采煤机防爆电控箱的设计研究.pdf

引言 矿用防爆交流电牵引 （变频） 采煤机电控箱 （以 下简称电控箱） 控制采煤机实现采煤作业各种功能， 有两大作用，一是控制采煤机的摇臂和滚筒转动采 煤 （通常称为截割部） ， 二是控制采煤机沿煤壁工作 面行走 （通常称为牵引部） 。因此做好采煤机防爆电 控箱的设计对于保障采煤机的安全运行具有非常重 要的现实意义。 1电控箱的结构设计 电控箱的外形与采煤机的结构布置密切相关。 电控箱除控制电动机外， 内部一般还设有通讯电路、 显示回路和面板控制设定等功能。防爆型式多为矿 用隔爆兼本质安全型。 根据采煤机控制功率大小， 电 控箱的外形大小不同， 有一体式， 也有分体式， 但大 多数是一体式。 电控箱由接线腔和隔爆主腔组成。接线腔是动 力电缆进出线的地方，并包括弱电控制诸如传感器 信号、 通信信号和远控等接线。 隔爆主腔则是采煤机 控制的中心， 内部分割成不同的控制区域， 有截割控 制区、 牵引控制区和牵引变压器区等。 电控箱的操作 显示部分在面板上，面板按钮可控制采煤机的起动 和停止、 牵引速度的升降、 输送机的运行闭锁等。显 示器通常采用彩色液晶显示面板，通过串口电路与 PLC 通信， 开机显示提供操作步骤的提示， 运行中实 时显示截割电机、 牵引电机、 破碎电机和泵电机的电 流， 采煤机的牵引给定速度等工作参数， 以及各电机 的温度等； 故障时会给出故障信息； 通过面板按钮可 使显示界面翻页， 查找历史信息和参数等内容[1]。 2电牵引控制箱的保护设计 电牵引控制箱的保护主要分两大部分，一是截 割部分的电控保护， 另一是牵引部分的保护， 这两块 既有单独的保护， 相互又有联系。 电控箱的总进线由一个隔离开关控制，真空接 触器控制左、 右截割电机和油泵电机的起停， 也控制 牵引回路。 与常规的真空电磁起动器相比，截割电机的过 载保护完全不一样，具体可参见牵引部分恒功率控 制和重载反牵控制。 对油泵电机回路， 当泵电机严重 超载时，控制部分输出信号将使主回路断电；但短 路、 缺相、 漏电等故障的保护是一样的[2]。 在左、 右截割电机绕组内理设 Pt100 热电阻， 热 电阻信号直接接入主控制计算机模拟量接口板。当 任一合电机温度达 135 ℃5 ℃时，电机降低容量 30运行； 温度达 155 ℃5 ℃时， 计算机输出信号 使截割电机停止运行。 当采煤工作面瓦斯浓度超标时，瓦斯传感器发 出信号， 断开采煤机控制回路的瓦斯断电触点， 使采 煤机停止运行。 电牵引采煤机一般由牵引回路专用的变压器供 电给变频器， 再由变频器控制牵引电机的运转。 其保 护很具有特色，将牵引运行状态和截割的运行工况 结合起来， 利用变频器 （或开关磁阻） 的恒转矩恒功 率特性， 使截割电机自动退出过载状态， 避免由于过 载保护引起的保护跳闸， 延长使用寿命。 设置恒功率自动控制，代替常规真空电磁起动 器中的过载反时限保护曲线，目的是要充分利用截 割电机的功率。采用两个电流互感器分别检测两截 割电机的电流， 知道截割电机的负荷状况， 电流互感 器输出信号由电机综合保护模块进行处理，再通过 采煤机防爆电控箱的设计研究 马卓宇 （云冈矿机电科， 山西大同048000） 摘要 针对采煤机防爆电控箱的设计进行了研究， 围绕防爆电控箱的机械结构、 电气结构布置、 电牵引调速工 作原理、 牵引控制箱的保护进行了分析， 阐述了防爆电控箱试验要求， 为采煤机防爆电控箱的设计提供参考。 关键词 采煤机电控箱防爆结构可靠性 中图分类号 TD632.1文献标识码 A文章编号 1003-773X （2020） 05-0031-02 收稿日期 2020-03-09 作者简介 马卓宇 （1994） ， 男， 毕业于山西农业大学信息学院 电气工程及其自动化专业， 助理工程师。 DOI10.16525/14-1134/th.2020.05.013 总第 205 期 2020 年第5 期 机械管理开发 MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENT Total 205 No.5， 2020 设计理论与方法 第 35 卷 机械管理开发 jxglkfbjb 现场总线传送给主机进行比较，得到欠载、超载信 号。当两台截割电机都欠载（如小于 0.9 倍额定电 流） 时， 发出加速信号， 牵引速度增加 （最大至给定速 度） ； 当任一台截割电机超载 （大于 1.1 倍额定电流） 时， 发出减速信号， 直至截割电机退出超载区域， 这 样截割电机就不会由于长时间超载而损坏，采煤机 也不需要停机。 若出现突然的重载荷，当任一截割电机负荷大 于 1.3 倍额定电流时，通过计算机的反牵定时电路 使采煤机以给定速度反牵引一段时间后，再继续向 前牵引。重载反牵引功能的设置是为了使采煤机避 免严重过载， 达到保护电机的目的。 在左、 右牵引电机绕组内埋设 Pt100 热电阻， 其 信号直接接入主控制计算机模拟量接口板当任一台 电机温度达 135 ℃5 ℃时，电机降低容量 30运 行； 电机温度达 155 ℃5 ℃时， 计算机输出信号将 使牵引停止。 3电控箱过程的试验要求分析 电控箱检验也主要分截割部和牵引部两大部分。 截割的电路基本上出隔离开关；真空接触器电 流互感图电源组件和控制系统组件常组成，对其检 验可参肌开关类产品进行对隔离开美进行形能力检 验， 对真空接触器近行额定接道和分断能力的验， 其 试验方法和项目可参照 GB14048.1 的要求。 电控箱很重要的一个检验项目是温升试验， 也 是电控箱发放防爆合格证的必检项目。测量点主要 包括各个开关的动静触头、 动力主回路电缆、 动力线 缆的连接点、 控制变压器和电控箱外壳等， 试验时应 注意按照电控箱实际使用情况关闭各门盖。试验方 法按照 GB14048.1 中规定的低压大电流法进行， 但 由于电控箱的动力回路较多， 每条回路的实际电流不 一样， 因此在试验中必须注意要同时有几路大电流发 生器输出不同的电流， 以满足电控箱不同回路温升试 验的要求， 这样测得的外壳温度才是准确的[3]。 电控箱的保护项目很多，但由于试验条件的限 制， 很多的保护项目不可能让故障状况实际发生， 所 以此类保护试验可采用模拟法进行。例如电动机的 热保护试验，就是根据埋置在电机端部绕组的温度 传感器类型， 模拟传感器输出信号， 看电控箱的保护 控制系统是否正常动作；又如漏电保护就是人为地 将一可调电阻箱接在主回路和地之间， 调低电阻值， 使其达到漏电的动作值，此时主回路的开关应跳闸 动作。 牵引部检验可分为主牵引变压器检验和牵引变 频器检验； 对电磁调速采煤机， 则是对电磁调速装置 进行检验。 牵引变压器为干式变压器，铁芯固定在具有水 冷却的外壳底部， 对变压器的散热很有好处， 是变压 器最有效的散热渠道。所以在试验时必须开启冷却 水， 并保证进水温度保持相对稳定。 变压器的试验方 法参照 GB1094.1 和 JB/T501。 牵引变频器或开关磁阻控制器必须和实际拖动 的电动机形成完整的调速系统才能检验，有一拖二 形式， 也有一拖一形式。不论什么形式， 试验时应模 拟实际使用的情况， 特别是进行温升试验时， 对各测 量点数据测量的准确性很重要。加载方式可以多种 多样， 可用直流加载方式， 也可用交流机对拖方式等 其他的加载方式。 加载直流机双轴输出， 同时给两台 交流电机加载， 保证加载的同时性， 保证变频器或开 关磁阻控制器的输出是同一状况，测量的准确性较 高。 电量测量关键是测量仪器仪表的选用， 应选择频 率适应范围广的仪器仪表， 否则测量数据不准， 不足 以体现调速系统的特性。 变频电牵引和开关磁阻电牵引都有相应的行业 标次， 分别为 MT/T1041.2 和 MT/T1041.3。多数检验 项目都是在满负荷的情况下测试的，所以加载改备 是检验的必要手段，而且加载能力必须覆盖 4 个象 限， 以满足调速装置四象限运行状态的检验需要， 当 加载电机作为发电机运行时，调速系统处于牵引状 态； 当加载电机处于电动状态时， 调速系统为制动状 态，这样在不同频率下的加载数据就可以组成一条 完整的机械特性曲线， 如图 1 所示。 运行频率范围为 583.4 Hz，牵引功率为 1218.5 kW，制动功率为 210 kW。 4结语 针对采煤机防爆电控箱的设计情况、牵引控制 箱的保护系统和防爆电控箱的检验情况，基于防爆 性能设计的电控箱， 成本较低。 该设计 图 1牵引 - 制动特征曲线示意图 50 100 150 0 -50 -100 8070605040302010900 运行频率 /Hz 121.1 122.1123.2121.0 124 122.2 96.6 83.4 72.2 -65.9 -64.1-67.3 -66.9 -68.2 -65.1 -52.5-45.6 -39 （下转第 63 页） 32 2020 年第 5 期 臂， 需通过两次拉板变换位置， 即底节与 62 m 处的 3 m 自拆装节，即可完成主臂 固臂的安装；对于 123～135 m 悬空接臂，需通过三次拉板变换位置， 即底节、 62 m 处的 3 m 自拆装节、 86 m 处的 12 m 自 拆装节，即可完成主臂 固臂的安装；对于 123～ 135 m 悬空接臂，需通过三次拉板变换位置，即底 节、 62 m 处的 3 m 自拆装节、 86 m 处的 12 m 自拆装 节， 即可完成主臂的安装， 固臂需要单独安装。 5结论 本研究以公司生产的 TZL750 全地面桁架臂起 重机为原型，对其主臂 固定副臂的悬空接臂方法 进行研究，旨在解决当风机位于山地型风场时因地 面凹凸不平造成增加的大量土建工程及臂架组装效 率低下的问题。 悬空接臂技术的应用， 不仅可以节约 组装场地， 节约吊装成本， 还可在小转场时带底节整 体移动， 大大地提高了拆装效率。 参考文献 [1]赵晓奇， 严海霞， 李朋波， 等.浅谈山地风场道路规划及建设[J]. 中国西部科技， 2014 （9） 41. [2]王凯， 周慎杰.80t 履带起重机桁架式臂架系统有限元分析方法 [J].机械设计与研究.2005， 21 （5） 88-91. [3]林贵瑜， 李爱峰.受压桁架式吊臂设计原理的研究[J].起重运输 机械， 2007 （4） 73-76. （编辑 胡玉香） 图 7拉板连接至 86 m 处时臂架应力 （MPa） 云图 123.199246.397369.596492.7940 431.195307.996184.79861.5993554.393 STEP1 SUB1 TIME1 SEQV （AVG） DMX1987.41 SMX554.393 Research on the Boom of Truss-type Crane Suspension Joint Tian Yuan （Taiyuan Heavy Industry Co.,Ltd., Taiyuan Shanxi 030024） Abstract To solve the problem of low efficiency and high cost of truss crane in mountain wind field, first, the general idea of the suspension joint is proposed, and the finite element software ANSYS is used to establish a model of the suspension joint under different working conditions, and the static analysis and calculation are pered. Secondly, through the analysis of the calculation results, the solutions for the overhanging joints of the arm under different boom lengths are listed. It provides a reference for the suspension joint, and also provides a reference model for the further optimization of the boom. Key words truss crane; suspension joint; finite element 对今后整体式电控箱箱体的设计具有一定的参考价 值和借鉴意义。 参考文献 [1]王宏波.开关磁阻电机控制技术在煤矿绞车上的应用[J].煤矿 现代化， 2013 （2） 79-80； 83. [2]张利军.MG400/930-WD 型采煤机电气系统及常见故障处理 [J].煤炭技术， 2011， 30 （2） 27-29. [3]刘宏鑫.变频器负载试验的几种方法[J].变频器世界， 2005 （4） 12-14.（编辑 贾娟） Design and Research of Explosion Control Box for the Shearer Ma Zhuoyu （Yungang Mine Electrical and Mechanical Section, Datong Shanxi 048000） Abstract The design of explosion-proof electronic control box for shearer is studied. The mechanical structure, electrical structure arrangement, working principle of electric traction speed regulation and protection of traction control box are analyzed, the test requirements of explosion-proof electronic control box are expounded, and the reference is put forward for the design of explosion-proof electronic control box for shearer. Key words shearer; electronic control box; explosion-proof structure; reliability （上接第 32 页） 田源 桁架式起重机臂架悬空接臂方法的研究 63