李國勇

（霍州煤電集團河津薛虎溝煤業(yè)有限責任公司，山西 運城 043300）

礦用防爆膠輪車是煤礦井下輔助物料運輸?shù)暮诵难b備，主要以防爆柴油機為動力；在工作過程中會產(chǎn)生大量的熱能，溫度升高導致膠輪車驅(qū)動機構(gòu)的工作效率下降、齒輪磨損加劇、使用壽命降低。因此控制膠輪車防爆柴油機工作時溫度的恒定對于提升驅(qū)動效率、提高使用壽命具有十分重要的意義。目前防爆柴油機制冷系統(tǒng)主要采用柴油機驅(qū)動機械風扇制冷，不僅驅(qū)動效率低，無法進行降溫速度調(diào)節(jié)且存在著夏天降溫不夠、冬天降溫過多的現(xiàn)象，嚴重影響了膠輪車的正常運行。本文提出了一種新的礦井膠輪車制冷控制系統(tǒng)，以變速風扇和電控節(jié)溫器為控制核心，實現(xiàn)對制冷系統(tǒng)的靈活控制，滿足不同工況下的變溫控制需求。根據(jù)實際應用表明，新的制冷控制系統(tǒng)能夠?qū)⒅评湫侍嵘?4.7%，運行過程中的能耗降低17.2%，顯著提升了膠輪車的運行安全性和使用壽命。

1 傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)缺陷分析

傳統(tǒng)膠輪車的制冷系統(tǒng)主要利用直驅(qū)式機械風扇進行通風散熱，柴油機運行風扇運行，柴油機停止風扇停止。風扇轉(zhuǎn)速恒定而且布置空間受限制較大，空氣流動性差，工作效率低下。冷卻系統(tǒng)采用了物理節(jié)溫器，反應速度慢、在節(jié)流系統(tǒng)中冷卻液的液流損失大、換熱效率低。由于煤礦井下多為高濕環(huán)境，氣流流速慢，因此膠輪車無法利用自然風進行輔助降溫，導致了在夏天時無法滿足高溫下的快速降溫需求，在冬天時系統(tǒng)的散熱量又過大，導致柴油機長期在低溫下工作，可靠性差，故障率高，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 制冷控制系統(tǒng)優(yōu)化設計

針對傳統(tǒng)膠輪車制冷系統(tǒng)采用柴油機驅(qū)動機械風扇制冷方式所存在的問題，本文提出了一種新的膠輪車制冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用電動風扇供風、電控節(jié)溫器控溫，利用車載電腦（ECU）智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)對電動風扇和電控節(jié)溫器的統(tǒng)一調(diào)節(jié)，該控制系統(tǒng)的整體控制結(jié)構(gòu)見圖2[1]。

圖2 膠輪車制冷控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

為了滿足不同環(huán)境下的靈活控制需求，該控制系統(tǒng)采用了階梯式[2]的溫度控制方案。通過對不同溫度下防爆柴油機工作狀態(tài)的研究，提出了75°、89°、97°三個調(diào)節(jié)標準。

當冷卻系統(tǒng)內(nèi)的冷卻液的溫度低于75°時表明膠輪車柴油機處在正常的工作溫度下，冷卻系統(tǒng)的電動風扇、電動節(jié)溫器和散熱器均處在非工作狀態(tài)下。當冷卻液的溫度超過75°時，智能控制系統(tǒng)發(fā)出降溫調(diào)節(jié)信號，控制電動風扇以低速檔進行降溫運行。當冷卻液的溫度超過89°時，表明柴油機已經(jīng)處在高溫工作狀態(tài)下，會對驅(qū)動系統(tǒng)運行情況產(chǎn)生不利影響，因此控制系統(tǒng)將風扇調(diào)整至高速運行模式，加大對系統(tǒng)的降溫；同時系統(tǒng)啟動節(jié)溫器，將冷卻液送至散熱器，增加冷卻散熱面積，加快系統(tǒng)的散熱。當冷卻液的溫度超過97°時，傳動系統(tǒng)內(nèi)的潤滑油潤滑、散熱效果將急劇下降，齒輪傳動效率和穩(wěn)定性將受到嚴重的影響，因此系統(tǒng)將控制防爆柴油機停機運行，保證工作安全性。

3 制冷控制系統(tǒng)邏輯

膠輪車防爆制冷控制系統(tǒng)的控制邏輯相對比較復雜，需要滿足對冷卻系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)內(nèi)冷卻劑、液壓油工作溫度的精確監(jiān)控，然后將其轉(zhuǎn)換為復雜的控制邏輯，滿足不同條件下的靈活控制需求。該制冷系統(tǒng)的控制邏輯見圖3[3]。

圖3 制冷系統(tǒng)控制邏輯

系統(tǒng)通過溫度傳感器對制冷系統(tǒng)中液壓系統(tǒng)油溫、柴油機的液溫進行連續(xù)不間斷的監(jiān)測，將監(jiān)測結(jié)果傳輸?shù)叫盘柗糯笃鲀?nèi)進行信號放大處理；然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器進行數(shù)字信號轉(zhuǎn)換，最終傳輸?shù)杰囕d電腦控制系統(tǒng)中，經(jīng)過預設邏輯對輸入信號的分析處理后輸出控制信號，對風扇運行和電動節(jié)溫器的運行狀態(tài)進行連續(xù)動態(tài)控制，滿足不同狀態(tài)下的靈活降溫、節(jié)能控制需求。

4 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設計

膠輪車在煤礦井下運行的過程中地質(zhì)條件復雜而且其工作的環(huán)境條件惡劣，因此要求控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)要能夠適應井下高濕、高塵的環(huán)境；同時為了滿足系統(tǒng)升級和擴展的需求，要求各個電控元件要具有很好的擴展性。經(jīng)過多次驗證后，控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)采用了全新的模塊化設計結(jié)構(gòu)[4]，以車載電腦控制系統(tǒng)為核心，其他各個組成部分均通過模塊化的方式進行組合，各個端口全部采用了標準協(xié)議接口，滿足數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性和可靠性的需求，同時滿足后續(xù)功能拓展的需求，該控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 制冷控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

為了對該制冷系統(tǒng)的應用效果進行驗證，以膠輪機為研究對象，對優(yōu)化前后的降溫效果和能量消耗情況進行對比分析，結(jié)果表明新的制冷控制系統(tǒng)能夠?qū)⒅评湫侍嵘?4.7%，運行過程中的能耗降低17.2%，顯著降低了運行過程中的故障率，對提升膠輪車的運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟性具有十分重要的意義。

5 結(jié)論

1）該膠輪車控制系統(tǒng)采用電動風扇供風、采用電控節(jié)溫器對溫度精確控制，利用車載電腦（ECU）智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)對電動風扇和電控節(jié)溫器的統(tǒng)一調(diào)節(jié)，控制精度高、穩(wěn)定性好。

2）采用階梯式溫度控制方案，能夠根據(jù)柴油機工作溫度的不同進行靈活的溫度調(diào)節(jié)控制，滿足不同狀態(tài)下的靈活降溫、節(jié)能控制需求。

3）新的制冷控制系統(tǒng)能夠?qū)⒅评湫侍嵘?4.7%，運行過程中的能耗降低17.2%，顯著降低了運行過程中的故障率，對提升膠輪車的運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟性具有十分重要的意義。