關(guān)于多功能液壓支架拖運(yùn)車的電控系統(tǒng)設(shè)計

湯東旭，張慶良，劉祥兵，馬 勇

（1.兗礦東華重工有限公司，山東 鄒城 273500；2.兗煤礦業(yè)工程有限公司（綜機(jī)安撤中心），山東 鄒城 273500）

0 引 言

隨著煤炭產(chǎn)量需要的增加，礦井設(shè)備也向智能化和大型化方向發(fā)展，綜采工作面所用的液壓支架也向大型化發(fā)展，由此對液壓支架的拖運(yùn)也提出了更高的要求。綜采工作面多功能拖運(yùn)車作為一種新型的支架拖運(yùn)設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)了液壓支架的一次拖運(yùn)。而它的電控系統(tǒng)為其提供工作效率高、降低勞動強(qiáng)度和保證工作安全性提供了有力保障。因此本文將結(jié)合使用情況，設(shè)計一種支架拖運(yùn)車的電控系統(tǒng)。以下就是對整個電控系統(tǒng)的整體組成和各部分的性能進(jìn)行的簡介。

1 電氣系統(tǒng)的主要組成

整個電控系統(tǒng)有以下部分組成：電控箱、油泵電機(jī)、遙控系統(tǒng)（包括發(fā)射和接收）、電磁閥、電鈴、甲烷斷電儀、機(jī)車燈、急停按鈕、監(jiān)視系統(tǒng)（包括監(jiān)視器和攝像儀）組成。系統(tǒng)的原理框圖如圖1 所示。

圖1 電氣系統(tǒng)原理框圖

2 電控箱的設(shè)計

電控箱主要從兩方面進(jìn)行設(shè)計：一方面是防爆殼體設(shè)計；另一方面則是電氣部分設(shè)計。

2.1 殼體設(shè)計

電控箱的殼體安裝隔爆型設(shè)計，一方面，設(shè)計過程中注意采用輕量化設(shè)計。在能夠滿足使用功能的情況下，盡量在防爆殼體以下方面進(jìn)行減少，包括殼體的厚度、法蘭厚度、法蘭的數(shù)量、加強(qiáng)筋的重量，并且要優(yōu)化法蘭螺栓的布局和選用高強(qiáng)度的鋼材[1]；另一方面，要注意電氣元件布局、安裝固定方式、顯示窗口預(yù)留、殼體安裝尺寸、喇叭口數(shù)量和種類等問題。

2.2 電控箱電氣部分設(shè)計

電控箱電氣方面的設(shè)計主要是主控制器、隔離開關(guān)和接觸器等電氣元件的選擇和適配。

2.2.1 主控制器

拖運(yùn)車啟動采用液壓驅(qū)動，這樣油泵電機(jī)就成為最終要的電氣設(shè)備，它的保護(hù)尤為重要。電控箱的主控制器選用的是煤礦用電機(jī)智能綜合保護(hù)器，它具有以下功能：首先處理外來信號，外來信號主要包括：系統(tǒng)電壓、電機(jī)的電流、瓦斯含量超標(biāo)和各種操作命令。外來信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入微處理器進(jìn)行處理。此信號有2 個作用：①可以作為液晶顯示屏的顯示；②信號可以作為判斷電機(jī)工作運(yùn)行狀態(tài)的依據(jù)，微處理器據(jù)此信號來對相應(yīng)的端口進(jìn)行邏輯處理，最后微處理器的輸出，由控制執(zhí)行電路來實(shí)現(xiàn)[2]。保護(hù)器裝入電控箱隔爆殼體里后，既可以通過殼體的窗口觀察到電控系統(tǒng)各種信息，還可以通過紅外遙控器在不開蓋的情況下，對保護(hù)器的各種保護(hù)功能的整定和試驗(yàn)。具體原理框圖如圖2 所示。

圖2 綜合保護(hù)器原理框圖

2.2.2 接觸器部分

拖運(yùn)車的油泵電機(jī)選用110 kW 隔爆型異步電機(jī)，額定電流為114.4 A（電壓為660 V 時）選用西門子3RT1264-6AP36（額定電流225 A，因?yàn)槊旱V生產(chǎn)的特殊情況，所以需要裕度比較大）。因?yàn)辄c(diǎn)接觸器吸合和斷開過程中容易產(chǎn)生過電壓，所以采用在負(fù)載端加RC 阻容吸收的辦法，來防止出現(xiàn)過電壓燒毀電容的情況。此方法是利用了電容能夠抑制兩端電壓發(fā)生變化的特性，因此能夠減少電路中的阻抗和降低電路中感性負(fù)載的影響；阻抗的主要作用在于抑制電路中的高頻電流，且可以減少截電流。上述的電阻、電容值可由以下公式估算：

式中：C為電容；η為衰減系數(shù)，一般取0.5～0.7；I0為真空接觸器截流值；Lm為電動機(jī)電感值；Umax為允許的最大過電壓；R為電阻；Pr為電阻功率；Ue為電機(jī)額定工作電壓；ω為電源角頻率（2πf）[3]。

2.2.3 隔離開關(guān)

電控箱選用ABB 的OT400E03P 型隔離開關(guān)，選型是依據(jù)額定電流和額定短時耐受電流來選擇。

1）依據(jù)隔離開關(guān)的額定電流選型時，要符合Ir≥1.25Ic（其中的Ir是隔離開關(guān)的額定電流，Ic為回路計算電流，1.25 為裕量系數(shù)）。實(shí)際參數(shù)為OT400E03P 額定電流 400 A＞1.25×114.4 A（114.4 A 為工作電壓為660 V 時額定電流），符合要求。

2）依據(jù)隔離開關(guān)的額定短時耐受電流選型時，根據(jù)國標(biāo)GB 14048.3-2008 中4.3.6.1 的規(guī)定，隔離開關(guān)的額定短時耐受電流要大于等于負(fù)載最大額定工作電流的規(guī)定（除非制造廠另有規(guī)定，通電持續(xù)時間為 l s）12 倍[4]。實(shí)際參數(shù)為 OT400E03P 的額定短時耐受電流（Icw） 為 15 kA＞114.4×12（for 1s 15 kA），符合要求。

3 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)主要由監(jiān)視器和攝像儀2 部分組成，主要作用是提供工作效率和安全性。因?yàn)椴僮髋_在拖運(yùn)車的后部的原因，司機(jī)手動操作時前方會存在盲區(qū)。這種情況在拖運(yùn)車機(jī)械手工作時，問題尤為明顯，嚴(yán)重影響司機(jī)的工作和帶來了嚴(yán)重的安全隱患。為了解決視線受阻的問題，在前端靠近機(jī)械手位置設(shè)置2 臺攝像儀，操縱臺處設(shè)置監(jiān)視器，實(shí)時顯示影像。這樣可以通過攝像儀看到拖運(yùn)車前面的狀況，提高操作的安全性和效率。

4 遙控系統(tǒng)的設(shè)計

在支架拖運(yùn)車裝卸作業(yè)過程中，輔助人員是在危險區(qū)域進(jìn)行工作，這樣會帶來安全隱患；因此，為減少危險區(qū)域的作業(yè)人員，并提高液壓支架裝卸和拖運(yùn)效率，采用了一種適合拖運(yùn)車的無線遙控系統(tǒng)。遙控系統(tǒng)分遙控發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩部分簡介如下。

4.1 遙控發(fā)射機(jī)

遙控發(fā)射機(jī)為本安型，質(zhì)量輕、操作便捷。因?yàn)槊旱V井下電磁環(huán)境比較復(fù)雜，所以可能存在無線設(shè)備相互干擾甚至誤收情況，造成誤動作情況。因此在遙控發(fā)射機(jī)和接收機(jī)配對時，采用頻率和識別碼2種方法配對，這樣可以保證遙控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，避免其他無線信號的干擾[5]。

4.2 遙控接收機(jī)

遙控接收機(jī)采用隔爆型，這樣既可以對電磁閥進(jìn)行直接控制，又可以從電控箱直接獲得供電電源。

5 其它外接設(shè)備的選擇

5.1 油泵電機(jī)的選擇

拖運(yùn)車驅(qū)動方式是液壓驅(qū)動，由自身配置的油泵電機(jī)提供動力，油泵電機(jī)選用YBK2-315S-4（660/1140）隔爆型三相異步電動機(jī)，電機(jī)設(shè)計時有足夠的功率裕度，能滿足頻繁起動和重過載等要求。

5.2 瓦斯斷電儀的選擇

電控系統(tǒng)瓦斯保護(hù)方面選擇了，DJC4.0/220 煤礦用車載式甲烷斷電儀，斷電儀在拖運(yùn)車工作環(huán)境中瓦斯超標(biāo)時，既可以發(fā)出聲光報警，又可以給電控箱停電信號。

5.3 電鈴的選擇

電鈴的作用是在拖運(yùn)車作業(yè)時，起警示作用。電控系統(tǒng)的電鈴選擇DLB2-127C 礦用隔爆型電鈴，主要適用于含有瓦斯和煤塵的的煤礦井下環(huán)境，在工作電壓交流AC127V。

5.4 照明燈的選擇

選用的是DGE24/24L（A）礦用隔爆型LED 機(jī)車燈，照明燈在前后配置2 個。機(jī)車燈優(yōu)點(diǎn)如下：①低維護(hù)性：因?yàn)榫邆淞己玫目拐鹦院秃芨叩姆雷o(hù)等級，所以使用過程中可以避免出現(xiàn)松動和進(jìn)灰塵的情況，降低了維護(hù)成本；②體積小，質(zhì)量輕，安裝方便；③寬電壓電路設(shè)計：工作電壓DC12 V～DC36 V，適用于煤礦電壓不穩(wěn)定的工作環(huán)境。

5.5 急停的選擇

急停按鈕選用隔爆型急停按鈕，型號為BZA3-5/36-1J（A），工作電壓36 V。可以在拖運(yùn)車出現(xiàn)緊急情況下，對設(shè)備進(jìn)行緊急停車。

6 結(jié) 語

本文詳細(xì)介紹了多功能液壓支架拖運(yùn)車的電控系統(tǒng)，此電控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對油泵電機(jī)啟停和保護(hù)、整車照明、多位置急停、盲區(qū)監(jiān)控、電鈴報警、瓦斯報警保護(hù)和遙控控制等功能，能夠全面的滿足液壓支架多功能拖運(yùn)車的要求，有很好的推廣價值。