們采用了日本安川公司的VS-616G7系列四象限矢量控制型變頻器,并根據鉆機的振動特性,對變頻器提出特別的制作要求,安川公司按我公司要求定制;可編程控制器采用三菱公司FX系列可編程控制器;變頻電機采用法國施耐德公司的低壓電器,以此組成整個控制系統。 該系統已運行半年多,與原來的性能比較,有了較大的改進: （1） 鉆孔進度約提高35%～45%左右; （2） 調速特性大為改善,并有較寬的調速范圍,對鉆機鉆孔定位、接桿、接鉆頭等操作帶來很大方便; （3） 可減少了加減速過程對鉆機帶來的沖擊; （4） 變頻器有低速力矩補償功能,采用矢量控制,有良好的啟動特性; （5） PLC和變頻器控制功能集合,可方便實現斷鏈保護、低空氣壓力保護、卸杠功能,行走下坡防下滑功能; （6） 通過變頻參數設置,可以實現缺相保護、三形不平穩保護、過電壓保護、過電流和過載等保護功能; （7）系統運行模塊化設計結構清楚,故障低,維修方便; （8）采用矢量變頻調速系統,具有啟動轉矩高、電機控制平穩、調速寬度大、制動定位準確,適合牙輪鉆機運用; （9） 交流變頻調速系統,電機控制平穩,調速寬度大,比原電機節電20%～25%左右; （10） 在變頻調速系統中使用了PLC,使該設備具備了通訊接口,通過網絡系統可將設備運行資料傳送到企業管理網平臺,為企業管理升級打下基礎。