關于多功能液壓支架拖運車的電控系統設計

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.兗煤礦業工程有限公司（綜機安撤中心），山東 鄒城 273500）

0 引 言

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

1 電氣系統的主要組成

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

圖1 電氣系統原理框圖

2 電控箱的設計

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

2.1 殼體設計

電控箱的殼體安裝隔爆型設計，一方面，設計過程中注意采用輕量化設計。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行減少，包括殼體的厚度、法蘭厚度、法蘭的數量、加強筋的重量，并且要優化法蘭螺栓的布局和選用高強度的鋼材[1]；另一方面，要注意電氣元件布局、安裝固定方式、顯示窗口預留、殼體安裝尺寸、喇叭口數量和種類等問題。

2.2 電控箱電氣部分設計

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

2.2.1 主控制器

拖運車啟動采用液壓驅動，這樣油泵電機就成為最終要的電氣設備，它的保護尤為重要。電控箱的主控制器選用的是煤礦用電機智能綜合保護器，它具有以下功能：首先處理外來信號，外來信號主要包括：系統電壓、電機的電流、瓦斯含量超標和各種操作命令。外來信號轉換成數字信號送入微處理器進行處理。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工作運行狀態的依據，微處理器據此信號來對相應的端口進行邏輯處理，最后微處理器的輸出，由控制執行電路來實現[2]。保護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，對保護器的各種保護功能的整定和試驗。具體原理框圖如圖2 所示。

圖2 綜合保護器原理框圖

2.2.2 接觸器部分

拖運車的油泵電機選用110 kW 隔爆型異步電機，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，因為煤礦生產的特殊情況，所以需要裕度比較大）。因為點接觸器吸合和斷開過程中容易產生過電壓，所以采用在負載端加RC 阻容吸收的辦法，來防止出現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，一般取0.5～0.7；I0為真空接觸器截流值；Lm為電動機電感值；Umax為允許的最大過電壓；R為電阻；Pr為電阻功率；Ue為電機額定工作電壓；ω為電源角頻率（2πf）[3]。

2.2.3 隔離開關

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

1）依據隔離開關的額定電流選型時，要符合Ir≥1.25Ic（其中的Ir是隔離開關的額定電流，Ic為回路計算電流，1.25 為裕量系數）。實際參數為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）依據隔離開關的額定短時耐受電流選型時，根據國標GB 14048.3-2008 中4.3.6.1 的規定，隔離開關的額定短時耐受電流要大于等于負載最大額定工作電流的規定（除非制造廠另有規定，通電持續時間為 l s）12 倍[4]。實際參數為 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 監控系統的設計

監控系統主要由監視器和攝像儀2 部分組成，主要作用是提供工作效率和安全性。因為操作臺在拖運車的后部的原因，司機手動操作時前方會存在盲區。這種情況在拖運車機械手工作時，問題尤為明顯，嚴重影響司機的工作和帶來了嚴重的安全隱患。為了解決視線受阻的問題，在前端靠近機械手位置設置2 臺攝像儀，操縱臺處設置監視器，實時顯示影像。這樣可以通過攝像儀看到拖運車前面的狀況，提高操作的安全性和效率。

4 遙控系統的設計

在支架拖運車裝卸作業過程中，輔助人員是在危險區域進行工作，這樣會帶來安全隱患；因此，為減少危險區域的作業人員，并提高液壓支架裝卸和拖運效率，采用了一種適合拖運車的無線遙控系統。遙控系統分遙控發射機和接收機兩部分簡介如下。

4.1 遙控發射機

遙控發射機為本安型，質量輕、操作便捷。因為煤礦井下電磁環境比較復雜，所以可能存在無線設備相互干擾甚至誤收情況，造成誤動作情況。因此在遙控發射機和接收機配對時，采用頻率和識別碼2種方法配對，這樣可以保證遙控系統的準確性和穩定性，避免其他無線信號的干擾[5]。

4.2 遙控接收機

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

5 其它外接設備的選擇

5.1 油泵電機的選擇

拖運車驅動方式是液壓驅動，由自身配置的油泵電機提供動力，油泵電機選用YBK2-315S-4（660/1140）隔爆型三相異步電動機，電機設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

電控系統瓦斯保護方面選擇了，DJC4.0/220 煤礦用車載式甲烷斷電儀，斷電儀在拖運車工作環境中瓦斯超標時，既可以發出聲光報警，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車作業時，起警示作用。電控系統的電鈴選擇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 機車燈，照明燈在前后配置2 個。機車燈優點如下：①低維護性：因為具備良好的抗震性和很高的防護等級，所以使用過程中可以避免出現松動和進灰塵的情況，降低了維護成本；②體積小，質量輕，安裝方便；③寬電壓電路設計：工作電壓DC12 V～DC36 V，適用于煤礦電壓不穩定的工作環境。

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。可以在拖運車出現緊急情況下，對設備進行緊急停車。

6 結 語

本文詳細介紹了多功能液壓支架拖運車的電控系統，此電控系統能夠實現對油泵電機啟停和保護、整車照明、多位置急停、盲區監控、電鈴報警、瓦斯報警保護和遙控控制等功能，能夠全面的滿足液壓支架多功能拖運車的要求，有很好的推廣價值。