電牽引采煤機(jī)電氣裝置的探析

摘 要：煤炭是基礎(chǔ)能源，但由于我國地理?xiàng)l件復(fù)雜、環(huán)境惡劣等原因，機(jī)械化采煤技術(shù)一直未得到廣泛推廣。鑒于此，文章主要從電牽引采煤機(jī)電氣裝置的變頻技術(shù)、PLC程序控制等方面展開討論。

關(guān)鍵詞：電牽引采煤機(jī)；電氣裝置；PLC；變頻

1 采煤機(jī)的組成

1.1 電器控制系統(tǒng)

采煤機(jī)電控系統(tǒng)的特點(diǎn)：（1）由于使用交流變頻調(diào)控系統(tǒng)，因此電牽引采煤機(jī)具有很好的調(diào)控性能。這不僅增強(qiáng)了電牽引采煤機(jī)的牽引力，也增強(qiáng)了其可靠性；（2）在采用PLC可編程技術(shù)進(jìn)行電氣控制的前提下，不僅增加了操作的方便性，也使控制更加靈活；（3）電牽引采煤機(jī)由于使用遙控技術(shù)，因此在一定范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)脫機(jī)操作，這不僅提高了控制系統(tǒng)的安全性，也改善了工人的工作環(huán)境；（4）由于使用了先進(jìn)的信號傳輸系統(tǒng)，因此其系統(tǒng)控制靈活且可靠。

電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征：（1）從整體結(jié)構(gòu)上看，采煤機(jī)的電控系統(tǒng)主要由一個(gè)電控箱組成。它又分為接線腔和控制腔兩個(gè)腔體。顧名思義，接線腔的主要作用是為左右牽引電機(jī)、油泵電機(jī)、左右端頭、按鈕站、瓦斯斷電儀以及蜂鳴器等電器元件提供足夠的接線空間，方便各個(gè)元器件的連接。（2）諸如PLC控制器、轉(zhuǎn)換控制器以及真空接觸器等系統(tǒng)控制組件位于控制腔的右側(cè)，它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部件。而系統(tǒng)的顯示器和電源組件設(shè)置于控制腔的左側(cè)，為控制系統(tǒng)提供電能和反饋信號。（3）系統(tǒng)電纜的接引方式。電牽引采煤機(jī)的主供電纜線路從電控箱的正面引入；系統(tǒng)輔助供電線路一般從電控箱側(cè)壁引出。

電控系統(tǒng)的功能。（1）電流傳感器：其主要電氣結(jié)構(gòu)由兩組電流互感器構(gòu)成，其中一組用于檢測左右截煤機(jī)的電流；另外一組用于檢測左右牽引電機(jī)的電流。電流傳感器可以輸出所檢測到的信號，方便PLC可編程控制器獲得檢測信息，從而有利于工作人員時(shí)刻掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)保護(hù)電機(jī)。（2）隔離開關(guān)：不同于普通的開關(guān)，在隔離開關(guān)上設(shè)置有一個(gè)先導(dǎo)開關(guān)，將其串聯(lián)于主啟動(dòng)回路中，可以確保隔離開關(guān)不帶電操作，從而在一定程度上保證了人身安全。（3）行程開關(guān)：該開關(guān)主要用來系統(tǒng)的行程控制，可以控制電控箱前面板上各類按鈕的開啟與閉合，從而實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的啟動(dòng)、牽引和停止等各項(xiàng)功能，并有利于截煤、升降等動(dòng)作的控制。（4）遙控接收器：遙控接收器主要用于實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的離機(jī)操作，確保操作人員的人身安全。在特定的操作范圍內(nèi)，使用遙控收送器得左右控制站（其中FYF20CA和FYF20CB分別對應(yīng)左右控制站，信號接收器位于采煤機(jī)的兩端）可以實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)左右方向的牽引以及變速牽引、升降、停止等功能。（5）控制變壓器：系統(tǒng)變壓器由高低壓熔斷器、控制電源、轉(zhuǎn)換控制器以及本質(zhì)安全電源等元件組成，主要用于系統(tǒng)電壓的控制（系統(tǒng)輸入電壓為交流AC1140V電壓，可以輸出 AC220V、AC28V、AC36V、AC22V、AC127V的電壓）。

1.2 電牽引采煤機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)

在采煤機(jī)電控系統(tǒng)中，高、低壓熔斷器以及瓦斯斷電儀、隔離開關(guān)、先導(dǎo)開關(guān)、磁力啟動(dòng)器、變頻器、蜂鳴器等元件組成保護(hù)系統(tǒng)，用以保證各個(gè)電氣設(shè)備在安全的環(huán)境下工作。

（1）通過使用高、低壓熔斷器可以實(shí)現(xiàn)牽引電機(jī)的過載保護(hù)、過電壓以及欠電壓保護(hù)、缺項(xiàng)保護(hù)和過電流保護(hù)。（2）利用磁力啟動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，從而實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)、牽引機(jī)以及運(yùn)輸設(shè)備的啟動(dòng)與停止。（3）恒功率自動(dòng)控制：在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行恒功率設(shè)置，以保證電機(jī)不會(huì)因?yàn)槌?fù)荷運(yùn)行而損壞。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，如果截煤電機(jī)或牽引電機(jī)處于滿載狀態(tài)，控制系統(tǒng)就會(huì)輸出速度維持信號，使電機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變；當(dāng)截煤電機(jī)或牽引電機(jī)處于超負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出減速信號，使電動(dòng)機(jī)自動(dòng)降速運(yùn)行。（4）截煤電機(jī)過熱保護(hù)：將電動(dòng)機(jī)中的熱電阻直接與PLC控制器連接。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，如果電動(dòng)機(jī)內(nèi)部溫度達(dá)到135℃以上，則PLC控制器輸出反饋信號，使電動(dòng)機(jī)降容30%運(yùn)行；當(dāng)溫度達(dá)到185℃時(shí)，PLC控制器會(huì)發(fā)出報(bào)警信號，并自動(dòng)切斷控制回路，使系統(tǒng)停止運(yùn)行。（5）蜂鳴器報(bào)警功能：當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，可以設(shè)置5～10s的蜂鳴報(bào)警。若在此期間發(fā)生意外事件，可以通過按動(dòng)相應(yīng)的停止按鈕來取消前一步操作。主要用以實(shí)現(xiàn)截煤電機(jī)在意外超載狀況下可以自動(dòng)切斷電源，保護(hù)電機(jī)不受損壞。（6）失水壓保護(hù)：在電控箱的啟動(dòng)回路中，設(shè)有水壓繼電器觸點(diǎn)SYJ與回路串聯(lián)。如果水壓達(dá)不到系統(tǒng)設(shè)定的要求，電機(jī)就無法啟動(dòng)。（7）防滑保護(hù)：為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制，該控制系統(tǒng)還設(shè)有機(jī)械報(bào)閘。

1.3 電牽引采煤機(jī)的顯示系統(tǒng)

在電牽引采煤機(jī)工作過程中，GOT顯示器可以隨時(shí)向操作人員展示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并顯示每個(gè)狀態(tài)下的具體操作步驟；GOT顯示器不僅可以準(zhǔn)確顯示電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中的功率、溫度以及電流等參數(shù)，還可顯示牽引方向和牽引速度等參數(shù)；GOT顯示器還能夠隨時(shí)顯示系統(tǒng)故障信息，以便操作人員及時(shí)處理。

2 采煤工作界面簡介

2.1 采煤機(jī)的工作面

采煤機(jī)的工作面主要由采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)以及液壓支架組等設(shè)備組成。采煤機(jī)的工作原理：在工作過程中，采煤機(jī)可以沿刮板輸送機(jī)的軌道進(jìn)行左右行走。由于采煤機(jī)的滾筒部分裝有許多截齒，因此在采煤機(jī)行走中，滾筒通過帶動(dòng)截齒旋轉(zhuǎn)而刮切煤層，并將刮落的煤收集到刮板輸送機(jī)中，然后通過刮板輸送機(jī)將煤運(yùn)送到系統(tǒng)工作面以外的地方。液壓支架組可以為采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)的行走運(yùn)動(dòng)提供一個(gè)足夠大的工作空間。另外，在每個(gè)液壓支架與刮板輸送機(jī)之間設(shè)有推進(jìn)油缸，可通過推進(jìn)刮板輸送機(jī)或拉動(dòng)液壓支架將整個(gè)采煤工作面向前平移。

2.2 采煤機(jī)在工作面的牽引行走

在采煤機(jī)研發(fā)早期多利用液壓馬達(dá)帶動(dòng)鋼絲繩的方式進(jìn)行牽引，而現(xiàn)代較為先進(jìn)的大功率電牽引采煤機(jī)的牽引系統(tǒng)大都采用交流變頻拖動(dòng)的牽引方式，利用交流變頻調(diào)速器驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)，通過對變頻器輸出頻率的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)牽引運(yùn)動(dòng)的無級調(diào)速。

采煤機(jī)分為左右兩個(gè)牽引部分，分別由兩臺牽引電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。兩個(gè)牽引行走輪與運(yùn)輸機(jī)銷排相嚙合，這是一種類似剛性的連接。在牽引時(shí)，兩個(gè)牽引部分必須在同一時(shí)刻以相同的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)采煤機(jī)前進(jìn)。

3 結(jié)束語

綜上所述，電牽引采煤機(jī)可以通過變頻調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，并具有PLC可編程控制以及GOT顯示功能，操作方便，控制可靠，為煤礦薄煤層的開采提供了全新的實(shí)現(xiàn)手段，這對于提高薄煤層開采作業(yè)的效率和安全性具有重要意義，因而在薄煤層開采作業(yè)中應(yīng)加強(qiáng)對電牽引采煤機(jī)的有效應(yīng)用，提高采煤效率。

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作者簡介：馮玉宇（1987，10-），男，山西長治，2011年7月畢業(yè)于太原中北大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，本科學(xué)歷，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，助理工程師，從事采煤機(jī)電控箱電氣設(shè)計(jì)裝備。