拉力過載保護(hù)裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用

樊大鵬

(山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán) 沁水峪煌煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048211)

0 引 言

一般來講，在電纜牽引夾內(nèi)安裝采煤機(jī)供電電纜，而刮板輸送機(jī)電纜槽內(nèi)，運(yùn)行牽引電纜。其中，考慮到采煤工作面繁雜的內(nèi)外環(huán)境，很容易出現(xiàn)電纜拉力過載引發(fā)的問題，甚至嚴(yán)重時(shí)，會(huì)出現(xiàn)采煤機(jī)電纜被拉斷甚至被損壞而出現(xiàn)強(qiáng)度較高的電火花，增加瓦斯事故以及煤塵爆發(fā)的可能性。為此，筆者重點(diǎn)介紹了采煤機(jī)牽引電纜時(shí)出現(xiàn)拉力過載的原因，并針對(duì)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了防止電纜牽引力過載的保護(hù)裝置。以期降低電纜過載而引發(fā)事故的可能性，確保了煤礦生產(chǎn)工作的正常運(yùn)行。

1 采煤機(jī)電纜牽引拉力過載情況概述

1.1 采煤機(jī)電纜牽引正常拉力分析

以山西沁水峪煌煤業(yè)為主要研究對(duì)象，分析采煤機(jī)電纜牽引拉力的變化。當(dāng)采煤機(jī)以正常速度(5 m/min)開展采煤工作時(shí)，實(shí)際測(cè)得電纜牽引夾最大行程滿負(fù)荷拉力應(yīng)該比3 kN小。圖1展示了在正常工作情況下采煤機(jī)電纜牽引拉力運(yùn)行情況。由此得出，當(dāng)處于正常工作環(huán)境時(shí)，牽引拉力以及電纜槽節(jié)數(shù)之前呈現(xiàn)正相關(guān)系。如果電纜槽節(jié)數(shù)比較長(zhǎng)，由此產(chǎn)生的牽引拉力也就越大。

圖1 正常工作狀態(tài)下的采煤機(jī)電纜牽引拉力

1.2 造成采煤機(jī)電纜牽引拉力過載原因分析

采煤機(jī)電纜牽引拉力出現(xiàn)過載現(xiàn)象，是受到各方面因素相互作用的結(jié)果。在正常條件下，采煤機(jī)電纜牽引夾出現(xiàn)的動(dòng)摩擦阻力等都不會(huì)出現(xiàn)拉力過載問題。以下分析造成拉力過載問題的原因：

(1) 雜物大量堆積造成電纜槽堵塞。采煤工作面所處環(huán)境十分復(fù)雜，再加上刮板輸送機(jī)電纜槽不處于閉合狀態(tài)，在實(shí)際生產(chǎn)工作中，很容易造成刮板輸送機(jī)電纜槽內(nèi)雜物掉落在槽內(nèi)堆積的情況，阻礙了采煤機(jī)電纜牽引夾的正常工作。

(2) 電纜槽形狀變異。在其他外力的作用下，刮板輸送機(jī)電纜槽很容易出現(xiàn)形狀變異問題。電纜槽出現(xiàn)變異很容易導(dǎo)致電纜槽趨于窄小。當(dāng)寬度比采煤機(jī)電纜車牽引夾還要窄小時(shí)，會(huì)直接影響到采煤機(jī)電纜車正常工作。

(3) 采煤工作面調(diào)采。當(dāng)采煤工作面處于彎曲情況下，可以進(jìn)行調(diào)采。這時(shí)，采煤機(jī)可以在工作面局部范圍內(nèi)進(jìn)行開采工作，引起采煤機(jī)電纜牽引夾比電纜槽位置要高。相應(yīng)的，電纜牽引夾很容易滑落到刮板輸送機(jī)中，并在鏈條以及刮板拖拽的作用下，導(dǎo)致電纜牽引拉力過載現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2 采煤機(jī)電纜牽引拉力過載保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

電纜牽引拉力過載保護(hù)裝置設(shè)計(jì)具體將其分為本安電源、牽引拉力傳感器以及單片機(jī)智能控制電路等不同結(jié)構(gòu)。其中，本安電源主要是為系統(tǒng)正常運(yùn)行提供電力支持。

2.1 電纜牽引拉力傳感器

電纜牽引拉力傳感器設(shè)計(jì)中，采用DYLY-102A型電阻應(yīng)變式拉力傳感器，如圖2，拉力傳感器上端位置，過載保護(hù)裝置和拉力傳感器進(jìn)行連接；下端位置，拉力傳感器與采煤機(jī)電纜牽引夾相連接。采煤機(jī)牽引電纜引起拉力，此時(shí)，如果拉力傳感器拉力出現(xiàn)變動(dòng)，也隨之會(huì)引起應(yīng)變電阻阻值的大小變動(dòng)。單片機(jī)智能控制電路及拉力傳感器輸出應(yīng)變電壓相連接，在多芯電纜的作用下，能夠輸送到A/D電路和放大整形，并及時(shí)對(duì)采煤機(jī)電纜壓力進(jìn)行檢測(cè)。

圖3為山西沁水峪煌煤業(yè)采煤機(jī)電纜牽引拉力傳感器的具體應(yīng)用，當(dāng)采煤機(jī)運(yùn)行速度為5 m/min時(shí)，電纜牽引拉力傳感器的兩側(cè)都會(huì)處于受力情況。在工作面，存在103節(jié)刮板輸送機(jī)，當(dāng)采煤機(jī)運(yùn)行到50節(jié)時(shí)，受到電纜槽阻塞等因素影響，將會(huì)出現(xiàn)采煤機(jī)拉力過載情況。當(dāng)電纜牽引拉力比5 kN大時(shí)，通過傳感器產(chǎn)生應(yīng)變電壓，應(yīng)變電壓傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)智能控制電路中，并判斷牽引拉力是否存在過載現(xiàn)象，并在反向牽引的基礎(chǔ)上，采煤機(jī)對(duì)控電器吸合進(jìn)行控制。采煤機(jī)將予以反向牽引，并產(chǎn)生語音報(bào)警。相應(yīng)的，采煤機(jī)電纜牽引拉力也從最初的5 kN下降到0，采煤機(jī)停止運(yùn)行，有效避免了受到電纜牽引拉力過載使得電纜以及電纜牽引夾損壞，對(duì)采煤機(jī)電纜和牽引夾予以有效的起到了保護(hù)。圖4介紹了出現(xiàn)故障情況下，采煤機(jī)電纜牽引拉力情況。

圖2 拉力傳感器在采煤 圖3 電纜牽引拉力傳感器在 機(jī)上的安裝位置 采煤機(jī)上的應(yīng)用

圖4 故障狀態(tài)下的采煤機(jī)電纜牽引拉力

2.2 單片機(jī)智能控制電路

圖5為單片機(jī)智能控制電路工作運(yùn)行原理。將控制電路輸入光電偶合器，并判斷采煤機(jī)牽引方向。隨后，在多芯電纜的作用下，將傳感器輸出電壓能夠輸送到主控制器的A/D電路以及放大整形，并且將處于離散狀態(tài)下的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中。此時(shí)，單片機(jī)算出電纜牽引拉力值，并按照?qǐng)D形的狀態(tài)顯示在LED顯示器上。隨后，將電纜牽引拉力值和內(nèi)置整定電纜牽引拉力值進(jìn)行比較。如果出現(xiàn)拉力過載，將牽引方向予以取反，將會(huì)在第一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行語音報(bào)警。單片機(jī)輸出信號(hào)下，能夠最大程度控制繼電器吸合，同時(shí)，在第一時(shí)間內(nèi)，采煤機(jī)也可以進(jìn)行反向牽引。牽引拉力也將會(huì)從最大下降到最低。在延時(shí)作用下，斷開輸出信號(hào)控制器，采煤機(jī)停止工作。

圖5 單片機(jī)智能控制電路工作原理

2.3 本安電源

本安電源型號(hào)選選取了MKDA-1/24 V型直流電源，輸出交流電壓范圍在127～220 V之間，輸出直流電壓數(shù)值為24 V。在本安電源中，輸出電流最大為500 mA。

3 保護(hù)裝置應(yīng)用

圖6為MJ300/700-QWD電牽引采煤機(jī)控制接線以及過載保護(hù)裝置。在該圖中，在接線端子JP1、變頻調(diào)速箱以及電控箱的作用下，使得G1、G2光藕予以連接。主要起到明確采煤機(jī)牽引方向的作用。其中，LLG代表本安拉力傳感器，這一傳感器輸入引線電纜，在采煤機(jī)反面閑置喇叭口，與本安接線端子相連接，并在閑置穿墻本安端子的作用下，能夠進(jìn)入到電控箱內(nèi)，進(jìn)而能夠保證電控箱以及非本安接線端子之間距離大于50 mm。此外，在過載保護(hù)裝置中，應(yīng)將輸入電壓控制在4. 7 μF內(nèi)，同時(shí)，在電源電路中，不采用電感，憑借本安電路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。同時(shí)，過載保護(hù)裝置對(duì)于控制繼電器K2輸出無源接點(diǎn)進(jìn)行左向牽引，通過JP5端子和采煤機(jī)電控箱控制面板左右牽引控制按鈕電鏈接。同時(shí)，右向牽引控制器K2輸出無源接點(diǎn)，通過JP5端子，和采煤機(jī)電控箱控制面板右向牽引控制按鈕電連接。

圖7為PIC16F876A單片機(jī)控制程序流程。圖8為PIC16F876A單片機(jī)A/D采樣程序流程。

圖6 保護(hù)裝置與采煤機(jī)控制接線

圖7 PIC16F876A單片機(jī)控制程序流程

圖8 PIC16F876A單片機(jī)A/D采樣程序流程

4 結(jié) 語

過載保護(hù)裝置工作具體是通過拉力傳感器實(shí)時(shí)對(duì)于電纜牽引拉力予以實(shí)時(shí)檢測(cè)。其中，如果電纜牽引過載出現(xiàn)問題時(shí)，自動(dòng)控制采煤機(jī)將會(huì)出現(xiàn)反向牽引的狀態(tài)，并產(chǎn)生語音報(bào)警，使得采煤機(jī)在第一時(shí)間內(nèi)停止運(yùn)行。目前，過載保護(hù)裝置已經(jīng)在山西沁水峪煌煤業(yè)企業(yè)得到了普遍應(yīng)用，有效的降低了由于電纜牽引拉力過載而出現(xiàn)的電纜牽引夾以及電纜等產(chǎn)生的事故，最大程度的確保了煤炭生產(chǎn)的安全運(yùn)行。