矿用锚杆钻车电气系统优化设计与升级

2023-12-09温智峰

机电产品开发与创新 2023年6期

温智峰

（1.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西太原 030006；2.山西天地煤机装备有限公司，山西太原 030006；3.煤矿采掘机械装备国家工程实验室，山西太原 030006）

0 引言

矿用锚杆钻车参与煤矿井下采掘巷道的支护，担负着煤矿井下支护的重要任务。按照钻臂的数量常见的有两臂锚杆钻车、四臂锚杆钻车、八臂锚杆钻车和十臂锚杆钻车；两臂和四臂锚杆钻车在煤矿井下最为常见。按照设备来源可分为进口锚杆钻车和国产锚杆钻车；进口锚杆钻车主要的设备厂家是澳大利亚的约翰芬雷和山特维克。进口四臂锚杆钻车在国家能源集团神东煤炭公司各大主力矿井有较大的占有量，其凭借低故障、机身紧凑、维护保养方便等特点成为神东煤炭公司井下主要锚杆支护设备。

本文主要优化和分析的是约翰芬雷进口四臂锚杆钻车的电气系统，通过对该设备的长期使用和维护，对其缺陷进行改进优化，对常见的电气故障进行分析，为煤矿井下现场处理故障提供重要参考依据。

1 锚杆钻车的结构与功能

锚杆钻车主要由机身大架、操作平台、钻臂系统、电气系统、行走系统、卷缆系统、除尘系统和液压系统等部分构成。操作平台用于操作工人操作锚杆钻臂使用，通过操作平台升降油缸可实现平台上下移动，满足不同巷道高度锚杆支护的需求。钻臂系统用于放置锚杆，通过旋转的马达和钻箱升降油缸实现打锚杆的功能；电气系统用于控制设备2 台交流电机和照明、报警系统，为设备提供动力。行走系统由2台行走马达连接行走减速器组成，通过液压驱动行走马达，实现设备的前后行走功能。卷缆系统由卷缆马达和卷缆滚筒组成，用于收放设备的动力电缆，在设备前进和后退时，实现电缆的自动收放功能。除尘系统由4 台除尘风机、4 台马达马达以及集尘箱构成，当设备打钻时，通过负压吸附的方式，实现对烟尘的收集，减轻工作面烟尘浓度。液压系统主要由两台可变量的液压泵和若干操作阀组构成，实现对设备各个动作的控制。

图1 设备结构图

2 原电气系统分析

2.1 主回路分析

接触器线圈MC1 和MC2 的控制回路中有多个控制点，分别是超低油位开关（EXTRA LOT）、停止开关（SR）、高油温开关（OTR）、相序控制开关（PRRA）、接触器常闭触点（MC1MC2）、启动按钮（MC1MC2）、延时启动继电器开关（AT1AT2）和过载继电器开关（OL1OL2），只有满足全部条件，油泵接触器才能得电，接触器吸合；故障显示通过LED 指示灯实现提示故障报警，当设备存在故障时，对应故障的继电器动作，常开点闭合，指示灯亮起。

图2 主回路原理图

图3 隔离栅回路

2.2 隔离回路分析

CS1 隔离栅负责油泵启动和急停按钮的安全隔离，CS4 隔离栅负责低油位和超低油位的安全隔离，CS6 隔离栅负责行走压力开关（TT）、低压过滤器1（LP1）、高压过滤器（HP1）开关信号的安全隔离，CS8 隔离栅负责高压过滤器2（LP2）、锚钻压力开关（BP）信号的安全隔离。当对应的输入端开关量闭合，输出的开关量也对应闭合。

2.3 继电器控制回路分析

隔离栅输出端为各继电器的控制线圈，当对应的功能发生动作后，输出端对应的继电器线圈得电，继电器的常开触点变成常闭，常闭触点变成常开。

图4 控制回路

从分析原理图可知，各类报警故障均是由LED 指示灯显示，并且由于每个报警点经过的控制元件和回路较多，故障提示不是十分明确；例如设备出现超低油位报警，导致无法启动油泵电机，有可能是油位传感器故障、有可能是隔离栅故障等，对于检修经验不足的工人来说，并不是很清楚需要具体需要检查哪些元件。因此，需要对该设备的人机显示界面进行升级优化，使故障提示更加清晰、准确，使检修人员明确的知道需要检查哪些具体的元件和如何检查。

3 系统优化升级方案

通过对原电路的系统分析，统计设备能够出现的报警信息有14 种，并且信号来源均为信号量。因此，可用常见的西门子S7-200 系列的PLC 进行软件编程。西门子S7-200 系列PLC 输入输出接口各有24 个，并且输入信号均是开关量，输入信号满足需求；通讯接口由RS232 可实现输出故障到显示器上。通过使用西门子专用的变成软件和显示器编程软件对故障信息进行编程，实现PLC的输入点与报警信息相互一一对应，当设备出现报警故障时，对应的PLC 输入点动作，输出点输出故障信息到可编程显示器上，实现报警信息的可视化。