矿用柴油机车（通用7篇）
矿用柴油机车 篇1
0 引言
防爆柴油机是一种以柴油为燃料的新型矿用动力机车。经过技术论证和实际运用, 它适用于矿山井下具有爆炸性气体的环境, 是近年来被逐渐推广的矿山运输设备。CCG10/9S防爆柴油机车目前在板集煤矿得到了实际运用, 逐步替代了板集煤矿传统的蓄电池机车。
1 柴油机车的基本结构
CCG10/9S防爆柴油机车为900m m轨距, 液力—机械传动内燃机车, 它由车体、车架、走行和制动等组成。机车为0-2-0轴列式的调车型机车。
防爆柴油机为MLR4110QFB型, 主要由柴油机、进气系统、废气处理系统、水散热器及安全保护装置等组成;进气系统的进气口和费气处理系统的排气口均设置有阻火器即防爆栅栏。废气处理系统由水夹层排气管、水夹层波纹管、废气处理箱及补水箱组成;废气经水洗后再由防爆栅栏熄灭余火, 保证排气安全。进气系统由进气波纹管、进气防爆栅栏及空气滤清器组成;柴油机气缸返回的火焰由进气防爆栅栏灭火, 确保进气口安全。
2 柴油机车的安全保护装置
2.1
安全保护装置通电后, 主机中的微型计算机通过传感器对温度、压力、水位等参数进行采样和运算, 处理结果送显示电路进行显示, 同时与设定值进行比较, 如果某一路的检测参数超过设定值, 则装置发出声光报警。
2.2
防爆柴油机配置ZEB-15/24防爆柴油机自动保护装置, 具有排气温度、表面温度、冷却水温、机油压力、废气处理水位等5种保护, 并配置便携式瓦斯监测报警仪, 当各项保护超过设定值时, 保护装置发出声光报警信号, 在一分钟内自动停止柴油机工作, 具有可靠性高, 使用维护方便等特点。其电路原理图如下:
3 柴油机车运行要满足的条件
3.1 燃油的选用:
柴油机必须使用符合国家标准的GB252-87环境温度规定指标的轻柴油。根据不同的环境温度选用不同牌号的轻柴油见下表:
为了减少故障, 延长柴油机的使用寿命, 要严格遵守使用清洁燃油的原则。
3.2 润滑油的选用:
柴油机采用的是自然吸气, 选用L-ECC级柴油机机油, 禁用普通柴油机机油, 以避免由此产生的拉缸、抱瓦等意外故障的发生。应根据环境温度, 为柴油机、喷油泵、油浴式空气滤清器选择润滑油。
3.3 冷却水的选用:
柴油机中使用的冷却水应该是清洁的软水, 如河水、雨水、雪水等, 如果使用了含有大量矿物质的硬水, 在高温下, 这些矿物质会从水中沉淀析出来产生水垢。水垢积附在管道和高温零件的壁面上, 会造成管道堵塞和高温零件散热困难, 容易使柴油机过热, 引起故障。
3.4 轨道车场铺设的要求:
由于柴油机车运输牵引能力较强, 拉运车辆多, 要求调车车场要比蓄电池机车车场更长, 一般要达到90米左右, 才能充分发挥柴油机车的运力。
3.5 副井罐笼的尺寸要求:
板集煤矿副井罐笼有效装载长度为5m, 是运输动力机车升入井的必经通道。双向操作的CCG10/9S柴油机车外型尺寸长×宽×高为:5000mm×1120mm×1600mm。一般8T蓄电池机车的外型尺寸长×宽×高为:4850 mm×1120m m×1500 m m。因此板集煤矿副井罐笼均能满足这两种型号机车的提升入井条件。
4 柴油机车与蓄电池机车相比具备的技术特点
CCG10/9S防爆柴油机车与蓄电池电机车相比具有以下特点: (1) 机车功率和牵引力不会随运行时间的增加而减小, 运输效率高, 持续工作能力强。 (2) 不需要设置充电房和充电设备, 减少充电工人员的配备等。 (3) 工作可靠, 使用维护简单, 不需调配制电解液, 对环境污染减小。 (4) CCG10/9S防爆柴油机在控制器内设置了液晶显示屏, 使操作工的视线范围扩大, 更好地保障了行车安全。 (5) 该型号机车柴油机进气口和费气排放口, 均采用特殊改进, 整车具有防爆性能和瓦斯超限自动保护性能, 和防爆蓄电池机车一样, 均适应有瓦斯的井下工作环境。
5 柴油机车与蓄电池机车的经济比较
5.1 每台蓄电池机车每年的运输费用为39.62万元。
并且不包括充电厂房设置建设固定费用需投入80多万和购置充电设备12万元。具体包括: (1) 岗位作业人员 (包括充电工、电瓶维修工、硫酸配制工) 工资费用支出24万/年。 (2) 电池机车年运行费用为15.62万元。每年要更换以下零部件:电枢2台:2台*4000元/台=8000元;控制器1台:1台*7800元/台=15600元;减速机2台:2台*6000元/台=12000元;闸块8块:8块*75元/块=600元;弹簧板4套:4套*750元/套=3000元;硫酸1200公斤:1200公斤*3元/公斤=3600元;按一天按额定功率运行十六小时计算, 运行电费为:30千瓦*16小时/天*365天*0.5元/度=87600元;更换一箱电源装置需3万元;其它小型材料4000元。
5.2 每台防爆柴油机车的运行费用为12.33万元。
具体包括:柴油费用:15公升/小班*3小班/天*30天/月*12月*6.5元/公升=105300元;维修费用:12000元;其它未预见费用:500元/月*12月=6000元。
通过实际使用和理论测算, 仅运行费用一项, 防爆柴油机车比蓄电池机车每年要节约运行费用27.29万元。其次防爆柴油机车与蓄电池机车相比, 省时省力省人工, 同时还消除了蓄电池机车电解液在使用过程中产生的有害气体对环境的污染和对人体的伤害。
6 防爆柴油机车与蓄电池机车的运输能力比较
CCG10/9S防爆柴油机车最大牵引吨位在坡度达到3‰时, 最大牵引吨位达到130吨。如果用柴油机车牵引MGC1.7-9B型矿车的话, 每辆装满矸石的重车按3.7T计算, 一次最多可牵引近35辆重车;同样条件下, 8T蓄电池机车一次最多只能牵引18辆重车。防爆柴油机车的运输能力是一般蓄电池机车近2倍。
7 结语
CCG10/9S防爆柴油机车的应用不仅给煤矿企业节约了大量的资金投入, 同时减轻了工人的劳动强度。运输能力比现在广泛使用的蓄电池机车的功率更大, 机动性和安全性更高, 能够满足现代化大型矿井平巷运输的需求。随着矿井自动化程度的不断加强, 运输系统信集闭系统的不断完善, 电磁远控道岔、载频电话与模调度、以太网在煤矿的广泛应用, 防爆柴油机车大幅度地提升了板集煤矿的运输效率, 在大型现代化矿井中有广泛的应用前景。
摘要：防爆柴油机车是近年来发展较快的一种矿井运输工具, 在现代化矿井中有代替蓄电池电机车的趋势。本文就CCG10/9S防爆柴油机车的使用环境、工作原理、安全保护装置以及应用中的实际效果和产生的经济效益进行了系统的分析和研究。
关键词：矿用防爆柴油机车,工作原理,保护装置,应用分析
矿用柴油机车 篇2
防爆柴油机无轨胶轮车(以下简称柴油机车)是矿井辅助运输的主要设备。它不需铺设轨道,且运距长,运输机动灵活,具有较大的爬坡能力,可实现从地面至工作面不经转载的直达运输,因而效率较高,既减轻了工人的劳动强度,又大幅度地提高了生产效率和安全性。因此,防爆柴油机车在煤矿得到了大面积推广使用,其相应的保护装置也随之应运而生。目前,矿用柴油机车保护装置在总体架构上采用集中控制,所有参数的采集和控制都由控制单元来实现,用户在增加监测点和控制输出点等功能时不能进行很好的扩展。因此,本文提出一种基于CAN总线的矿用柴油机车保护装置的设计方案。该保护装置各组成设备之间具有即插即用功能,扩展方便,同时采用CAN总线通信方式来交换数据,根据预先设定的逻辑实现机车的分布式控制[1],为矿用柴油机车提供了整车解决方案。
1 保护装置工作原理
新型矿用柴油机车保护装置各组成设备之间通过CAN总线通信,采用分布式控制方式。整个装置主要由显示器、电源控制器、控制箱、信号转换器、信号采集器、电池箱等组成,如图1所示。
启动矿用柴油机车时,将钥匙开关拨到通电档位,电源控制器输出两路本安电源。保护装置通电后,各组成设备向CAN总线发送当前的状态和数据,电源控制器根据CAN总线上收到的数据进行启车控制。当收到的数据不正常或某些参数超限时,用户将钥匙开关拨到启车档位时,保护装置将实现启车闭锁,用户无法启动柴油机车,保护装置的显示器将显示故障原因;如果电源控制器收到的总线数据正常,用户将钥匙开关拨到启车档位即可实现启车。柴油机车启动后,显示器接收各组成设备向CAN总线发送的数据,并显示保护装置的各种参数。当柴油机车的参数超限时,显示器显示当前的报警信息,并发出光报警信号提醒用户。当用户需要实现远近光、转向、倒车等控制时,信号采集器收到组合开关的输入信号后向CAN总线发送控制命令,控制箱收到总线控制命令后控制相对应的继电器实现相应输出。
2 保护装置硬件设计
2. 1 电源控制器
电源控制器主要实现电源非安与本安的转换、总线信号采集、熄火控制以及瓦斯监测等功能。矿用柴油机车调节器的两路非安电源(28 V和24 V电源)接入电源控制器后经DC/DC变换器转换为两路12 V直流电源,然后经本安处理后成为本安电源,一路供显示器使用,另一路供保护装置的其它设备、电源控制器的内部电路和配接设备使用。
2. 2 显示器
显示器以NXP公司生产的32位微控制器LPC2294为核心[2],采用类似汽车仪表盘设计,通过液晶显示、CAN总线通信、无线通信、数据存储和人机交互,实时或滚动显示矿用柴油机车的当前状态和参数。显示器主要由电源转换模块电路、处理器、LCD液晶显示模块电路、射频读写IC卡通信模块电路、2.4 GHz无线射频通信模块电路、CAN总线通信模块电路等组成。
2.3 信号转换器
信号转换器主要将液位、油位、温度、转速和时速等信号进行转换,之后再向CAN总线发送数据供其它设备采集。信号转换器由12 V本安电源供电,本安电源接入后经限流保护进入金升阳DC-DC转换为5 V电源给C8051F502单片机供电。压力、温度、液位数据经过放大电路后进入C8051F502的ADC,换算成对应的参数,C8051F502再将压力、温度、液位、转速或时速等数据发到CAN总线上,供其它设备单元读取。
2.4 信号采集器
信号采集器实现柴油机车的开关量传感元件和本安型控制开关的接入。开关量传感元件主要是油压元件、水位元件或者组合开关(左转、右转、前大灯、远近光等)。开关量信号接入C8051F502的ADC[3],C8051F502通过采集端口电压来监测传感器的四种状态(导通、断开、短路、断路),并自动向CAN总线发送当前的输入状态。
2.5 控制箱
控制箱主要由电源部分、CPU部分、CAN总线接收/发送及隔离部分和继电器控制模块部分等组成。控制箱从CAN总线接收到控制命令后控制其相应的继电器动作。继电器控制模块主要输出左转、右转、前大灯、远近光、倒车、启车灯信号,以及一路18 V/350 mA本安电源输出,作为设备扩展的备用本安电源。
2.6 电池箱
电池箱由2节12 V/12 A·h铅酸蓄电池串联而成,为矿用柴油机车保护装置、矿用柴油机车未启动时的灯光、矿用柴油机车启车提供电源。矿用柴油机车的调节器输入28 V电压,利用充放电模块对电池箱的电池进行充电;放电时,电池电压低于一定值时,充放电模块控制电池对外输出,保护电池箱电池,延长电池使用寿命。
3 保护装置控制流程
矿用柴油机车保护装置控制流程如图2所示。当钥匙开关旋到通电档位后,保护装置进行启车自检。当保护装置检测到瓦斯浓度、温度、压力等参数超限时报警并进行电气闭锁,禁止保护装置启车。当保护装置检测到机车各参数正常时,将钥匙开关旋至启车档,控制箱根据转速信号转换器的转速信号进行判断,当转速大于0时,说明机车已经启动,无需启车;当转速等于0时,电源控制器输出启车命令;当机车发动机的转速为正常怠速并持续一段特定时间、控制箱超过特定的时间未收到停止启车命令、电源控制器发出停止启车命令时,机车控制箱停止发出启车命令,机车启车成功,此时机车由原来的蓄电池供电变为调节器供电,并为蓄电池通电。机车启动后可以正常运行,当机车运行中信号转换器的参数(如瓦斯、温度、转速)出现超限报警时,矿用柴油机车保护装置的控制器输出熄火信号。
4 保护装置特点及功能
(1) 采用分布式控制,各设备之间采用CAN总线传输,具有即插即用功能;
(2) 启车和运行过程中具有自检、预警功能;
(3) 具有车辆行驶速度和里程的测量及时间、日期及驾驶时间的实时采集、记录、存储功能;
(4) 电磁阀具有排温、瓦斯、转速等参数超限控制功能,通过保护装置内部的继电器节点输出控制信号,关闭电磁阀,实现停车;
(5) 超速、瓦斯浓度超限时自动进行声光报警提醒,报警时蜂鸣器发出响声,液晶背光点亮,显示报警内容;
(6) 具有车辆信息管理功能,地面管理计算机软件提供良好的人机界面,实现车辆信息录入、修改、查询统计及报表打印功能;
(7) 具有车辆行驶数据显示功能,瓦斯浓度、排温等参数采用汽车仪表盘方式直接显示,其它监测量由液晶循环显示;
(8) 具有数据通信功能,可通过射频等接口实现与地面管理计算机的通信;
(9) 具有车辆行驶数据显示功能,可实现瓦斯浓度、排温和日期实时显示,其它监测量循环显示[4]。
5 结语
新型矿用柴油机车保护装置各组成设备之间通过CAN总线通信,实现了矿用柴油机车的排温、转速、时速、油压、瓦斯浓度等行车参数监测功能。当所监测的参数超过允许范围或发生故障时,提供声光报警、故障检测和预警提示功能,而且可以通过矿用柴油机车监控仪的开关量输出控制柴油机车的熄火、转向、倒车、远近光等操作,达到控制车辆运行、实现矿用柴油机车保护的目的。
摘要：针对目前矿用柴油机车保护装置因采用集中式控制方式而导致功能单一、功能扩展性能不强等问题,提出了一种基于CAN总线的新型矿用柴油机车保护装置的设计方案,详细介绍了该保护装置的软、硬件设计。该保护装置的各组成设备之间采用分布式控制,通过CAN总线来交换数据,可实现矿用柴油机车的转速、时速、油压、瓦斯浓度等行车参数的监测功能,以及声光报警、故障检测和预警提示功能,且功能扩展方便,为防爆柴油机车提供了整车解决方案。
关键词：煤矿,防爆柴油机车,保护装置,CAN总线,分布式控制
参考文献
[1]邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,1996.
[2]Philips Semiconductors.LPC2292/LPC2294 ProductData[EB/OL].[2010-01-05].http://www.docin.com/p-46550639.ht ml.
[3]张迎新,雷文,姚静文,等.C8051F系列SOC单片机原理及应用[M].北京:国防工业出版社,2005.
矿用电机车电气控制系统故障分析 篇3
1 电气控制系统故障的类型及原因
由电气控制系统产生的各类故障会直接影响电机车的起动、运行和动力制动。常见的电气控制系统故障有启动类故障、调速类故障、电机车电机故障等。
1.1 启动类故障
当矿用电机车的控制器闭合后, 出现电机车不能启动的现象, 这样故障归类为启动类故障。启动类故障主要是由于电气线路某些部位断路所引起的。容易造成断路的部位有:
1) 受电弓的断路:它主要是由于弓板接触棒或触轮没有与架空线接触, 或是电源线折断、接线端子松脱而造成电机车无电压, 此时电机车照明灯无光, 主轴手柄起动的各个档位都不能走车。2) 自动开关的断路:主要是由于接触触头烧损、脱落, 电源导线折断, 接线端子脱落或磁力线圈断路而造成控制回路无电压, 这时机车照明灯有光, 但是主轴起动的各个位置仍不能走车。3) 控制器应该导通的部分断路:它主要由于主触头或辅助触头脱落、接触不良、连线折断所引起的, 它能造成主轴手柄起动的各个位置不走车或部分起动位置不走车。4) 起动电阻的断路:它会造成主轴在不同位置起动不走车, 根据不同档位的起动情况可判断某段起动电阻的断路。5) 电动机内部的断路:它主要是主磁极或换向磁极断路, 或是电机刷架连线、接线端子断路。
1.2 调速类故障
当矿用电机车的控制器闭合后, 出现电动机启动速度过慢或过快的现象, 这样的故障归类为调速类故障。1) 电动机出现启动速度过慢的原因如下:a.主动轮对轮缘表面有油污, 或者轨道表面有水或污物, 造成打滑。b.控制器线路中某些触头、连接导线短路或断路造成双电机只有一台工作运行。c.启动电阻应该短接的没有短接。2) 电动机出现启动速度过快的原因如下:a.启动电阻短路。b.电动机激磁绕组中某线圈短路。
1.3 电机车电机故障
当矿用电机车运行时, 出现牵引电动机过热或机壳带电等现象, 这样的故障归类为电机故障。
电机故障主要有以下原因:1) 电动机过载运行时引起温升过高。2) 轴承缺油或油量过多。3) 整流子表面发生强烈火花和碳刷压力过大使整流子过热。4) 时间内频繁启动或长时间在启动状态下运行。5) 引的矿车数太多。6) 电枢别线圈间或匝间短路, 激磁绕组接地或短路。
1.4 其它常见的电气控制系统故障
1) 电机车轮对轴承或抱轴承过热, 产生原因:轴承损坏;润滑油不足或不洁;轴承外套与轴承箱松动, 发生相对转动;轴承间隙不合适;轴承外盖歪斜卡轴承。2) 照明灯不亮和发暗, 产生原因:电源线或接地线断路;熔断丝烧断;灯开关触头接触不良或烧损;多管并联时的照明电阻中有断路存在。3) 蓄电池电源的装置电压急剧下降, 产生原因:蓄电池组中, 有若干只蓄电池“反极”;电源装置由于内部或外部因素造成正、负极直接短路;电源线与蓄电池极柱或插销连接器接触不良。
2 电气控制系统故障排除方法及措施
2.1 启动类故障排除方法及措施
1) 检查受电器是否发生断路, 可能是由于弹力不足使滑板没有与架空线接触或电源线断线、接线端子松脱。2) 检查牵引电动机的主磁极或换向磁极线圈是否断路, 连接导线或接线端子是否断路, 或电刷与换向器接触不良。3) 检查自动开关的触头是否烧损脱落, 电源导线是否折断, 也可能是接线端子脱落或磁力线圈断路。4) 检查电网电压是否过低, 升高线路电压。5) 启动电阻断路, 更换启动电阻。6) 由于控制器的主触头和辅助触头脱落或者接触不良, 导线折断。
2.2 调速类故障排除方法及措施
1) 电动机启动速度过快的故障的排除方法及措施:a.更换相同型号已短路的起动电阻;b.使用摇表检查电动机励磁绕子的绝缘情况, 若确定励磁绕组短路及时更换和维修改电动机。2) 电动机启动速度过慢的故障的排除方法及措施:a.使用排除法, 逐级检查确定启动速度过慢的档位或者位置;b.检查相应过速位置上的起动电阻或者导线是否短路, 并及时维修处理。3) 维修控制器或电动机接线。
2.3 电机车电机故障排除方法及措施
1) 电机车负载过大, 减轻机车所带负载。2) 合理安排电机车工作时间和频率, 防止避免短时间内多次起动和长时间工作。3) 使用摇表检查电机车电枢或励磁绕组的绝缘情况, 若短路及时维修。4) 重新校正电刷的位置, 确保在中性线上。5) 检查电机车整流子表面是否有碳化现象并及时处理, 检查碳刷压力是否正常并调节。6) 检查电动机轴承油量是否过多, 减少轴承润滑油的量。
2.4 其它电气控制系统故障排除方法及措施
1) 电机车轮对轴承或抱轴承过热, 排除方法及措施:a.检查电机车轴承是否完好, 更换已损坏的轴承;b.检查润滑油量, 及时添加轴承润滑油;c.调整轴承间隙;d.调整修配有关零部件。
2) 照明灯不亮和发暗, 排除方法及措施:a.使用稳压器稳定照明电路的工作电压。b.检查灯头和灯开关的接触情况是否正常并加固或者更换。c.检查多管并联电路中的照明电阻是否断路并更换。d.检查照明电路的保险丝是否烧毁并及时更换相同型号的保险丝。e.检查电机车照明电路各部分导线是否短路或异常断路并处理。
3) 蓄电池电源的装置电压急剧下降, 排除方法及措施:a.检查电源装置的电机是否短路, 并及时处理。b.检查蓄电池是否反接, 并及时处理。c.检查电源线和蓄电池接点是否有氧化等现象, 及时处理。
3 结语
熟悉掌握矿用电机车在使用中常见的电气故障、产生原因及其处理方法, 有利于快速排除故障, 解决工作中的实际问题, 以提高运输效率, 确保矿井的安全生产, 促进煤炭企业向前快速高效发展。
摘要：随着我国煤矿开采工业的发展, 矿用电机车在煤矿生产中被广泛应用。本文就矿用电机车在电气控制系统方面的故障产生的原因、排除方法及措施进行分析。
关键词：矿用电机车,电气控制系统,故障分析
参考文献
[1]于金海, 李顺达.现代煤矿电工常用技术手册[M].北京:当代中国音像出版社, 2003.
[2]郭英杰, 张瑞强.薄煤层矿井架线电机车常见故障的处理及处理方法[J].科技传播, 2011.
[3]王松玉, 靳永刚, 郅玲玲, 李亚平.矿用电机车的常见故障与处理[J].矿山机械, 2008.
[4]武钰.煤矿电动机常见故障分析及维护研究[J].中国科技博览, 2011.
矿用电机车运输安全防护技术研究 篇4
关键词：矿用电机车,运输安全,安全防范技术
近年来煤炭市场一片繁荣, 所以井下的运输作业也越来越忙, 通常来说有两种方法应对这种情况。一种是增加车次, 但是由于矿车滞留、矿车损坏等不确定因素反而导致矿车利用率变低。另一种是提高车速, 但是也造成了诸多问题。比如由于司机疲劳驾驶、注意力不集中、判断失误等原因, 造成追尾、相撞等事故。所以对矿用电机车运输安全防护技术进行研究对于提高煤炭行业的安全性能、降低风险具有重要意义。
1 矿用电机车运输安全防护技术的总体设计
本防护系统由地面控制中心、井下两部分组成。
地面控制中心主要由电源、系统主机、服务器、监视器等组成。其中主机主要进行收集数据、分析处理数据以及数据的记录, 并对系统的功能、具体参数进行设置;系统应当采用双机热备份结构, 从而确保系统的可以进行不间断工作, 监视器的作用就是显示摄像头采集到的影像, 服务器主要负责数据、视频的储存。此外系统应当提供网络服务功能, 这样调度室、领导、总工程师就可可以通过办公室的电脑接入系统进行实时查询、检索以及打印。
井下部分主要有电缆、防爆兼本安电源、防追尾报警器、传感器、感应器以及以太环网。其中防追尾报警器应当安装在控制室, 当机车遇到红灯、与其他机车之间的距离太近或者超速等情况时, 报警器在发出警报的同时还会采取一定的制动措施;无线射频卡主要负责矿车、井下工作人员的数据交换;至于传感器则要视其安装位置来决定它的作用。在工作过程中, 首先由无线射频卡接受机车的ID号码以及防追尾报警器发出的数据, 然后经以太环网将这些信息传递到地面控制中心, 由服务器将接收到的信息统一写入数据库, 并对这些数据进行统计、分析, 从而为管理人员的查询、管理提供便捷的服务。
2 设计方案
2.1 指导思想
本系统是依据企业的实际情况, 将矿用电机车的检测、防撞击、防追尾、防超速等一系列功能融合到一起, 形成一个完善的矿井运输安全保护系统, 从而提高矿坑轨道运输的安全性, 降低安全事故的发生风险。而且在安全事故发生以后还可以从系统中查找事发前后机车运行的数据资料, 为寻找事故原因, 总结经验教训提供依据。
2.2 设计原则
简便性:在保证数据能够有效传输的前提下, 尽量少铺设电缆设备。
灵活性、适应性:简单来说就是当外界环境发生变化时, 系统仍然可以使用或者通过微调依然可以使用, 不需要重新开发新系统。
一致性:系统中的信息应当采用统一标准, 包括信息编码、信息采集、通信等都必须做到标准一致, 此外系统作为一个整体, 应当尽量保证功能的齐全性[1]。
3 主要功能
3.1 防相撞、防追尾
在系统安置射频通讯模块, 该模块可以对机车的状态进行连续不断的检测、并对两个机车之间的距离进行判断、并输出警报, 从而保障机车的行车安全。在同一巷道上, 当一辆机车附近出现其他机车时, 会对其他机车的车号进行循环显示, 此时报警器也会红灯闪烁, 并发出报警提示音;当两辆机车运行在同一轨道上, 并相互靠近时, 射频模块除了发出信号, 还会接收到一组信号。处理器会对这一信号进行处理, 然后发出两路控制信号, 一路发向报警器, 进行语音提示, 另一路发向机车变频器, 控制机车速度[2]。
3.2 防超速
报警器可以对机车的速度进行连续的实时监测、当机车超速时, 会输出控制信号, 进行报警, 并调节机车的调速器进行减速。当机车行驶至危险距离时, 报警器的多种触点会发动, 此外还有一机械联动装置, 用来带动气刹, 控制机车在危险情况下紧急刹车。
3.3 机车定位
对机车的分布状况进行全面、实时的监测, 控制台可以看到当前某一区域机车总数、机车的运行状态等情况, 同时还可以对机车的行车线路进行记录, 并生成轨迹记录, 供有关人员查询[3]。
4 结论
随着煤炭开采机械化水平的不断提高, 巷道越来越深, 矿井对电机车的依赖会越来越大, 与此同时, 矿用电机车运输安全也越来越受到人们的关注。笔者根据自己多年的工作经验, 结合企业的实际情况, 设计出了一套电机车运输安全防护技术系统, 希望对提高机车运输安全有所帮助。
参考文献
[1]梅东.矿用电机车运输安全防护技术研究[J].科技视界, 2013, 07 (04) :11-14.
[2]刘静.矿用电机车防滑控制系统的研究[D].西安科技大学, 2013.
矿用柴油机车 篇5
1 脱轨原因分析
1.1 轨道原因
水泥石矿建成投产于1985年, 当时轨道施工是本矿自行施工, 由于缺乏经验, 道床, 钢轨铺设、道岔等都难以完全达到质量标准和要求, 建矿初期由于产量小、车速慢、单车运行, 很少发生脱轨事故。到了1998年, 企业实施了扩能改造, 生产能力由60万吨/年逐年提高到300万吨/年, 电机车由单车运行改为双车运行, 虽然1998年对电机车轨道进行了改造, 但钢轨采用的是铁路部门淘汰的旧钢轨, 枕木采用的是木枕木, 且防腐处理也不是很好, 运行几年后, 脱轨事故频发, 严重影响了企业正常生产和员工的人身安全, 因脱轨事故给企业造成了很大的经济损失。
第一, 道岔原因。我矿属于平洞运输方式, 拥有轨道2.7km, 设有自动道岔五组因道岔问题造成脱轨事故率最高, 主要原因重车运输车速快, 过道岔时振动大, 道岔转折部位维护不到位, 经常造成尖轨、连杆、连接销脱落, 尖道跳动, 尖轨不密切或尖轨磨损严重, 在机车的振动下容易与基本轨分离, 造成脱轨事故。
第二, 道床不实及轨距不标准。由于生产任务重, 轨道长时间得不到正常的维修造成相当部分道床不实, 轨距不达标, 列车在行驶过程中上下颠簸, 左右摇摆, 颠簸严重时造成列车碰头、脱钩、丢矿车斗, 一旦机车加速, 后面丢的电车斗跟上来发生碰撞, 造成列车脱轨。
第三, 枕木原因。枕木将连根钢轨联系在一起固定钢轨位置, 使其保持一定的轨距, 不因其受力作用而产生纵向及横向位移, 枕木的质量好坏、维护如何, 直接影响到电机车的运行质量, 铺设在一个路段上的枕木其强度、韧性及承受载荷的能力都不一样, 不能保证整个轨道的强度及弹性均匀。枕木和垫板之间靠道钉连接, 有时道钉松动, 由于平洞里的枕木本身防腐处理就不是很理想, 加之洞里恶劣环境的影响, 道床排水不畅、积水较多, 加速枕木的腐烂, 这些原因, 都可能导致在车辆通过时钢轨起落, 垫板松动, 造成列车脱轨事故。
第四, 鱼尾板原因。由于轨道存在吊板、小坑及下沉翻浆冒泥等原因, 造成鱼尾板与钢轨见不密贴, 在列车通过时发生剧烈下沉, 使钢轨鱼尾板发生挠曲产生超应力现象, 以及鱼尾板锈蚀而造成钢轨鱼尾板断裂。此外, 轨距不良、铁路方向不正、弯道不标准、道钉没垂直靠紧、防爬器安装不当, 轨底不合格以及接头松软等原因, 也会造成鱼尾板和钢轨之间产生严重的磨损。
第五, 弯道不标准。由于列车进入弯道时产生较大的离心力, 且速度越快离心力越大, 在离心力的作用下, 车轮轮缘挤压外轨使外轨磨损加速增加运行阻力, 极易造成车辆甩出脱轨。
1.2 矿车原因
我矿电机车已使用20多年, 矿车斗因企业困难资金紧张, 得不到及时的报废更新, 反复修理反复使用, 存在着不同程度的安全隐患, 尤其是因为脱轨事故的频繁发生, 使矿车斗的损坏相当严重, 车架变形、轮缘磨损超限、断轴、轴承损坏, 碰头高低不平, 车轮窜轴等都极有可能导致车辆发生脱轨事故, 特别是断轴导致的脱轨事故尤为严重。另外车辆超载、偏载致使车辆行驶颠簸、跳动严重, 车速加快时也容易造成脱轨事故。
1.3 人为原因
驾驶员违反操作规程、疲劳驾驶、注意力不集中, 不能及时发现电机车在牵引过程中发生的异常情况, 作业前未对车辆的完好情况进行检查或检查不仔细, 致使车辆带病行驶, 列车在行驶过程中驾驶员增减速度或紧急刹车, 驶入道岔之前不能及时发现信号变化, 发生空车与重车相撞事故造成脱轨。在摘斗和挂斗作业列车驶过弯道和道岔时, 速度过快、冲力大, 车辆缓冲受力方向未遂曲线改变等都极易造成人为的脱轨事故发生。
2 防范措施
针对我矿生产规模不断加大, 电机车运输任务日趋繁重以及发生脱轨事故的种种原因, 制定卓有成效的防范措施。
2.1 随着企业经济形势的好转, 加大了电机车轨道的资金投入
针对原矿运输环节由于轨道原因引起的脱轨事故比例较大的情况, 聘请铁路部门专业技师指导, 对电机车轨道进行全面大修, 更换不合格的枕木, 彻底检查信号道岔的灵敏度, 对尖轨磨损严重的要更换。曲线段钢轨磨损严重的也必须更换, 有条件的情况下按间隔多加轨距杆, 以保证列车在高速运行中, 钢轨能保持不变形或少变形, 一直保持标准的规矩。定期向枕木底下捣固道渣, 以保证整个道路的平坦、弹性均匀, 设专人每天巡回检查道路情况, 发现道钉或鱼尾板螺栓松动及时维修砸实、紧固, 保持钢轨接头的平整, 道岔尖轨的密贴等。2.2加强设备管理, 作业前要对电机车斗进行全面细致的检查, 绝不让电机车带病运行, 及时排除矿车故障, 保持电机车运行状态完好
定期对轴承注油, 紧固各部螺栓, 及时更换已缺损、磨损的车轮、车架、轮轴、轴承等零部件, 装车不超载、不偏载。
2.3 对电机车驾驶人员加强管理, 严格要求
认真执行电机车运行岗位操作规程, 严禁无证驾驶、疲劳驾驶、酒后驾驶, 列车在运行时不得超速, 减速或滑行在曲线段以及过道岔时, 适当加速再减速, 防止电机车挤撞在一起。在曲线段或推车过道岔时应反复加减速度, 改变电机车受力方向, 使电机车顺利经过曲线或道岔, 无特殊情况应避免通过道岔或弯道时, 实施紧急制动, 熟悉线路情况, 正确适时加减形车速度, 减少运行车辆的相互碰撞, 并注意监视机车运转情况和负载牵引情况, 及时发现矿车脱轨事故隐患, 必要时停车处理。
摘要：文章针对电机车在作用过程中发生的常见脱轨事故, 进行了原因分析, 并对如何减少或避免事故提出了防范措施。
矿用柴油机车 篇6
直流调速系统由于结构简单、控制容易, 在矿用电机车上使用广泛。但其所采用的直流电动机在实际运行过程中, 存在转子线圈易烧毁、换向铜头易磨损、碳刷磨耗高等诸多缺陷, 加上煤矿井下恶劣的工作环境, 故障率较高, 需要定期停车维护, 严重影响了煤矿的日常生产。郭凤仪等人尝试对传统的直流调速系统控制算法进行改进[1], 提高了控制精度, 但直流电动机固有的缺陷仍然无法避免。近年来有许多学者尝试将交流调速系统应用到电机车上[2-3], 取得了一定成果, 但离实用化还有一定的差距。
永磁同步电动机 (Permanent MagnetSynchronous Motor, PMSM) 作为交流电动机的一种, 其转子采用永磁材料制成, 电动机体积小, 能量密度大, 几乎免维护, 非常适合在煤矿井下使用。但PMSM数学模型复杂, 控制难度较大。王志宇等人提出的基于滑模变结构的PMSM调速系统[4], 使得电动机的转矩脉动较小。段建民等人将矢量控制技术应用于基于PMSM的电动助力转向控制系统中[5], 控制精度高, 但响应速度稍差。直接转矩控制[6]策略将电动机的转矩作为直接控制对象, 采用空间电压矢量的分析方法, 实现转矩和磁链的双闭环控制, 控制精度高, 转矩响应快。为此, 笔者在PMSM的基础上, 采用直接转矩控制算法, 设计了一种矿用电机车调速系统, 可以很好地满足电机车在煤矿井下的运行要求。
1 系统总体结构
基于PMSM的矿用电机车调速系统总体结构如图1所示, 电机车所携带的蓄电池为系统提供直流电压, 通过电容滤波后由三相逆变电路转换成三相频率可调的交流电, 进而驱动PMSM牵引电机车运行。
该系统主要由主电路、检测电路、控制回路3个部分组成。主电路包括蓄电池、滤波电容、三相逆变电路、PMSM等, 用于完成功率变换和电机车牵引。检测电路包括PMSM的电流检测电路、蓄电池的电压检测电路、基于光电编码器的转速检测电路以及故障检测电路, 这些检测电路可以实时读取系统的电压、电流、温度等参数, 用于闭环控制和故障检测。控制回路由TMS320F28335控制板、PWM驱动电路、用户显示屏和操作按钮等构成, 用于控制三相逆变电路和进行人机交互。
2 PMSM直接转矩控制策略
2.1 PMSM数学模型
在进行直接转矩控制的过程中, 首先需要进行Clarke变换, 将abc三相静止坐标系变换到两相静止α-β坐标系。
三相电流坐标变换公式为
式中:iα, iβ分别为定子电流在α-β轴上的分量;ia, ib, ic分别为三相定子电流。
α-β坐标系下定子磁链方程为
式中:uα, uβ, Ψα, Ψβ分别为定子电压和磁链在α-β轴上的分量;R为定子绕组的阻值。
PMSM电磁转矩方程为
式中:p为电动机极对数。
磁链的模和位置角的计算公式分别为
2.2 直接转矩控制策略
直接转矩控制的核心思想就是采用空间电压矢量的分析方法, 根据测量得到的电动机三相定子电流和逆变器直流侧电压udc等参数, 实时计算出电动机的电磁转矩和磁链, 并通过双闭环的控制方法对定子磁链和电磁转矩进行直接跟踪控制。PMSM直接转矩控制原理如图2所示, 虚线框中的功能全部由DSP中的程序实现。
如图2所示, PMSM的三相定子电流ia, ib, ic通过Clarke坐标变换可以得到定子电流在α-β轴上的分量iα, iβ。通过开关状态和逆变器的直流侧母线电压udc可以计算出定子电压在α-β轴上的分量uα, uβ。将iα, iβ, uα, uβ代入式 (2) 得到Ψα, Ψβ, 并由此求取Ψs和θk。将Ψs与圆形旋转磁链给定Ψ*s作比较, 结果输入磁链滞环得到磁链的变化方向λ。由式 (3) 可以计算得到电磁转矩Te, 将实测的转速ω同给定转速ω*做比较, 通过PI环节得到转矩给定T*e, 将T*e与Te比较输入转矩滞环得到转矩的变化方向τ。根据τ, λ, θk查开关状态选择表得到逆变器的控制信号Sa, Sb, Sc, 从而实现PMSM的直接转矩控制。
定Te*, 将Te*与Te比较输入转矩滞环得到转矩的变化方向τ。根据τ, λ, θk查开关状态选择表得到逆变器的控制信号Sa, Sb, Sc, 从而实现PMSM的直
3 系统主要电路设计
3.1 三相逆变电路
为了提高系统的可靠性, 三相逆变电路采用IGBT模块。与传统分离式的IGBT功率组件不同, IGBT模块把功率器件集成在一起, 体积更小, 可靠性更高。其内部还含有过流、过压、欠压和过热等故障检测电路, 当相关故障发生时, 一方面可以通过故障输出引脚向DSP发送相应的故障信号, 另一方面内置的快速保护电路也会迅速动作, 保证IGBT模块本身不受损坏。
由于DSP输出的3.3 V电平无法直接驱动IGBT模块, 同时为了实现高压回路和控制回路的隔离, 需要在两者之间添加一个PWM驱动电路。这里采用IR2110驱动器, 它具有光电隔离的优点, 内部主要由3部分组成:逻辑输入、电平转换及输出保护。由于采用了自举电源, 只需要1路电源即可实现对主电路1 个桥臂的控制。图3 为基于IR2110的单桥臂驱动电路。C2, C3为滤波电容, C1和VD1分别为自举电容和二极管, 用于反复充放电, 为驱动IGBT模块提供能量。
3.2 电流检测电路
根据需要采用霍尔传感器 (LEM) 对电动机的电流信号进行检测, 如图4所示。传统的电阻分压测量方法需要电压跟随、信号放大等电路, 结构复杂, 可靠性差。LEM由霍尔电磁感应原理制成, 其外围电路简单、测量精度高、动态性能好, 电流跟踪速度高于60A/μs, 并且抗外界磁场干扰能力强, 可以长时间无故障工作, 适合在煤矿井下使用。
LEM输出的信号通过C1和R1滤波后, 再由R2和R3进行分压输入电压跟随器的正向输入端。输出的信号接DSP的ADCIN0引脚, 进行电流信号的AD采样。同时信号输入由LM324构成的电压比较器的反向输入端, 通过改变R4和R5的大小就可以改变比较器的阈值。一旦LEM检测到的电流大于设定值, 就会使DSP的PDPINTA引脚置0, 从而触发DSP内部的硬件中断, 快速关闭PWM信号输出。
3.3 电动机转速检测
在PMSM的轴上安装增量式光电编码器, 实时检测电动机的转速。光电编码器一共输出A, B, Z三路脉冲信号, 其中A相和B相每输出一个脉冲就代表转子的一个增量位移, 同时A, B的相位互差90°, 通过相位的比较可以判断转子的旋转方向。Z相在转子旋转1周时才会产生1个脉冲, 用来指示转子的机械位置。转速检测电路如图5所示。
A, B, Z三路信号经过滤波后, 通过光耦TLP521-4的隔离和74HC14的整形, 送到DSP的捕获接口CAP1, CAP2, CAP3进行捕获中断处理, DSP通过计算每个通道2次捕获之间的时间差, 就可以进一步计算出转子的转速和位置。
4 软件流程
基于PMSM的矿用电机车调速系统的程序主要包括1个主程序和2个中断子程序, 如图6所示。
系统上电以后, 首先调用初始化子程序对系统进行初始化操作, 包括TMS320F28335内部时钟的初始化、中断子程序的初始化、A/D采样模块的初始化、I/O口对应寄存器的初始化以及PWM输出模块的初始化等。然后检测是否有启动指令, 一旦检测到用户下达启动指令, 立刻调用启动子程序, 完成电机车的启动。接着循环读取用户的速度给定, 通过转速环调节子程序和磁链环控制子程序实现电机车转速和磁链的双闭环控制。
5 实验结果
实验采用TBQ-22YC矿用隔爆型PMSM, 额定功率为22kW, 额定电压为130V, 额定电流为140A, 电动机转速为200~1 500r/min。控制芯片为TMS320F28335, 采用直接转矩控制策略进行调速。在电动机带额定负载运行时, 对其进行相关测量。图7 (a) 为通过霍尔电流传感器测得的相电流波形, 图中纵向每格表示电流为50A。图7 (b) 为电动机的线电压波形, 采用50倍衰减电压探头测量, 图中纵向每格表示电压为50V。图7 (c) 为测量的电动机转矩波形, 由测功机输出, 纵向每格表示转矩为60N·m。图7 (d) 为安装在电动机轴上的光电编码器输出, 曲线1和曲线2分别为光电编码器A相和B相的波形, 其中A相超前B相90°, 表示电动机处于正转状态。A, B两相脉冲的周期相同, 均为40μs。
从图7 (a) 、图7 (b) 可看出, 该调速系统输出电压稳定, 输出电流波形接近于正弦波。从图7 (c) 、图7 (d) 可看出, 该系统工作性能良好, 电动机转矩脉动小, 转速稳定, 调速系统的动态响应速度快。
6 结语
针对井下特殊的工作环境和蓄电池电机车运行的实际需要, 设计了一种基于PMSM的矿用电机车调速系统。该系统采用模块化设计方法并且使用永磁电动机牵引电机车, 可靠性高、维护量小。实验结果表明, 该系统启动转矩大、启动速度快。在低速运行时, 转速稳定, 转矩脉动较小, 系统的整体调速性能良好, 适合在煤矿井下使用。
参考文献
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[5]段建民, 胡建峰.基于PMSM的电动助力转向控制系统设计[J].微特电机, 2012, 40 (2) :48-50.
矿用柴油机车 篇7
PLC是将继电器控制的概念和设计思想与计算机技术及微电子技术相结合而形成的。在实际应用中, PLC编程方法往往采用梯形图的设计方式, 但由于梯形图是计算机程序设计与电气控制设计相结合的产物, 编程者过多地依赖已有的编程经验和已有的PLC控制程序, 因此, 传统的PLC编程方法远远不能满足现在程序开发的需要。
随着工业自动化水平的飞速发展, 更多先进的控制理论和控制方法应用到工业自动化发展中, 编程软件中的小功能块已经无法满足技术成熟的大规模工业PLC程序的模块化需求[1]。另外, 现在很多大的集团公司和企业都拥有自己独立的技术和丰富的设计经验, 拥有自己的品牌产品, 但是他们生产或设计另一台相似的工业设备后, 还需要程序员重新编写相似的程序和大量的程序校核, 很少有一个固定的程序模式, 更缺少把程序模块化。所以, 完善矿用车辆行业的程序模块化功能将加快设备的调试进程, 有利于设备的运行和维护。本文针对矿用蓄电池电动机车控制系统程序的设计, 来说明PLC程序模块化的工业应用。
1 蓄电池电动机车的工作过程及其控制系统
1.1 蓄电池电动机车的工作过程
(1) 先将蓄电池的插销连接器插上, 注意正负不要插错。
(2) 再将车头驾驶室侧壁上的“总电源开关”旋至“开”位置。
(3) 将钥匙插入前 (后) 操作台的“钥匙开关”里并旋至开位置, 油泵电动机自动启动约5 s, 显示器上电显示。此时为整车系统压力检测阶段, 检测后整车系统压力进入正常状态。压力检测结束后, 变频器充电, 充电完成后主接触器吸合, 喇叭鸣响一声提示充电结束。
(4) 操作人员等待喇叭鸣响一声提示充电结束后, 将“前进/停止/后退”按钮旋至前进或后退位置, 从而确定机车行驶方向。机车进入行走运行准备好状态。
(5) 将“前/后车灯”开关旋至“前车灯”位置, 车辆前面一盏照明灯点亮, 同时后面一盏信号灯点亮。
(6) 将“喇叭”按钮按下, 警示附近人员, 并观察工作现场, 确认不能发生机械和人身事故后方可开车。
(7) 将机车调速手柄向前推至加速档位, 牵引电动机开始工作, 机车开始运行。当需要调整车速时, 操作司控器向前 (加速) 或向后 (减速) 来控制机车的行驶速度。
(8) 当机车需要自由停车时, 先将“前进/停止/后退”开关旋至停止位置, 使机车进入自由停车模式。
(9) 待机车完全停稳后, 操作人员需关闭照明, 拔下车钥匙, 将“总电源开关”旋至“关”位置, 拔下插销连接器并插到插销座上, 方可离开车。
1.2 控制系统硬件结构
蓄电池电动机车控制系统硬件结构如图1所示。
1.3 软件程序流程
蓄电池电动机车控制系统软件程序流程如图2所示。
2 PLC程序的模块化设计
功能块是实现模块化设计的基础[2,3,4]。蓄电池电动机车控制系统的PLC程序由若干个基本功能块叠加而成。基本功能块有系统初始化、故障检测、数据处理、行车、外设。功能块的建立使复杂的控制过程简单化, 大大提高了编程效率, 程序易于移植, 避免重复开发。利用PLC编程软件CoDeSys的可视化编程功能, 可以制作调试界面, 使调试更加直观、快捷、方便[5]。
蓄电池电动机车的行车功能块接线如图3所示, 其输入、输出端参数如表1所示, 程序说明如下:
蓄电池电动机车的控制器通过接收采集板数据, 识别操作台上控制开关、按钮、加速手柄等信息, 机车的启动停止、加减速、正反转等动作由开关量信号控制, 操作手柄能够实现车辆的无级调速, 而且变频器还能够传送电动机电流、温度、频率、故障字等数据到控制器, 控制器将计算处理后的数据信息按照预定好的通信协议通过CAN总线发送给显示器, 在显示器上对整车各参数进行监控。
可视化调试界面如图4所示, 程序说明如下:
该可视化调试界面用于离线调试, 调试者只需用鼠标改变变量状态或者输入模拟数据值, 便可模拟实际情况调试机车到最佳状态。
3 结语
蓄电池电动机车控制系统采用模块化程序设计方法使软件具有通用性, 可以软件结构的不变和程序的少变去适应控制功能的变化, 从而缩短控制系统的设计和调试周期。同时, 模块化开发也为系统的升级改造及系列化开发创造了条件, 并能在保证系统稳定性和产品质量的基础上, 降低开发成本。
参考文献
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