气动保护传感器在无轨胶轮车中的应用

张世男，庄 园

（兖州煤业股份有限公司济宁三号煤矿，山东 济宁272000）

0 引 言

WC40E 铲板式支架搬运车做为煤矿运输大件设备的主选车型，主要用于搬运综采及高档普采工作面40t 以下的支架运输作业，是综采工作面大型设备运输的主要设备，也可作为多功能运输车使用，用来搬运皮带、移变，一车多用，使用灵活，适应性强，是煤矿井下辅助运输的主力设备。WC40E 铲板式支架搬运车采用电子式安全保护系统，温度传感器为电子式传感器，在车辆实际运行过程中，传感器受到煤矿井下高温、潮湿的作业环境影响，车辆在运行中频繁出现误报警、熄火、保护系统失效等故障，保护系统误动作会导致车辆无法运行，保护系统失效使在车辆运行时发动机得不到有效保护。因此，减少传感器故障率对于保证车辆正常运行、减少车辆维修成本有着重要意义。

1 保护系统原理

WC40E 铲板式支架搬运车保护系统采用电子式安全保护，由保护装置主机、温度传感器、油压传感器、水位传感器、断气电磁阀、熄火气缸、阻风门气缸等部件组成。其中，温度传感器主要由内循环温度传感器与外循环温度传感器组成，其作用是在发动机的工作状态下持续对车辆的冷却系统水温进行监测，当冷却系统温度超过一定温度时强制车辆停机，减少冷却系统高温对发动机气缸垫及其它零部件的损害。温度保护系统的工作原理是当传感器感应到对应的冷却系统温度超过100℃时，传感器向柴油保护装置主机发送信号，柴油保护装置主机通过信号对断气电磁阀控制切断车辆的熄火气缸与阻风门气缸供风，由于车辆的熄火气缸与阻风门气缸均为本质安全型气缸，在气路切断后两气缸关闭，熄火气缸关闭后将切断高压油泵的柴油供给，阻风门气缸将车辆阻风门关闭，从而切断发动机的空气供给，从而达到强制车辆停机的目的，通过熄火停机的方式以提醒检修人员及时检查维修车辆故障，从而减少冷却水温过高对发动机造成的损害，支架车温度保护系统原理如图1 所示。然而在实际使用过程中，电子传感器及其电路元件频繁故障，导致车辆温度保护系统不灵甚至失效，不能在车辆高温时及时发送相应信号，甚至在冷却系统未高温时产生误动作导致车辆熄火，失去对车辆的保护作用。且电子传感器的更换程序非常复杂，需将电子传感器及连接的电缆整体更换，拆装过程费时费力，消耗工时较多。综上所述，保证车辆保护系统的正常有效应从降低温度传感器的损坏开始。

图1 支架车温度保护系统原理图

2 故障分析及对策

电子传感器是将外界的信号收入进来然后转化为电信号进行处理的传感装置，广泛运用于地面、煤矿井下车辆以及其他工程机械保护系统中，其频繁故障原因为长时间在煤矿井下高尘、潮湿环境中作业，造成的电子元件受到灰尘、潮气影响，出现短路、接触不良等问题，从而影响传感器的监测性能。除电子传感器外，煤矿常用的传感器还有气动传感器。气动传感器是将外界信号转换为气压通断信号进行处理的装置，集信号收集、转换于一体，在使用中受到环境的影响较少，较电子温度传感器更加适用于工作环境较为恶劣的机械、设备中。经过对两种传感器进行对比分析，相较于电子传感器，气动传感器有以下优点：

1）适合在恶劣环境下工作，气动传感器工作介质是气体，内部不存在精密的电子元件，在高温、易燃、易爆条件下均可使用，对磁场、声波不敏感，收到井下潮湿的工作环境影响远小于电子传感器。

2）维护成本更低，更换更加便捷，相较于电子传感器繁琐的更换步骤，气动传感器集信号收集及控制一体，直接更换传感器探头即可，无需同相应管路一起更换，更换时长平均为电子传感器的一半。

3）经济性更好，气动传感器价格为电子传感器价格的三分之一，且平均使用寿命较长，后续产生的维修费用、工时较电子传感器更少。

4）气动传感器对工作环境要求较低，即使在大量的灰尘场合也能正常工作。

5）对熄火气缸及阻风门气缸的控制更加直接，采用气动传感器减少了信号转换的过程，从而简化系统，大幅避免了信号失真的可能。

6）安全性较高，气动传感器内部均为气动元件，维护简单，不存在失爆情况的存在。

缺点：相比电子传感器，气动传感器缺点是气动控制的反应速度不如电子检测对系统的控制迅速。

经过综合分析，气动传感器较电动传感器更适用于煤矿高温、高尘环境，所以采用气动传感器做为温度保护的传感器。

3 确定改造方案

将原有电子温度传感器改装为气动传感器，需对保护系统进行改造，由于原保护系统为传感器通过连接柴油保护装置主机，从主机向断气电磁阀发送电讯号，使用气动传感器则不能通过此套系统进行控制，必须通过加装控制配件将保护系统重新整合，将断气电磁阀与气动传感器并联控制，通过加装气动多路阀可完成此项改造，将断气电磁阀、外循环温度传感器与内循环温度传感器并联（如图2），再通过加装一位两通阀连接熄火气缸与阻风门气缸并与气动多路阀连接，从而保证了气动温度传感器正常使用的同时不影响柴油保护装置主机的作用。

气动传感器：感应温度并转换为输出信号的主要部件，是保护装置的核心，气动传感器集感应与输出为一体，可自动测量发动机的温度，并以切断气压做为信号直接实施信号输出，可适用柴油保护装置主机直接对熄火气缸及阻风门气缸进行控制，减少了中间繁琐的控制过程，由于WC40E 发动机内部具有空压机，可自行向储气罐输出气压，可以利用储气罐中的气压为传感器提供气压支持。

气动多路阀：对气路进行整合的部件，起到分接头的作用，将外循环温度传感器、内循环温度传感器与断气电磁阀并联，将输出信号整合至同一气路，并将气压输出至一位两通阀中。

一位两通阀：一位两通阀串联于气动多路阀之后，通过阀芯的负反馈作用，调节输出压力，将气动压力调整为三者之和，当气动压力达不到此数值时，关闭气压输出，达到从而达到保护同时有效的效果，一位两通阀将输入的气压分两路分别连接熄火气缸与阻风门气缸，在压力不足时切断气压供给，达到强制车辆熄火的目的。

图2 温度保护系统改造原理图

4 支架车高温保护系统的改造

通过使用同等型号的气动传感器替换相应的电子传感器，并通过气动多路阀（如图3）连接断气电磁阀、外循环温度传感器和内循环温度传感器，将三路气路进行并联操作，再通过调整一位两通阀（如图4）对整合的气路压力进行调整，三路气体常通时压力达到阈值，熄火气缸与阻风门气缸打开，车辆可以运行，三路气体中有一路切断时，由于压力达不到阈值，从而关闭气路，熄火气缸与阻风门气缸关闭，发动机强制停机。

改造前后的效果如图5、图6 所示，经过实践，气动传感器故障率显著低于电子传感器，有效保护了车辆发动机的完好。

图3 气压多路阀

图4 一位两通阀

图5 电子传感器（改装前）

图6 气动传感器（改装后）

通过以上改造，将车辆温度保护传感器改装为气动传感器，传感器的损坏率大幅降低，间接降低了车辆维修人员的工作强度，保证了车辆保护系统的完好率。

5 结束语

车辆温度保护系统是煤矿无轨胶轮车发动机的保护伞，是车辆安全保护系统的重要部分，保护系统的完好率直接影响着车辆的运行效率及车辆的安全性。面对煤矿井下高温、高尘的作业环境，本次实验通过对WC40E 铲板式支架搬运车的电子传感器及气动传感器的优缺点分析，选择使用更适用于煤矿运行环境的气动传感器，对保护系统进行了改造，在不影响原保护系统正常工作的同时，创新性的建立了一套有效的电子保护系统与气动保护系统并行保护系统，有效降低了柴油机保护系统的故障率、减少了维修成本和配件开支，对保护煤矿井下无轨车辆发动机的完好有着重要的意义。另外，此项改造也可应用于其他煤矿无轨胶轮车的保护系统改造之中，降低柴油机的保护系统故障率，提升车辆的运行效率。