掘進(jìn)機(jī)電氣拖動(dòng)及控制系統(tǒng)

II已經(jīng)在國(guó)產(chǎn)EBJ-160HN掘進(jìn)機(jī)中使用多年，大改善了整個(gè)液壓系統(tǒng)的性能。該機(jī)目前已推廣，使用情況良好。3.3本章小結(jié)本章主要講述了截割部恒功率調(diào)速控制系統(tǒng)。介紹了截割部雙速電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理，主要研究了截割部四種典型的調(diào)速控制系統(tǒng)系統(tǒng)的工作原理。4行走部驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)4.1行走部結(jié)構(gòu)行走機(jī)構(gòu)既是驅(qū)動(dòng)掘進(jìn)機(jī)行走、調(diào)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又是整臺(tái)掘進(jìn)機(jī)的連接、支撐基礎(chǔ)。懸臂式掘進(jìn)機(jī)通常采用履帶式行走機(jī)構(gòu)，掘進(jìn)機(jī)在足夠的牽引力驅(qū)動(dòng)下，以一定的速度按工作要求，作前進(jìn)、后退和左、右轉(zhuǎn)彎的調(diào)動(dòng)。履帶式行走機(jī)構(gòu)具有機(jī)動(dòng)性好、工作可靠、調(diào)動(dòng)靈活和對(duì)巷道底板適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。EBZ160型掘進(jìn)機(jī)行走部也使用的使履帶式行走機(jī)構(gòu)。履帶機(jī)構(gòu)是依靠接地履帶與巷道底板之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦力驅(qū)動(dòng)機(jī)器行走的，其最大靜摩擦力取決于機(jī)器重量以及履帶板與底板之間的粘著系數(shù)。在行走機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)容量一定或油馬達(dá)轉(zhuǎn)矩一定的情況下，行走阻力如果小于粘著力，當(dāng)主動(dòng)鏈輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，鏈輪上的槽齒會(huì)拔壓履帶鏈板上的凸臺(tái)，由于粘著力的存在，因此阻止了履帶鏈運(yùn)動(dòng)，從而迫使機(jī)器整體向前移動(dòng)。反之，當(dāng)行走阻力大于粘著力時(shí)，主動(dòng)鏈輪的槽齒拔壓履帶鏈板上的凸臺(tái)，履帶鏈能夠克服履帶板與底板之間的粘著力，則會(huì)出現(xiàn)履帶鏈空轉(zhuǎn)即履帶打滑現(xiàn)象。因此，為了保證掘進(jìn)機(jī)的正常行走，行走機(jī)構(gòu)必須具有足夠的牽引力。懸臂式巷道掘進(jìn)機(jī)的行走機(jī)構(gòu)，需要滿足驅(qū)動(dòng)機(jī)體前進(jìn)、后退以及左右轉(zhuǎn)彎調(diào)動(dòng)的工作要求，所以履帶式行走機(jī)構(gòu)的左、右履帶裝置都采用分別單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)方式。掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)、后退時(shí)，左、右履帶裝置同時(shí)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)鏈輪帶動(dòng)履帶運(yùn)轉(zhuǎn)，而當(dāng)掘進(jìn)機(jī)需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)彎方向的另外一側(cè)履帶裝置，而使轉(zhuǎn)彎一側(cè)的履帶裝置停止運(yùn)轉(zhuǎn)；或者可以采用以相反方向分別驅(qū)動(dòng)左右履帶裝置的方法，使機(jī)體急轉(zhuǎn)彎。履帶式行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式主要有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)兩種方式，EBZ160行走驅(qū)動(dòng)方式為低速大扭矩液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方式，左右分別單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，行走機(jī)構(gòu)主要由履帶架、履帶、張緊輪組、張緊油缸、下支重輪、拖輪、行走減速機(jī)、履帶限護(hù)板以及油馬達(dá)等組成，履帶行走速度的調(diào)節(jié)是通過改變油馬達(dá)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的。行走部示意簡(jiǎn)圖如圖4-1所示。1-驅(qū)動(dòng)輪2-下支重輪3-導(dǎo)向輪4-履帶5-托輪圖4-1履帶式行走機(jī)構(gòu)工作原理圖4.2行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)方式分析綜合國(guó)內(nèi)外掘進(jìn)機(jī)履帶式行走機(jī)構(gòu)來看，其驅(qū)動(dòng)形式可分為液壓驅(qū)動(dòng)和電驅(qū)動(dòng)兩大類。目前，液壓驅(qū)動(dòng)應(yīng)用非常普遍，新型掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)大都采用液壓驅(qū)動(dòng)。4.2.1液壓驅(qū)動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：統(tǒng)一了動(dòng)力源，液壓馬達(dá)體積小，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)便于合理布置，適合于行走部的頻繁啟動(dòng)。目前，掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)液壓驅(qū)動(dòng)形式通常又分為高、中速馬達(dá)帶減速器驅(qū)動(dòng)和低速液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)三種形式。1.高速馬達(dá)一減速器驅(qū)動(dòng)這種驅(qū)動(dòng)形式的馬達(dá)多采用齒輪馬達(dá)，其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，抗污染性強(qiáng)，價(jià)格低廉等。但它最大的缺點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后，其內(nèi)部摩擦副磨損嚴(yán)重，間隙增大，效率很快下降。而且與之配套的減速機(jī)要求傳動(dòng)比要大、結(jié)構(gòu)也相應(yīng)復(fù)雜，所以這種形式應(yīng)用極少。2.中速馬達(dá)一減速器驅(qū)動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)形式的馬達(dá)多采用柱塞式馬達(dá)。中速馬達(dá)具有體積小，效率高，壽命長(zhǎng)，售價(jià)低等特點(diǎn)，且減速器的結(jié)構(gòu)形式國(guó)內(nèi)外已趨于系列化，因此這種驅(qū)動(dòng)形式應(yīng)用很多。3.低速液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)該驅(qū)動(dòng)形式的馬達(dá)輸出軸直接帶動(dòng)主鏈輪。馬達(dá)大部分采用多作用內(nèi)曲線徑向柱塞式液壓馬達(dá)。其特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，成本低、傳動(dòng)扭矩大、低速穩(wěn)定性好、起點(diǎn)效率高。但馬達(dá)體積大，難以保證間隙，制動(dòng)裝置不易處理，只適合于中、小型掘進(jìn)機(jī)，目前采用這種驅(qū)動(dòng)形式的有國(guó)產(chǎn)的ELMB型掘進(jìn)機(jī)。4.2.2電驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)采用電驅(qū)動(dòng)比較典型的機(jī)型有AM一50、AM一100等。例如AM一50型掘進(jìn)機(jī),左、右履帶由兩臺(tái)15kw電動(dòng)機(jī)(指1984年后的改進(jìn)型),分別通過左、右對(duì)稱的三級(jí)圓柱齒輪和一級(jí)行星傳動(dòng)減速器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。電驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是啟動(dòng)力矩大、效率高、維修簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠。液壓驅(qū)動(dòng)由于液壓元件制造精度要求較高、加工工藝復(fù)雜、維修較困難，使用當(dāng)中“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象屢有發(fā)生，增加了液壓用油量，而采用電驅(qū)動(dòng)可明顯降低材料消耗量。但電驅(qū)動(dòng)形式結(jié)構(gòu)龐大，電動(dòng)機(jī)易潮濕，且頻繁啟動(dòng)增加了電動(dòng)機(jī)及其供電系統(tǒng)的故障率。因此，目前在新型掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)中，有的機(jī)型有電、液兩種驅(qū)動(dòng)形式可互換的產(chǎn)品，供用戶選擇。EBZ160型掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式為低速大扭矩油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方式，左右分別單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。液壓馬達(dá)依靠液壓泵送來的高壓油旋轉(zhuǎn)，液壓馬達(dá)通過與其聯(lián)接的減速機(jī)構(gòu)減速得到低轉(zhuǎn)速大扭矩，液壓馬達(dá)、減速機(jī)構(gòu)和鏈輪連成一個(gè)整體，即上(圖4-1)所示的1一驅(qū)動(dòng)輪，液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪(鏈輪)旋轉(zhuǎn)，鏈輪的輪齒和履帶的鏈軌銷咬合，從而實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)在履帶上爬行。同時(shí)2一導(dǎo)向輪起到導(dǎo)向作用，導(dǎo)向輪和漲緊油缸一起作用對(duì)履帶的松緊進(jìn)行調(diào)節(jié)，支重輪對(duì)機(jī)身起支撐作用，拖輪主要是支撐履帶。在設(shè)計(jì)和裝配過程中，必須保證驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、支重輪、拖輪這四輪一線。懸臂式掘進(jìn)機(jī)的行走機(jī)構(gòu)需要滿足驅(qū)動(dòng)機(jī)體前進(jìn)、后退以及左右轉(zhuǎn)彎調(diào)動(dòng)的工作要求，所以履帶式行走機(jī)構(gòu)的左、右履帶裝置都采用分別單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)方式。掘進(jìn)機(jī)行走速度的調(diào)節(jié)是通過兩液壓泵的合流與否來實(shí)現(xiàn)的。掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)、后退時(shí)，左、右液壓馬達(dá)同時(shí)驅(qū)動(dòng)鏈輪帶動(dòng)履帶運(yùn)轉(zhuǎn)，而當(dāng)掘進(jìn)機(jī)需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)彎方向的另外一側(cè)液壓馬達(dá)，而使轉(zhuǎn)彎一側(cè)的液壓馬達(dá)停止運(yùn)轉(zhuǎn)；或者可以采用以相反方向分別驅(qū)動(dòng)左右液壓馬達(dá)的方法，使機(jī)身快速轉(zhuǎn)彎。4.2.3懸臂式掘進(jìn)機(jī)行走液壓系統(tǒng)控制方式1.先導(dǎo)控制通過三個(gè)先導(dǎo)閥控制液動(dòng)換向閥的換向，從而控制轉(zhuǎn)載機(jī)液壓馬達(dá)，左、右行走液壓馬達(dá)、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)以及升降液壓缸和回轉(zhuǎn)液壓缸的動(dòng)作。2.直動(dòng)控制由手動(dòng)換向閥組直接控制鏟板液壓缸、支撐液壓缸的動(dòng)作。水泵液壓馬達(dá)由一手動(dòng)換向閥（水泵、轉(zhuǎn)載機(jī)閥組上的）直接控制動(dòng)作。4.3EBZ160型懸臂式掘進(jìn)機(jī)行走液壓系統(tǒng)由三聯(lián)柱塞泵的前泵（或者單聯(lián)柱塞泵）通過比例減壓閥來控制三聯(lián)比例多路換向閥，同時(shí)向行走回路的兩個(gè)變量液壓馬達(dá)和輸送機(jī)回路的兩個(gè)液壓馬達(dá)供油，驅(qū)動(dòng)機(jī)器行走和運(yùn)輸機(jī)工作。行走速度為0～15m/min；通過操作比例減壓閥手柄來控制行走馬達(dá)的正、反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器的前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)彎。調(diào)節(jié)比例減壓閥的開度可控制行走速度的快慢。注意：機(jī)器要轉(zhuǎn)彎時(shí)，最好同時(shí)操作兩片換向閥（即使一片閥的手柄處于前進(jìn)位置，另一片閥手柄處于后退位置）。除非特殊情況，盡量不要操作一片換向閥來實(shí)現(xiàn)機(jī)器轉(zhuǎn)彎。防滑制動(dòng)是用行走減速器上的摩擦制動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)。制動(dòng)器的開啟由液壓控制，其開啟壓力為3MPa。制動(dòng)油缸的油壓力由多路換向閥控制。行走回路不工作時(shí)，制動(dòng)器處于閉鎖狀態(tài)。行走機(jī)構(gòu)是掘進(jìn)機(jī)非常重要的組成部分，它擔(dān)負(fù)著整機(jī)的前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)彎等各種運(yùn)動(dòng)。行走驅(qū)動(dòng)方式為低速大扭矩液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，左右分別單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)后退時(shí)左右馬達(dá)同時(shí)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)或者左右2個(gè)馬達(dá)相反方向驅(qū)動(dòng)，使機(jī)體急轉(zhuǎn)彎。液壓控制回路如圖4-2所示。圖4-2液壓控制回路行走機(jī)構(gòu)由泵系統(tǒng)通過各自閥系統(tǒng)向左右行走馬達(dá)供油，液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，通過閥-控馬達(dá)系統(tǒng)控制調(diào)整行走姿態(tài)、速度和方向。每個(gè)行走馬達(dá)內(nèi)部均有液壓制動(dòng)器，無(wú)論馬達(dá)的哪根油管供油，都能使制動(dòng)器打開，制動(dòng)性能可靠。當(dāng)閥芯處于左右位時(shí)，高壓油經(jīng)過閥流向液壓馬達(dá)，掘進(jìn)機(jī)向前或向后行走，同時(shí)高壓油頂開液壓制動(dòng)器，當(dāng)掘進(jìn)機(jī)停止行走時(shí)，行走馬達(dá)轉(zhuǎn)子被制動(dòng)，防止掘進(jìn)機(jī)自行下滑。1.掘進(jìn)機(jī)行走系統(tǒng)的AMESim模型掘進(jìn)機(jī)行走系統(tǒng)是由2個(gè)液壓泵，通過溢流閥和換向閥控制，向左右2個(gè)行走馬達(dá)供油，驅(qū)動(dòng)掘進(jìn)機(jī)的行走機(jī)構(gòu)。行走系統(tǒng)的AMESim模型如圖4-3所示。圖4-3行走系統(tǒng)AMESim模型2.仿真結(jié)果如圖4-4所示，當(dāng)換向閥換向動(dòng)作后，液壓泵出口壓力0.4s內(nèi)達(dá)到最大值25MPa，溢流閥溢流，最后穩(wěn)定輸出20MPa。圖4-5為2個(gè)行走馬達(dá)的進(jìn)口壓力變化曲線，可以看到2個(gè)馬達(dá)從啟動(dòng)到平穩(wěn)的過程較長(zhǎng)。設(shè)置閥換向的時(shí)間在1s，左右行走馬達(dá)經(jīng)0.4s時(shí)達(dá)到最大壓力值24.5MPa，超調(diào)量較大。由此可以看出，掘進(jìn)機(jī)左右行走馬達(dá)達(dá)到最大壓力所需要時(shí)間較短，馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，便于啟動(dòng)，但達(dá)到穩(wěn)定所需要時(shí)間較長(zhǎng)，超調(diào)量較大，馬達(dá)低速穩(wěn)定性太差。圖4-4液壓泵出口壓力曲線1-左馬達(dá)進(jìn)口壓力2-右馬達(dá)進(jìn)口壓力圖4-5左右行走馬達(dá)進(jìn)口壓力4.4本章小結(jié)本章通過部介紹了掘進(jìn)機(jī)行走部的驅(qū)動(dòng)方式及液壓系統(tǒng)的控制方式，并對(duì)EBZ160掘進(jìn)機(jī)的行走液壓系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。5EZB160TY掘進(jìn)機(jī)電氣系統(tǒng)5.1掘進(jìn)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)一總體參數(shù)1機(jī)長(zhǎng)9.8m2機(jī)寬2.55m3機(jī)高1.7m4地隙250mm5切割臥底深度250mm6接地比壓0.14MPa7機(jī)重51,5t8總功率250kW9可經(jīng)濟(jì)切割煤巖硬度≤80MPa10可掘巷道斷面9~21m211最大可掘高度4.0m12最大可掘?qū)挾?.5m13適應(yīng)巷道坡度±16°14機(jī)器供電電壓1140V二截割部電動(dòng)機(jī)型號(hào)YBUD-160/160-4/8功率160kW轉(zhuǎn)速735/1480r/min切割頭轉(zhuǎn)速32/65r/min截齒鎬形最大擺動(dòng)角度上36°下31°左右各37°三裝載部1裝載形式三爪星輪2裝運(yùn)能力2403鏟板寬度3.0m4鏟板臥底250mm5鏟板抬起300mm6星輪轉(zhuǎn)速45r/min四刮板輸送機(jī)1運(yùn)輸形式邊雙鏈刮板2槽寬610mm3龍門高度400mm4鏈速1.2m/s5錨鏈規(guī)格18×64mm6張緊形式黃油缸張緊五行走部1行走形式履帶式(液壓馬達(dá)分別驅(qū)動(dòng))2行走速度0～15m/min3接地長(zhǎng)度2.46m4制動(dòng)形式摩擦離合器5履帶板寬度600mm6張緊形式黃油缸張緊六液壓系統(tǒng)系統(tǒng)額定壓力油缸回路23MPa行走回路23MPa裝載回路23MPa輸送機(jī)回路23MPa錨桿鉆機(jī)回路≤16MPa系統(tǒng)總流量560L/min泵站電動(dòng)機(jī)型號(hào)YBK280M-4功率90kW轉(zhuǎn)速1470r/min泵站三聯(lián)柱塞泵流量190/130/60ml/r雙聯(lián)柱塞泵流量140/75ml/r單聯(lián)柱塞泵流量140ml/r油箱有效容積1130L冷卻方式板翅式水冷卻器油缸數(shù)量8個(gè)七電氣系統(tǒng)1供電電壓1140V2控制回路220、36、127V3額定電流250A4總功率250kW5隔爆形式隔爆兼本質(zhì)安全型6控制箱本質(zhì)安全型5.2掘進(jìn)機(jī)的電氣設(shè)備電氣設(shè)備由前級(jí)饋電開關(guān)、KXJ250/1140EB型隔爆兼本質(zhì)安全型掘進(jìn)機(jī)用電控箱、CZD24/8型礦用隔爆型掘進(jìn)機(jī)電控箱用操作箱、XEFB-36/150隔爆型蜂鳴器、DGY-60/36型隔爆照明燈、LA810-1型隔爆急停按鈕、2004L418型瓦斯斷電儀以及驅(qū)動(dòng)掘進(jìn)機(jī)各工作機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)組成。電氣設(shè)備系統(tǒng)如圖5-1，電氣設(shè)備明細(xì)表見表1，連接各電氣設(shè)備的電纜見表2。驅(qū)動(dòng)掘進(jìn)機(jī)各機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)見表3。EBZ160TY型掘進(jìn)機(jī)電控設(shè)備KXJ250/1140EB型隔爆兼本質(zhì)安全型掘進(jìn)機(jī)用電控箱（以下簡(jiǎn)稱電控箱）如圖5-2所示、CZD24/8型礦用隔爆型掘進(jìn)機(jī)電控箱用操作箱（以下簡(jiǎn)稱操作箱），符合我國(guó)的煤礦保安規(guī)程，防爆規(guī)程和有關(guān)規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，適用于具有爆炸性危險(xiǎn)的氣體（甲烷）和煤塵的礦井中，控制EBZ160TY型掘進(jìn)機(jī)切割電機(jī)、油泵電機(jī)及備用電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，并對(duì)電機(jī)及有關(guān)電路進(jìn)行保護(hù)。圖5-1電氣系統(tǒng)圖232829去右底板;808182M之間分別接SB2SB3瓦斯斷電儀;52135136137來自左底板;135為切割高速熱敏電阻;136為切割低速熱敏電阻圖5-2電控箱接線圖表1電氣設(shè)備明細(xì)表序號(hào)名稱數(shù)量型號(hào)生產(chǎn)廠1操作箱1CZD24/8太原分院2電控箱1KXJ250/1140EB太原分院3顯示箱1XSB-1太原分院4隔爆型蜂鳴器1XEFB-36/150天津煤礦專用設(shè)備廠5隔爆型急停按鈕1LA810-1佳木斯煤機(jī)廠6隔爆型照明燈3DGY-60/36沈陽(yáng)第三防爆燈廠7瓦斯斷電儀12004L418常州自動(dòng)化所8油泵電機(jī)1YBK280M-4南陽(yáng)防爆電機(jī)廠9切割電機(jī)1YBUD-160/160-4/8南陽(yáng)防爆電機(jī)廠10備用電機(jī)1表2連接電纜表圖1代號(hào)型號(hào)規(guī)格長(zhǎng)度連接電氣設(shè)備1CEFR16×1.05m操作箱2MYQ4X1.55m顯示箱2UCPQ3×50+1×6+3×6+1×16100m前級(jí)開關(guān)3U(M)CP3×35+1×6+4×2.57m油泵電動(dòng)機(jī)4U(M)CP3×35+1×6+4×2.518m切割電動(dòng)機(jī)5U(M)Z3×2.5+1×2.5(15m)6U(M)Z3×2.5+1×2.530m（左）防爆照明燈7U(M)Z3×2.5+1×2.5(右)防爆照明燈8U(M)Z3×2.5+1×2.5（尾）防爆照明燈11U(M)Z3×2.5+1×2.5蜂鳴器12U(M)Z3×2.5+1×2.5防爆急停按鈕表3電動(dòng)機(jī)技術(shù)特征表機(jī)構(gòu)名稱電機(jī)特征切割油泵備用型號(hào)YBUD-160/160-4/8YBK280M-4額定功率（kW）1609015額定電壓（V）11401140額定電流（A）102/13454.7功率因素0.890.89效率（%）93.593.5堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)7.0/6.07.0數(shù)量115.2.1電控箱的主要技術(shù)參數(shù)及特征1.技術(shù)參數(shù)：（1）額定電壓：V主回路：1140控制回路：220、36、127（2）額定電流：A250（3）額定頻率：Hz50（4）輸出分路數(shù)：3其中：102/134、54.7、10A（5）額定控制功率：kW4102.使用條件（1）海拔不超過2000m；（2）周圍環(huán)境溫度-5～+40℃；（3）周圍空氣相對(duì)濕度不大于95%（+25℃）（4）在有爆炸性氣體（甲烷）環(huán)境的礦井中；（5）能承受掘進(jìn)機(jī)的振動(dòng)且與垂直面的安裝傾斜度不超過15°；（6）無(wú)破壞絕緣的氣體或蒸氣的環(huán)境中；（7）無(wú)長(zhǎng)期連續(xù)滴水的地方；（8）污染等級(jí)：3級(jí)、安裝類別：Ⅱ類。3.結(jié)構(gòu)電控箱隔爆外殼由主腔和接線腔兩個(gè)獨(dú)立的隔爆部分組成。主腔前壁裝有隔離開關(guān)操作手把，急停按鈕等；主腔后壁裝有各接觸器、互感器等；主腔頂板裝有熔斷器；底板裝有電源變壓器、保護(hù)器、繼電器、保險(xiǎn)等；主腔中門板裝有繼電器、控制器、顯示器等。手把有通、斷兩個(gè)位置。主腔門采用螺栓緊固結(jié)構(gòu)，門外側(cè)正面有“斷電源后開蓋”字樣，警示只有在隔離開關(guān)操作手把處于斷開位置時(shí)主腔門才能打開。主腔門打開后，以正常的操作方式不能使隔離開關(guān)閉合。接線腔位于電控箱體的最左端，接線腔蓋采用螺栓緊固，其上正中位置有“斷電源后開蓋”字樣，警示只有在前級(jí)電控箱電源處于斷開位置時(shí)才能打開本電控箱的接線腔。電控箱門與箱體為螺栓緊固，并設(shè)有回轉(zhuǎn)鉸鏈。電控箱箱體通過減震器和主機(jī)連接。操作箱為礦用隔爆型。操作箱分為二個(gè)通過接線端子相互連接的獨(dú)立腔體，上邊為進(jìn)出線腔，下邊為主腔。進(jìn)出線腔內(nèi)設(shè)有接線端子和內(nèi)接地端子。主腔門上裝有轉(zhuǎn)換開關(guān)、控制按鈕等。顯示箱為礦用隔爆型，可顯示各電機(jī)的工作狀態(tài)。5.2.2工作原理電控設(shè)備電氣原理圖。電控系統(tǒng)及主要電氣元件的功能和用途分述如下：1.控制用位于開關(guān)箱上的電源控制開關(guān)SA1遠(yuǎn)距離接通、分?jǐn)嘞蚓蜻M(jìn)機(jī)供電的前級(jí)開關(guān)。在緊急情況下，可用操作箱上的緊急停止按鈕SB2、電控箱上的緊急停止按鈕SB1遠(yuǎn)距離分?jǐn)嗲凹?jí)開關(guān)，停止向掘進(jìn)機(jī)供電。如圖5-3和圖5-4所示。圖5-3操作箱接線圖圖5-4操作箱按鈕布置圖2.照明三個(gè)照明燈EL1、EL2、EL3供掘進(jìn)工作面照明。受燈開關(guān)的控制。3.音響信號(hào)蜂鳴器HA提供油泵和切割電機(jī)預(yù)警音響信號(hào)。當(dāng)油泵和切割電機(jī)起動(dòng)時(shí)由啟動(dòng)按鈕發(fā)送，信號(hào)延時(shí)約8S。也可由控制按鈕SB10控制，在任意時(shí)刻報(bào)警。4.保護(hù)（1）主回路的短路保護(hù)裝設(shè)6個(gè)熔斷器：FU1——FU6。（2）控制、照明回路的短路保護(hù)裝設(shè)熔斷器FU7、FU8、FU9、FU10、FU11、FU12。（3）各電動(dòng)機(jī)回路的漏電閉鎖監(jiān)視及36V控制回路的絕緣水平的監(jiān)視，通過PLC及保護(hù)單元JB來實(shí)現(xiàn)。如圖5-5所示。圖5-5保護(hù)器原理圖（4）緊急停止按鈕SB1與隔離開關(guān)QS裝設(shè)機(jī)械閉鎖。（5）電控箱門蓋及進(jìn)出線箱明顯處裝有“斷電源后開蓋”警告牌。顯示（1）36V照明、音響信號(hào)及控制回路絕緣正常，照明燈EL1、EL2、EL3亮（無(wú)色）。否則顯示36V漏電故障，照明燈滅。（2）在啟動(dòng)過程中，油泵等電動(dòng)機(jī)主回路絕緣水平下降到規(guī)定值以下，顯示漏電閉鎖故障，電機(jī)也不能啟動(dòng)。（3）在工作過程中，油泵等電動(dòng)機(jī)斷相，顯示斷相故障。（4）在工作過程中，油泵等電動(dòng)機(jī)過載，顯示過載故障。（5）在正常的時(shí)候，電控箱顯示器能夠顯示各回路電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并在故障的情況下，顯示故障；隔爆顯示器在正常狀態(tài)下，顯示系統(tǒng)的電壓，各回路電流，以及回路在過載情況下，提示過載倍數(shù)6.故障（1）短路各電動(dòng)機(jī)主回路發(fā)生短路故障時(shí)，熔斷器熔體熔斷，切斷電動(dòng)機(jī)的供電，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。變壓器TC1所控制回路或匝間短路時(shí)，熔斷器熔體熔斷，掘進(jìn)機(jī)停止工作，電壓表PV無(wú)指示。220V、36V控制回路及照明回路發(fā)生短路時(shí)，相應(yīng)熔斷器的熔體熔斷，掘進(jìn)機(jī)停止工作，照明燈熄滅。（2）漏電當(dāng)驅(qū)動(dòng)各機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前網(wǎng)絡(luò)絕緣水平下降到規(guī)定值（額定電壓為1140V，絕緣電阻下降至40KΩ時(shí)；額定電壓為660V，絕緣電阻下降至22KΩ時(shí)），相應(yīng)的漏電保護(hù)單元?jiǎng)幼?，其常開接點(diǎn)斷開其電動(dòng)機(jī)相應(yīng)控制回路，使電動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)，同時(shí)，顯示漏電閉鎖故障。36V控制回路供電中網(wǎng)絡(luò)絕緣水平下降到規(guī)定值（額定電壓為36V，絕緣電阻下降至3KΩ時(shí)）以下時(shí)，顯示36V漏電故障，斷開其控制回路。（3）過載及斷相電機(jī)的過載保護(hù)和缺相保護(hù)通過電流變送器直接送到PLC模擬量模塊，進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)過載或斷相時(shí)，則相應(yīng)的保護(hù)單元?jiǎng)幼鳎袛嗥溥^載或斷相回路，使相應(yīng)電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)，顯示相應(yīng)電動(dòng)機(jī)過載或斷相。（4）按鈕損壞各回路電機(jī)的啟動(dòng)、停止按鈕和急停按鈕，在損壞的情況下，顯示器將給出故障提示。各機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的控制（1）油泵電動(dòng)機(jī)M2的控制啟動(dòng)將油泵啟動(dòng)控制按鈕SB6按下，當(dāng)油泵電動(dòng)機(jī)的保護(hù)單元正常，接觸器KM3吸合，油泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)并自保，為切割、備用電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)作好準(zhǔn)備。接觸器控制原理圖如圖5-6所示。停止：將油泵停止控制按鈕SB7按下，接觸器KM3斷電釋放，則油泵電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。圖5-6接觸器控制原理圖（2）切割電動(dòng)機(jī)M1的控制低速啟動(dòng)：油泵電動(dòng)機(jī)M2啟動(dòng)后，將高低速選擇開關(guān)SA2打到低速位置，按下SB4切割啟動(dòng)按鈕，蜂鳴器HA發(fā)送8～10S的預(yù)警信號(hào)，當(dāng)切割電動(dòng)機(jī)的保護(hù)單元正常，接觸器KM1吸合，切割電動(dòng)機(jī)低速啟動(dòng)并自保，同時(shí)，停止發(fā)送音箱信號(hào)。高速啟功：油泵電動(dòng)機(jī)M2啟動(dòng)后，將SA2打到高速位置，按下SB4啟動(dòng)按鈕，蜂鳴器HA發(fā)送8-10S的預(yù)警信號(hào)，當(dāng)切割電動(dòng)機(jī)的保護(hù)單元正常，接觸器KM2吸合，切割電動(dòng)機(jī)高速啟動(dòng)并自保，同時(shí)，停止發(fā)送音箱信號(hào)。停止：按下切割停止按鈕SB5，接觸器KM1（或KM2）斷電釋放，則切割電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)運(yùn)。（3）備用電動(dòng)機(jī)M3的控制啟動(dòng)：油泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，將備用啟動(dòng)控制按鈕SB8按下，當(dāng)備用電動(dòng)機(jī)的保護(hù)單元正常，接觸器KM4吸合，備用電動(dòng)機(jī)M3啟動(dòng)并自保。停止：將備用電動(dòng)機(jī)停止控制按鈕SB9按下，接觸器KM4斷電釋放，則備用電動(dòng)機(jī)M3停止運(yùn)轉(zhuǎn)。5.3EZB160TY掘進(jìn)機(jī)電氣系統(tǒng)原理該電氣系統(tǒng)在原理上可以分為四個(gè)部分：主回路部分、電源部分、保護(hù)單元和控制部分。見附圖11.主回路部分主回路部分明確了系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)，我們采用了隔離開關(guān)作為電控箱主回路電源的開關(guān)，在主回路中設(shè)有兩組熔斷器，用于短路保護(hù)，分別為：切割電機(jī)回路FU1-FU3；油泵及備用電機(jī)回路FU4-FU6。在控制上，切割回路和油泵回路均采用了真空接觸器，并加裝了阻容吸收裝置，用于吸收真空接觸器斷開時(shí)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的高壓；在備用回路采用了空氣接觸器（由于它的功率較低）。以上四個(gè)回路中設(shè)有檢測(cè)主回路電流的電流變送器TA1-TA9(切割低速和切割高速回路公用變送器)來完成保護(hù)電路的信號(hào)采集，每回路三個(gè)。在附圖1主回路原理圖中明確的指明了接觸器線圈和自保接點(diǎn)的線號(hào)及控制繼電器的接點(diǎn)。另外，如果采用本機(jī)SA1對(duì)其前級(jí)開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，那么在電控箱上的急停按鈕SB1和操作箱上的急停按鈕SB2都可以停止前級(jí)饋電開關(guān)，實(shí)現(xiàn)電源的遠(yuǎn)程控制，SB3只能夠停本機(jī)操作。2.電源部分電源部分是有一臺(tái)主變壓器、一臺(tái)隔離變壓器和控制熔斷器FU7~FU13組成。主變壓器有三個(gè)電壓范圍的輸入抽頭：1050V、1140V、1250V。當(dāng)井下電壓不穩(wěn)定時(shí)，可以隨著電壓的變化來調(diào)整變壓器的抽頭，來保證輸出電壓的穩(wěn)定，進(jìn)而保證控制回路的可靠性。隔離變壓器（22號(hào)線和24號(hào)線）為保護(hù)設(shè)備JB和控制單元提供180V電源，由SB1來控制。36V（26號(hào)線和27號(hào)線）為照明燈和蜂鳴器提供電源。127V為瓦斯傳感器使用的本安電源提供電源。220V（37號(hào)線和38號(hào)線）為接觸器線圈提供電源。繼電器的線圈電源由保護(hù)器JB內(nèi)部模塊（51號(hào)線和52號(hào)線）供24V直流電源。熔斷器FU7-FU13的位置見附圖1所示。3.控制單元控制單元由四部分組成，主要控制部件為西門子PLC–CPU226；另外，包括三擴(kuò)展單元。在附圖1主控單元中，可以很明確的顯示出系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止的控制接點(diǎn)、各保護(hù)接點(diǎn)的輸入接點(diǎn)以及相應(yīng)的輸出接點(diǎn)，同時(shí)也表示出了顯示器（TD200和人機(jī)界面）和控制器的接口；由于輸入為模擬信號(hào)，所以又增添了模擬量擴(kuò)展模塊（3個(gè)模塊），其接線情況如附圖1所示。TD200為兩行中文液晶顯示器，可以顯示整個(gè)系統(tǒng)的故障情況，如果在多項(xiàng)故障同時(shí)出現(xiàn)的情況下，顯示器的右下角出現(xiàn)閃動(dòng)的光標(biāo)提示。人機(jī)界面為液晶顯示器，用來顯示電器系統(tǒng)的電壓、各回路的電流、電機(jī)運(yùn)行和故障情況。本系統(tǒng)采用PLC作為主控元件，從而在軟件上實(shí)現(xiàn)了各機(jī)構(gòu)電機(jī)的邏輯控制和保護(hù)中斷功能。4.保護(hù)單元保護(hù)單元由綜合保護(hù)器JB組成。各機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)的漏電閉鎖、36V漏電以及切割、油泵電機(jī)的過熱保護(hù)由JB來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)JB還提供變送器的電源。保護(hù)單元通過對(duì)主回路和控制回路的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行信號(hào)的采集，經(jīng)過電子電路的處理，將系統(tǒng)的狀態(tài)反映到控制單元，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)并及時(shí)故障中斷系統(tǒng)運(yùn)行。保護(hù)單元主要為保護(hù)設(shè)備和工作人員的人身安全而設(shè)置。保護(hù)單元接線情況如附圖1所示。保護(hù)器正常時(shí)，（PLC相對(duì)應(yīng)的輸入點(diǎn)燈亮），保護(hù)動(dòng)作時(shí)TD200顯示其動(dòng)作情況（相對(duì)應(yīng)的PLC輸入點(diǎn)燈滅）。5.4PLC控制系統(tǒng)5.4.1PLC概述1.PLC基本構(gòu)成PLC是可編程控制器（ProgrammableLogicController）的簡(jiǎn)稱，其種類、型號(hào)繁多，但基本結(jié)構(gòu)和工作原理卻大致相同，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)電控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種以微處理器為核心，用于電氣控制的特殊計(jì)算機(jī)，采用的也是典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)[22]。主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：（1）中央處理器(CPU)。CPU是整個(gè)系統(tǒng)的核心，由運(yùn)算器、控制器兩部分構(gòu)成，它不斷的采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)輸出。（2）存儲(chǔ)器。PLC的程序和數(shù)據(jù)都存放在存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。（3）I/O接口單元。I/O接口單元是聯(lián)系現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與中央處理器的橋梁。輸入單元用來接收現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字量和模擬量信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能夠接受和處理的數(shù)字信號(hào)；輸出單元用來接收CPU處理過的數(shù)字量信號(hào)，并將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)需要的數(shù)字量和模擬量信號(hào)，驅(qū)動(dòng)負(fù)載設(shè)備如電磁閥、接觸器、變頻器等。（4）電源模塊。電源模塊的作用通常是將220V的交流電轉(zhuǎn)換為CPU、存儲(chǔ)器和功能模塊等所需的直流電，它是PLC系統(tǒng)的能源供給中心，一個(gè)電源的好壞直接影響著PLC系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。（5）通信接口。為了實(shí)現(xiàn)PLC與PLC、PLC與計(jì)算機(jī)以及其它設(shè)備間的對(duì)話，PLC上配備有多種通信接口，能夠與各種外設(shè)組成網(wǎng)絡(luò)。（6）擴(kuò)展接口。為了滿足不同控制系統(tǒng)的要求，當(dāng)基本I/O單元的點(diǎn)數(shù)不夠時(shí)，可以通過擴(kuò)展接口將擴(kuò)展單元以及其它的功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活。2.PLC控制系統(tǒng)功能PLC控制器是一種集可編程控制、開關(guān)量輸入、模擬量輸人A/D模塊、繼電器輸出等功能于一身的高性能控制器。其功能如下:（1）內(nèi)部含有數(shù)個(gè)16位高性能微處理器和超大容量的內(nèi)存空間，并具有較強(qiáng)的數(shù)字處理能力；（2）邏輯控制功能非常強(qiáng)大，以前用各式各樣的模塊和繼電器很難解決的問題，用該控制器可以非常輕松地完成；（3）輸人/輸出(I0)設(shè)計(jì)：做為開關(guān)量可直接輸入，做為模擬量輸入時(shí)，比如熱敏電阻、油溫油位、漏電檢測(cè)信號(hào)和變送器的電壓或電流信號(hào)，可通過單片機(jī)處理電路處理后接輸入端子進(jìn)行軟件編程設(shè)定，輸出基本采用繼電器輸出；（4）當(dāng)系統(tǒng)信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn)或節(jié)點(diǎn)較多時(shí)可以使用多個(gè)控制器組網(wǎng)，節(jié)省接線，可靠性大大提高，并且靈活性和可擴(kuò)展性大大加強(qiáng)；（5）霍耳元件電流、電壓傳感器分別采集回路電流及電壓信號(hào)輸入PLC控制器，通過編程實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的過流、過載、斷相、漏電檢測(cè)以及電源的過壓及欠壓等保護(hù)作用.3.PLC的工作原理PLC的工作原理不同于計(jì)算機(jī)的中斷或等待命令的工作方式，也不同于繼電器接觸器控制系統(tǒng)的“并行”工作方式，PLC采用的是“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式[23]。一個(gè)完整的掃描過程分為三個(gè)階段：（1）采樣輸入階段，在每個(gè)掃描周期的開始，PLC先對(duì)各個(gè)輸入端進(jìn)行掃描，并將掃描結(jié)果分別寫入輸入映象寄存器；（2）程序執(zhí)行階段，CPU逐條執(zhí)行指令，即使外部的輸入信號(hào)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的狀態(tài)也不會(huì)改變，只有等到下一掃描周期時(shí)才被讀入；（3）輸出刷新階段，當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，同時(shí)對(duì)各個(gè)輸出點(diǎn)進(jìn)行刷新以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備。4.可編程控制器的發(fā)展方向未來的PLC將向以下幾個(gè)趨勢(shì)發(fā)展：（1）面向大型化、高性能化趨勢(shì)發(fā)展（2）面向小型化、多功能化趨勢(shì)發(fā)展（3）面向更加開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、更加完善的通信功能趨勢(shì)發(fā)展5.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程具體步驟主要有：（1）分析被控對(duì)象，明確控制要求；（2）確定所需要的PLC機(jī)型，以及用戶輸入/輸出設(shè)備，基于此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)；（3）分配PLC的輸入/輸出點(diǎn)地址；（4）設(shè)計(jì)PLC的硬件和軟件，可同時(shí)進(jìn)行；（5）進(jìn)行總裝統(tǒng)調(diào)；（6）修改或調(diào)整硬件的設(shè)計(jì)，投入實(shí)際使用。5.4.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.掘進(jìn)機(jī)對(duì)PLC控制系統(tǒng)要求（1）在啟動(dòng)油泵電機(jī)前，系統(tǒng)先對(duì)切割電機(jī)、油泵電機(jī)進(jìn)行漏電閉鎖檢測(cè)，如有漏電現(xiàn)象，則分別對(duì)各個(gè)電機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，確定并顯示漏電的電機(jī)。（2）啟動(dòng)油泵電機(jī)，待油泵電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定后，方可啟動(dòng)其他電機(jī)。停機(jī)時(shí)應(yīng)先關(guān)閉切割電機(jī)，然后再關(guān)閉油泵電機(jī)。（3）當(dāng)啟動(dòng)切割電機(jī)時(shí)要注意高低速之間的轉(zhuǎn)換，在電路和程序設(shè)計(jì)時(shí)，切割電機(jī)的高速和低速之間要能實(shí)現(xiàn)互鎖。（4）為了保證作業(yè)安全，主切割電機(jī)啟動(dòng)前有報(bào)警提示并延時(shí)8s啟動(dòng)。（5）為各個(gè)電機(jī)設(shè)置必要的保護(hù)。各設(shè)備和電機(jī)啟動(dòng)前，系統(tǒng)先整體對(duì)各電機(jī)進(jìn)行漏電閉鎖檢測(cè)，如有漏電發(fā)生，則對(duì)各個(gè)電機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，確定漏電的電機(jī)并顯示;運(yùn)行中對(duì)各個(gè)電機(jī)進(jìn)行溫度、過載、斷相和短路保護(hù),并給出各種故障及正常工作顯示。（6）設(shè)有急停按鈕，一旦啟動(dòng)和運(yùn)行時(shí)有意外發(fā)生，可緊急停機(jī)。2.系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)配置序號(hào)I/O點(diǎn)分配功能1I0.0復(fù)位2I0.1警報(bào)3I0.2切割高速啟動(dòng)4I0.4切割低速啟動(dòng)5I0.5油泵停止6I0.6油泵啟動(dòng)7I0.7切割停止8I1.0切割啟動(dòng)9I1.2低速自保10I1.3高速自保11I1.4油泵自保12I1.5備用自保13I1.6漏電閉鎖14I1.736V漏電15I2.012V漏電16I2.1切割過熱17I2.2油泵過熱18I2.3127V漏電19I2.4高速過熱20I2.5備用停止21I2.6備用啟動(dòng)22Q0.1切割高速23Q0.2切割低速24Q0.3油泵啟動(dòng)25Q0.4備用啟動(dòng)26Q0.5照明燈27Q0.6蜂鳴器28Q1.0高速檢測(cè)（漏電閉鎖檢測(cè))29Q1.1低速檢測(cè)（漏電閉鎖檢測(cè))30Q1.2油泵檢測(cè)（漏電閉鎖檢測(cè))31Q1.3備用檢測(cè)（漏電閉鎖檢測(cè))32Q1.4切割高速（試驗(yàn)繼電器）33Q1.5切割低速（試驗(yàn)繼電器）34Q1.6油泵檢測(cè)（試驗(yàn)繼電器）35Q1.7備用檢測(cè)（試驗(yàn)繼電器）3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件接線如圖圖5-7所示。系統(tǒng)硬件由輸入電路、輸出電路、PLC控制器、顯示電路和通信電路組成。輸入電路由相應(yīng)的傳感器和按鈕組成，均系本質(zhì)安全型設(shè)計(jì)，通過輸入電路將控制信號(hào)經(jīng)開關(guān)量端口I0.0～I(xiàn)2.0輸入到PLC中。輸入電路中還包括模擬量輸入，系統(tǒng)的電壓、電流分別經(jīng)電壓互感器、電流互感器變換，再經(jīng)變流電路處理，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓、電流，直接經(jīng)模擬量端口輸入到PLC。為了保護(hù)PLC設(shè)備，PLC輸出端口并不是直接與交流接觸器連接，而是在PLC輸出端口和交流接觸器之間引入中間繼電器，通過中間繼電器控制接觸器線圈的得電/失電，進(jìn)而控制電機(jī)的動(dòng)作。通過隔離，可延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命，增強(qiáng)系統(tǒng)工作的可靠性?？刂齐娐分羞€要考慮電路之間互鎖的關(guān)系，在控制電路中多處對(duì)各電機(jī)的運(yùn)行中間繼電器作了硬件互鎖設(shè)計(jì)。為提高互鎖的可靠性，在PLC控制程序設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)一步通過PLC內(nèi)部的軟繼電器來互鎖。按照系統(tǒng)控制要求，控制器選用S7－200型PLC，具有可靠性高、體積小、擴(kuò)展方便、使用靈活、通信功能強(qiáng)的特點(diǎn)。S7－200系列可編程序控制器提供多種具有不同I/O點(diǎn)數(shù)的CPU模塊和數(shù)字量、模擬量I/O擴(kuò)展模塊供用戶選用?；綜PU單元選用CPU226，其本機(jī)數(shù)字量I/O為24/16，可帶擴(kuò)展模塊7個(gè)。該系統(tǒng)擴(kuò)展模塊配有3個(gè)模擬量擴(kuò)展模塊EM231。EM231具有4路模擬量輸入。圖5-7系統(tǒng)硬件接線圖4.軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)自動(dòng)化控制的關(guān)鍵問題之一，性能優(yōu)良的軟件是保證控制系統(tǒng)高效、可靠、安全工作的技術(shù)保障。按照電機(jī)工作過程關(guān)系編寫了控制程序，控制程序流程如圖5-8所示圖5-8控制程序流程圖5-9為梯形圖編制的控制程序，具體說明如下：開機(jī)前，先進(jìn)行漏電檢測(cè)，如果照明回路和控制回路的絕緣程度不低于規(guī)定值，控制器和保護(hù)器進(jìn)入工作狀態(tài)或預(yù)備工作狀態(tài)，為開機(jī)作好準(zhǔn)備。圖5-9梯形圖1.油泵電動(dòng)機(jī)的控制若油泵電動(dòng)機(jī)的其他保護(hù)指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)，則可按下啟動(dòng)按鈕SB6，中間繼電器KA3得電，使接觸器KM3得電吸合，油泵電動(dòng)機(jī)M2啟動(dòng)。接點(diǎn)M0.0串在其他電動(dòng)機(jī)的控制回路中，保證啟動(dòng)油泵電動(dòng)機(jī)后，方可啟動(dòng)其他電動(dòng)機(jī)。如果油泵電動(dòng)機(jī)工作時(shí)間過長(zhǎng)，油溫升得過高，則油泵過熱的常閉觸點(diǎn)斷開，KA3失電導(dǎo)致接觸器KM3跳閘，從而保護(hù)掘進(jìn)機(jī)安全工作。當(dāng)36V漏電時(shí)，其接觸器斷開，進(jìn)入油泵漏電閉鎖檢測(cè)狀態(tài)，同時(shí)油泵電動(dòng)機(jī)停止工作。停機(jī)時(shí)可按下停止按鈕SB7，同時(shí)其他工作電動(dòng)機(jī)也停止工作。2.切割電動(dòng)機(jī)的控制（1）低速啟動(dòng)在油泵電動(dòng)機(jī)M2啟動(dòng)后，將高低速選擇開關(guān)SA2打到低速位置，按下SB4切割啟動(dòng)按鈕，蜂鳴器HA發(fā)送定時(shí)器T37定時(shí)10s的通電延時(shí)預(yù)警信號(hào)，當(dāng)切割電動(dòng)機(jī)的保護(hù)單元正常時(shí)，中間繼電器KA2得電，接觸器KM1得電吸合，切割電動(dòng)機(jī)低速啟動(dòng)，同時(shí)定時(shí)器T38定時(shí)時(shí)間到，停止發(fā)送音響信號(hào)。（2）高速啟動(dòng)低速啟動(dòng)后將SA2打到高速位置，按下SB4啟動(dòng)按鈕，蜂鳴器HA發(fā)送定時(shí)器T37定時(shí)10s的通電延時(shí)預(yù)警信號(hào)，當(dāng)切割電動(dòng)機(jī)的保護(hù)單元正常時(shí)，中間繼電器KA1得電，接觸器KM2得電吸合，切割電動(dòng)機(jī)高速啟動(dòng)。同時(shí)定時(shí)器T38定時(shí)時(shí)間到，停止發(fā)送音響信號(hào)。（3）停止停機(jī)時(shí)可將選擇開關(guān)SA2切換到停止檔。則KM1（KM2)斷電釋放，切割電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。3.備用電動(dòng)機(jī)的控制油泵電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，將備用啟動(dòng)控制按鈕SB8按下，當(dāng)備用電動(dòng)機(jī)的保護(hù)單元正常時(shí)，中間繼電器KA4得電，接觸器KM4得電吸合。備用電動(dòng)機(jī)M3啟動(dòng)。當(dāng)36V漏電時(shí)，其接觸器斷開，則進(jìn)入備用漏電閉鎖檢測(cè)狀態(tài)，備用電動(dòng)機(jī)停止工作。停機(jī)時(shí)將停止按鈕SB9按下，接觸器KM4斷電釋放，備用電動(dòng)機(jī)M3停止運(yùn)轉(zhuǎn)。以PLC控制器為核心的掘進(jìn)機(jī)電氣控制系統(tǒng)抗振性能好，可靠性高，體積小，集控制與保護(hù)為一體，適用于長(zhǎng)期惡劣的工作環(huán)境。在完全滿足掘進(jìn)機(jī)的各種控制功能情況下，還能夠?qū)崟r(shí)顯示整機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，并能在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，立刻顯示對(duì)應(yīng)的故障畫面，以方便操作者和維修人員排除故障。近一年來我公司大功率掘進(jìn)機(jī)配套的電控設(shè)備都是采用該P(yáng)LC控制系統(tǒng)，因此，該控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用具有較高的推廣價(jià)值。5.5本章小結(jié)本章介紹了EBZ160掘進(jìn)機(jī)的技術(shù)參數(shù)，對(duì)電氣設(shè)備和電氣系統(tǒng)原理圖進(jìn)行詳細(xì)的分析，并以PLC控制器為核心對(duì)掘進(jìn)機(jī)電氣系統(tǒng)進(jìn)行控制。結(jié)論和展望經(jīng)過進(jìn)三個(gè)月的努力，完成了本課題的任務(wù)，現(xiàn)在對(duì)本課題做如下總結(jié)：1.本文對(duì)掘進(jìn)機(jī)目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展和掘進(jìn)機(jī)的分類進(jìn)行介紹，掘進(jìn)機(jī)按照對(duì)于巷道斷面的作用方式可分為全斷面掘進(jìn)機(jī)和部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)（又叫懸臂式掘進(jìn)機(jī)），二者又有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。而部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)又分為橫軸式和縱軸式。本文主要介紹橫軸式掘進(jìn)機(jī)的電氣拖動(dòng)及控制系統(tǒng)。2.對(duì)懸臂式掘進(jìn)機(jī)的整體部分和各部分結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。3.截割部的調(diào)速控制系統(tǒng)，分為恒扭矩雙速電機(jī)調(diào)速控制和恒功率雙速電機(jī)調(diào)速控制，著重介紹了恒功率雙速電機(jī)調(diào)速控制調(diào)速的方法，主要有節(jié)流調(diào)速、變量泵-負(fù)載反饋無(wú)級(jí)調(diào)速(包括截割電動(dòng)機(jī)電流反饋和液壓系統(tǒng)壓力反饋2種調(diào)速方式)及定量泵-分流合流有級(jí)調(diào)速。并且詳細(xì)介紹了四種典型的調(diào)速系統(tǒng)，進(jìn)行對(duì)比各自優(yōu)缺點(diǎn)。4.行走部的驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)形式分為液壓驅(qū)動(dòng)和電驅(qū)動(dòng)。行走液壓系統(tǒng)控制方式分為先導(dǎo)控制和直動(dòng)控制。并且對(duì)EBZ160型懸臂式掘進(jìn)機(jī)行走液壓系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。5.EZB160TY掘進(jìn)機(jī)電氣系統(tǒng)。介紹了電控設(shè)備的參數(shù)及工作原理，電氣系統(tǒng)原理圖，硬件系統(tǒng)圖和PLC軟件編程。隨著煤礦掘進(jìn)機(jī)械化的發(fā)展和完善，將對(duì)電控系統(tǒng)提出更高的要求：1.繼續(xù)提高電控設(shè)備的可靠性。2.電氣控制的科技含、和信息化、智能化程度不斷提高參考文獻(xiàn)[1]黃日恒.懸臂式掘進(jìn)機(jī)[M].北京:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1996第1、3、4章[2]李鋒，劉志毅.現(xiàn)代采掘機(jī)械[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，2007.241-243[3]廖常初.FX系列PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005[4]岳素青.掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)成形截割控制系統(tǒng)的研究[D].河北科技大學(xué)碩士論文，2011[5]王建國(guó).懸臂式掘進(jìn)機(jī)行走系統(tǒng)的智能控制研究[D].西安科技大學(xué)碩士論文，2005[6]王志武.國(guó)內(nèi)外掘進(jìn)機(jī)截割調(diào)速系統(tǒng)的分析[J].煤礦機(jī)電，2004(3).27-30[7]高俊嶺，歐陽(yáng)名三，朱成杰新型掘進(jìn)機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，39（10）2011.10.96-99[8]汪勝陸，孟國(guó)營(yíng)，趙立新.EBZ-150型懸臂掘進(jìn)機(jī)截割頭牽引調(diào)速控制的新思路[J].煤礦機(jī)械，29(10).2008.10.144-145[9]史蒙.EBZ160掘進(jìn)機(jī)行走機(jī)構(gòu)主要參數(shù)及液控系統(tǒng)的研究[J].煤礦機(jī)械，30（6）2009.6.131-132[10]EZB160TY型掘進(jìn)機(jī)使用維護(hù)說明書.煤炭科學(xué)總院太原分院，2006.2[11]ChrisGreenhalgh，StevenBenford，Massive.ACollaborativeVirtualEnvironmentforTeleconferencing[J].ACMTransactiononComputer-HumanInteraction,1995,12(3):13~15[12]NationalInstrumentsCorp.2003-AnotherStrongYearforPXI[Z].2003致謝本文是在馬春燕老師的悉心指導(dǎo)和幫助下完成的。在我開始畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，老師給我指明了設(shè)計(jì)方向，提供了巨大的幫助。老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、對(duì)工作一絲不茍的態(tài)度以及嚴(yán)以律己、寬以待人的做人風(fēng)格，處處樹立了光輝的榜樣，令我深深敬佩。老師傳授的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)不但幫助我完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)階段的學(xué)習(xí)和研究，而且在我今后的人生道路上必將產(chǎn)生積極深遠(yuǎn)的影響，使我終生受益。在此論文完成之際，謹(jǐn)向老師致以誠(chéng)摯的敬意和深深的謝意。同時(shí)我也要感謝和我同組的同學(xué)給予我的幫助，是他們的幫助使我在畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中能解決一個(gè)個(gè)的困難。感謝一直在我身后默默支持我的家人們，他們的關(guān)懷和期望是我努力奮進(jìn)的巨大動(dòng)力。衷心感謝所有關(guān)心和幫助過我的朋友們，祝福你們！最后，感謝各位評(píng)委在百忙之中抽出寶貴的時(shí)間來評(píng)閱我的論文。外文原稿SomegeologicalandgeotechnicalfactorsaffectingtheperformanceofaroadheaderinaninclinedtunnelN.BolginT.DincerH.CopurM.ErdoganMiningEngineeringDepartment,FacultyofMines,IstanbulTechnicalUniversity,Maslak,Istanbul34469,TurkeyReceived12November2003;receivedinrevisedform30March2004;accepted13April2004Available11June2004AbstractThefactorsaffectingtheperformanceof90kW-shieldedroadheaderisinvestigatedindetailinatunnelexcavatedforNuhCementFactory.Thefirstpartofthetunnelishorizontalandthesecondpartisinclinedwith9_andexcavateduphill.TunnelpassesthroughaformationoftheUpperCretaceousagewithnodularmarl,carbonatedclaystone,thinandthicklaminatedlimestone.Wateringresschangesfrom0to11l/min.Insixdifferentzonesitisfoundthattherockcompressivestrengthchangedfrom20to45MPa,tensilestrengthfrom1to4MPa,specificenergyfrom11to16MJ/m3,plasticlimitfrom15%to29%,liquidlimitfrom27%to43%andwaterabsorptionfrom4%to18%involume.Detailedinsituobservationsshowthatindryzonesforthesamerockstrengththeinclinationofthetunnelandthestratahelptoincreasetheinstantaneouscuttingratefrom10to25solidbankm3/cuttinghour.Theeffectofwateroncuttingrateisdramatic.InthezoneswheretheplasticlimitandtheamountofAl2O3islow,instantaneouscuttingrateincreasesfrom34to50solidbankm3/cuttinghourwithincreasingwatercontentfrom3.5to11l/min.However,inthestratahavinghighwaterabsorptioncharacteristicandhighamountofAl2O3,cuttingratedecreasesconsiderablyduetothestickymud,causingproblemtothecutterhead.Excavation,muckloadingandsupportworksareperformedseparatelyduetosafetyconcernsinthewetandinclinedsectionswhichreducedthemachineutilizationtimefrom38%to8%.Theinformationgatheredisbelievedtoformasoundbasisincontributingtheperformancepredictionofroadheadersindifficultgroundconditions._2004ElsevierLtd.Allrightsreserved.Keywords:Tunnelexcavation;Roadheaderperformanceprediction;Corecuttingtest;Specificenergy1.IntroductionTheapplicationofroadheadersindifficultgroundconditions,inrecentyears,hasincreasedconsiderablyinbothcivilandminingengineeringfields.Thepredictionofinstantaneous(net)cuttingrateandmachineutilizationtime,determiningdailyadvancerates,playsanimportantroleinthetimeschedulingofthetunnelingprojects,hence,indeterminingtheeconomyoftunnelexcavation.Althoughmanyroadheaderperformancepredictionmodelswerepublishedinthepast,thepublisheddataondifficultgroundconditionssuchastheeffectsoftunnelinclination,wateringress,excessivefracturezones,etc.ondailyadvancerateswerequitescarce.Sandbak(1985)andDouglas(1985)usedarockclassificationsystemtoexplainthechangesofroadheaderadvanceratesatSanManuelCopperMineinaninclineddriftatan11%grade.Theyconcludedthatforaperformancepredictionmodel,engineeringaspectsoftheroadheadershadtobealsoincorporatedwiththegeomechanicalfactors.FielddataonroadheadermachineperformanceininclinedtunnelswerealsopublishedbyUnrugandWhitsell(1984)fora14_slopeinPyroCoalMine,byNavinetal.(1985)at13_and15_inclinesinoilshalemineandbyLivingstoneandDorricott(1995)inBallaratEastGoldMine.Themajorityofperformancepredictionmodelsweredevelopedforhorizontaltunnels.Bilgin(1983)developedamodelbasedonspecificenergyobtainedfromdrillingrateofapercussivedrill.ModelsforwidelyjointedrockformationsweredescribedbySchneider(1988),ThuroandPlinninger(1998,1999),Gehring(1989,1997),Dunetal.(1997)andUehigashietal.(1987).Theyreportedthatforagivencuttingpower,cuttingratesofroadheadersdecreaseddramaticallywithincreasingvaluesofrockcompressivestrength.Copuretal.(1997,1998)statedthatifthepowerandtheweightoftheroadheaderswereconsideredtogether,inadditiontorockcompressivestrength,thecuttingratepredictionsweremorerealistic.Anotherconceptofpredictingmachineinstantaneouscuttingratewastousespecificenergydescribedastheenergyspenttoexcavateaunitvolumeofrockmaterial.FarmerandGarrity(1987)andPoole(1987)showedthatforagivenpowerofroadheader,excavationrateinsolidbankm3/cuttinghourmightbepredictedusingspecificenergyvaluesgivenasinthefollowingequation,whereSEisthespecificenergy,rcistherockcompressivestrengthandEistherockelasticmodulus.Widelyacceptedrockclassificationandassessmentfortheperformanceestimationofroadheadersisbasedonthespecificenergyfoundfromcorecuttingtests(McFeat-SmithandFowell,1977,1979;FowellandJohnson,1982;Fowelletal.,1994).DetailedlaboratoryandinsituinvestigationscarriedoutbyMcFeat-SmithandFowell(1977,1979)showedthattherewasacloserelationshipbetweenspecificenergyvaluesobtainedfromcorecuttingtestsandcuttingratesformediumandheavyweightroadheadersseparately.Theyreportedalsothattoolconsumptionmightbepredictedfromweightlossofcutterusedincorecuttingtest.Rockcuttabilityclassificationbasedoncorecuttingtestisusuallycriticizedasthattheeffectofrockdiscontinuitiesarenotreflectedinperformanceprediction.Bilginetal.(1988,1990,1996,1997)developedaperformanceequationbasedonrockcompressivestrengthandrockqualitydesignationasgivenbelow whereICRistheinstantaneouscuttingrateinsolidbankm3/cuttinghour,Pisthepowerofcuttingheadinhp,RMCIistherockmasscuttabilityindex,rcistheuniaxialcompressivestrengthinMPaandRQDistherockqualitydesignationinpercent.Dunetal.(1997)comparedthemodelsdescribedbyBilginetal.(1988,1990)andMcFeat-SmithandFowell(1977,1979)inaresearchworkcarriedoutatKumbaldaMinewhereaVoestAlpineAM75roadheaderwasutilized.Twodistinctgroupsofdatawereevident.ThedatagroupedaroundBilginlinewasstronglyinfluencedbythejointingandweaknesszonespresentinrockmass.TheothergroupofdataonthelineproducedbyMcFeat-SmithandFowellcorrespondedtoareaswherelessjointingandfewerweaknesszoneswerepresent.Oneofthemostacceptedmethodtopredictthecuttingrateofanyexcavatingmachineistouse,cuttingpower,specificenergyobtainedfromfullscalecuttingtestsandenergytransferratiofromthecuttingheadtotherockformationasinthefollowingequation(Rostamietal.,1994;RostamiandOzdemir,1996)whereICRisthinstantaneousproductionrateinsolidbankm3/cuttinghour,PisthecuttingpowerofthemechanicalminerinkW,SEoptistheoptimumspecificenergyinkWh/m3andkisenergytransfercoefficientdependingonthemechanicalminerutilized.Rostamietal.(1994)stronglyemphasizedthatthepredictedvalueofcuttingratewasmorerealisticifspecificenergyvalueinequationwasobtainedfromfull-scalelinearcuttingtestsinoptimumconditionsusingreallifecutters.Rostamietal.(1994)pointedoutthatkchangedbetween0.45and0.55forroadheadersandfrom0.85to0.90forTBMs.Bilginetal.(2000)showedintheirexperimentalandnumericalstudiesthatperformanceofmechanicalminerswasaffecteduptoacertaindegreebytheearthand/oroverburdenpressureandstress.Copuretal.(2001)showedthatspecificenergyobtainedfromfull-scalelinearcuttingtestsinoptimumcuttingconditionswashighlycorrelatedtorockuniaxialcompressivestrengthandBraziliantensilestrength.Theeffectoftunnelinclination,wateringressandthepresenceofclayonroadheaderperformancewasnotclearlyshownintheabove-mentionedworks.Themainobjectiveoftheresearchstudydescribedinthispaperistocontributetheperformancepredictionmodelsindifficultgroundconditions.Hereketunnelischosenforthispurpose.Thefirst50mofthetunnelishorizontal.Later225misinclinedwith9_andexcavateduphill.Thereisexcessivewateringressandclayinsomesections.DetailedinsituobservationsaremadeduringthetunnelexcavationandrocksamplesarecollectedfortestinginthelaboratoriesoftheMiningEngineeringDepartmentofIstanbulTechnicalUniversityforgroundcharacterization.antaneouscuttingrateoftheroadheaderusedintheprojectisexplainedbysomegeologicalandgeotechnicalfactors.Factorsaffectingmachineutilizationtimeisalsoexplainedindetail.2.DescriptionofthetunnelprojectTheHerekeTunnel,locatedinTurkeyinthecityofKocaelinexttoIstanbul,wasconstructedformaterialtransportationbetweentheNuhCementDockandNuhCementPlant.Tunnelingwasthebestchoicetoavoidtrafficdisruption,sincetherewasarailway,highwayandfreewayonthesurface.ThecontractorfirmSTFACo.wasawardedthetunnelingproject.Thetunnelincluded50mofhorizontalsection(chainage0–50m),whereexcavationstartedup,and225mof9_inclinedsection(chainage50–275m).Theexcavationwasperformedinahorizontallystraightalignmentthroughsedimentaryformationsincludingdry(chainage0–50and150–275m)andwetsections(chainage50–150).Excavationwasperformedbyusingashieldedroadheader,Herrenknecht-SM1with90kWofcutterheadpower,intheexcavationdiameterof3.48m.Twoshaftsweresunkintheplantsideofthetunnel.Thefirstshaftwasplannedtobeusedforcementtransportationfromtheplanttothedockviasteelpipelineandthesecondshaftforcoaltransportationtotheplantviaabeltconveyorandskiphaulagesystem.3.GeologyoftheprojectsiteTheHerekeTunnelpassesthroughaformationoftheUpperCretaceousage.Theformationexhibitsfracturedandfoldedstructurewiththedirectionof48–52_Nandthedipof30_NE.Thestratatypesencounteredinthisrelativelyshallowtunnel(3–21mofoverburden)arenodularmarlandthinandthicklaminatedclayeylimestone,carbonatedclaystoneandthinlaminatedsilisifiedlimestone.Somelevelsoflaminatedlimestone(chainagefrom50to150m)formafracturedaquifercausingwateringressinthetunnel.Thetunnelisdividedintosixsectionsaccordingtotheirstructuralandgeotechnicaldifferences.Fig.1presentsthegenerallayoutofthetunnelandshaftsandthegeologicalcross-sectionalongthetunnelroute.TheresultsofgeotechnicaltestsarepresentedinTable2.4.MechanicalconstructionmethodsInordertoreducetheimpactonthegroundrailmotorwaysandroads,theworksselectedmechanicalexcavationmethods.Accordingtotheanalysisofthegeologicalinformationcollectedfromtheprojectsite,thearmsoftheboringmachineisconsideredtobethemostappropriate.Ventilationisflexiblepipesandtwoblowers.Workingsurfaceofthesuctionfanisplacedinthefrontoftheboringmachine.Anotherfanarrangementboringmachinemotoratmininggeotech