一種薄煤層采煤機(jī)電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高 翔，廉自生

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.太重煤機(jī)有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

我國作為世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國，煤礦的高產(chǎn)高效化是煤炭行業(yè)發(fā)展的必由之路。采煤機(jī)作為煤礦生產(chǎn)最為重要的設(shè)備之一，其發(fā)展程度直接影響著煤礦的產(chǎn)量及效率，決定著煤礦高產(chǎn)高效化的進(jìn)程。另外，開采技術(shù)的提高，包括采煤設(shè)備、采煤工藝以及社會(huì)整個(gè)工業(yè)技術(shù)水平的提高，也影響著煤礦高產(chǎn)高效化的進(jìn)程。在我國煤礦中，薄煤層的儲(chǔ)量占可采儲(chǔ)量比例較大，為保證煤炭工業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，薄煤層的開采是各礦山企業(yè)急需解決的問題。本文重點(diǎn)介紹自行開發(fā)的一種薄煤層采煤機(jī)電器控制系統(tǒng)。

1 薄煤層采煤機(jī)電器控制系統(tǒng)的基本組成

本文研究的薄煤層采煤機(jī)為完全機(jī)載交流低壓變頻調(diào)速、鏈輪銷軌式無鏈牽引，電源電壓為1 140V，單電纜供電，以計(jì)算機(jī)操作、控制并能中文顯示運(yùn)行狀態(tài)、功能動(dòng)作及故障檢測(cè)。該機(jī)型整機(jī)采用橋式布置、無底托架積木式組合結(jié)構(gòu)，能在不抬高機(jī)面高度的前提下增加裝機(jī)功率。由于采用機(jī)載交流變頻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了高傳動(dòng)效率的一拖二牽引無級(jí)變速。采煤機(jī)各種操縱開關(guān)、控制按鈕、顯示裝置均在采空側(cè)，既可手動(dòng)操作，也可離機(jī)無線電遙控。主控系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于分散布置，能就近采集信息及執(zhí)行控制任務(wù)。該交流電牽引采煤機(jī)電控系統(tǒng)是由3個(gè)獨(dú)立的防爆箱體組成，型號(hào)分別為 KXJ-420／1140、KXBT-420／1140BP和 KXJ-0.132／24。KXJ-420／1140為采煤機(jī)用隔爆兼本質(zhì)安全型電控箱（以下簡稱高壓箱）。KXBT-420／1140BP為采煤機(jī)用隔爆型電控箱（以下簡稱變頻箱）。KXJ-0.132／24為采煤機(jī)用隔爆兼本質(zhì)安全型電控箱（以下簡稱控制箱）。

采煤機(jī)電器控制系統(tǒng)采用了可編程控制器（PLC）、變頻調(diào)速技術(shù)，使采煤機(jī)控制、操作可靠方便，行走實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。整臺(tái)采煤機(jī)的機(jī)械動(dòng)力由兩臺(tái)180kW、1 140V截割電機(jī)和兩臺(tái)30kW、380V的牽引電機(jī)提供，從而實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)截割電機(jī)的控制和保護(hù)、牽引電機(jī)的調(diào)速控制和保護(hù)、隔爆電磁閥和制動(dòng)電磁閥的控制，并具有中文顯示、運(yùn)行參數(shù)及故障信息的記憶等功能。

2 薄煤層采煤機(jī)電器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)

2.1 采煤機(jī)用隔爆兼本質(zhì)安全型電控箱（高壓箱）

采煤機(jī)用隔爆兼本質(zhì)安全型電控箱KXJ-420／1140是MG180／420-BWD型交流電牽引采煤機(jī)電控系統(tǒng)的高壓部分，將入線主電纜通過前端的喇叭嘴接入，接入后通過主隔離開關(guān)，該隔離開關(guān)控制整臺(tái)采煤機(jī)的開關(guān)機(jī)，通過隔離開關(guān)后一路接入真空接觸器，由兩個(gè)真空接觸器分別控制兩臺(tái)截割電機(jī)的啟停，另一路通過喇叭嘴接入變頻箱。采煤機(jī)整機(jī)的操作按鈕也布置在本電控箱上。采煤機(jī)用隔爆兼本質(zhì)安全型電控箱布置于采煤機(jī)整機(jī)的中部靠采空側(cè)位置，便于接線和操作。高壓箱結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

2.2 采煤機(jī)用隔爆型電控箱（變頻箱）

采煤機(jī)用隔爆型電控箱KXBT-420／1140BP是交流電牽引采煤機(jī)電控系統(tǒng)的第二部分，布置在采煤機(jī)牽引傳動(dòng)箱體的中部，裝載著該采煤機(jī)的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，本機(jī)采用目前已使用成熟的低壓變頻調(diào)速技術(shù)。首先將供電的1 140V交流電通過變壓器變?yōu)?80V交流電，進(jìn)入變頻器模塊，通過喇叭嘴接入牽引電機(jī)，最終實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。變頻調(diào)速系統(tǒng)由一套濾波組件、一臺(tái)變壓器、一臺(tái)變頻器和兩臺(tái)牽引電機(jī)組成，采用一拖二驅(qū)動(dòng)方式，分別控制左、右牽引電機(jī)執(zhí)行無級(jí)調(diào)速。變頻器采用CAN總線方式控制，當(dāng)工作面傾角不大于15°時(shí)采用一拖二，二象限變頻器；當(dāng)工作面傾角不大于35°時(shí)采用一拖二，四象限變頻器。變頻箱的工作原理是：按鈕信號(hào)送入PLC可編程控制器進(jìn)行程序處理，通過接線腔送給變頻器，變頻器根據(jù)給定控制信號(hào)進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、增速、減速、停止。本電控箱體采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，具有隔開的接線腔、隔爆腔。底板加工有冷卻水道，通有流動(dòng)的冷卻水對(duì)變壓器及變頻器進(jìn)行冷卻。變頻箱結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。

圖1 高壓箱結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 變頻箱結(jié)構(gòu)簡圖

2.3 采煤機(jī)用隔爆兼本質(zhì)安全型電控箱（控制箱）

采煤機(jī)用隔爆兼本質(zhì)安全型電控箱KXJ-0.132／24是MG180／420-BWD型交流電牽引采煤機(jī)電控系統(tǒng)的控制部分，它位于采煤機(jī)電控箱體的右側(cè)，主要裝載著該采煤機(jī)的控制中心、遙控接收模塊及顯示器，并完成采煤機(jī)的低壓小功率電器件的分線連接。

主控器采用DC 24V供電，是整個(gè)總線控制系統(tǒng)的主機(jī)，用來啟動(dòng)和協(xié)調(diào)各從機(jī)模塊、顯示器、變頻器工作，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。

本采煤機(jī)采用7英寸超大顯示屏，可清晰地顯示整機(jī)的電流和電壓、各電機(jī)的溫度及工作狀態(tài)、各電器元件的各種參數(shù)等信息，還可顯示整機(jī)的故障信息，方便維修。控制箱結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示。

圖3 控制箱結(jié)構(gòu)簡圖

3 結(jié)束語

本采煤機(jī)采用分箱布置，根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)思路同時(shí)結(jié)合電器系統(tǒng)自身特點(diǎn)，將所用電器元件根據(jù)功能區(qū)分，就近布置在同一箱內(nèi)，通過合理的設(shè)計(jì)，減少了箱體之間的連線，簡化了結(jié)構(gòu)。該電控系統(tǒng)中的3個(gè)箱體均為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，都具有隔開的接線腔、隔爆腔，接線時(shí)只需打開接線腔上的蓋板，維修時(shí)只需打開隔爆腔上的蓋板，減少了檢修的勞動(dòng)強(qiáng)度。

［1］ 王朝陽.薄煤層綜合機(jī)械化開采及其液壓支架設(shè)計(jì)研究［D］.鄭州：鄭州大學(xué)，2006：5-13.

［2］ 辛永剛，崔麗娟，劉軍美.薄煤層綜合機(jī)械化開采設(shè)備的研究［J］.企業(yè)導(dǎo)報(bào)，2009（1）：72-73.

［3］ 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.