牙轮钻机的变频调速方法

   某铁矿使用的钻机型号为KV-250型,其设备主要技术性能为:钻孔直径d=250mm;钻孔深度l=17m;钻进速度V=0.08～0.4m/min;钻杆直径d=219mm;钻机重量m=88 t。回转系统采用50kW 直流电动机,行走/提升系统为75kW交流电动机;转杆加压采用滑差电机调速方式。

    该设备在运行过程中,因经常发生堵转、卡转等现象,也不能根据岩石状况进行转速调整,经常发生电气及机械故障,大大降低了设备使用效率。
    经了解,影响牙轮钻机正常运行主要原因是: ①系统振动幅值分布较广,振动加速变化大; ②现场粉尘大,并具有一定的腐蚀和导电性; ③误操作,引起堵钻。

    为了提高牙轮钻机运行的可靠性,我们采用了回转和提升/行走两套分别独立的控制系统,为了增加回转电动机的富余度,采用了功率为60kW的交流变频电机,以提高钻孔进度和运行可靠性。原系统没有采用调速控制系统,为保证设备正常运行,采用60kW交流变频调速电机,并用交流变频调速系统替代滑差电机调速。
    为了准确地确定钻孔位置,控制和提升行走系统采用两个单独的PLC加变频器提升/行走系统设置了能量定位制动系统。
    原加压电机为滑差电机,其电机调速特性较软,遇到硬度较高的矿岩会造成加压力度不够,不能发挥变频调速的原有效能改成变频调速后,其转速和转矩有较大提高。
    软件采用模块化设计,结合人工操作完成系统运行。通过调速手轮可实现电机的快、慢转调节,如回转系统卸杆控制过程,当回转的正、反转控制万能转换开关打到反转时,如果变频器正常,外部系统正常, PLC会给变频器一个反转指令,并且给变频器一个采用第二加速时间命令,第二加速时间短,加速快,能实现卸杆功能。当外部系统有故障或变频器有故障,通过输入点输入到PLC, PLC根据程序运行结果,输出一个停止运行或复位信号给变频器,变频器就会停止运行, PLC同时输出报警信号。图1为控制系统方框图。
    在设计选型方面,我们采用了日本安川公司的VS-616G7系列四象限矢量控制型变频器,并根据钻机的振动特性,对变频器提出特别的制作要求,安川公司按我公司要求定制;可编程控制器采用三菱公司FX系列可编程控制器;变频电机采用法国施耐德公司的低压电器,以此组成整个控制系统。

    该系统已运行半年多,与原来的性能比较,有了较大的改进:
    （1） 钻孔进度约提高35%～45%左右;
    （2） 调速特性大为改善,并有较宽的调速范围,对钻机钻孔定位、接杆、接钻头等操作带来很大方便;
    （3） 可减少了加减速过程对钻机带来的冲击;
    （4） 变频器有低速力矩补偿功能,采用矢量控制,有良好的启动特性;
    （5） PLC和变频器控制功能集合,可方便实现断链保护、低空气压力保护、卸杠功能,行走下坡防下滑功能;
    （6） 通过变频参数设置,可以实现缺相保护、三形不平稳保护、过电压保护、过电流和过载等保护功能;
    （7）系统运行模块化设计结构清楚,故障低,维修方便;
    （8）采用矢量变频调速系统,具有启动转矩高、电机控制平稳、调速宽度大、制动定位准确,适合牙轮钻机运用;
    （9） 交流变频调速系统,电机控制平稳,调速宽度大,比原电机节电20%～25%左右;
    （10） 在变频调速系统中使用了PLC,使该设备具备了通讯接口,通过网络系统可将设备运行资料传送到企业管理网平台,为企业管理升级打下基础。