氣動(dòng)保護(hù)傳感器在無軌膠輪車中的應(yīng)用

張世男，莊 園

（兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)寧三號(hào)煤礦，山東 濟(jì)寧272000）

0 引 言

WC40E 鏟板式支架搬運(yùn)車做為煤礦運(yùn)輸大件設(shè)備的主選車型，主要用于搬運(yùn)綜采及高檔普采工作面40t 以下的支架運(yùn)輸作業(yè)，是綜采工作面大型設(shè)備運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，也可作為多功能運(yùn)輸車使用，用來搬運(yùn)皮帶、移變，一車多用，使用靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，是煤礦井下輔助運(yùn)輸?shù)闹髁υO(shè)備。WC40E 鏟板式支架搬運(yùn)車采用電子式安全保護(hù)系統(tǒng)，溫度傳感器為電子式傳感器，在車輛實(shí)際運(yùn)行過程中，傳感器受到煤礦井下高溫、潮濕的作業(yè)環(huán)境影響，車輛在運(yùn)行中頻繁出現(xiàn)誤報(bào)警、熄火、保護(hù)系統(tǒng)失效等故障，保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致車輛無法運(yùn)行，保護(hù)系統(tǒng)失效使在車輛運(yùn)行時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)得不到有效保護(hù)。因此，減少傳感器故障率對(duì)于保證車輛正常運(yùn)行、減少車輛維修成本有著重要意義。

1 保護(hù)系統(tǒng)原理

WC40E 鏟板式支架搬運(yùn)車保護(hù)系統(tǒng)采用電子式安全保護(hù)，由保護(hù)裝置主機(jī)、溫度傳感器、油壓傳感器、水位傳感器、斷氣電磁閥、熄火氣缸、阻風(fēng)門氣缸等部件組成。其中，溫度傳感器主要由內(nèi)循環(huán)溫度傳感器與外循環(huán)溫度傳感器組成，其作用是在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)下持續(xù)對(duì)車輛的冷卻系統(tǒng)水溫進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)冷卻系統(tǒng)溫度超過一定溫度時(shí)強(qiáng)制車輛停機(jī)，減少冷卻系統(tǒng)高溫對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸墊及其它零部件的損害。溫度保護(hù)系統(tǒng)的工作原理是當(dāng)傳感器感應(yīng)到對(duì)應(yīng)的冷卻系統(tǒng)溫度超過100℃時(shí)，傳感器向柴油保護(hù)裝置主機(jī)發(fā)送信號(hào)，柴油保護(hù)裝置主機(jī)通過信號(hào)對(duì)斷氣電磁閥控制切斷車輛的熄火氣缸與阻風(fēng)門氣缸供風(fēng)，由于車輛的熄火氣缸與阻風(fēng)門氣缸均為本質(zhì)安全型氣缸，在氣路切斷后兩氣缸關(guān)閉，熄火氣缸關(guān)閉后將切斷高壓油泵的柴油供給，阻風(fēng)門氣缸將車輛阻風(fēng)門關(guān)閉，從而切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣供給，從而達(dá)到強(qiáng)制車輛停機(jī)的目的，通過熄火停機(jī)的方式以提醒檢修人員及時(shí)檢查維修車輛故障，從而減少冷卻水溫過高對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成的損害，支架車溫度保護(hù)系統(tǒng)原理如圖1 所示。然而在實(shí)際使用過程中，電子傳感器及其電路元件頻繁故障，導(dǎo)致車輛溫度保護(hù)系統(tǒng)不靈甚至失效，不能在車輛高溫時(shí)及時(shí)發(fā)送相應(yīng)信號(hào)，甚至在冷卻系統(tǒng)未高溫時(shí)產(chǎn)生誤動(dòng)作導(dǎo)致車輛熄火，失去對(duì)車輛的保護(hù)作用。且電子傳感器的更換程序非常復(fù)雜，需將電子傳感器及連接的電纜整體更換，拆裝過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，消耗工時(shí)較多。綜上所述，保證車輛保護(hù)系統(tǒng)的正常有效應(yīng)從降低溫度傳感器的損壞開始。

圖1 支架車溫度保護(hù)系統(tǒng)原理圖

2 故障分析及對(duì)策

電子傳感器是將外界的信號(hào)收入進(jìn)來然后轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行處理的傳感裝置，廣泛運(yùn)用于地面、煤礦井下車輛以及其他工程機(jī)械保護(hù)系統(tǒng)中，其頻繁故障原因?yàn)殚L時(shí)間在煤礦井下高塵、潮濕環(huán)境中作業(yè)，造成的電子元件受到灰塵、潮氣影響，出現(xiàn)短路、接觸不良等問題，從而影響傳感器的監(jiān)測(cè)性能。除電子傳感器外，煤礦常用的傳感器還有氣動(dòng)傳感器。氣動(dòng)傳感器是將外界信號(hào)轉(zhuǎn)換為氣壓通斷信號(hào)進(jìn)行處理的裝置，集信號(hào)收集、轉(zhuǎn)換于一體，在使用中受到環(huán)境的影響較少，較電子溫度傳感器更加適用于工作環(huán)境較為惡劣的機(jī)械、設(shè)備中。經(jīng)過對(duì)兩種傳感器進(jìn)行對(duì)比分析，相較于電子傳感器，氣動(dòng)傳感器有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）適合在惡劣環(huán)境下工作，氣動(dòng)傳感器工作介質(zhì)是氣體，內(nèi)部不存在精密的電子元件，在高溫、易燃、易爆條件下均可使用，對(duì)磁場(chǎng)、聲波不敏感，收到井下潮濕的工作環(huán)境影響遠(yuǎn)小于電子傳感器。

2）維護(hù)成本更低，更換更加便捷，相較于電子傳感器繁瑣的更換步驟，氣動(dòng)傳感器集信號(hào)收集及控制一體，直接更換傳感器探頭即可，無需同相應(yīng)管路一起更換，更換時(shí)長平均為電子傳感器的一半。

3）經(jīng)濟(jì)性更好，氣動(dòng)傳感器價(jià)格為電子傳感器價(jià)格的三分之一，且平均使用壽命較長，后續(xù)產(chǎn)生的維修費(fèi)用、工時(shí)較電子傳感器更少。

4）氣動(dòng)傳感器對(duì)工作環(huán)境要求較低，即使在大量的灰塵場(chǎng)合也能正常工作。

5）對(duì)熄火氣缸及阻風(fēng)門氣缸的控制更加直接，采用氣動(dòng)傳感器減少了信號(hào)轉(zhuǎn)換的過程，從而簡化系統(tǒng)，大幅避免了信號(hào)失真的可能。

6）安全性較高，氣動(dòng)傳感器內(nèi)部均為氣動(dòng)元件，維護(hù)簡單，不存在失爆情況的存在。

缺點(diǎn)：相比電子傳感器，氣動(dòng)傳感器缺點(diǎn)是氣動(dòng)控制的反應(yīng)速度不如電子檢測(cè)對(duì)系統(tǒng)的控制迅速。

經(jīng)過綜合分析，氣動(dòng)傳感器較電動(dòng)傳感器更適用于煤礦高溫、高塵環(huán)境，所以采用氣動(dòng)傳感器做為溫度保護(hù)的傳感器。

3 確定改造方案

將原有電子溫度傳感器改裝為氣動(dòng)傳感器，需對(duì)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行改造，由于原保護(hù)系統(tǒng)為傳感器通過連接柴油保護(hù)裝置主機(jī)，從主機(jī)向斷氣電磁閥發(fā)送電訊號(hào)，使用氣動(dòng)傳感器則不能通過此套系統(tǒng)進(jìn)行控制，必須通過加裝控制配件將保護(hù)系統(tǒng)重新整合，將斷氣電磁閥與氣動(dòng)傳感器并聯(lián)控制，通過加裝氣動(dòng)多路閥可完成此項(xiàng)改造，將斷氣電磁閥、外循環(huán)溫度傳感器與內(nèi)循環(huán)溫度傳感器并聯(lián)（如圖2），再通過加裝一位兩通閥連接熄火氣缸與阻風(fēng)門氣缸并與氣動(dòng)多路閥連接，從而保證了氣動(dòng)溫度傳感器正常使用的同時(shí)不影響柴油保護(hù)裝置主機(jī)的作用。

氣動(dòng)傳感器：感應(yīng)溫度并轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)的主要部件，是保護(hù)裝置的核心，氣動(dòng)傳感器集感應(yīng)與輸出為一體，可自動(dòng)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度，并以切斷氣壓做為信號(hào)直接實(shí)施信號(hào)輸出，可適用柴油保護(hù)裝置主機(jī)直接對(duì)熄火氣缸及阻風(fēng)門氣缸進(jìn)行控制，減少了中間繁瑣的控制過程，由于WC40E 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部具有空壓機(jī)，可自行向儲(chǔ)氣罐輸出氣壓，可以利用儲(chǔ)氣罐中的氣壓為傳感器提供氣壓支持。

氣動(dòng)多路閥：對(duì)氣路進(jìn)行整合的部件，起到分接頭的作用，將外循環(huán)溫度傳感器、內(nèi)循環(huán)溫度傳感器與斷氣電磁閥并聯(lián)，將輸出信號(hào)整合至同一氣路，并將氣壓輸出至一位兩通閥中。

一位兩通閥：一位兩通閥串聯(lián)于氣動(dòng)多路閥之后，通過閥芯的負(fù)反饋?zhàn)饔茫{(diào)節(jié)輸出壓力，將氣動(dòng)壓力調(diào)整為三者之和，當(dāng)氣動(dòng)壓力達(dá)不到此數(shù)值時(shí)，關(guān)閉氣壓輸出，達(dá)到從而達(dá)到保護(hù)同時(shí)有效的效果，一位兩通閥將輸入的氣壓分兩路分別連接熄火氣缸與阻風(fēng)門氣缸，在壓力不足時(shí)切斷氣壓供給，達(dá)到強(qiáng)制車輛熄火的目的。

圖2 溫度保護(hù)系統(tǒng)改造原理圖

4 支架車高溫保護(hù)系統(tǒng)的改造

通過使用同等型號(hào)的氣動(dòng)傳感器替換相應(yīng)的電子傳感器，并通過氣動(dòng)多路閥（如圖3）連接斷氣電磁閥、外循環(huán)溫度傳感器和內(nèi)循環(huán)溫度傳感器，將三路氣路進(jìn)行并聯(lián)操作，再通過調(diào)整一位兩通閥（如圖4）對(duì)整合的氣路壓力進(jìn)行調(diào)整，三路氣體常通時(shí)壓力達(dá)到閾值，熄火氣缸與阻風(fēng)門氣缸打開，車輛可以運(yùn)行，三路氣體中有一路切斷時(shí)，由于壓力達(dá)不到閾值，從而關(guān)閉氣路，熄火氣缸與阻風(fēng)門氣缸關(guān)閉，發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)制停機(jī)。

改造前后的效果如圖5、圖6 所示，經(jīng)過實(shí)踐，氣動(dòng)傳感器故障率顯著低于電子傳感器，有效保護(hù)了車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的完好。

圖3 氣壓多路閥

圖4 一位兩通閥

圖5 電子傳感器（改裝前）

圖6 氣動(dòng)傳感器（改裝后）

通過以上改造，將車輛溫度保護(hù)傳感器改裝為氣動(dòng)傳感器，傳感器的損壞率大幅降低，間接降低了車輛維修人員的工作強(qiáng)度，保證了車輛保護(hù)系統(tǒng)的完好率。

5 結(jié)束語

車輛溫度保護(hù)系統(tǒng)是煤礦無軌膠輪車發(fā)動(dòng)機(jī)的保護(hù)傘，是車輛安全保護(hù)系統(tǒng)的重要部分，保護(hù)系統(tǒng)的完好率直接影響著車輛的運(yùn)行效率及車輛的安全性。面對(duì)煤礦井下高溫、高塵的作業(yè)環(huán)境，本次實(shí)驗(yàn)通過對(duì)WC40E 鏟板式支架搬運(yùn)車的電子傳感器及氣動(dòng)傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)分析，選擇使用更適用于煤礦運(yùn)行環(huán)境的氣動(dòng)傳感器，對(duì)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了改造，在不影響原保護(hù)系統(tǒng)正常工作的同時(shí)，創(chuàng)新性的建立了一套有效的電子保護(hù)系統(tǒng)與氣動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)并行保護(hù)系統(tǒng)，有效降低了柴油機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的故障率、減少了維修成本和配件開支，對(duì)保護(hù)煤礦井下無軌車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的完好有著重要的意義。另外，此項(xiàng)改造也可應(yīng)用于其他煤礦無軌膠輪車的保護(hù)系統(tǒng)改造之中，降低柴油機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)故障率，提升車輛的運(yùn)行效率。