DOI:10.16545/j.cnki.cmet.2011.06.014 ·63· 煤 矿 机 电 2011 年第 6 期 连续采煤机变频调速装置独立控制保护电路设计 呼守信 ( 中国煤炭科工集团 太原研究院，山西 太原 ) 030006 摘 要: 从连续采煤机变频调速装置中装设独立的控制功能入手，结合连续采煤机具体生产过 程，设计了相应控制保护电路，实现在紧急情况下对连续采煤机的行走独立、可靠控制，并保证在控 制线路发生故障时，连续采煤机不能行走，有效地保证了人身安全。现场应用结果表明: 所设计的 控制保护电路具有一定的有效性和实用性。 关键词: 连续采煤机; 变频调速装置; 独立控制保护电路 中图分类号: 文章编号: 1001 － 0874( 2011) 06 － 0036 － 04 文献标识码: TN773 B Design of Individual Control and Protection Circuit in Frequency Control Device of Continuous Miner Taiyuan Research Institute China Coal Technology ＆ Engineering Group Corp． ， HU Shou-xin ， Taiyuan 030006 ， China ) ( : Abstract device of continuous miner Beginning with the importance of installing the function of individual control in the frequency control ， with the specific work process and by means of the research of all the walking control ， the corresponding control circuit is designed． Besides the individual walking way and reliable control of the ， continuous miner are achieved in the special circumstances． When the faults of control line take place continuous miner can not walk． This effectively prevents personal injury． The application in the field indicates the circuit is ， continuous miner ; frequency control device ; individual control protection circuit practical and reliable． : Keywords 0 引言 1 8 。 装运机构 、 ］，其特殊的采煤工艺 液压机构 、 装煤 、 中国煤炭科工集团太原研究院开发的连续采煤 机采用交流变频调速用于设备的牵引，其共有 台 电动机，分别为截割部 牵引机 、 构及除尘机构提供动力，以实现割煤 机器行 、 连续采煤机不但能快速掘进， 走以及除尘等功能 而且还可房柱式采煤［ 机械 设计加工水平决定了连续采煤机的整体结构和元部 所布置的电气系统主要由两部分组成，一 件布置 为变频调速装置，位于连续采煤机的左后面，控制连 续采煤机的行走电机; 另一为连续采煤机的主控部 分，即电气控制箱，位于连续采煤机的右前方，电气 控制箱不但要控制除行走以外各个机构的动作，而 且还要通过采集到的各种电气信号，对包括行走在 已设计开发并应 内的各个功能进行复合逻辑控制 、 。 。 。 ，宽 11 m 3． 3 m 功能 、 ，在一定的 用到现场的连续采煤机长 地质条件下，掘进时连续采煤机的空顶距一般为 由于电气控制箱和变频调速装置体积 7 可 m。 、 靠性的差异，电气控制箱工作在空顶下，而变频调速 因此，连续采煤机正常 装置工作在有支护的地方 掘进或回采时，电气控制箱最先进入空顶，且机身切 入煤壁，当电气控制箱内部与行走相关的电气元器 件出现问题时，导致连续采煤机不能正常行走，这时 电气控制箱外盖不仅打开困难，且处在空顶下解决 问题，给维修人员增加了危险性 尤其是使用连续 空气潮湿， 采煤机的工作面上煤尘较多 、 ］，对电 且移动频繁 气控制箱内部元器件的可靠性提出了更高的要求 。 为了保证人身安全和减少维修时间，设计了变频调 速装置独立控制保护电路，操作人员可通过对变频 调速装置的设置，使其脱离电气控制箱的控制，并在 工作时振动较大［ 、 负荷变化大 、 空间狭小 、 。 2 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

2011 年第 6 期 煤 矿 机 电 ·73· 驾驶室内操作专门的开关把连续采煤机退到安全和 空间较大的地方 。 1 变频器运行控制 。 。 转弯 、 后退 、 连续采煤机的行走履带是依靠变频调速装置内 的变频器提供动力，并可调节行走时的速度 连续 采煤机的行走控制具有手动和遥控两种方式，若需 要行走时，司机通过驾驶室内的操作手柄或者遥控 器上的摇杆控制连续采煤机的前进 此 外，连续采煤机在割煤时，为了避免行走速度与切煤 速度不匹配，所导致割煤时履带的过度打滑，需要通 过截割电流反馈到行走控制程序，以控制行走速度， 保证给截割提供适当的进给力［ 电气控制箱控制变频运行 电气控制箱是连续采煤机的核心部分，不但为 电磁阀等提供动力，而且其 装运 截割 、 、 内部的控制器为该设备的中央控制单元，集控制 通 、 显示为一体，负责控制包括行走在内的设备上所 讯 、 有功能的动作，电气控制箱对变频调速装置的控制 方案如图 液压 、 除尘 、 所示 。 ］ 3 1． 1 1 。 1 图 1 电气控制箱对变频调速装置控制示意图 由图 可知，连续采煤机驾驶室内操作手柄是 以变阻器的信号输入到电气控制箱，信号转换模块 负责把电阻信号转换为电压信号，并输入到电气控 控制器接受到手柄的输入信号 制箱内的控制器上 后，对与行走相关的各种电信号进行分析 判断，再 、 通过通信方式向变频调速装置发出允许运行及其运 行大小信号 。 由于各种故障，如电源故障 器件损坏等原因造 、 成电气控制箱内的控制器不能正常工作，如不能正 常处理输入的行走信号，或者电气控制箱与变频调 速装置之间的通信信号中断等，维修人员可在原地 打开电气控制箱，及时对连续采煤机进行故障处理 。 1． 2 变频调速装置控制变频运行 鉴于电气控制箱在设备上的特殊位置，电气控 。 制箱内部出现与行走相关的问题时维修比较困难， 因此，设计连续采煤机的行走控制系统时，考虑采用 行走控制信号直接输入到变频调速装置，如图 所 示 2 。 图 2 变频调速装置控制变频运行示意图 。 急停 、 截割 、 结构 、 操作方式 、 然而，连续采煤机工艺 操作上与行走相 、 关的液压 倒车报警等信号需 、 要通过电气控制箱传送到变频调速装置，除了与行 走实现复合逻辑控制外，还将采集到的截割电流实 时反馈到行走控制程序，以控制行走速度 为了实 现上述的控制，需要在连续采煤机变频调速装置中 增加专门的控制器，通过采集各种信号来控制两变 不难看出，由变频调速装 频器的运行和输出频率 置里的控制器控制变频器，不仅增加了硬件成本和 软件开销，降低了实时性和可靠性，而且给电气系统 因此，连续采煤机 的维护和故障查询增加了困难 行走控制方式采用电气控制箱内的控制器控制变频 由此而带来的问题，通过设计变频调速 器的运行 装置独立控制保护电路，以在电气控制箱出现问题 无法处理操作手柄的输入信号时，直接向变频器提 供运行信号 。 。 。 。 2 变频调速装置独立控制保护电路 。 。 水管 、 操作人员使用驾驶室内的防爆点动开关对变频 调速装置直接控制，以便使变频调速装置脱离电气 连续采煤机使用环境恶劣，设备 控制箱独立运行 上布置的缆线较多，电缆 液压胶管分布在设 、 此外，连续采煤机工作在空顶下，控 备的各个地方 制电缆容易被砸或被挤压而发生短路或断线故障 。 若采用传统的开关控制电路，当外围线路发生如上 的故障时，则可能引起变频调速装置的自动运行，如 果设备附近有人，则可能导致人身伤亡事故 因此， 设计连续采煤机变频调速装置独立控制电路时必须 保证电路足够可靠，以确保煤矿井下连续采煤机变 频器的可靠运行，防止由于外围线路的故障引起变 。 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

·83· 煤 矿 机 电 2011 年第 6 期 。 2． 1 频器的自动运行 电路设计 通过反复实验和现场使用的信息反馈，从电路 所 的分析到各个电子元器件的确定，设计了如图 示的电路 3 。 图 3 变频调速装置控制保护电路 处理电路两部分组成 变压器，将 别为电源变压器输入 图中控制电路由控制信号产生电路和控制信号 为电源 分 输出绕组回路中的熔断器， 、 分别 为整流二极管， T1 交流电， 信号产生电路中 交流电降为 F1、F2 36 V 9 V 。 R1 、R2 、R3 为控制按钮的连接电缆 。 为启动按钮， SB D1 为信号取样电阻， a、b 信号处理电路中 和 R11 、R13 IC1、IC2 R6 、R7 为反馈电阻， 为集成电路比较器， 分别分压后作为比较器的比较电 R4 、R5 压， 组成低通滤波 R8 、C1 、R9 、C2 为光耦， 电路，用以滤去电路中的交流信号， T1、T2 由比较器比较后输出控制其导通或者断开 比较器 的同相输入端接信号电压，反相输入端接比较电压， 当同相输入端电压高于反相输入端电压时，比较器 输出端输出电压为正，即与电源正端电位 接 近，光耦输出形成断路; 当同相输入端电压低于反相 输入端电压时，比较器输出为低电压，即与电源负端 电压 接近，光耦导通［ 12 V 。 ］ 4 。 0 V 电路故障分析 控制电路中的交流电压经过二极管整流，形成 上产生电压降，该电压降即 和 的直流电流在 2． 2 R2 R3 为信号电压，它经 滤波后输入到比较 R8 、C1 、R9 、C2 当操作按钮闭合时，形成的信号 器的同相输入端 电压与固定电压比较，正常启停时的比较电压如表 。 所示 。 1 状态 正常 闭合 正常 断开 表 1 正常启停时的比较电压 比较 电压 比较 电压 / V / V 4 6 4 6 10 4． 5 10 4． 5 5 7 5 7 8． 5 8． 5 12 12 T1 状态 通 断 断 断 T2 T1 T2 和 R9 、C2 滤除后，将不会在 控制电缆之间的芯线发生短路时，变压器输出 回路中的二极管被短接，电路中产生交流电压，它经 上产生直 R8 、C1 此时，信号电压小于比较电压，即同相 流信号电压 输入端的电压高于反相输入端电压，比较器输出端 的电压为正，光耦 断开，短路故障时的比较电压 如表 R1 、R2 所示 T1 。 2 状态 a、b 短路 。 表 2 短路故障时的比较电压 比较 电压 比较 电压 / V 4 6 10 4． 5 5 7 12 12 / V 状态 断 断 T1 T2 当控制电缆某一处断路时，信号发生电路不会 上产生直流信号电压，其形成的信号电压 在 小于比较电压，即同相输入端电压高于反相输入端 电压，比较器输出端电压为正，光耦 R1 、R2 断开 T1 。 a b 当电缆 或 ，信号处理电路中光耦 发生接地故障时，比较器同相端 导通，由 是为解决控制电路接地故障而设计的，因此， 导通的情况下，变频器不会运行 接地故障时 T1、T2 0 V 的电压为 于 在 的比较电压如表 T2 T2 。 所示 。 3 状态 a、b 接地 表 3 接地故障时的比较电压 比较 电压 比较 电压 / V 4 6 10 4． 5 5 7 0 0 / V 状态 通 通 T1 T2 缆发生短路 从以上分析可知，电路在正常工作中，当控制电 断路等故障时，控制电路均会使光耦 、 断开，且在停止状态时，控制电路也不会因故障 T1 而向变频器发出运行信号 。 3 结语 连续采煤机变频调速装置独立控制保护电路， 已成功应用于东坡煤矿的连续采煤机，其控制保护 电路不但能在紧急情况下向变频调速装置提供可靠 的启动信号，而且在控制线路发生各种故障时均能 页) 起到保护作用 ( 下转第 。 41 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

2011 年第 6 期 煤 矿 机 电 ·14· 由此可以测量不同工作条件对浮动油封使用寿 。 度 命的影响 。 2 ) 能够观察浮动油封的装配情况对其密封效 密封面与行 、 浮封腔内锥与浮封环外 、 果的影响 星机构轴线不垂直情况下 锥有油等情况下对浮动油封密封效果的影响 型圈扭曲装配情况下 如 。 O ) 能够测量装配间隙 3 力的一一对应关系，为装配间隙 并可在不同装配间隙 升与磨损等情况 S S 与浮封环对接面上压 的调整提供依据; 温 、 S 下，测试浮动油封的漏油 。 4 ) 通过试验数据，能够比较不同厂家浮动油封 的性能并筛选出性能优异的浮动油封供采煤机使 用 。 。 借助该试验装置，对 采煤机 厂和 MG550 /1380-WD S A 。 的一一对应关系 摇臂用浮动油封进行试验，选择两个厂家( 厂) 产品进行对比 力与装配间隙 动油封密封效果的影响程度等 厂的浮动油封在 型圈的硬度 磨性 品 。 使用 B 试验得出了浮动油封密封面压 不同条件下对浮 、 试验结果表明， 。 A 弹性和浮封环的耐 、 厂产 厂产品进行 温升 、 因而在该采煤机摇臂上选用了 动态密封特性等方面明显优于 、 O A B 。 4 提高浮动油封可靠性的措施 。 根据影响浮动油封使用寿命因素的分析与上述 试验装置的相关试验结果，提高摇臂用浮动油封的 可靠性可采取以下措施 1 。 ) 选用质量较好的浮动油封 借助浮动油封 试验装置，能够在相同工作条件下，比较不同厂家浮 动油封性能，筛选出质量较好的浮动油封供采煤机 使用 。 ) 提高相关零件的设计加工精度 主要指浮 封腔的设计加工精度，并按照设计图纸进行检验，合 格则使用，不合格需加工至合格或作报废处理 。 2 。 3 ) 规范浮动油封装配工艺，确保在装配过程 中，浮封腔的内锥和浮封环的背锥上无油及其它污 型圈没有发生扭曲，浮封环密封面与行星 物存在， O 机构轴线的垂直度在允许范围内，图 中的压紧螺 栓已拧紧并有足够的防松措施等 2 4 。 ) 加强日常维护 在使用过程中，根据规定选 油位标准等，并定期更换摇臂行星机构 择油液型号 、 油液与检修压紧螺栓，确保浮动油封具有良好的工 作环境 。 。 以上 措 施 已 在 MG500 /1130-WD 、MG550 / 型 等 采 煤 机 上 应 实践结果表明，浮动油封的使用寿命有了显著 MG600 /1540-WD 型 与 1380-WD 用 提高，达到了预期效果 。 。 型 5 结语 。 随着煤矿生产的发展，采煤机的可靠性越来越 浮动油封是摇臂的关键零部件，其使用 受到重视 寿命直接了影响了摇臂乃至整机的可靠性 本文介 绍了浮动油封在采煤机应用上存在的问题，分析了 影响浮动油封可靠性的因素，研制了浮动油封试验 装置并进行了相关试验，提出了提高浮动油封可靠 性的措施，延长了浮动油封的使用寿命 参考文献: ［ ］ 翟耐新，高国康，等 1 ］ 浮动油封在刮板机上的应用分析［ J ． 。 。 煤 ． ． ( 2001 矿开采， ) 3 ］ 刘健，仇性启，等 ［ 2 ( ］ 浮动油封密封环热喷涂工艺的应用研究［ J ． ］ 型圈最大接触压力数值分析［ J ． 橡胶 ) 2010 O 1 ． ． 润 工 ) ． 43 ］ 浮动油封加工和装配方法的探讨［ J ． 煤矿机 械， ( ) 8 2004 ． `作者简介: 宋相坤( ) ，男，助理研究员。2007 年毕业于中国 矿业大学机电工程学院( 硕士学位) ，现在天地科技股份有限公司上 海分公司从事采掘机械设计工作，发表论文多篇。 1980 － ( 收稿日期: 2011 － 07 － 15 ; 责任编辑: 陈锡强 ) 滑与密封， ］ 杨毅，陈从桂 ［ ． 3 ( 2009 ［ ］ 姜志明，杨柯 4 具技术， ． 檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 ( 上接第 世界煤 页) 希尔 连续采煤机［ ］ ． J ——— ［ ］ 3 38 R． 炭， ． 适用于所有开采的机器 ( ) 1998 8 ． 在矿井连续采煤机的现场应用中，变频器从未 拒动和误动的现象，达到了预定设计的 、 ［ ］ 任伯峰，陈雷，刘百坚，等 4 ． 电压比较器在检测系统中的应用 ． ( ］ ［ J ． 仪表技术， 20 ) 10 作者简介: 呼守信( ) ，男，工程师。2005 年毕业于太原理工 大学( 硕士学位) ，现从事煤矿防爆电气方面的研究，发表论文 10 余 篇。 1978 － 中国测 ( 收稿日期: 2011 － 07 － 08 ; 责任编辑: 姚克) 发生自起动 技术要求 参考文献: ［ ］ 陈维民，邵俊杰 1 。 ( ) 1995 4 ． ］ 连续采煤 机 在 我 国 的 使 用［ J ． ． 煤 矿 开 采， ［ ］ 黄绍服，何庆 ． 2 ( 试技术， 浅析连续采煤机故障检测技术研究［ ］ ． J ) 2004 3 ． 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net