一种自支撑变频牵引绞车的制作方法

本发明属于采矿设备技术领域，具体涉及一种自支撑变频牵引绞车。

背景技术：

支架回撤的安全高效性是煤矿综采工作面回撤的关键，而绞车作为支架回撤的关键装备，优化和提高其工作性能意义重大。

目前煤矿综采工作面回撤用支架牵引绞车为整体纵向框架式结构，自身无支撑装置，需打地锚或经改造后配合单体支柱使用。受现场工况制约，综采面通常采用6根单体四压两戗的固方式支撑绞车。而综采设备的搬迁及其它各类机电设备的搬运需要经常移动绞车的位置，这种固定方式不但费时费力，且由于无单体压力控制和检测功能，存在较大的安全隐患，影响综采工作面的回撤效率和安全保障。

针对现有支架回撤绞车使用过程中存在的问题，开发一种集支撑、动力、制动、遥控、变频调速、保护等多功能于一体的牵引绞车，实现绞车模块化，固定方式自由灵活，操作简便，降低劳动强度，进而提高工作面回撤效率和安全系数，具有重要的实际意义和良好的推广前景。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提供一种自支撑变频牵引绞车。

本发明采取以下技术方案：一种自支撑变频牵引绞车，包括支撑装置、传动系统、电控系统和液压系统，支撑装置和传动系统由电控系统和液压系统控制，支撑装置包括设置在下部的整体底盘以及设置在上部的整体式顶棚，整体式顶棚上方设置加高座，整体式底盘和整体式顶棚及其上方的加高座通过四根立柱油缸和四连杆机构连接在一起。

传动系统包括摆线器、绞磨和减速箱，摆线器、绞磨、减速箱在整体式底盘上由前端到后端依次固定安装，减速箱与变频电机通过集成到减速箱尾部的连接法兰和轴套连接在一起；绞磨与减速箱通过配对设计的外齿轮啮合连接；绞磨与摆线器通过配对设计的链轮通过链条连接在一起；减速箱的二级减速轮上安装有多盘湿式制动器，液压系统的油箱与整体式底盘为一体，作为底盘结构的一部分。

进一步的，液压系统包括液压泵、高压过滤器、回油过滤器和电磁阀组，液压泵吸油口s通过管路与油箱对应吸油口连接，泄油口t通过管路与油箱泄油口连接，液压泵出口a通过管路与高压过滤器入口连接，液压泵x口通过管路与电磁阀组ls口连接，高压过滤器出口通过管路与电磁阀组入口p连接，电磁阀组前四联阀通过管路分别与四根立柱油缸连接，前四联阀每联的a口连接油缸无杆腔，每联阀的b口连接油缸有杆腔，电磁阀组的第五联阀a口封堵，b口通过管路与单向阀i入口连接，单向阀i通过管路分别与单向阀ii、单向阀iii、压力传感器i以及立柱油缸补液蓄能器并联，单向阀ii通过管路分别与压力传感器ii以及前侧的两根立柱油缸并联，单向阀iii通过管路分别与压力传感器iii以及后侧的两根立柱油缸并联，电磁阀组的第六联阀a口封堵，b口通过管路与解制动阀组p口连接，解制动阀组t口通过管路与油箱泄油口连接，a口通过管路分别与压力传感器v和多盘湿式制动器活塞腔并联，电磁阀组的第七联a口通过管路与加油泵驱动马达入口连接，b口通过管路与单向阀iv和安全阀并联，加油泵吸油口连接加油管，安全阀出口、驱动马达出口和加油出口通过管路接回油过滤器，单向阀iv出口通过管路与变频器冷却通道入口链接，变频器冷却通道出口通过管路与冷却器入口连接，冷却器出口通过管路与回油过滤器连接，电磁阀组的第八联封堵备用，回油口r通过管路与回油过滤器连接。

进一步的，电控系统的电气控制箱安装在位于变频电机上方、固定安装在整体式底盘的电控箱安装架上，电气控制箱与遥控系统连接，遥控系统通过控制电气控制箱控制变频电机，实现绞磨启停、收放缆、变频调速、支撑装置升降；急停按钮、信号灯、语音报警和荧光灯电气辅件布置在整个装置上。

通过以上各机构和系统的有机结合，构成了将自支撑固定和牵引功能集于一体的煤矿综采工作面设备回车专用绞车。绞车在工作前可实现快速便捷的自固定，工作过程中具有自动监测、闭锁和保护功能，且实现了远程遥控操作。

与现有技术相比，本发明的有益效果：有效解决了煤矿综采工作面设备回撤现有设备存在的问题。固定装置与绞车有机结合，大大提高了工作效率和安全可靠性，同时对绞车顶板起到防护作用。绞车设计有重型摆线器及夹绳装置，可有效避免钢丝绳乱绳和挤压卡阻。整机实现离机远程遥控操作，有效保证了工作人员的人身安全。设计了电液综合监测保护系统，提高了设备的安全可靠性。可大幅提高煤矿综采工作面设备回撤的综合效率，安全系数高，劳动强度小，可完全替代现有同类产品，具有较好的市场推广前景。

附图说明

图1为自支撑变频牵引绞车的基本构成；

图2为自支撑变频牵引绞车的支撑装置结构示意；

图3为自支撑变频牵引绞车的传动系统；

图4为自支撑变频牵引绞车的电气系统组成及布置图；

图5自支撑变频牵引绞车的电气系统组成及布置图；

图6为自支撑变频牵引绞车的整体底盘结构示意i；

图7为自支撑变频牵引绞车的整体底盘结构示意ii；

图8为自支撑变频牵引绞车的整体底盘结构示意iii；

图9为自支撑变频牵引绞车的四连杆机构示意图i；

图10为自支撑变频牵引绞车的四连杆机构示意图ii；

图11为自支撑变频牵引绞车的液压系统原理；

图12为图11部分放大图；

图中1-整体底盘，2-立柱油缸，3-四连杆机构，4-整体式顶棚，5-加高座，6-电气控制箱，7-摆线器，8-绞磨，9-减速箱，10-多盘湿式制动器，11-变频电机，12-液压泵，13-油箱，14-高压过滤器，15-回油过滤器，16-安全阀，17-电磁阀组，18-压力传感器ii，19-压力传感器iii，20-立柱油缸补液蓄能器，21-压力传感器iv，22-压力传感器v，23-解制动阀组，24-压力传感器i，26-冷却器，27-变频器冷却通道，28-单向阀i，29-单向阀ii，30-单向阀iii，31-单向阀iv，32-前照灯，33-语音报警，34-信号灯，35-荧光灯，36-急停按钮，37-电控箱安装架。

具体实施方式

结合附图对本发明专利的具体实施方式作进一步说明。

如图所示，自支撑变频牵引绞车主要包括整体式底盘1、四根立柱油缸2、四连杆机构3、整体式顶棚4、加高座5、电气控制箱6、绞磨7、摆线器8、减速箱9、多盘湿式制动器10、变频电机11以及相关连接销轴和螺栓等。该绞车实现了自支撑固定和牵引功能一体化设计，绞磨收放缆可以变频调速，各动作和功能可远程遥控操作，电气系统具有参数自动检测与保护功能。

具体来说，自支撑变频牵引绞车主要由支撑装置、传动系统、电控系统和液压系统几个部分有机结合为一体。支撑装置下部为整体式底盘1，上部为整体式顶棚4及其上方固定安装的加高座5，上下两部分通过四根立柱油缸2和四连杆机构3有机连接在一起，构成可升降的支撑机构。每根立柱油缸底部设计的球面a和销孔b，分别与整体式底盘1对应设计的球窝e1、e2、e3、e4和销孔f1、f2、f3、f4利用销轴ⅰ配合安装，每根立柱油缸活塞杆顶部设计的球面c和销孔d分别与整体式顶棚4对应设计的球窝g1、g2、g3、g4和销孔h1、h2、h3、h4利用销轴ⅱ配合安装；四连杆机构3的销孔i1、i2、i3、i4与分别整体式底盘1对应设计的销孔j1、j2、j3、j4利用销轴ⅲ配合安装,四连杆机构3的销孔i5、i6与整体式顶棚4对应设计的销孔k1、k2利用销轴ⅳ配合安装；整体式顶棚4与加高座5通过螺孔p和通孔q配合安装，利用螺栓紧固。

传动系统的绞磨7、摆线器8、减速箱9在整体式底盘1上由前端到后端依次固定安装。变频电机11与减速箱9通过连接法兰ⅴ与ⅵ、花键轴ⅸ与花键套ⅺ配合安装，利用螺栓紧固；绞磨7与减速箱9通过配对设计的外齿轮啮合连接；绞磨7与摆线器8通过配对设计的链轮，利用链条连接在一起；多盘湿式制动器10与减速箱9通过花键轴ⅹ和花键套ⅻ、法兰ⅶ与ⅷ配合安装，利用螺栓紧固；绞磨7与底盘1通过安装孔o1-o16与螺孔l1-l16配合安装，利用螺栓紧固；减速箱9与底盘1通过安装孔n1-n14与螺孔m1-m16配合安装，利用螺栓紧固。变频电机11启动后，动力通过减速箱9传递到绞磨7驱动其转动，同时绞磨通过链传动驱动摆线器8，实现绞磨转动一圈摆线器驱动钢丝绳移动一个绳距。

电控系统的电气控制箱6安装在位于变频电机11上方、固定安装在整体式底盘1的安装架上，遥控系统通过控制电气控制箱控制变频电机11、电磁阀组14、解制动阀组15，实现绞磨7启停、收放缆、变频调速、支撑装置升降等功能。此外，电气系统还配置了语音报警器、检测传感器、急停按钮（遥控急停和机身急停按钮）、照明灯、安全信号灯等，绞车工作时各部分电气功能自动启动。电气系统可实现对立柱油缸2压力、电气控制箱6中变频器温度、绞磨7拉力、多盘湿式制动器10工作压力、变频电机11电流与转速、液压油箱液位与温度、泵站电机电流等参数实时监控和显示；还设有闭锁与保护功能，保证绞车只有在满足立柱油缸2工作压力、多盘湿式制动器10解制动压力等参数在设定值条件下方可工作。绞车处于工作状态时，立柱油缸2下降等功能自动闭锁，绞磨7拉力限定保护、电气控制箱6和变频电机11电流与温度保护、液压油箱温度和液位保护等功能自动启动；实现对立柱油缸2补液蓄能器和多盘湿式制动器10解制动阀组供液蓄能器的压力监测和自动补液，保证在工作状态下两种蓄能的工作压力在设定值范围内。

液压系统的液压油箱与整体式底盘1设计为一体，作为底盘结构的一部分。在电气控制箱6下方、整体式底盘1的尾部安装有泵站，电磁阀组、解制动阀组、油缸补液蓄能器安装在电气控制箱6安装架上。以上液压元件和立柱油缸2等相关液压接口通过液压管路连接构成液压系统。液压系统各回路设有安全阀，以限定系统工作压力；立柱油缸2设有高性能安全阀，顶板来压时具有超压自动泄压功能。

通过对以上各机构和系统模块化设计和一体集成化设计，使各机构、系统和功能实现有机结合，形成将自支撑固定和牵引功能集于一体的煤矿综采工作面设备回车专用绞车。绞车在工作前可实现快速便捷的自固定，工作过程中具有自动监测、闭锁和保护功能，且实现了远程遥控操作。

本发明的工作原理：绞车设备通电后，利用遥控系统控制电气控制箱，进而控制泵站电机、变频电机、电磁阀组、解制动阀组，实现对支撑装置升降（由立柱油缸升降控制）、绞磨启停、收放缆和变频调速的控制。绞车处于工作模式时，自动监测和保护功能启动。遥控绞磨7启动工作时，电气系统首先自动检测各项启动参数，只有立柱油缸2压力、多盘湿式制动器10解制动压力等参数符合设定要求时绞磨方可启动；立柱油缸2补液蓄能器和多盘湿式制动器10解制动阀组15供液蓄能器的压力监测和自动补液系统自动工作，保证在工作状态下两种蓄能的工作压力在设定值范围内；与此同时立柱油缸2下降等功能自动闭锁，绞磨7拉力限定保护、电气控制箱6和变频电机11电流与温度保护、液压油箱13温度和液位保护、信号灯、语音报警等功能自动启动。当监测参数不符合设定要求时，电气系统将会语音预警或控制停机。

本发明的工作过程：将绞车放置到综采回撤工作面的规定位置，所放位置底板尽量平整，然后为绞车接通电源。需要工作时，合上电气控制箱6断路器为绞车电气系统通电，启动遥控器；按住遥控器上的油泵按钮，启动泵站电机，待油温达到30℃左右，按住遥控器上的立柱升按钮，上升立柱油缸2，直到支撑装置与顶板接触后憋压，当电气控制箱6显示器显示立柱油缸2压力达到系统最高设定压力时停止操作；需要收放缆操作时，按住遥控上的收缆或放缆按钮即可（按住收缆或放缆按钮超过设定时间后松开，将连续运转），加减速时按下遥控上的加速、减速按钮，按一次增加或降低一档，需要停止时再次按下收缆或放缆按钮。当设备运行出现紧急情况时，可按下遥控器或机身的急停按钮停机。设备使用完毕后，下降立柱油缸2至最低位、拆除供电电缆，然后可以将设备运走。

本发明通过将可升降的支撑装置与绞车的底盘有机结合，实现了快速自支撑固定和牵引功能的一体化设计。设计的重型摆线器及夹绳装置，可有效避免钢丝绳乱绳和挤压卡阻。电气系统实现离机远程遥控操作，并具有自动在线参数检测和保护功能，设计了电液综合监测保护系统，提高了设备的安全可靠性。该发明可大幅提高煤矿综采工作面设备回撤的综合效率，操作便利、安全系数高，劳动强度小，可完全替代现有同类产品。

液压系统包括液压泵12、高压过滤器14、回油过滤器15和电磁阀组17，液压泵12吸油口s通过管路与油箱13对应吸油口连接，泄油口t通过管路与油箱泄油口连接，液压泵12出口a通过管路与高压过滤器14入口连接，液压泵12x口通过管路与电磁阀组17ls口连接，高压过滤器14出口通过管路与电磁阀组17入口p连接，电磁阀组17前四联阀通过管路分别与四根立柱油缸2连接，前四联阀每联的a口连接油缸无杆腔，每联阀的b口连接油缸有杆腔，电磁阀组17的第五联阀a口封堵，b口通过管路与单向阀i入口连接，单向阀i24通过管路分别与单向阀ii、单向阀iii、压力传感器i24以及立柱油缸补液蓄能器20并联，单向阀ii通过管路分别与压力传感器ii18以及前侧的两根立柱油缸2并联，单向阀iii通过管路分别与压力传感器iii19以及后侧的两根立柱油缸并联，电磁阀组17的第六联阀a口封堵，b口通过管路与解制动阀组23p口连接，解制动阀组t口通过管路与油箱泄油口连接，a口通过管路分别与压力传感器v22和多盘湿式制动器10活塞腔并联，电磁阀组17的第七联a口通过管路与加油泵驱动马达入口连接，b口通过管路与单向阀iv和安全阀16并联，加油泵吸油口连接加油管，安全阀出口、驱动马达出口和加油出口通过管路接回油过滤器，单向阀iv出口通过管路与变频器冷却通道27入口链接，变频器冷却通道27出口通过管路与冷却器26入口连接，冷却器26出口通过管路与回油过滤器15连接，电磁阀组17的第八联封堵备用，回油口r通过管路与回油过滤器15连接。

电气系统设计：

①电控系统：绞车电气系统由1台电控箱、1台变频牵引电机、1台油泵电机、1套遥控装置、3个急停按钮、1台语音灯光报警器、1套瓦斯报警器（包括主机和瓦斯传感器）、5个压力传感器、1台油温油位传感器、8片电磁阀组、1块解制动电磁阀、1台支架用荧光灯、2台led照明灯、1台安全警示灯、3个隔爆按钮组成。plc为绞车电控系统的核心控制模块，实现对油泵电机的起/停、对变频装置的收/放缆、加/减速以及对照明灯、语音报警、警示灯、电磁阀组进行控制，并具有完善的整机及回路保护功能。主控系统主要包括油泵回路单元、电源单元、保护单元、控制回路单元、本安回路单元、显示单元以及变频牵引系统几部分。

②油泵回路单元：油泵回路单元由1个回路组成，包括1台断路器、1台真空接触器、1台电机保护器、1个阻容吸收器组成。断路器用于控制整个主回路660v电源的通断及短路保护；真空接触器用于控制油泵电机启停；电机保护器用于对油泵电机进行过流、缺相、反相等保护。油泵电机的启动时将断路器处于“合”的位置后，按住主遥控器上的“油泵”按钮，控制油泵电机的接触器在3s后吸合，油泵电机启动。油泵电机启动后再次按下主遥控器上“油泵”按钮，控制油泵电机的接触器断开，油泵电机停止。

③电源单元：电源单元由主变压器、隔离变压器、高压熔断器保险、直流电源、微型断路器组成。主变压器将ac660v变为：ac220v和ac127v，ac220v为隔离变压器、本安电源、冷却风扇、变频器、并通过直流电源变为dc24v为电磁阀供电；ac127v为照明系统、瓦斯断电仪、声光报警、无线数据上传终端供电；隔离变压器将ac220v变为ac180v为遥控接收机供电，并通过直流电源将ac180v变为dc24v为主控单元plc及其输出i/o、输出驱动继电器、隔离栅及传感器供电；高压熔断器保险位于主变压器一次侧回路上，为一次侧回路提供短路保护。变压器二次侧回路上均设有微型断路器，为各回路提供过载及短路保护。

④保护单元：保护单元由电子式电机保护继电器和jb漏电综合保护器组成。电子式电机保护继电器采集油泵电机回路电流信号，经过电子电路的处理，实现泵电机过流、反相、缺相、三相电流不平衡及堵转等保护功能，保护器实时监控泵电机回路，发现故障后输出继电器接点立即断开，泵接触器线圈立即释放，泵电机停止运行，从而达到保护电机的目的。该保护器还具有485通讯功能，plc通过485通讯读取保护器寄存器内部信息，将泵电机实际运行电流、故障信息实时显示到显示屏上。jb漏电综合保护器在泵电机或变频电机启动前对其负载回路进行漏电检测，发现漏电，立即终止启动，并将漏电的回路闭锁。同时还对ac127v控制电源进行不间断的绝缘监视，检测到漏电，漏电继电器立即断开，禁止ac127v电源向外供电。

⑤控制回路单元：由plc（可编程逻辑控制器件）及数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、通讯模块及挡板、plc专用驱动继电器组成。plc是电控系统的核心控制模块，它可大体分为：输入单元、中央处理单元（cpu）、输出单元3部分。输入单元用于从电控系统中各开关按钮、油泵保护器、遥控接收机、瓦斯断电仪器等电气部件接收开关量控制信息，通过模拟量模块接收电气系统的模拟量信息，通过通信模块接收油泵保护器、遥控装置、变频器的控制信息；中央处理单元（cpu）通过执行自身的程序，将输入模块、模拟量输入模块、通信模块接收到的信号分析并得出相应的控制信号；输出模块用于接收中央处理单元（cpu）传过来的控制信号，通过其plc专用的驱动继电器来控制接触器吸合、打开，控制语音报警报语音、控制警示灯报警、控制照明系统照明、控制电磁阀动作等，从而实现plc的控制作用。

⑥本安回路单元：本安回路单元由油温隔离变送器、油位隔离栅、模拟量输入隔离栅、本安电源、隔离继电器、安全警示灯、油温油位传感器、压力传感器、组成，本安隔离栅不仅为压力传感器、油温传感器提供24v电源，还能够提高电器的安全性和绝缘性。由于本安隔离栅采用了限压、限流、隔离等措施,不仅能防止危险能量从本安端子进入危险现场,提高系统的本安防爆性能,而且还增加了系统的抗干扰能力,大大提高了系统运行的可靠性。pt100热电阻采集液压油温度，将温度值转换为电阻值，输入到油温隔离变送器，并将电阻信号经隔离后转换为4～20ma的标准电流信号，送入plc模拟量采集模块，并通过plc显示液压油温度，同时为系统提供高油温保护功能。油位开关的浮球在液压油浮力的作用下上升，到达浮子开关位置时，开关闭合，经油位隔离栅进行信号隔离处理后，输入到plc数字量输入模块。当开关闭合时，说明油位正常，当开关断开时，说明油位低，同时plc发出停机信号，油泵停止运行。压力传感器将采集到的液压压力值，经压力传感器内置的信号转换器转换为4～20ma的标准电流信号，输入到模拟量输入隔离栅进行信号隔离处理后，送入plc模拟量采集模块，并通过plc控制器进行立柱压力、解制动压力的显示，同时实现立柱压力闭锁，解制动压力闭锁、立柱蓄能器补液、解制动蓄能器补液的功能。安全警示灯为本安型电气件，220vac经本安电源变换为12vdc的本安电源，经隔离继电器为安全警示灯供电。plc通过程序控制隔离继电器，实现警示灯蓝灯、红灯、红蓝灯交替闪烁。

⑦显示器单元：显示单元由1台显示器组成，plc将所需显示的数据信息存入变频器寄存器，显示器读取变频器内的数据信息，并将信息显示在显示屏上。当系统正常时，显示泵电机及变频电机的运行状态、运行电流、系统电压、变频器输出电压、频率、电流以及液压油温、立柱压力、解制动压力；当系统出现故障时，能将plc及变频器传过来的系统各种故障信息显示出来，以方便处理和解决各种故障。

⑧变频牵引系统：牵引系统主要由集成滤波器、霍尔传感器、缓冲电阻、缓冲接触器、变频器、hmi、变频电机，液压油冷却系统组成，变频器控制90kw的自冷式变频电机，实现电机正反转及加减速功能。交流输入串集成滤波器，提高功率因数和抑制高次谐波，此外采用独有的pwm优化调制方法大大降低了谐波电压。变频器与plc的通信采用屏蔽双绞电缆通信，并将屏蔽层单端接地，将控制回路与主功率输出回路分开布线，提高了控制回路及通信回路的抗干扰能力。

保护功能：保护功能齐全，过载、漏电，过热、低电压保护和igbt基本保护，并具有电流快速自动抑制能力，确保在加速过程中和冲击性负载下不发生过流，不跳脱。变频器功率元件、电容、电阻和变压器等元器件运行时产生热量，电控箱内部安装了散热风扇，风扇出风口正对着变频器散热器进风口，绞车一上电，散热风扇开始对变频器散热。电控箱底部设计了专用的液压油强制冷却系统，变频的功率元件产生的热量通过散热铝基板，传导到电控箱散热底板，通过强制冷却系统，将变频器产生的热量带走，从而实现冷却的目的。变频器是一个相对独立的系统，它的启动、停车、正反转和速度给定信号都是由plc控制系统提供，变频器本身的状态如变频器故障、过热报警、变频器输出频率、输出电流等信息通过远程显示终端hmi来显示，变频器的正反转、加减速控制由plc通过通信方式下发控制指令信号，plc通过通信获取变频器的输出频率、输出电流、母线电压和输出电压及变频器故障信号等状态。

预牵引功能：合上绞车电控箱左侧断路器手柄，拔出急停按钮，变频器的整流回路将三相交流电变成直流电压给滤波电容冲电，冲电结束后变频器输出控制信号，使缓冲接触器吸合，将缓冲电阻短路，变频器进入预运行状态。牵引系统动作过程：主发射机控制面板上的卷缆使能、收缆、放缆、加速、减速按键，控制变频牵引系统的全部动作。卷缆使能键为变频牵引动作的安全按键，防止误操作；收、放缆键控制电机的正、反转；加、减速键通过控制变频器的输出给定频率，实现电机调速的功能。卷缆使能后，按下主发射机收缆键时，plc会向变频器发出“变频器正转”触发信号。同样按下主发射机放缆键时，plc会向变频器发出“变频器反转”的触发信号，此时变频器按照预先设定的频率运行，收缆预设频率为5hz，放缆预设频率为10hz，加速时间预设为20s，减速时间预设为5s。

牵引电机频率：操作主发射机上的收/放缆键、加/减速键来确定变频器的输出频率，“收缆”将提供最大26hz交流电压，“放缆”将提供最大100hz的交流电压。加减速：从停滞到慢速有4秒的延迟，这种延迟是由变频器设置的加速时间控制的。变频器接收到主发射机的指令后，按设置的启动曲线在限定的电流内加减速。在满足实际使用工况的情况下，尽量增加加减速的时间，这样会减小绞车绞盘对变频器的冲击。