調車絞車及其電控系統的優化改造

袁 軍

（山西焦煤西山煤電有限責任公司西曲礦選煤廠，山西 古交 030205）

引言

調車絞車是常用的煤礦運輸設備，隨著煤礦開采需求的不斷增大，對調車絞車的工作效率的要求也越來越高。一方面要不斷提高調車絞車對大噸數精煤產量的運輸效率，另一方面原調車絞車采用的是傳統的繼電器-接觸器控制系統，該系統故障率高、穩定性差，嚴重影響設備的正常使用[1-3]，本文對調車絞車及其電控系統進行了優化改造，大大提高了整體的工作效率。

1 調車絞車系統的優化

調車絞車系統由電動機、鐵牛、聯軸器、制動器、減速器及摩擦器部件組成，絞車主機和輔機通過鋼絲繩連接在一起共同組成牽車系統，輔機包括調車鐵牛、導向輪、傳動輪、改向輪、托繩輪、重錘等。電動機的功率直接影響絞車的運行速度和效率，針對4JDS-30型調車絞車的缺陷，主要從以下兩個方面優化：電機功率的改變（將原來的45 kW 增大至55 kW）；鐵牛、拉緊裝置、改向輪和托繩輪的更換和安裝。

1.1 工作原理

調車絞車工作時先由電動機啟動，通過聯軸器帶動減速器運行，減速器使得摩擦輪轉動，通過摩擦力使得鋼絲繩運動，從而帶動列車運動，當電機的轉動方向改變時，列車的運動方向也同時改變，最終達到調運列車的目的。此外，絞車主機和輔機通過鋼絲繩連接在一起共同組成牽車系統，輔機包括導向輪、傳動輪、改向輪、托繩輪、重錘等。

調車鐵牛是調車絞車系統中實現牽引的重要部件，鐵牛的上部的詹天佑鉤與列車連接，下部的接頭與鋼絲繩連接，鋼絲繩的另一端連接在鐵牛內部的繩輪。此外，在鐵牛其他位置設立正副雙掛鉤，正鉤牽引車輛前進，輔鉤防止車輛發生慣性自滑。

傳動輪一般以兩個為一組，繩輪的直徑、轉速、旋轉方向相同，再在傳動繩輪的U型槽內平行纏繞鋼絲繩，借由鋼絲繩與傳動繩輪槽之間的摩擦力牽引鐵牛調運列車作業，拉緊裝置是保持鋼絲繩恒定張力的裝置，由重力提供拉力，保證系統處于拉緊狀態，一般可分為重錘式拉緊裝置、固定式拉緊裝置和自動拉緊裝置，此外，在調車絞車系統中的拉緊小車也屬于拉緊裝置，由繩輪和牽引架組成，拉緊小車在鋼絲繩的作用下沿軌道運行，使得松邊鋼絲繩處于拉緊狀態，保持張力。

改向輪是調車絞車系統中起調整、改向作用的部件，根據輪徑大小可分為三種類型：Φ450 mm 改向輪、Φ800 mm-F1600 mm 箱 式 改 向 輪 和Φ800 mm-F1000 mm 開式改向輪，Φ440 mm 改向輪一般安裝在調車絞車兩端，Φ800 mm-F1600m 箱式改向輪為開啟箱式結構，一般安裝在兩端車軌下，承載能力大、摩擦系數小、易于維護和更換，存在一般型和免維護型兩種類型，其區別在于保養方式不同。一般型改向輪需定期添加潤滑脂，而免維護型一次性添加足量潤滑油即可，優化后的調車絞車系統全部采用免維護性改向輪。Φ800 mm-F1000 mm 開式改向輪被安裝在調車絞車的端頭以及中段軌道的外側。

托繩輪適用于鋼絲繩受力均勻且調車絞車系統以直線運行的場地，一般與鐵牛配套使用，根據結構的不同安裝在不同的位置，支座高120 mm的長托繩輪被均勻布置在軌道外側，支座高25 mm 被均勻安裝于軌道內側。

1.2 安裝與調試

1）鐵牛、掛鉤及接頭：將鐵牛和掛鉤用鋼絲繩連接，為防止鋼絲繩出現打結、折彎、扭曲或松散的現象，將其用支架支撐并勻速展開。在距鋼絲繩頭約三分之一處穿入錐孔，將繩頭松散，去除繩芯，清洗鋼絲和錐孔，待鋼絲繩揮干后，折回彎鉤，放入錐孔內，再灌入融化的巴氏合金液，保持鋼絲繩與接頭平穩，等待至合金液凝固，防止鋼絲繩被空氣氧化腐蝕。確定系統鋼絲繩長度，將鋼絲繩纏繞在單環鏈上并用繩夾固定。

2）拉緊裝置和拉緊小車：拉緊裝置安裝時先安裝天輪與塔架，依次安裝基礎定位和地輪，再將重錘組裝入架，兩塊重錘間的凹凸面需卡緊。塔架安裝時要確保其中心垂直偏差不能超過10 mm；拉緊小車安裝在軌道內，通過鋼絲繩與拉緊裝置的重錘連接。拉緊裝置的安裝位置有一定要求，一般設置在傳送帶張力最小的地方，同時接近傳動滾筒，必要時可增設多個拉緊裝置。

3）改向輪：改向輪需牢固安裝在軌道基礎之上。安裝成功后先在無繩狀態下試驗，重點檢驗改向輪是否運行平穩，各連接部件是否有松動現象，密封處或部件組裝處有無漏油，軸承溫度變化是否超過40℃，若滿足以上條件，在改向輪上纏繞鋼絲繩后再次試驗，確認無誤后方可進行調車作業。

4）托繩輪：托繩輪作為支撐部件，在安裝時需保證結合牢固、正反向轉動靈活和耐磨。

2 電控系統的優化

2.1 控制要求

調車絞車電控系統的主要功能有：控制絞車靈活實現啟動或停止、正轉或反轉、高速或低速運行；設置絞車的行駛速度；實時監控絞車的運行狀態以及實現故障報警功能。

2.2 改造方案

根據電控系統的控制要求，優化后的系統方案為“觸摸屏-PLC-變頻器”控制系統，圖1 所示為控制系統流程圖，可編程邏輯控制器（PLC）是控制系統的核心，通過接受觸摸屏和變頻器的信號，在其內部進行邏輯運算，經過篩選后選擇西門子S7-200 系列CPU224，同時添加EM235 模擬量擴展模塊；人機界面采用觸摸屏，能夠快速地實現對絞車的轉向等各種控制指令，實時顯示頻率、電流等狀態信息以及故障報警，使得人機交流更加簡單直接，此處采用西門子TP177A型觸摸屏。

圖1 觸摸屏-PLC-變頻器控制系統流程圖

2.3 軟件設計

觸摸屏-PLC-變頻器控制系統主要由PLC 自上而下掃描編譯程序進行邏輯運算，其控制流程圖如圖2 所示。首先PLC 上電后將送電指令和啟動指令的數據寄存器清零，系統初始化后變頻器送電，接著進行高低速選擇，依次判斷是否執行正轉控制、反轉控制，若系統出現故障，先判斷故障真實性，若故障存在，系統觸發故障報警并停機；若故障不存在，系統返回初始化。觸摸屏的組態是在WinCC flexible 2007 軟件中完成的，組態內容包括電流值顯示、頻率設定、停送電和正反轉等操作按鈕，當發生故障時，屏幕上立即顯示相應的故障信息，方便工作人員查找和排除故障。電控系統經過改造后，故障率大大降低，系統的抗干擾能力和穩定性顯著提高，為調車絞車的穩定高效化運行奠定了基礎。

圖2 調車絞車程序流程圖

3 結論

1）通過提高電機的功率，增加鐵牛，更換絞車的拉緊裝置、改向輪和托繩輪，對調車絞車及其電控系統進行結構優化。

2）針對傳統絞車控制系統的缺陷，采用“觸摸屏-PLC-變頻器”的控制方案，對調車絞車系統進行改造，提高了系統的穩定性，降低了故障率，節約了人力和資源，為高精煤產量奠定了基礎。