侯 建

(太原矿机电气科技有限公司，山西 太原 030032)

单轨吊作为煤矿井下的一种辅助运输设备，在工作面搬家、运送辅材和人员等方面效率高、机动灵活，可减轻矿工的劳动强度。国内煤矿使用的单轨吊大致可分为电牵引单轨吊和柴油机单轨吊两种，电牵引单轨吊经济环保，但牵引力不如柴油机单轨吊，而柴油机单轨吊存在一定污染。目前，国产、进口柴油机单轨吊均采用的是机械泵式柴油机，而混合防爆电喷柴油机单轨吊选用电喷柴油机为动力源，可最大程度地减少污染，采用的混合驱动方式可以进一步提高柴油机单轨吊的带载、爬坡能力。电控系统采用CAN总线通讯控制，运行稳定、故障率低。

1 混合防爆电喷柴油机单轨吊车的组成

混合防爆电喷柴油机单轨吊车主要由司机室、驱动部、柴油机主机架、起吊梁等部分组成。

司机室里装配有本安显示器、隔爆兼本安操作箱、语音报警器、照明信号灯等设备。操作人员在司机室就可完成车辆起吊、行走、齿驱投入与切除等操作。

驱动部有摩擦轮与齿轮两种。摩擦轮驱动部由一对胶轮、一对液压马达、一个夹紧油缸和两个制动缸组成，夹紧油缸提供夹紧力使两个胶轮左右挤压轨道产生摩擦力，在液压马达的带动下牵引机车行走。齿轮驱动部靠齿轮的黏合力提供牵引力。

柴油机主机架是混合防爆电喷柴油机单轨吊车的主要核心部件，由防爆电喷柴油机及控制系统、液压泵、水洗箱等部分组成。防爆电喷柴油机采用ECU控制燃油喷射及排放，其喷射系统主要有传感器、ECU和防爆喷射阀。ECU实时接收包括转速、进气温度、进气压力、燃油温度、冷却水温度等传感器的数据，经过处理计算按照最佳方式控制防爆喷射阀喷油，实现喷油量的实时控制，使柴油机以最佳状态运行，减少污染。液压泵在柴油机的带动下，为机车的驱动马达、驱动夹紧、制动器以及起吊梁提供液压动力来源。水洗箱对尾气进行处理，使污染进一步降低。

2 整车电气控制原理

该混合防爆电喷柴油机单轨吊车电气系统原理框图见图1，整车控制器选用EPEC为控制核心，防爆电喷柴油机控制器选用车辆专用控制器ECU，整个系统采用CAN总线通讯连接。

2.1 整车控制

在司机室通过启动按钮启动电喷柴油机后，柴油机带动液压泵建立系统压力，控制器EPEC接收到行车信号后，首先打开夹紧电磁阀使夹紧油缸夹紧，待夹紧压力达到设定值时，再打开制动电磁阀，制动油缸收缩压紧弹簧，抱闸打开，车辆即可行走。在行走过程中，EPEC接收操作箱手柄的给定值，经过计算通过控制比例阀开度控制液压泵的摆角以实现控制车辆行驶速度和行驶方向。控制器EPEC同时把操作箱手柄的给定值通过CAN总线通讯传送给ECU，ECU根据接收到的数据控制电喷柴油机的转速。操作手柄在松手后会自动回位，手柄给定值归零，EPEC控制比例阀缓慢关闭，实现减速停车。若遇紧急情况，EPEC接收到司机室急停按钮信号后，立即切断所有输出，制动油缸失去压力在弹簧弹力的作用下迅速回弹，抱闸抱死，实现紧急制动。在停车状态下，通过本安显示器上的操作按钮可切换到起吊状态，此时即可升起或降下重物。当车辆重载行走至大坡度巷道坡底时，应先行停车，再通过司机室操作按钮和操作手柄上的按钮发出爬坡信号，EPEC接收到爬坡信号后，控制齿驱电磁阀接通，齿轮驱动随即投入使用。

图1 混合防爆电喷柴油机单轨吊车控制原理框图

2.2 整车数据传输显示

EPEC接收系统压力、夹紧压力及制动压力传感器的数据并处理，以此为依据控制车辆的行走。防爆电喷柴油机的运行参数及传感器数据由ECU采集、处理，实时监控电喷柴油机的运行数据并传输给整车控制器EPEC。EPEC接收到的所有数据及车辆状态通过CAN总线传送到本安显示器并实时显示。本安显示器还可记录故障报警，供维修人员参考，方便维修及保养。

2.3 供电电源

采用100Ah/24 V防爆锂电池为控制系统、显示系统、车辆照明及启动马达供电。通过司机室显示器的钥匙开关可控制启动马达启动柴油机，柴油机启动后，带动发电机发电，经过电子调节器转换成直流电给锂电池充电。

3 防爆电喷柴油机控制系统电气原理

针对混合驱动防爆电喷柴油机单轨吊车，设计开发了一套专用的防爆电喷柴油机控制系统，其系统框图见图2. 该控制系统以车用控制器ECU为控制器，实现了防爆电喷柴油机启停及运行的实时监测和控制。

在防爆电喷柴油机启动之前，ECU先自检，主要检测所有传感器的数据是否在合理范围之内。自检通过后，ECU输出控制信号打开进气蝶阀，为防爆电喷柴油机启动做好准备，如若未通过自检，ECU会将故障数值传送给EPEC并显示在显示屏上，提醒工作人员处理故障，排除故障后，ECU就会打开进气蝶阀，允许启动柴油机。

图2 防爆电喷柴油机控制系统框图

防爆柴油机在运行过程中，实时监测各个传感器的数据，并根据传感器的数据控制柴油机运行。例如尾气温度传感器，当尾气温度达到68°时发出报警信号并通过限制喷油量来限制发动机的功率，若限功后，尾气温度能自动下降，则取消报警信号。如若不能自动降温，当尾气温度升到70°时，则ECU控制高速电磁阀停止工作同时进气蝶阀断电，使防爆电喷柴油机停止工作，达到保护柴油机的目的。

4 结 语

混合防爆电喷柴油机单轨吊车电控系统的开发设计，加入了齿轮驱动的控制，提高了单轨吊车的牵引力，为井下一次性搬运大型设备提供了可行性，由于齿轮的钢性黏合连接，可有效防止单轨吊溜车，提高了单轨吊车运行的安全性。电喷柴油机电控系统和整车电控系统的CAN总线通讯连接，精简了控制系统，故障率降低，车辆操作简单易学，故障直观显示，维修方便。由于电喷柴油机能精确控制喷射缸的喷油量和喷油正时，再加上水洗箱对尾气的处理，使柴油机的污染降到了最低水平，为煤矿企业带来一定的环境效益。