混合防爆電噴柴油機(jī)單軌吊車電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

侯 建

(太原礦機(jī)電氣科技有限公司，山西 太原 030032)

單軌吊作為煤礦井下的一種輔助運(yùn)輸設(shè)備，在工作面搬家、運(yùn)送輔材和人員等方面效率高、機(jī)動(dòng)靈活，可減輕礦工的勞動(dòng)強(qiáng)度。國內(nèi)煤礦使用的單軌吊大致可分為電牽引單軌吊和柴油機(jī)單軌吊兩種，電牽引單軌吊經(jīng)濟(jì)環(huán)保，但牽引力不如柴油機(jī)單軌吊，而柴油機(jī)單軌吊存在一定污染。目前，國產(chǎn)、進(jìn)口柴油機(jī)單軌吊均采用的是機(jī)械泵式柴油機(jī)，而混合防爆電噴柴油機(jī)單軌吊選用電噴柴油機(jī)為動(dòng)力源，可最大程度地減少污染，采用的混合驅(qū)動(dòng)方式可以進(jìn)一步提高柴油機(jī)單軌吊的帶載、爬坡能力。電控系統(tǒng)采用CAN總線通訊控制，運(yùn)行穩(wěn)定、故障率低。

1 混合防爆電噴柴油機(jī)單軌吊車的組成

混合防爆電噴柴油機(jī)單軌吊車主要由司機(jī)室、驅(qū)動(dòng)部、柴油機(jī)主機(jī)架、起吊梁等部分組成。

司機(jī)室里裝配有本安顯示器、隔爆兼本安操作箱、語音報(bào)警器、照明信號(hào)燈等設(shè)備。操作人員在司機(jī)室就可完成車輛起吊、行走、齒驅(qū)投入與切除等操作。

驅(qū)動(dòng)部有摩擦輪與齒輪兩種。摩擦輪驅(qū)動(dòng)部由一對膠輪、一對液壓馬達(dá)、一個(gè)夾緊油缸和兩個(gè)制動(dòng)缸組成，夾緊油缸提供夾緊力使兩個(gè)膠輪左右擠壓軌道產(chǎn)生摩擦力，在液壓馬達(dá)的帶動(dòng)下牽引機(jī)車行走。齒輪驅(qū)動(dòng)部靠齒輪的黏合力提供牽引力。

柴油機(jī)主機(jī)架是混合防爆電噴柴油機(jī)單軌吊車的主要核心部件，由防爆電噴柴油機(jī)及控制系統(tǒng)、液壓泵、水洗箱等部分組成。防爆電噴柴油機(jī)采用ECU控制燃油噴射及排放，其噴射系統(tǒng)主要有傳感器、ECU和防爆噴射閥。ECU實(shí)時(shí)接收包括轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力、燃油溫度、冷卻水溫度等傳感器的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理計(jì)算按照最佳方式控制防爆噴射閥噴油，實(shí)現(xiàn)噴油量的實(shí)時(shí)控制，使柴油機(jī)以最佳狀態(tài)運(yùn)行，減少污染。液壓泵在柴油機(jī)的帶動(dòng)下，為機(jī)車的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)夾緊、制動(dòng)器以及起吊梁提供液壓動(dòng)力來源。水洗箱對尾氣進(jìn)行處理，使污染進(jìn)一步降低。

2 整車電氣控制原理

該混合防爆電噴柴油機(jī)單軌吊車電氣系統(tǒng)原理框圖見圖1，整車控制器選用EPEC為控制核心，防爆電噴柴油機(jī)控制器選用車輛專用控制器ECU，整個(gè)系統(tǒng)采用CAN總線通訊連接。

2.1 整車控制

在司機(jī)室通過啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)電噴柴油機(jī)后，柴油機(jī)帶動(dòng)液壓泵建立系統(tǒng)壓力，控制器EPEC接收到行車信號(hào)后，首先打開夾緊電磁閥使夾緊油缸夾緊，待夾緊壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，再打開制動(dòng)電磁閥，制動(dòng)油缸收縮壓緊彈簧，抱閘打開，車輛即可行走。在行走過程中，EPEC接收操作箱手柄的給定值，經(jīng)過計(jì)算通過控制比例閥開度控制液壓泵的擺角以實(shí)現(xiàn)控制車輛行駛速度和行駛方向?？刂破鱁PEC同時(shí)把操作箱手柄的給定值通過CAN總線通訊傳送給ECU，ECU根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)控制電噴柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速。操作手柄在松手后會(huì)自動(dòng)回位，手柄給定值歸零，EPEC控制比例閥緩慢關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)減速停車。若遇緊急情況，EPEC接收到司機(jī)室急停按鈕信號(hào)后，立即切斷所有輸出，制動(dòng)油缸失去壓力在彈簧彈力的作用下迅速回彈，抱閘抱死，實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)。在停車狀態(tài)下，通過本安顯示器上的操作按鈕可切換到起吊狀態(tài)，此時(shí)即可升起或降下重物。當(dāng)車輛重載行走至大坡度巷道坡底時(shí)，應(yīng)先行停車，再通過司機(jī)室操作按鈕和操作手柄上的按鈕發(fā)出爬坡信號(hào)，EPEC接收到爬坡信號(hào)后，控制齒驅(qū)電磁閥接通，齒輪驅(qū)動(dòng)隨即投入使用。

圖1 混合防爆電噴柴油機(jī)單軌吊車控制原理框圖

2.2 整車數(shù)據(jù)傳輸顯示

EPEC接收系統(tǒng)壓力、夾緊壓力及制動(dòng)壓力傳感器的數(shù)據(jù)并處理，以此為依據(jù)控制車輛的行走。防爆電噴柴油機(jī)的運(yùn)行參數(shù)及傳感器數(shù)據(jù)由ECU采集、處理，實(shí)時(shí)監(jiān)控電噴柴油機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)并傳輸給整車控制器EPEC。EPEC接收到的所有數(shù)據(jù)及車輛狀態(tài)通過CAN總線傳送到本安顯示器并實(shí)時(shí)顯示。本安顯示器還可記錄故障報(bào)警，供維修人員參考，方便維修及保養(yǎng)。

2.3 供電電源

采用100Ah/24 V防爆鋰電池為控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、車輛照明及啟動(dòng)馬達(dá)供電。通過司機(jī)室顯示器的鑰匙開關(guān)可控制啟動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)柴油機(jī)，柴油機(jī)啟動(dòng)后，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，經(jīng)過電子調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)換成直流電給鋰電池充電。

3 防爆電噴柴油機(jī)控制系統(tǒng)電氣原理

針對混合驅(qū)動(dòng)防爆電噴柴油機(jī)單軌吊車，設(shè)計(jì)開發(fā)了一套專用的防爆電噴柴油機(jī)控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)框圖見圖2. 該控制系統(tǒng)以車用控制器ECU為控制器，實(shí)現(xiàn)了防爆電噴柴油機(jī)啟停及運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制。

在防爆電噴柴油機(jī)啟動(dòng)之前，ECU先自檢，主要檢測所有傳感器的數(shù)據(jù)是否在合理范圍之內(nèi)。自檢通過后，ECU輸出控制信號(hào)打開進(jìn)氣蝶閥，為防爆電噴柴油機(jī)啟動(dòng)做好準(zhǔn)備，如若未通過自檢，ECU會(huì)將故障數(shù)值傳送給EPEC并顯示在顯示屏上，提醒工作人員處理故障，排除故障后，ECU就會(huì)打開進(jìn)氣蝶閥，允許啟動(dòng)柴油機(jī)。

圖2 防爆電噴柴油機(jī)控制系統(tǒng)框圖

防爆柴油機(jī)在運(yùn)行過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，并根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)控制柴油機(jī)運(yùn)行。例如尾氣溫度傳感器，當(dāng)尾氣溫度達(dá)到68°時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并通過限制噴油量來限制發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，若限功后，尾氣溫度能自動(dòng)下降，則取消報(bào)警信號(hào)。如若不能自動(dòng)降溫，當(dāng)尾氣溫度升到70°時(shí)，則ECU控制高速電磁閥停止工作同時(shí)進(jìn)氣蝶閥斷電，使防爆電噴柴油機(jī)停止工作，達(dá)到保護(hù)柴油機(jī)的目的。

4 結(jié) 語

混合防爆電噴柴油機(jī)單軌吊車電控系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)，加入了齒輪驅(qū)動(dòng)的控制，提高了單軌吊車的牽引力，為井下一次性搬運(yùn)大型設(shè)備提供了可行性，由于齒輪的鋼性黏合連接，可有效防止單軌吊溜車，提高了單軌吊車運(yùn)行的安全性。電噴柴油機(jī)電控系統(tǒng)和整車電控系統(tǒng)的CAN總線通訊連接，精簡了控制系統(tǒng)，故障率降低，車輛操作簡單易學(xué)，故障直觀顯示，維修方便。由于電噴柴油機(jī)能精確控制噴射缸的噴油量和噴油正時(shí)，再加上水洗箱對尾氣的處理，使柴油機(jī)的污染降到了最低水平，為煤礦企業(yè)帶來一定的環(huán)境效益。