調(diào)車絞車及其電控系統(tǒng)的優(yōu)化改造

袁 軍

（山西焦煤西山煤電有限責(zé)任公司西曲礦選煤廠，山西 古交 030205）

引言

調(diào)車絞車是常用的煤礦運(yùn)輸設(shè)備，隨著煤礦開采需求的不斷增大，對(duì)調(diào)車絞車的工作效率的要求也越來越高。一方面要不斷提高調(diào)車絞車對(duì)大噸數(shù)精煤產(chǎn)量的運(yùn)輸效率，另一方面原調(diào)車絞車采用的是傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)故障率高、穩(wěn)定性差，嚴(yán)重影響設(shè)備的正常使用[1-3]，本文對(duì)調(diào)車絞車及其電控系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造，大大提高了整體的工作效率。

1 調(diào)車絞車系統(tǒng)的優(yōu)化

調(diào)車絞車系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、鐵牛、聯(lián)軸器、制動(dòng)器、減速器及摩擦器部件組成，絞車主機(jī)和輔機(jī)通過鋼絲繩連接在一起共同組成牽車系統(tǒng)，輔機(jī)包括調(diào)車鐵牛、導(dǎo)向輪、傳動(dòng)輪、改向輪、托繩輪、重錘等。電動(dòng)機(jī)的功率直接影響絞車的運(yùn)行速度和效率，針對(duì)4JDS-30型調(diào)車絞車的缺陷，主要從以下兩個(gè)方面優(yōu)化：電機(jī)功率的改變（將原來的45 kW 增大至55 kW）；鐵牛、拉緊裝置、改向輪和托繩輪的更換和安裝。

1.1 工作原理

調(diào)車絞車工作時(shí)先由電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，通過聯(lián)軸器帶動(dòng)減速器運(yùn)行，減速器使得摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過摩擦力使得鋼絲繩運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)列車運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變時(shí)，列車的運(yùn)動(dòng)方向也同時(shí)改變，最終達(dá)到調(diào)運(yùn)列車的目的。此外，絞車主機(jī)和輔機(jī)通過鋼絲繩連接在一起共同組成牽車系統(tǒng)，輔機(jī)包括導(dǎo)向輪、傳動(dòng)輪、改向輪、托繩輪、重錘等。

調(diào)車鐵牛是調(diào)車絞車系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)牽引的重要部件，鐵牛的上部的詹天佑鉤與列車連接，下部的接頭與鋼絲繩連接，鋼絲繩的另一端連接在鐵牛內(nèi)部的繩輪。此外，在鐵牛其他位置設(shè)立正副雙掛鉤，正鉤牽引車輛前進(jìn)，輔鉤防止車輛發(fā)生慣性自滑。

傳動(dòng)輪一般以兩個(gè)為一組，繩輪的直徑、轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向相同，再在傳動(dòng)繩輪的U型槽內(nèi)平行纏繞鋼絲繩，借由鋼絲繩與傳動(dòng)繩輪槽之間的摩擦力牽引鐵牛調(diào)運(yùn)列車作業(yè)，拉緊裝置是保持鋼絲繩恒定張力的裝置，由重力提供拉力，保證系統(tǒng)處于拉緊狀態(tài)，一般可分為重錘式拉緊裝置、固定式拉緊裝置和自動(dòng)拉緊裝置，此外，在調(diào)車絞車系統(tǒng)中的拉緊小車也屬于拉緊裝置，由繩輪和牽引架組成，拉緊小車在鋼絲繩的作用下沿軌道運(yùn)行，使得松邊鋼絲繩處于拉緊狀態(tài)，保持張力。

改向輪是調(diào)車絞車系統(tǒng)中起調(diào)整、改向作用的部件，根據(jù)輪徑大小可分為三種類型：Φ450 mm 改向輪、Φ800 mm-F1600 mm 箱 式 改 向 輪 和Φ800 mm-F1000 mm 開式改向輪，Φ440 mm 改向輪一般安裝在調(diào)車絞車兩端，Φ800 mm-F1600m 箱式改向輪為開啟箱式結(jié)構(gòu)，一般安裝在兩端車軌下，承載能力大、摩擦系數(shù)小、易于維護(hù)和更換，存在一般型和免維護(hù)型兩種類型，其區(qū)別在于保養(yǎng)方式不同。一般型改向輪需定期添加潤(rùn)滑脂，而免維護(hù)型一次性添加足量潤(rùn)滑油即可，優(yōu)化后的調(diào)車絞車系統(tǒng)全部采用免維護(hù)性改向輪。Φ800 mm-F1000 mm 開式改向輪被安裝在調(diào)車絞車的端頭以及中段軌道的外側(cè)。

托繩輪適用于鋼絲繩受力均勻且調(diào)車絞車系統(tǒng)以直線運(yùn)行的場(chǎng)地，一般與鐵牛配套使用，根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同安裝在不同的位置，支座高120 mm的長(zhǎng)托繩輪被均勻布置在軌道外側(cè)，支座高25 mm 被均勻安裝于軌道內(nèi)側(cè)。

1.2 安裝與調(diào)試

1）鐵牛、掛鉤及接頭：將鐵牛和掛鉤用鋼絲繩連接，為防止鋼絲繩出現(xiàn)打結(jié)、折彎、扭曲或松散的現(xiàn)象，將其用支架支撐并勻速展開。在距鋼絲繩頭約三分之一處穿入錐孔，將繩頭松散，去除繩芯，清洗鋼絲和錐孔，待鋼絲繩揮干后，折回彎鉤，放入錐孔內(nèi)，再灌入融化的巴氏合金液，保持鋼絲繩與接頭平穩(wěn)，等待至合金液凝固，防止鋼絲繩被空氣氧化腐蝕。確定系統(tǒng)鋼絲繩長(zhǎng)度，將鋼絲繩纏繞在單環(huán)鏈上并用繩夾固定。

2）拉緊裝置和拉緊小車：拉緊裝置安裝時(shí)先安裝天輪與塔架，依次安裝基礎(chǔ)定位和地輪，再將重錘組裝入架，兩塊重錘間的凹凸面需卡緊。塔架安裝時(shí)要確保其中心垂直偏差不能超過10 mm；拉緊小車安裝在軌道內(nèi)，通過鋼絲繩與拉緊裝置的重錘連接。拉緊裝置的安裝位置有一定要求，一般設(shè)置在傳送帶張力最小的地方，同時(shí)接近傳動(dòng)滾筒，必要時(shí)可增設(shè)多個(gè)拉緊裝置。

3）改向輪：改向輪需牢固安裝在軌道基礎(chǔ)之上。安裝成功后先在無繩狀態(tài)下試驗(yàn)，重點(diǎn)檢驗(yàn)改向輪是否運(yùn)行平穩(wěn)，各連接部件是否有松動(dòng)現(xiàn)象，密封處或部件組裝處有無漏油，軸承溫度變化是否超過40℃，若滿足以上條件，在改向輪上纏繞鋼絲繩后再次試驗(yàn)，確認(rèn)無誤后方可進(jìn)行調(diào)車作業(yè)。

4）托繩輪：托繩輪作為支撐部件，在安裝時(shí)需保證結(jié)合牢固、正反向轉(zhuǎn)動(dòng)靈活和耐磨。

2 電控系統(tǒng)的優(yōu)化

2.1 控制要求

調(diào)車絞車電控系統(tǒng)的主要功能有：控制絞車靈活實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)或停止、正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)、高速或低速運(yùn)行；設(shè)置絞車的行駛速度；實(shí)時(shí)監(jiān)控絞車的運(yùn)行狀態(tài)以及實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警功能。

2.2 改造方案

根據(jù)電控系統(tǒng)的控制要求，優(yōu)化后的系統(tǒng)方案為“觸摸屏-PLC-變頻器”控制系統(tǒng)，圖1 所示為控制系統(tǒng)流程圖，可編程邏輯控制器（PLC）是控制系統(tǒng)的核心，通過接受觸摸屏和變頻器的信號(hào)，在其內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算，經(jīng)過篩選后選擇西門子S7-200 系列CPU224，同時(shí)添加EM235 模擬量擴(kuò)展模塊；人機(jī)界面采用觸摸屏，能夠快速地實(shí)現(xiàn)對(duì)絞車的轉(zhuǎn)向等各種控制指令，實(shí)時(shí)顯示頻率、電流等狀態(tài)信息以及故障報(bào)警，使得人機(jī)交流更加簡(jiǎn)單直接，此處采用西門子TP177A型觸摸屏。

圖1 觸摸屏-PLC-變頻器控制系統(tǒng)流程圖

2.3 軟件設(shè)計(jì)

觸摸屏-PLC-變頻器控制系統(tǒng)主要由PLC 自上而下掃描編譯程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，其控制流程圖如圖2 所示。首先PLC 上電后將送電指令和啟動(dòng)指令的數(shù)據(jù)寄存器清零，系統(tǒng)初始化后變頻器送電，接著進(jìn)行高低速選擇，依次判斷是否執(zhí)行正轉(zhuǎn)控制、反轉(zhuǎn)控制，若系統(tǒng)出現(xiàn)故障，先判斷故障真實(shí)性，若故障存在，系統(tǒng)觸發(fā)故障報(bào)警并停機(jī)；若故障不存在，系統(tǒng)返回初始化。觸摸屏的組態(tài)是在WinCC flexible 2007 軟件中完成的，組態(tài)內(nèi)容包括電流值顯示、頻率設(shè)定、停送電和正反轉(zhuǎn)等操作按鈕，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，屏幕上立即顯示相應(yīng)的故障信息，方便工作人員查找和排除故障。電控系統(tǒng)經(jīng)過改造后，故障率大大降低，系統(tǒng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性顯著提高，為調(diào)車絞車的穩(wěn)定高效化運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

圖2 調(diào)車絞車程序流程圖

3 結(jié)論

1）通過提高電機(jī)的功率，增加鐵牛，更換絞車的拉緊裝置、改向輪和托繩輪，對(duì)調(diào)車絞車及其電控系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

2）針對(duì)傳統(tǒng)絞車控制系統(tǒng)的缺陷，采用“觸摸屏-PLC-變頻器”的控制方案，對(duì)調(diào)車絞車系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低了故障率，節(jié)約了人力和資源，為高精煤產(chǎn)量奠定了基礎(chǔ)。