煤矿掘进机电控系统可靠性设计分析论文_刘玉林

煤矿掘进机电控系统可靠性设计分析论文_刘玉林

山西兰花科创股份有限公司唐安煤矿分公司 山西晋城 048400

摘要:我国煤炭资源丰富,薄煤层分布广泛,但开采效率低,主要是由于地质条件复杂,顶板和底板波动大,煤层厚度不均等因素。由于受复杂地质条件的影响,在采煤机运行过程中基道的适应性较差,导致采煤机电气控制系统故障频繁发生。为了提高采煤机的采煤效率,讨论了电气控制系统的可靠性,并提出了具体的措施。

关键词:煤矿掘进;机电控系统;可靠性

1 引言

煤矿掘进机作为煤矿开采过程中最重要的作业工具,对井下作业的正常有序发展有着至关重要的影响。影响煤矿掘进机正常运行的因素很多,其中电子控制系统最为重要。分析了煤矿掘进机电控系统,加深人们对煤矿掘进机电控系统的认识,进一步提高煤矿掘进机电控系统的可靠性设计,为煤矿安全稳定运行打下良好基础。

2 煤矿掘进机电控系统概述

对于煤矿掘进机来说,电子控制系统是必不可少的重要组成部分。如果煤矿掘进机缺少电子控制系统,不仅难以正常工作,而且无法开采煤矿巷道。煤矿掘进机电气控制系统控制着煤矿掘进机的各种辅助设施,并负责处理煤矿掘进机实际运行中的一些问题。因此,保证煤矿掘进机电气控制系统的可靠性设计具有重要的现实意义。煤矿掘进机电气控制系统的内部施工质量和人员的技术水平将影响煤矿掘进机电气控制系统的可靠性。煤矿掘进机电气控制系统由多个功能不同的内部部件组成,各部件对煤矿掘进机电气控制系统的运行有直接影响。因此,在煤矿掘进机电气控制系统安装过程中,安装人员必须严格控制质量,通过定期培训,提高安装人员的技术水平,保证煤矿掘进机电气控制系统的安全运行。

3 煤矿掘进机电控系统的可靠性设计

3.1 电器元件必须技术测试合格

新的电气部件在使用前必须经过技术测试。因此,通过耐压试验和分断次数试验,隔离开关和接触器均合格。最简单的耐压试验方法是直接用绝缘试验摇台进行单相和互绝缘试验。耐压值应与负载的电压水平相一致,以保证隔离开关和手动操作部件动作灵活,与电子控制箱手柄配合,闭合正常。合格的隔离开关在其闭合触点处具有良好的导电性,并在相同负载电流下闭合后进行测试。为避免隔离开关带电断开引弧,必须检查隔离开关内是否有辅助触点,用隔离开关手柄确认是否能实现机械闭锁,并测量接触器的断开次数。吸入循环由实际使用的开关数量设置。定时吸力开关是基于简单的控制器程序。逻辑设定,接触器吸进和吸出后,检查其开关状态,通过额定负载电流测试接触器的负载能力,检查接触器是否有辅助触点,因为它能与漏电检测模块形成漏电闭锁。为了防止前开关跳闸,严禁在接触器负载侧绝缘不良时进行负载。由于超薄煤层采煤机电气控制箱空间狭窄,在保证性能的基础上,应尽量选用较小的隔离开关和接触器。

3.2 提升机电设计

主控系统是提升机电控系统的核心部分,由PLC、液压站、润滑站、电源等部件组成,可对提升机工作过程中的加速、减速、爬行、停止等进行控制。该系统选用了三菱的FX2N系列PLC,配备了性能、参数相同的PLC,可保证当一个PLC发生故障时立即启动后备用PLC工作。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在硬件方面,主控系统应用了高速计数模块,能对滚筒主轴和提升机运行位置进行数据采集和监测,判断提升机有无出现过卷或松绳等情况;通过液压站、润滑站,可对提升机中的各类油压进行监测。在软件方面,主控系统通过设计的多层子程序,可实现对提升机多种切换方式的控制和保护。为了直观地显示提升机工作过程中的各类关键参数、运行情况、运行故障等,实现对提升机的实时监测控制,监控系统采用两级微机处理结构,并在上机位上设置工业控制计算机,完成对提升机运行过程的全程监控及故障诊断;通过下机位,将采集的各类信号模拟参数进行转换,并传输至执行程序,驱动操作执行机构工作,由此开始提升机的运行工作。同时,监控系统中设置有显示屏和打印机,可对提升机运行过程进行动画模拟显示,直观地反映提升机的运行参数值,针对相关数据,形成数据报表并进行打印。电控系统中变频调速系统主要通过交流电源输入至变频器中,通过变频器输出频率可调的电源,进而完成对提升机电机转速的调节,由此实现对提升机运行速度的控制。在提升机工作过程中,通过变频器,可保证提升机电机按照速度图旋转;同时,通过变频器与系统传感器的配合使用,可实现对提升机工作过程中超速、过卷等情况的控制,以提高系统的运行安全性。综上分析,所设计的提升机电控系统控制功能较多,能对提升机运行过程中的各种运行状态进行实时监测、显示及控制,具有可靠性高、稳定性好、操作简单等特点,可有效保障提升机的安全运行。

3.3 电控系统抗振性能设计

在极薄煤层工作面复杂条件下,采煤机由于自身的光体,长期处于大振动环境中。它的电子元件容易拆卸,插脚经常断裂。因此,应加强电气元件的抗振性。(1)主控制器作为整个电气系统的核心部件,通常采用两种固定方式:导轨夹紧或螺栓夹紧。相对而言,导轨夹紧的抗振性能优于螺栓夹紧。同时在控制器下方增加减震垫,以减小控制器的振动。(2)变频器内电路板较多,其电子元件最易损坏,属于电子控制箱内较大的电气元件。因此,较重的电器元件放在底部,如充电接触器、电容器等,电路板上的易碎电器元件用紧固胶固定并放在顶部,以升级变频器。(3)设计和加强印刷电路板(PCB),为了提高其抗冲击和抗振动能力,采用压配合装置来固定和提高PCB的固有频率。(4)在采煤机的正常运行中,电抗的支腿经常断裂。为了减小电抗的振动冲击,在电抗的上方增设金属弹性材料压盘,以增加变形量,而不是将其压住固定。

3.4 电磁兼容性设计

煤矿实际开采环境导致掘进机电气控制系统控制箱电磁环境复杂、恶劣。一旦PLC受到电磁干扰,不仅会造成存储器中的数据丢失,还可能使掘进机的整个电气控制系统处于危险状态。做好煤矿井下隧道电磁兼容设计和电子控制系统的设计,防止PLC的强干扰。一般来说,电磁干扰进入PLC系统主要有三种方式,即空间电磁波辐射干扰、工艺通道干扰和供电系统干扰。闭式外壳可用于PLC的设计,采用独立的隔离变压器为PLC供电。此外,还可以为保护器和传感器设计电磁保护,传感器供电电缆和信号电缆均为屏蔽双绞线,尽量采用电流信号设计煤矿掘进机电气控制系统的电磁兼容性。

4 结束语

综上所述,由于极薄煤层采煤机工作面复杂,其采煤机电气控制系统设计和运行中经常出现故障。通过对电气系统的抗振动和抗干扰性能的研究分析,以及电气元件的可靠性和控制箱的结构布置,对以下机组和各种试验进行了不断的改进。现场应用表明,特薄煤层采煤机电气控制系统的可靠性有了很大的提高,但仍存在一些需要实践的问题,需要不断探索和改进。

参考文献

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[5]张晔,杨欣峰.基于可靠性设计的煤矿掘进机电控系统[J].科技促进发展,2011(S1):210-211+219.

论文作者:刘玉林

论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年11期

论文发表时间:2019/9/11

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