混合防爆電噴柴油機單軌吊車電氣系統的設計

侯 建

(太原礦機電氣科技有限公司，山西 太原 030032)

單軌吊作為煤礦井下的一種輔助運輸設備，在工作面搬家、運送輔材和人員等方面效率高、機動靈活，可減輕礦工的勞動強度。國內煤礦使用的單軌吊大致可分為電牽引單軌吊和柴油機單軌吊兩種，電牽引單軌吊經濟環保，但牽引力不如柴油機單軌吊，而柴油機單軌吊存在一定污染。目前，國產、進口柴油機單軌吊均采用的是機械泵式柴油機，而混合防爆電噴柴油機單軌吊選用電噴柴油機為動力源，可最大程度地減少污染，采用的混合驅動方式可以進一步提高柴油機單軌吊的帶載、爬坡能力。電控系統采用CAN總線通訊控制，運行穩定、故障率低。

1 混合防爆電噴柴油機單軌吊車的組成

混合防爆電噴柴油機單軌吊車主要由司機室、驅動部、柴油機主機架、起吊梁等部分組成。

司機室里裝配有本安顯示器、隔爆兼本安操作箱、語音報警器、照明信號燈等設備。操作人員在司機室就可完成車輛起吊、行走、齒驅投入與切除等操作。

驅動部有摩擦輪與齒輪兩種。摩擦輪驅動部由一對膠輪、一對液壓馬達、一個夾緊油缸和兩個制動缸組成，夾緊油缸提供夾緊力使兩個膠輪左右擠壓軌道產生摩擦力，在液壓馬達的帶動下牽引機車行走。齒輪驅動部靠齒輪的黏合力提供牽引力。

柴油機主機架是混合防爆電噴柴油機單軌吊車的主要核心部件，由防爆電噴柴油機及控制系統、液壓泵、水洗箱等部分組成。防爆電噴柴油機采用ECU控制燃油噴射及排放，其噴射系統主要有傳感器、ECU和防爆噴射閥。ECU實時接收包括轉速、進氣溫度、進氣壓力、燃油溫度、冷卻水溫度等傳感器的數據，經過處理計算按照最佳方式控制防爆噴射閥噴油，實現噴油量的實時控制，使柴油機以最佳狀態運行，減少污染。液壓泵在柴油機的帶動下，為機車的驅動馬達、驅動夾緊、制動器以及起吊梁提供液壓動力來源。水洗箱對尾氣進行處理，使污染進一步降低。

2 整車電氣控制原理

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

2.1 整車控制

在司機室通過啟動按鈕啟動電噴柴油機后，柴油機帶動液壓泵建立系統壓力，控制器EPEC接收到行車信號后，首先打開夾緊電磁閥使夾緊油缸夾緊，待夾緊壓力達到設定值時，再打開制動電磁閥，制動油缸收縮壓緊彈簧，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，經過計算通過控制比例閥開度控制液壓泵的擺角以實現控制車輛行駛速度和行駛方向。控制器EPEC同時把操作箱手柄的給定值通過CAN總線通訊傳送給ECU，ECU根據接收到的數據控制電噴柴油機的轉速。操作手柄在松手后會自動回位，手柄給定值歸零，EPEC控制比例閥緩慢關閉，實現減速停車。若遇緊急情況，EPEC接收到司機室急停按鈕信號后，立即切斷所有輸出，制動油缸失去壓力在彈簧彈力的作用下迅速回彈，抱閘抱死，實現緊急制動。在停車狀態下，通過本安顯示器上的操作按鈕可切換到起吊狀態，此時即可升起或降下重物。當車輛重載行走至大坡度巷道坡底時，應先行停車，再通過司機室操作按鈕和操作手柄上的按鈕發出爬坡信號，EPEC接收到爬坡信號后，控制齒驅電磁閥接通，齒輪驅動隨即投入使用。

圖1 混合防爆電噴柴油機單軌吊車控制原理框圖

2.2 整車數據傳輸顯示

EPEC接收系統壓力、夾緊壓力及制動壓力傳感器的數據并處理，以此為依據控制車輛的行走。防爆電噴柴油機的運行參數及傳感器數據由ECU采集、處理，實時監控電噴柴油機的運行數據并傳輸給整車控制器EPEC。EPEC接收到的所有數據及車輛狀態通過CAN總線傳送到本安顯示器并實時顯示。本安顯示器還可記錄故障報警，供維修人員參考，方便維修及保養。

2.3 供電電源

采用100Ah/24 V防爆鋰電池為控制系統、顯示系統、車輛照明及啟動馬達供電。通過司機室顯示器的鑰匙開關可控制啟動馬達啟動柴油機，柴油機啟動后，帶動發電機發電，經過電子調節器轉換成直流電給鋰電池充電。

3 防爆電噴柴油機控制系統電氣原理

針對混合驅動防爆電噴柴油機單軌吊車，設計開發了一套專用的防爆電噴柴油機控制系統，其系統框圖見圖2. 該控制系統以車用控制器ECU為控制器，實現了防爆電噴柴油機啟停及運行的實時監測和控制。

在防爆電噴柴油機啟動之前，ECU先自檢，主要檢測所有傳感器的數據是否在合理范圍之內。自檢通過后，ECU輸出控制信號打開進氣蝶閥，為防爆電噴柴油機啟動做好準備，如若未通過自檢，ECU會將故障數值傳送給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就會打開進氣蝶閥，允許啟動柴油機。

圖2 防爆電噴柴油機控制系統框圖

防爆柴油機在運行過程中，實時監測各個傳感器的數據，并根據傳感器的數據控制柴油機運行。例如尾氣溫度傳感器，當尾氣溫度達到68°時發出報警信號并通過限制噴油量來限制發動機的功率，若限功后，尾氣溫度能自動下降，則取消報警信號。如若不能自動降溫，當尾氣溫度升到70°時，則ECU控制高速電磁閥停止工作同時進氣蝶閥斷電，使防爆電噴柴油機停止工作，達到保護柴油機的目的。

4 結 語

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