矿用掘进机电气拖动及控制系统
摘 要
悬臂式掘进机是集截割、行走、装载及运输于一体的巷道掘进的综合化机组，是井下巷道掘进的主要设备。悬臂式掘进机电气拖动及控制系统作为掘进机中的核心技术，其控制性能的优劣直接决定了掘进机整体性能的优越与否。因此，对悬臂式掘进机电气拖动及控制系统的研究对推动我国掘进机的发展具有重要的意义。
本文在介绍悬臂式掘进机整体特点及发展状况的基础上，对其截割部、行走部的控制进行了详细的分析和研究，对EBZ160悬臂式掘进机电气控制系统进行了设计，并利用PLC工业计算机作为电控系统的核心控制器件，用软件实现复杂的逻辑关系，代替传统的继电器逻辑控制。系统结构简单、连接线少、可靠性高且易于维护和检修，实现过流、过载、断相保护和故障诊断、整机运行工况检测监视功能。
关键词:悬臂式掘进机； 电气系统； PLC可编程控制器；
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The mine roadheader electric drive and control
system
Abstract
Roadheader is integrated unit tunnel set cutting, walking, loading and transportation in one, is the main equipment of underground tunnel excavation. Boom-type roadheader electric drive and control system as the core technology of the tunnel boring machine, its control performance directly determines the overall performance of tunnel boring machine is superior or not. Therefore, study of boom-type roadheader electric drive and control system to promote the development of TBM in China has important significance.
This paper based on the introduction of boom-type roadheader overall characteristics and development status, control of the cutting department, Ministry of walking are analyzed and studied in detail, the electric control system of EBZ160 roadheader was designed, and the use of PLC industrial computer as core control system control device, to realize the complex logic relation with the software, instead of the traditional relay logic control. The system has the advantages of simple structure, less connecting wires, high reliability and easy maintenance and repair, realize the overcurrent, overload, open phase protection and fault diagnosis, machine condition monitoring function.
Key words:Boom-type roadheader；Electrical system；Programmable controller
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目 录
摘 要 .................................................................... 1 Abstract ................................................................. 2 1 绪论 ................................................................... 5
1.1 悬臂式掘进机国内外发展现状 ........................................ 5 1.2 悬臂式掘进机发展趋势 .............................................. 6 1.3 掘进机分类 ........................................................ 7 1.4 掘进机电气拖动及控制系统研究意义 .................................. 8 1.5 论文主要研究内容 .................................................. 9 2 臂式掘进机整机机构 .................................................... 10
2.1 悬臂式掘进机分类和型号 ........................................... 10 2.2 悬臂式掘进机的构成及各部分功能 ................................... 10
2.2.1 掘进机整体结构 ............................................. 10 2.2.2 掘进机各部分结构及功能 ..................................... 11 2.3 本章小结 ......................................................... 16 3 截割部调速控制系统 .................................................... 17
3.1 截割头恒扭矩双速电机调速控制 ..................................... 17
3.1.1 双速电机 ................................................... 17 3.1.2 恒扭矩双速电机调速 ......................................... 18 3.2 截割头恒功率自动牵引调速控制 ..................................... 18
3.2.1 截割头工况 ................................................. 18 3.2.2 悬臂式掘进机截割部调速方法 ................................. 19 3.3 本章小结 ......................................................... 26 4 行走部驱动及控制系统 .................................................. 27
4.1 行走部结构 ....................................................... 27 4.2 行走机构驱动方式分析 ............................................. 28
4.2.1 液压驱动 ................................................... 28 4.2.2 电驱动 ..................................................... 28 4.2.3 悬臂式掘进机行走液压系统控制方式 ........................... 29 4.3 EBZ160 型悬臂式掘进机行走液压系统 ................................ 29 4.4 本章小结 ......................................................... 31 5 EZB160TY掘进机电气系统 ................................................ 32
5.1 掘进机主要技术参数 ............................................... 32 5.2 掘进机的电气设备 ................................................. 33
5.2.1电控箱的主要技术参数及特征 .................................. 37 5.2.2 工作原理 ................................................... 37 5.3 EZB160TY掘进机电气系统原理 ...................................... 41 5.4 PLC控制系统 ..................................................... 42
5.4.1 PLC概述 .................................................... 42 5.4.2 PLC控制系统设计 ........................................... 44 5.5 本章小结 ......................................................... 51
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结论和展望 .............................................................. 52 参考文献 ................................................................ 53 致 谢 .................................................................. 54 外文原稿 ................................................................ 55 中文翻译 ................................................................ 67 附录1 电气系统图 ........................................................ 75
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1 绪论
1.1 悬臂式掘进机国内外发展现状
用掘进机掘进巷道的初步尝试，应归功于上个世纪初。在此之前曾出现：英格里斯型隧道钻进机和普列依斯型掘进掩护支架（英国）、安德逊型掘进机（美国），后者可与掩护板配合或单独工作。单独工作时，安德逊型掘进机用辅助液压油缸移动，其形式与现代掘进机的概念相符合。但由于很多结构上的缺点，这几种机器均未得到工业应用。 第二次世界大战以后，掘进机开始得到工业应用。在美国，考虑煤层赋存特点，带 双钻削头的掘进机得到广泛应用，用于掘进煤巷和房柱式开采。在西欧和前苏联也得到 了广泛的发展。
目前，世界上各主要产煤国用掘进机掘进的巷道已占巷道总长的40%-50%。近年来,悬臂式掘进机不仅用于煤及软岩巷道的掘进，在中等硬度的半煤岩巷道掘进中也取得了良好的技术经济效果，国外的某些重型掘进机已能切割某些较硬的岩石巷道。 近年来国外悬臂式掘进机的发展与研究主要体现在以下几个方面： 1. 切割功率稳定提高，机器的可靠性提高
日本成功地使用TM60K型掘进机掘进全岩巷引水隧道，岩石硬度高达170-200Mpa,目前最大的WAV408型掘进机重达160吨，切割功率可达408kw，定位切割断面面积可达87.5m。以先进的制造技术为基础，从原材料质量到零部件的加工精度都能进行严格的控制，又有优越的国际协作条件，有效的保证了主机的质量水平。这些大大提高了整机的可靠性。
2. 配套设备多样化
为充分发挥掘进机效能，各国都十分重视综掘作业线配套设备的研究。为缩短支护时间，在中等稳定顶板条件下，常用机载锚杆钻机支护；为使掘进机与支护平行作业，运用超前液压支架或自带盾牌掩护支架，但使用效果都不理想。在后配套运输方面，通常采用桥式带式转载机，后配带式输送机，有条件时设置活动煤仓。 3. 采用机电一体化技术
国外新型掘进机均配有完善的工况检测和故障诊断系统，从而可以在早期发现机器故障，并快速排除故障，大大缩短了机器的停机时间，生产率相应大幅提高；这样还可以保证切割机构的负载平稳，避免由于人工操作不当而引起的系统尖峰载荷，从而延长机器的使用寿命。部分新型掘进机可实现推进方向监控、截割路线循环程序控制、切割断面轮廓尺寸监控。
4. 研究探索新的截割技术，如高压水射流掘进机的研制，冲击振动式截割机具的研制等。
我国掘进机的发展起步较晚，尽管我国在1956年引进前苏联Лк-3 型掘进机用于煤巷掘进，60 年代后期也进行了国产掘进机的研制，但由于当时的技术水平与生产条件所限，未能在生产中广泛采用。―六五‖以前，我国的掘进机研究水平还停留在轻型掘进机上，以截割煤为主。通过―六五‖，―七五‖，―八五‖的技术攻关，经过科技工作者不断的努力，我国掘进机研究与制造均取得了喜人的成绩，掘进机从轻型发展到了中重型，截割对象从煤拓展到了岩石，掘进机的使用范围产生了质的变化。目前，悬臂掘进机技术已经跃上了一个新的台阶，总体水平接近国外同行。取得的成绩主要有
(1)相继开发出三种重型掘进机，它们是EBJ-160型，EBJ-160H型和EBH-132型，
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