综采机电气控制部分设计

永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 0 题目 姓名 河南理工大学成人教育 题题 目目 姓姓 名名 永城职业学院永城职业学院 毕业设计 论文 题目毕业设计 论文 题目 专专业业 班班级级 学学生生学学号号 学生姓名 学生姓名 指导教师 指导教师 永城职业学院永城职业学院 20 年 月 日 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 1 附附 2 任务书 任务书 毕业设计 论文 任务书 年级专业 学生学号 学生姓名 一 设计 论文 题目 二 设计 论文 任务与要求 三 设计 论文 时间 年 月 日至 年 月 日 指导教师 签名 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 2 主管院长 系主任 签名 附附 3 评定书 评定书 毕业设计 论文 评定书 年级专业 学生学号 学生姓名 一 设计 论文 题目 二 设计 论文 共 页 附图 张 三 审阅意见及评语 根据学院教学管理的有关规定 同意 不同意 该生参加毕业 答辩 指导教师 签名 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 3 职 称 工作单位 附附 4 决议 决议 毕业设计 论文 答辩委员会 小组 决议 年级专业 学生学号 学生姓名 该生于 年 月 日进行毕业设计 论文 答辩 设计 论文 题目 答辩委员会 主任委员 组长 委 员 成员 答辩学生向答辩委员会 小组 提交如下资料 设计 论文 说明书 共 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 4 页 设计 论文 图纸 共 页 指导教师评阅意见 共 页 根据学生所提供的毕业设计 论文 材料和指导教 师意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况 毕业设计 论文 答辩委员会 小组 作出如下决议 一 毕业设计 论文 的总评语 二 毕业设计 论文 的总评成绩 毕业设计答辩委员会主席 组长 签名 委员 成员 签名 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 5 年 月 日 摘要摘要 煤矿井下电气系统的发展与掘采技术的进步息息相关 随着我国煤矿井下采掘 方式由简单机采发展到综采机械化采煤 煤矿井下对电气控制系统的要求越来越高 电气控制系统作为掘采设备的主要组成部分 其现场运行的可靠性直接影响煤矿的 生产效率 而技术的先进性将有助于降低工人劳动强度 提高设备的使用寿命 当 前 现场总线技术已经渗透到各个行业 运行的稳定性越来越高传感器技术得到了 突飞猛进的发展 使用的可靠性获得了很大的提高 控制器已经具有高的集成度和 多种功能 电气技术的发展为研制高性能的智能化控制系统提供了可能 本文以掘 采设备多回路负荷的控制保护为基础 结合适用于煤矿井下掘采设备的功能控制要 求 利用新的现场总线 传感器 周期性电量的交流采样技术 以及运用新的控制器 技术 设计了应用于煤矿井下掘采设备的智能电气控制系统 实现了掘采设备的自 动控制 遥控 自动截割 组网通讯 故障诊断功能等 综采电气控制主要内容 包括煤矿采掘运机械的电气控制方示与技术 启动控制设备 采煤机电气控制系 统 掘进机电气控制秕 连续采煤机配套设备电控系统 胶带输送机电控系统 无论是从电气性能还是机械安装的角度均无法满足极薄煤层采煤机的性能要求 为 此 需要研究开发一套专用的电气控制系统 在详细分析了极薄煤层采煤机电气 控制系统需求的基础上 结合了现代电子技术和工业控制先进技术 并且充分考虑 后续技术发展的要求 研究实现了这套全新的电控系统 论文主要进行了以下二个 方面的研究和实现工作 1 提出了采用分布式总线结构 将控制系统划分为若干模 块 以 CAN 总线进行连接 结构灵活 可扩展性强 可以方便地更替或增加功能模 块扩展采煤机性能 2 首次在采煤机控制领域使用 ARM 芯片控制技术 同时部分 模块使用了性能优异的 DSP 控制器作为核心 结合 ARM 和 DSP 技术 为日后实现无 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 6 人工作面 故障自诊断等 奠定了强大的硬件平台 实现了新兴电子技术和控制技 术与传统工业控制设备的融合 大幅提升了薄煤层采煤机电控系统的性能 关键词 采煤机 电气控制 连续采煤机控制系统 目目 录录 引言 9 第一章 采煤机的分类与应用 11 1 1 采煤机的分类 11 1 1 1 锯削式采煤机 11 1 1 2 刨削式采煤机 11 1 1 3 钻削式采煤机 11 1 1 4 铣削式采煤机 12 1 2 综采机的选型 15 1 2 1 选型原则 15 1 2 2 掘进机的技术要求 15 1 2 3 综掘机效率 16 1 3 综采设备配套使用中出现的问题及改进建议 16 1 3 1 设备使用情况 16 1 3 2 原因分析 16 1 3 3 改进措施 17 1 4 本章小结 18 第二章 煤矿采掘机械电气控制方法与技术 19 2 1 电源系统原理 19 2 2 电牵引采煤机控制系统 19 2 2 1 采煤机高压箱 19 2 2 2 高压箱内部元件功能及参数 20 2 3 MG650 1620 D 型电牵引采煤机 23 2 3 1 概述 23 2 3 2 采煤机电气系统组成 24 2 3 3 采煤机电控系统控制原理 27 2 3 4 高压控制 28 2 3 5 计算机控制部分原理 30 第三章 采煤机电气系统概述 34 3 1 采煤机电气系统操作 34 3 1 1 高压部分的使用 操作和显示 34 3 1 2 安全警示 36 3 2 电气控制原理图 37 3 3 电气系统故障分析及处理 40 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 7 3 3 1 电控系统常见故障的分析及处理 40 3 4 变频器的常见故障分析及维修 42 参考文献 43 致谢 44 引言引言 采电气控制 主要内容包括煤矿采掘运机械的电气控制方示与技术 启动 控制设备 采煤机电气控制系统 掘进机电气控制秕 连续采煤机配套设备电控 系统 胶带输送机电控系统 综采电气控制 可作为高等职业院校采矿 电气 机电类及相近专业综采 电气控制课程的教材 也可作为高校教师和现场工程技术人员的参考用书 长壁采煤法综采工艺 涉及井工采煤 适于煤层稳定 顶板坚硬 无断层缓 倾中厚煤层及厚煤层分层长壁法开采 在长壁综采工作面布置液压支架 刮板输 送机 滚筒采煤机 在运输巷布置顺槽转载机 可伸缩带式输送机等 综采工作 面采用超长布置 即面长按两个综采面长度布置 采煤机用两台 骑在同一部刮 板输送机上 分别截割上半个面和下半个面的煤壁 也可在超长综采面中部布置 中间巷作运输巷 在综采面的上半和下半工作面各布置一部刮板输送机相向运输 形成对拉综采工作面 本发明进一步挖掘长壁综采面生产潜力 提高产量和工效 使生产集中化 在实现高产高效的同时 降低巷道掘进率 减少煤柱损失 提高 资源回收率 充分采动有利于地表下沉 综采是煤矿综合机械化采煤的简称 一般指机械化率达到 95 以上 采煤机是实现煤矿生产机械化和现代化的重要设备之一 机械化采煤可以减 轻体力劳动 提高安全性 达到高产量 高效率 低消耗的目的 采煤机分锯削 式 刨削式 钻削式和铣削式四种 采煤机是一个集机械 电气和液压为一体的 大型复杂系统 工作环境恶劣 如果出现故障将会导致整个采煤工作的中断 造 成巨大的经济损失 随着煤炭工业的发展 采煤机的功能越来越多 其自身的结 构 组成愈加复杂 因而发生故障的原因也随之复杂 双滚筒采煤机综合了国内 外薄煤层采煤机的成功经验 长壁采煤法综采工艺 涉及井工采煤 适于煤层稳定 顶板坚硬 无断层缓 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 8 倾中厚煤层及厚煤层分层长壁法开采 在长壁综采工作面布置液压支架 刮板输 送机 滚筒采煤机 在运输巷布置顺槽转载机 可伸缩带式输送机等 综采工作 面采用超长布置 即面长按两个综采面长度布置 采煤机用两台 骑在同一部刮 板输送机上 分别截割上半个面和下半个面的煤壁 也可在超长综采面中部布置 中间巷作运输巷 在综采面的上半和下半工作面各布置一部刮板输送机相向运输 形成对拉综采工作面 本发明进一步挖掘长壁综采面生产潜力 提高产量和工效 使生产集中化 在实现高产高效的同时 降低巷道掘进率 减少煤柱损失 提高 资源回收率 充分采动有利于地表下沉 掘进机的的检修方面 防止液压油的污染 给液压系统造成堵塞 泄露 加 油方式改为吸式 装载机构用三爪转盘 单独逐个马达带动 为解决液压油的起 热现象 在掘进机的油箱内加装冷却器 各油缸的外露部分及液压件应加防护装 置 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 9 第一章第一章 采煤机的分类与应用采煤机的分类与应用 1 1 采煤机的分类采煤机的分类 1 1 11 1 1 锯锯削削式式采采煤煤机机 即截煤机 靠安装在循环运动的截链上的截齿深入煤壁截煤 1 1 21 1 2 刨刨削削式式采采煤煤机机 即刨煤机 靠刨刀的往复运动刨削破煤 1 1 31 1 3 钻钻削削式式采采煤煤机机 钻头边缘的刀齿钻入煤体 由钻头中部的破煤刀齿将中部的煤体破碎 链式采煤机 割煤机 截煤机 链式割煤机 链式截煤机 掏槽机 小型 煤机 用途 本机使用于一般中 小型矿井下缓倾薄煤层 极薄复合煤层采煤工作面开切 底槽 达到掏槽落煤的作用 适用范围 本机可在周围环境空气的甲烷 煤灰 硫化氢 二氧化碳等含量不超过 煤 矿安全规程 所规定的安全含量的矿井中使用 本机使用于复杂煤层的开采 可 在采高 0 30 米以上工作面开切底槽之用 适宜截煤层硬度 f 4 工作面 适宜沿煤壁底板倾斜角度 a 25 工作面 特点 体积小 重量轻 噪音小 防尘效果好 使用安全可靠 电器部分具 有一定的防爆性能 电机冷却方式为水冷 本机比较手工采煤能提高煤块 率 节省开采时间 是开采极薄复合煤层代人工掏槽落煤的设备 基本参数 调整方式 手动 脉动 无极调速 工作方式 沿煤壁来回 左右作业 牵引方式 刚丝绳内牵引 电机型号 ybk2 160l 4 牵引速度 0 920mm min 电机功率 15kw 截槽深度 800 900 mm 额定电压 380v 660v 截链线速度 1900mm s 外型尺寸 1800 390 280mm 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 10 绳筒容量 20000mm 钢丝绳规格 6 37 10 5mm 牵引力 15 33kn 整机重量 750 2kg 牵引功率 5kw 截割功率 10kw 冷却方式 水冷 空载下放速度 4018mm min 冷却方式 螺旋水道内冷 工作方式 沿煤壁来回 左右工作 防尘方式 冷却水截煤部防尘 润滑方式 连续无压润滑 1 1 41 1 4 铣削式采煤机铣削式采煤机 靠滚筒上的截齿旋转铣削破煤 20 世纪初开始应用截煤机 40 年代出现了 深截式联合采煤机 50 年代初期出现了浅截式滚筒采煤机 生产能力和对顶板的 适应性都有很大提高 60 年代研制成双滚筒采煤机 使生产情况得到进一步改善 中国在 1949 年以前很少用机械采煤 50 年代开始使用截煤机和深截式联合采煤 机 60 年代开始使用浅截式滚筒采煤机 70 年代初在一些矿区开始使用浅截式 双滚筒采煤机 机采产量不断提高 70 年代以来 采煤机不断改进 如采用大功 率水冷电机来提高生产能力 开采厚度较大的坚硬煤层 采用粗齿滚筒提高块煤 率 采用无链牵引减少机械事故并适应长工作面多台采煤机同时作业等 编辑本 段采煤机常见故障与维修 由于采煤机是以旋转工作机构破煤 运行环境较为恶 劣 受力较大 常会出现传动部位零部件的机械磨损 如采煤机伸缩筒轴承位磨 损 采煤机减速机箱体内孔轴承室磨损 采煤机铰接销孔冲击磨损 采煤机滚筒 煤截齿齿座内孔磨损等 出现上述问题后 企业传统解决办法是补焊或刷镀后机 加工修复 但两者均存在一定弊端 补焊高温产生的热应力无法完全消除 易造 成材质损伤 导致部件出现弯曲或断裂 而电刷镀受涂层厚度限制 容易剥落 且以上两种方法都是用金属修复金属 无法改变 硬对硬 的配合关系 在各力 综合作用下 仍会造成再次磨损 当代西方国家针对以上问题多使用高分子复合 材料的修复方法 而应用较多的有美嘉华技术体系 其具有超强的粘着力 优异 的抗压强度等综合性能 可免拆卸免机加工 既无补焊热应力影响 修复厚度也 不受限制 同时产品所具有的金属材料不具备的退让性 可吸收设备的冲击震动 避免再次磨损的可能 并大大延长设备部件的使用寿命 为企业节省大量的停机 时间 在国内针对采煤机故障的维修中 也逐步取代了传统的维修方法 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 11 结构 整机由牵引部 电动机 专用防爆水冷式电机 截煤部连接组成 效果 使用本机完成机械掏槽作业 改变采煤工作面采用手工掏槽作业的落后工艺 减轻工人劳工生产率 与炮采工艺相比改善了采煤工人的劳动安全生产条件 确 保采煤工作面正规循环作业 增加块煤率 为薄煤层机械化采煤提供了一种使用 装备 靠滚筒上的截齿旋转铣削破煤 20 世纪初开始应用截煤机 40 年代出现了 深截式联合采煤机 50 年代初期出现了浅截式滚筒采煤机 生产能力和对顶板的 适应性都有很大提高 60 年代研制成双滚筒采煤机 使生产情况得到进一步改善 中国在 1949 年以前很少用机械采煤 50 年代开始使用截煤机和深截式联合采煤 机 60 年代开始使用浅截式滚筒采煤机 70 年代初在一些矿区开始使用浅截式 双滚筒采煤机 机采产量不断提高 70 年代以来 采煤机不断改进 如采用大功 率水冷电机来提高生产能力 开采厚度较大的坚硬煤层 采用粗齿滚筒提高块煤 率 采用无链牵引减少机械事故并适应长工作面多台采煤机同时作业等 编辑本 段采煤机常见故障与维修 由于采煤机是以旋转工作机构破煤 运行环境较为恶 劣 受力较大 常会出现传动部位零部件的机械磨损 如采煤机伸缩筒轴承位磨 损 采煤机减速机箱体内孔轴承室磨损 采煤机铰接销孔冲击磨损 采煤机滚筒 煤截齿齿座内孔磨损等 出现上述问题后 企业传统解决办法是补焊或刷镀后机 加工修复 但两者均存在一定弊端 补焊高温产生的热应力无法完全消除 易造 成材质损伤 导致部件出现弯曲或断裂 而电刷镀受涂层厚度限制 容易剥落 且以上两种方法都是用金属修复金属 无法改变 硬对硬 的配合关系 在各力 综合作用下 仍会造成再次磨损 当代西方国家针对以上问题多使用高分子复合 材料的修复方法 而应用较多的有美嘉华技术体系 其具有超强的粘着力 优异 的抗压强度等综合性能 可免拆卸免机加工 既无补焊热应力影响 修复厚度也 不受限制 同时产品所具有的金属材料不具备的退让性 可吸收设备的冲击震动 避免再次磨损的可能 并大大延长设备部件的使用寿命 为企业节省大量的停机 时间 在国内针对采煤机故障的维修中 也逐步取代了传统的维修方法 截煤机 机械化掏槽的机器 用以增加爆破自由面 提高爆破效率 有圆 盘式 截杆式和截链式三种 钢丝绳两端分别固定在锚柱和截煤机的绳筒上 工 作时绳筒转动 将截煤机拉向前进 速度为 0 25 1 1m min 牵引钢丝绳长 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 12 25m 每前进 20 25m 需移置锚柱 截煤机不能直接落煤 在工作面上需增加爆 破落煤的工序 已被滚筒采煤机代替 编辑本段滚筒采煤机 一种铣削式浅截深 采煤机 由截割部分 牵引部分和动力部分组成 截割部分包括工作机构和减速 器 牵引部分包括行走机构 链轮 牵引链及其拉紧装置 和液压传动装置 动 力部分包括电动机和电气控制箱 另外 还有辅助装置 包括底托架 电缆架 喷雾装置和信号照明等设备 滚筒采煤机适于在煤层厚度变化小 无夹石 地质 构造简单 煤层倾角 15 以下 顶板易于管理的条件下使用 倾角较大时 需 装防滑装置 滚筒采煤机骑在可弯曲刮板输送机上工作 沿工作面往返运行 螺 旋式滚筒上装有按一定规律排列的截齿 滚筒转动时 截齿按一定顺序在煤体上 先后截出很多沟槽 使沟槽之间的煤体破落 通过滚筒旋叶和弧形挡煤板装入输 送机 滚筒直径为测量到截齿齿尖的截割直径 各制造厂有各种不同的系列 根 据采高选定 滚筒宽度相当于截深 有 0 6 0 8 1 0 1 2m 等几种规格 滚筒采煤机分单滚筒和双滚筒两种 1 单滚筒采煤机 进刀方式有三种 先进刀后移机头 一般采用斜切进刀 这种方式简单易 行 进刀时间长 先移机头后进刀 能充分利用工时 但开缺口工作量大 进刀同时移机头 进刀简单 时间短 但需强力推移输送机的设备 割煤 方式有两种 单向采煤 采煤机上行进一刀割煤 下行装煤 优点是能充分利 用机器装煤 效率高 但工作面割一刀时间长 顶板悬露时间长 一般适用于顶 板稳定 采高较大 装余煤量大的煤层 双向采煤 往返各进一刀 优点是能 提高工时利用率 工作面生产能力大 支护顶板及时 工序紧凑 但采高大时清 浮煤工作量大 2 双滚筒采煤机 一次采全厚 采煤机两端各有一个滚筒 前滚筒在上割顶煤 后滚筒在下割 底煤 两滚筒一般相背旋转 司机左侧滚筒用左螺旋 司机右侧滚筒用右螺旋 也可相向旋转 司机左侧滚筒用右螺旋 司机右侧滚筒用左螺旋 一般采用双向 采煤 先进刀后移机头的斜切进刀方式 也可采用进刀同时移机头的正切进刀方 式 编辑本段刨煤机 一种刨削式浅截深采煤机 刨煤机有两种 动力刨煤机 靠刨刀对煤体冲击破煤 存在问题较多 至今仍在研究中 静力刨煤机 靠刨 刀对煤体静压力破煤 分拖钩式 刮斗式和滑行式三种 中国目前多用拖钩式刨 煤机 习称煤刨 由安装刀架的刨体和左右撑板组成 刨刀对称地分布在刨体上 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 13 为保证刨煤时煤刨稳定 应将煤刨底盘压在输送机溜槽下面 煤刨用锚链牵引 沿工作面往复运动落煤 一次刨深 50 125mm 刨速大于输送机链速的刨煤机 叫快速刨煤机 刨煤机宜用于顶底板稳定 煤质较软 地质构造简单的薄煤层和 中厚煤层 编辑本段行业情况发展企业 近年来 我国采煤机械产业发展迅猛 截止 2010 年全国采煤机械生产企业已 多达 24 家 产销量约 800 多台 产能达到 1500 台左右 从国内煤机竞争态势来 看 我国煤机制造企业受计划经济时代影响发展缓慢 不仅技术水平较低 而且 产品单一 虽然近年技术提升很快 但是与国外煤机巨头相比 我国煤机装备整 机的可靠性和稳定性仍然不强 缺乏行业的顶尖品牌 在资金实力和技术研发能 力上与国际先进水平还有一段差距 在露天煤矿采掘设备的生产方面与国外差距 较大 大而不强是我国煤机行业当前的真实写照 1 1 2 2 综综采采机机的的选选型型 1 1 2 2 1 1 选型原则选型原则 综掘机械各配套设备 必须适应与满足快速掘进的需要 综掘设备的协调 性以保证工作面快速推进的需求 参照国内外高产高效工作面辅助系统生产能力 的设计 应以工作面生产能力的 1 2 倍为基数 综掘机械的研制与选型 以提高 设备的可行性为主 但也要注意其技术的先进性 总体设备应考虑现有的定型设 备 综掘机就成套设备应满足快速掘进工艺的要求 1 2 21 2 2 掘进机的技术要求掘进机的技术要求 掘进机的支护系统与切割系统互不干涉 刮扳机与装载机构分开控制 避 免装载机构和刮板运输负荷过大造成死机现象 锚杆动力源与主油泵电源 实现 单元设计 装载机载液压锚杆机 掘出顶板即可及时支护 实现既打顶锚杆又能 打帮锚杆 迎头最小支护间距为 200mm 的综合掘进机械 相互干涉 各抗磨液压 油污染造成操纵阀堵塞 调锚杆动力源与高和牵引系统易出故障 掘进机的的检修方面 防止液压油的污染 给液压系统造成堵塞 泄露 加油方式改为吸式 装载机构用三爪转盘 单独逐个马达带动 为解决液压油的 起热现象 在掘进机的油箱内加装冷却器 各油缸的外露部分及液压件应加防护 装置 电器方面 具有回路多 控制容量大 易维护 保护和显示融为一体 全自 动故障诊断和作检测 过流 过载 断相 互不平衡 漏电 闭锁 过压和先导 误动作的控制系统 可显示控制电机负荷 运行状态 故障情况 启动器系统 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 14 自控和主控箱温度等 便于检修和查找处理问题 掘进机的使用 带伸缩切割头 便于挑顶 刷帮和挖柱窝 在同样的条件下 可以多进一个循环 提高调动机器的灵活性 随机配套的铲煤板宽度一般为 2 8m 2 5m 为适应掘进巷道宽度 2 8m 3 2m 3 6m 3 8m 4 2m 的一次性全 断面掘进 加装副铲板 有利于减少移机次数 为保证工作面综合防尘效果 配 置除尘风机 安全方面 必须有预警报信装置和照明 可安装机载式瓦斯断电仪 具有内 外喷雾 掘进机两侧必须有急停按钮等安全设施 1 2 31 2 3 综掘机效率综掘机效率 根据以上分析及资料提供的数据 掘进断面为 9 15m2 左右 综掘机械的配 套实现了双动力源 风动工具 液压工具 运输采用双面运输胶带机 可以减 少工人的劳动强度 支护材料可以机械运输 购置半煤岩掘进机 以至于工作面 的夹矸和遇到小构造而影响掘进 可以实现支护 掘进 一体化 一次性全断面 快速掘进 提高工效 如果实现掘进机械钻井 截割 装运 降尘 支护一体化 就能够加快掘进 进尺 实现快速掘进的目的 已达到矿井安全生产的需要 确保全矿各项经济技 术指标的完成 实现高产高效 1 31 3 综采设备配套使用中出现的问题及改进建议综采设备配套使用中出现的问题及改进建议 1 3 11 3 1 设备使用情况设备使用情况 由于 设计和使用方面的原因 在实际应用中常出现以下方面的问题 ZY3600 15 5 3 5 液压支架护帮千斤顶耳座开焊 护帮连杆销弯曲 切断 没有底侧护 支架调向和倾斜彩面排架困难 运输机上窜下滑难控制 推移连杆 磨损严重 三角煤不能得到有效解决 采面两端不能自开切口 ZY3600 15 5 3 5 液压支架的前梁 收回护帮后的整体厚度与采煤机星头 1 6m 滚筒时 相互干涉 采煤机行星头与运输机铲煤板 高 276mm 相互干涉 抗磨液压油污 染造成操纵阀堵塞 调高和牵引系统易出故障 运输机过渡槽过二节的连接螺栓 断 连接耳座开焊 1 3 21 3 2 原因分析原因分析 1 设计方面 运输机 运输机的机头架与过渡槽的过一过二是用螺栓连接 形成一个钢性 整体 运输机中的部槽与底板有一定的空间 机头的卸载高度为 850mm 留有三 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 15 角煤 中部槽 煤机导轨整体高度为 276mm 液压支架 ZY3600 15 5 3 5 液压支架的大立柱及各千斤顶的工作阻力均是 36 69Mpa 即安全阀的开启压力 没有底侧护 前梁和护帮 全部收回 的总 厚度太厚 护帮板 伸缩前梁与推移千斤顶没有实现连动 采煤机 MG 360W 采煤机的行星头太大 煤机的加油方式是人工加油 2 配套方面 ZY3600 155 5 液压支架的前梁与采煤机行星头 1 6m 滚筒 相互干涉 滞后支架不能实现超前移架 机头卸载高度过高 850mm 过度槽不落底采煤机的滚筒切不透三角煤 造 成采面两端不能自开切口 MC 360W 采煤机配套的原 RYBNIK 80P 运输机的中部槽宽度是 750mm 该设备 与 SGZ 764 320 运输机配套 煤机行星头与运输机的铲煤板间隙过小 跟机推溜 时 煤机的行星头与运输机的铲煤板相互干涉 造成煤机行星头磨损和割铲煤板 3 使用方面 采煤机用的是镐型截齿 U92 割底板 底板出现凸凹状态 铲煤板和挡煤 板将其抬起 使铲煤板扎底 造成中部槽变形 ZY3600 15 5 3 5 液压支架进回液高压胶管长 2 2m 移架时常挤断 煤机的加油 检修措施不力 造成抗磨液压油污染 操纵阀堵塞 牵引力系 统出故障 护帮千斤顶的拉力 146KN 工作阻力 36 69Mpa 和推力 288KN 工作阻力 36 69Mpa 支架操作工在移架时 护帮板收不到位或忘记收回 造成连杆销弯 曲 断裂 机头 尾 架和过渡槽是一个刚性整体 三架液压支架推移 不能够保证同 步 产生过渡槽连接耳座开焊 螺栓剪断 支架工操作时 没有按照正规程序操作 支架出现了支护之大忌 高射炮 拉弓 出现构造时 前梁顶梁不能与顶板保持平行支护 造成整架受力不均 加 上各千斤顶安全阀的开启压力都是 36 69Mpa 千斤顶窜液 结构件疲劳 跟机推溜造成采煤机摇臂行星头磨损严重及铲煤板割坏 1 3 31 3 3 改进措施改进措施 1 设备改进 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 16 煤机的加油方式改为自吸式加油 增加一套 1 5KW 自吸泵 护帮板 伸缩前 梁与推移千斤顶实现互动 移架时 护帮板 伸缩前梁收回 推溜时 护帮板 伸缩梁打开 ZY3600 15 5 3 5 液压支架护帮千斤顶安全阀开启压力重新核定为 31 5Mpa 改为钢性较强的护帮连杆销轴更换使用 运输机的过渡槽有两节改成 一节 连接方式改为哑铃销连接 最佳方案是过渡槽落底 卸载高度在 726mm 液压支架四联杆底部增加一套侧推装置 2 采取措施 煤机的加油搭成布棚 增加虑网 煤机滚筒不割底板 减轻铲煤板的负荷 推溜困难时 停止工作查看原因 解决问题后推溜 液压支架进回液高压胶管适 当吊起加以保护 移架时 无特殊情况采取滞后支护 煤机后 18m 推溜 机头 尾 架和过渡槽是一个刚性整体 三架液压支架保证同步推溜 加强培训 煤 机司机 支架操作工尽快掌握 四懂四会 熟练操作规程 1 41 4 本章小结本章小结 综采 综掘是现代化高效矿井的标志 可行性强 高性能的综机设备是安全 生产 经营管理 提高经济效益的根本 综机设备的选型 设计 配套 使用和 科学的管理是顺利完成各项经济指标的保证 新设备 ZY360D 15 5 3 5 液压支架 SGZ 7641 320 运输机 MG 360W 采煤机投入使用 要善于发现问题 积极分析问 题 提出解决问题的办法和改进意见 采取有效的措施 就可避免制约安全生产 的现象 以发挥综采设备之潜能 实现综采工作面的高产高效 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 17 第第二二章章 煤煤矿矿采采掘掘机机械械电电气气控控制制方方法法与与技技术术 2 2 1 1 电电源源系系统统原原理理 700 系列电牵引采煤机采用双回路供电 供电电压为 1140V 1 回路给左截 割电机 油泵电机和控制变压器供电 回路给右截割电机 牵引变压器和辅控变 压器供电 牵引系统由牵引变压器供电 1T 控制电源由控制变压器供电 2T 辅助电源由辅助变压器供电 3T 1 牵引系统是由 2 顺槽开关经 1T 变压器 把 1140V 变成 400V 从高压箱 送出经牵电装置作为变频器的电源 2 控制电源 控制电源是由 1 顺槽开关 经 2T 变压器把 1140V 变成 220V 和 100V 由高 压箱送出到控制箱的控制电源单元 由控制电源单元变换成各种控制电压 24V 直流开关电源 供给摇臂升降电磁阀 同时把 24V 开关电源电压换成 12V 5V 电源 供继电气 检测用电源以及工控机电源 本安电源装置获得 220V 输入电压 变换成 5V 本安电源 供给端头站用 3 辅助电源 辅助电源由 400V 的牵引电源经 3T 变压器变换成 220V 电源 供给除湿装置 和风机 同时还作为牵电装置控制电源 先导控制回路和运输闭锁回路如图 1 4 所示 1W 2W 分别是顺槽开关箱送来 的供电电缆 其中控制芯线 1E 1P 及 2E 2P 是采煤机先导控制回路 B1 B2 是运输机在采煤机的闭锁回路 SB1 是顺槽开关的先导启动按钮 KA1 是控制系统自保继电器 兼故障跳闸 SB3 是采煤机主回路供电停止按钮 SD2 是 2 顺槽开关先导启动按钮 KA2 是控制 系统 自保继电器 兼故障跳闸 SB4 是采煤机先导试验按钮 SB5 是采煤机对运输机闭锁按钮 2 22 2 电牵引采煤机控制系统电牵引采煤机控制系统 2 2 12 2 1 采煤机高压箱采煤机高压箱 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 18 高压箱位置位于主机架中央 它可以在采空侧方便的推入和抽出 主要功能 是完成采煤机的电源引入和电源分配 高压箱内设有两个高压隔离开关 牵引变 压器 控制变压器 霍尔电流互感器 及一些辅助器件 高压箱电气控制系统如 图 2 1 所示 结构 高压箱分为两个腔体 从采空侧看 箱体左边连线的腔 右边的是隔爆腔 它们之间通过十八个 1140V 单芯过墙端线及两个十三芯过线组来联系 在接线腔中用于进出线的喇叭口共有十个 进线的两个大喇叭口在采空侧 分别引人 1W 2W 电缆 出线的四个大喇叭口和四个小喇叭口在煤壁侧 分别引 出 W1 W2 W3 W6 W7 电缆 接线腔上部开盖 腔内设有一个接线端子排用于 控制和监测电缆的接线 腔内底部有一接地螺栓 用于进出线电缆的接地连接 隔爆腔共有两个盖板 上盖板主要是安装牵引变压器时打开 便于接线和安 装 前盖板主要是安装和调整隔离开关及一些电气附件方便所用 高压箱在采煤 机上 只能打开前盖板 上盖板由机身框架所盖不能打开 2 2 22 2 2 高压箱内部元件功能及参数高压箱内部元件功能及参数 1 隔离开关 1QF 2QF 高压箱内设有两台隔离开关 一台给左截割电机 油泵电机以及控制变压器 供电 另一台给右截割电机和牵引变压器供电 隔离开关的触头装有消弧装置 在特殊情况下 可带负荷切断电源 一般情况下 需检查故障或检修采煤机时 应打开隔离开关 以防误动作 设备在井下闲置几天不用时 应拉下隔离开关 型号 YBC 400 额定电压 1140V 额定电流 400A 分断能力 2000A 电气寿命 300 次 机械寿命 2500 次 2 牵引变压器 1T 高压箱内设有一台牵引变压器 是给控制箱中变频器及辅助设备供电源 其 参数如下 型号 特制专用 额定容量 110KVA 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 19 额定输入 AC1140V 50HZ 额定输出 AC400V 50HZ 绝缘等级 F 级 相数 三相 连接方式 Y Y10 结构特征 干式真空环氧树脂浇铸 冷却方式 型号 采用高压箱底板水套冷却 3 控制变压器 2T 高压箱内设有控制变压器一台 是给采煤机监控系统提供交流控制电压 参 数如下 特制专用 额定容量 500VA 额定输入 AC1140V 50HZ 额定输出 AC220V 100V 50HZ 绝缘等级 F 级 结构特征 干式真空环氧树脂浇铸 4 霍尔电流互感器 T1 T2 高压箱内设有霍尔电流互感器两个 是为检测左右截割机电而设置的 其参 数如下 型号 额定电流 300A 测量范围 0 300A 线性度 1 绝缘电压 2 5KV 电源电压 15V 输出电压 0 5V 5 双极自动开关 3QF 高压箱内设有双极自动开关 是控制变压器输出的电压经自动开关送到控制 箱起过流和短路保护作用 型号 额定电压 500V 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 20 额定电流 5A 脱扣电流 40 A 绝缘电压 2 5KV 电气寿命 2000 次 6 冷却风机 高压箱内设有一台冷却风机 是给高压箱内提供循环风 而达到箱内热空气 的冷却 风机参数如下 型号 LS101 A 额定电压 AC 200V 额定电流 0 2A 工作方式 连续 7 高压熔断器 FU1 FU2 高压箱内设有两个高压熔断器 是控制变压器初级进线保护而设置的 采煤机控制箱 控制箱位于主机架中央 它可以在采空侧方便的推入和抽出 主要功能是完 成采煤机的控制和监测 控制箱内设有控制装置 牵电装置 变频装置及一些辅 助设备 从高压箱送来的 400V 电源 W6 通过控制箱的牵引装置在送给变频器 实现采煤机的牵引 同时把 400V 经辅控变频器 3T 供给控制箱内的辅助用电 设备 从高压箱送来的 220V 控制电源经自动开关 4QF 送给直流电源装置和本 安电源装置 产生 24V 开关电源和 5V 本安电源 监测信号 由有关设备进入到 控制箱 实现整机控制 控制箱结构 控制箱分为两个腔体 从采空侧看箱体左边连接线的是接线腔 右边是安装 各种控制设备的防暴控制腔 它们之间通过六个 400V 单芯过墙端线和五个过线 组为联系 其中一个过线组用于本安回路 在接线腔中用于进出线的喇叭口共有九个 三个大喇叭 六个小喇叭口 一 个大喇叭口引入 W6 电缆 作为左 右牵引电机电缆 六个小喇叭口中 其一引 入 W7 作为高压箱送过来的各种信号电缆 其二是两个小喇叭口引出 W8 W9 电缆 到左右端头站 其三是一个喇叭口引出 W10 电缆到防暴分线盒 接线腔上部开盖 腔内设有两个接线端子排用于控制和监测电缆的接线 腔 内底部有一接地螺栓 用于进出线电缆的接地连接 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 21 隔爆腔共有三个盖板 上盖板主要是为安装牵电装置 除湿装置和变频设备 方便之用 前盖板有两块 分为左前盖板和右前盖板 如图 2 5 所示 左前装板 上有十六个操作按钮机构 其中一个是自锁机构 作为运输机闭锁之用 其余都 为自复位方式 这些按钮的功能见图 2 5 中的说明 右前盖板上有四个显示窗口 分别是监控系统显示 功能指示 温控指示和变频装置运行状态指示 2 32 3 MG650 1620 DMG650 1620 D 型电牵引采煤机型电牵引采煤机 2 3 12 3 1 概述概述 MG650 1620 WD型交流电牵引采煤机是为实现煤矿高产高效而开发研制的新 型双滚筒采煤机 该机电气系统主要特点有 电牵引系统采用主从式的 一拖一 结构 即两台变频器分别拖动两台 牵引电机的工作方式 采用以DSP为核心的专用计算机控制系统和模块化的设计 体现了先进的 设计理念 系统采用了先进的信号传输及通讯技术 以网络形式连接 便于扩展系 统性能 数字信号的传递方式提高了数据的可靠性和准确性 安装大量的传感器 可对系统状况进行较全面的监视 采用大屏幕液晶显示器 人机界面友好 提供全中文显示界面 系统参 数显示全面准确 具有运行状态及参数故障记忆功能 有助于分析查找系统故障原因 电 控系统具备较强的故障自诊断能力 具有开机语音报警及瓦斯超限 故障报警 防止意外事故发生 真人语 音提示内容丰富 故障和状态播报准确 具备远程通讯监控与支架电液控制 三机联动扩展能力 注 该功能组 件为非标准配置 用户需要单独订购 具备记忆截割功能扩展能力 注 该功能组件为非标准配置 用户需要 单独订购 执行标准 GB3836 1 4 2000 爆炸性气体环境用防爆电气设备 Q TDS 1 010 2006 MG650 1620 WD型交流电牵引采煤机 适应环境 海拔高度不超过2000m 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 22 周围环境温度不高于 40 不低于 5 在无破坏绝缘的气体或蒸汽的环境中 在有瓦斯和爆炸性混合物的矿井中 采取防滴水措施的地方 污染等级 3级 安装类别 类 主要技术参数 输入电源 3300V 50Hz 额定电流 350A 防爆型式 Exd ib I 截割电机 2 650kW 3300V 破碎机电机 100kW 3300V 泵电机 40kW 3300V 牵引电机 2 90kW 380V 2 3 22 3 2 采煤机电气系统组成采煤机电气系统组成 采煤机电气系统主要由电气控制箱 ZJT 350 3300C 截割电机 牵引电 机 破碎电机 泵电机及各种操作控制装置组成 整个电气系统的操作控制由一 套名为TDECS的控制系统实现 它是一种采用网络分布式结构的嵌入式计算机控 制系统 电控箱 电控箱位于采煤机的中部 是采煤机整体构件的一部分 电控箱内部又分成 变压器腔 高压电气腔 计算机控制腔 变频器腔 和接线腔等几部分 用于布 置高压电机控制装置 牵引变压器变频器 操作与保护控制 状态监视显示 电 源配置及连线 分线等功能 如附图1所示 牵引变压器腔内布置有一台3300V 400V的牵引降压变压器 腔体壁上有冷却 水道 用以降低变压器工作温升 变压器腔后部与高压腔直接相通 用于通过内 部牵引动力电源 高压电气腔靠采空区侧开前盖 接线腔靠煤壁侧开盖 电气腔内装有3300V 输入电源的隔离开关 一般情况下不允许带负荷通断 控制左右截割电机 破 碎电机和泵电机用的四个高压真空接触器 检测各电机电流和牵引变压器电流的 电流互感器 电机电流保护模块 电机启动控制模块和各电机的漏电闭锁单元等 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 23 前盖装有隔离开关手把 各电机控制操作按钮 前盖的上部还装有一块小盖板 其上装有观察窗 打开这块小盖板 就可检查控制回路的保险丝等 计算机控制腔内安装有构成TDECS控制系统的专用的嵌入式控制计算机 大 屏幕液晶显示单元 通讯模块 无线电遥控接收模块和各类控制电源等模块 前 盖板上有宽大的显示窗和煤机牵引控制操作按钮 变频器腔内安装有两台分别向左右牵引电机供电的变频器 外围控制电路以 及四象限回馈单元 或两象限能耗制动用的制动单元和电阻器 等 各腔之间的连线主要在接线腔内完成 高压腔与计算机腔间的隔墙上也有隔 爆型过线组可直接相连 接线腔左右两侧共装有25个喇叭口 高压箱送入的 3300V电源线 左右牵引电机的连线均由此出入 其余的小喇叭口分别用于连接 端头控制站 传感器 分线盒 无线电遥控接收天线等 组合控制箱电气原理图 见附图3 TDECS控制系统的简介 TDECS控制系统是天地科技专为采煤机应用开发的一套采用分布式结构的嵌 入式电气控制系统 其底层通信网络是以两条CAN总线为骨干 运行多协议的 RS485为分支的高度灵活的结构 TDECS控制系统的基本设计思路是采用分布式结构 按功能将控制系统划分 为多个相对独立的部分 各部分之间以高性能串行通信线路相连 这种设计方式 将各部分传感器信息就近处理后集中传送 大大减少了弱信号的长距离传输 也 减少了系统连接电缆的数量 各部分功能大都由专用处理器协助完成或者是独立 完成 最后传送给主控制器是运算处理后的结果 这不仅减轻主控制器和其它节 点的负担 还有效地减少中间过程数据在通信线路上的传输 减轻了对通信容量 的要求 主要的分布式模块均采用专用DSP控制器为核心设计 具有较高性能 下面分别介绍一下TDECS系统各部分模块的功能 中央控制单元是TDECS系统重要部分 它是本设计中功能最强 结构也是最 复杂的部分 中央控制器由三块紧密相连的电路板 处理器板 模拟接口板和继 电器输出与电源板构成 在整个系统中它的主要功能包括 1 牵引调速系统的操作控制 牵引系统保护 牵引电机负荷平衡和恒转 矩控制功能 要求同时支持以数字通信方式和模拟继电器方式实现对牵引变频器 的控制 2 与左右两端头操作显示站通信 接收并处理来自端头操作站的操作输 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 24 入 将系统一些主要运行数据送端头显示 3 与左右两端头信号检测站进行实时数据交换 将相关机器参数与状态 信息送往两检测站 接收来自两端的各种传感信息 4 支持摇臂调高 破碎机升降及其它液压操作电磁阀控制 5 截割电机恒功率自动调节功能 重载反牵和三机联动控制 6 提供煤机中间箱面板操作控制 基于开关量输入或总线输入方式的无 线电遥控操作接口 7 将机器当前主要操作状态和故障信息 送语音预警器 接收来自语音 预警器当前所监测的工作面瓦斯浓度信息 执行瓦斯超限保护 8 提供8通道Pt100温度传感器接口 用以检测各电机和变压器绕组温度 并计算保护 9 有3个通道模拟输入接口 作为模拟方式牵引电流监视和牵引变压器 400伏输出电压监视 10 中央控制器内有两个DSP处理器 其中辅助处理器主要处理传感和操 作信息提供相应的通信接口 主处理器用于执行控制程序 11 支持端口隔离和故障限制 提供符合防爆要求的本安通信接口等 通信模块 该模块主要负责与两台牵引变频器实时通信 支持以数字通信方 式实现对牵引调速系统的控制 实现系统中控制部分与人机界面部分的交互通信 将系统中状态信息送往大屏幕液晶显示单元 接收来自HMI对系统参数的修改请 求 执行相关操作 提供一个本质安全型可设定参数的键盘通信接口 允许用户 通过此键盘设定或调整控制系统工作参数 切换HMI显示画面 支持煤机与顺槽 的双向数据载波调制通信 实现采煤机 运输机和液压支架的三机联动接口功能 等 动力监测与保护模块 该模块主要实现五个3 3kV高压动力设备 左右截割 电机 牵引变压器 破碎电机和调高泵电机 三相工作电流 共计15路电流信号 的实时监测 根据可设定的额定值 对上述五个动力设备分别实施反时限过载保 护 短路保护和三相不平衡保护 根据其它节点检测出的上述五个设备的当前温 度情况 分别实施过热降容运行或停机保护 在系统上电之初 对15路电流传感 器的状态进行自测试 校验电流传感器是否失效 对高压箱内部的温度和湿度进 行连续监测 向系统提供过热和过湿报警等功能 电动机启停控制模块 该模块主要用于实现4路高压电动机的启动 停止控 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 25 制 包括各电机之间控制逻辑互锁 延时和预警操作信号控制等安全控制功能 无线电遥控接收盒 该部分负责接收来自两只无线电遥控器的司机操作命令 将对应的操作信号经开关量模块 送往主控模块 记忆截割模块 可选件 需单独购买 选配该模块可为标准的 TDECS 系 统增加带蛇形进刀跟踪的记忆截割功能 该功能可显著降低煤机司机的劳动强度 顺槽显示箱 可选件 需单独购买 为了能在相对安全的地方监视采煤机 的运行情况 专门的顺槽同步显示箱 该显示箱可与顺槽磁力启动器并排安装 箱内设有一通信模块 由该模块通过运输机闭锁信号线以频分复用 信号载波 的方式实现与采煤机内通信模块双向数据通信 同步显示箱提供了能与运输机和 支架控制系统通信的数据端口 形成工作面三机联动的数据网关 支持将采煤机 的工作状态数据实时送入矿井综合信息网 并允许地面调度室对采煤机的工作状 态进行调节 顺槽同步显示箱内的通信模块硬件与采煤机内通信模块是完全相同 不同的只是内部软件功能 采煤机电气系统其它部件 1 电动机 a 截割电机 功率为650kW 额定电压为3300V 额定电流为136A 数量为 两台 b 牵引电机 功率为90kW 额定电压为380V 额定电流为169A 数量为两 台 c 破碎电机 功率为100kW 额定电压为3300V 额定电流为24A d 泵电机 功率为40kW 额定电压为3300V 额定电流为9A 2 电磁阀 共有9个电磁阀 型号为34GDBY H6B T 用于控制左 右摇臂调高 破碎机 升降 顶护板的升降 控制系统中央显示器是一台典型的平板电脑 配组态软件 专门用于系统状 态和数据的显示输出 设左右端头和操作显示站 可实现及其两侧司机操作输入和23种工作数据的 LED显示 2 3 32 3 3 采煤机电控系统控制原理采煤机电控系统控制原理 1 先导回路 永城职业学院毕业设计 综采机电气控制部分设计 26 先导与运输机闭锁回路如附图2所示 从顺槽磁力启动器引来的3300V主电缆 经接线腔进入高压电气腔 其中包含的一根先导信号线经先导二极管 高压隔离 开关辅助接点和主停按钮ST后 由主启按钮SQ与机算机控制腔中主控模块的自保 兼综合控制保护继电器接点并联 再与无线电遥控急停继电器节点串联后 回到 煤壁侧接线腔 回接到主电缆的另一根先导信号