УСТРОЙСТВО ЗВУКОВОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ В ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ

Полезная модель относится к угольной промышленности и может быть использована для подачи звуковой сигнализации вдоль подземных выработок при доставочных работах, а также в аппаратуре управления конвейерными линиями на горных предприятиях.
Известен датчик предупредительной сигнализации для использования в подземных горных выработках, который обеспечивает возможность передачи, например, системе управления передвижкой крепи сигнал подтверждения об успешной выдаче предупредительного звукового сигнала (патент РФ №2293846, кл. Е21F 17/18, заявлено 27.09.2002 г., опубликовано 20.02.2007 г.). Датчик содержит пьезоэлектрический формирователь звукового сигнала с двумя входными контактами для подачи питающего напряжения определенной частоты и схемную компоновки, соединенную с источником питания для выработки питающего напряжения, и дополнительный выходной контакт для выработки ответной предупредительной сигнализации.
К недостаткам известного устройства следует отнести отсутствие в нем контроля исправности электрических цепей, т.е. отсутствие защиты от аварийных ситуаций (короткое замыкание, утечка тока и т.д.).
Известна аппаратура искробезопасной звуковой сигнализации, предназначенная для обеспечения сигнализации и переговоров по двухпроводной системе при эксплуатации автоматизированных конвейерных лент, канатных откаток и т.д. (Стрельников Л.П., Шорин В.Г. Автоматизация рудничного транспорта. - М.: Недра, 1965. - С.151-156).
Комплект аппаратуры состоит из установки звуковой сигнализации и связи, пульта оператора, звукового линейного устройства и переносных переговорных пунктов. Установка звуковой сигнализации и связи содержит блоки питания, генератора и сигнализации. Аппаратура имеет
четыре кабельных ввода - для подачи питания, для выхода голых проводов и для соединения с различными устройствами автоматики, работающими в комплексе с аппаратурой. Блок питания содержит феррорезонансный стабилизатор для питания от внешнего источника тока через выпрямитель и сглаживающий фильтр. Блок генератора содержит генератор и усилитель звуковой частоты. Для развязки искробезопасных цепей и цепей питания, а также для согласования на входе усилителя имеется трансформатор. В блоке сигнализации размещены сигнальные реле, а также выпрямитель тока для питания усилителей напряжением 6-10 В постоянного тока.
Основными недостатками известной аппаратуры являются значительная масса, достигающая 60 кг, в т.ч. масса только электронной начинки - до 15 кг, и высокое энергопотребление - до 50 Вт в холостом режиме. Кроме того, аппаратура не имеет защиты от токов утечки на землю, а максимальная защита и скорость ее срабатывания зависят от параметров плавкого предохранителя.
Техническим результатом полезной модели является повышение безопасности работы за счет наличия быстродействующей защиты от токов к.з. и токов утечки на землю, а также уменьшение массы изделия.
Предложено устройство звуковой сигнализации в подземных выработках, например при доставке по ним грузов, содержащее две связанные между собой электрические схемы, одна из которых через выпрямляющий диод VD1 и стабилизатор подключена к источнику питания и выполнена на транзисторах и трансформаторе Т1, к выходной обмотке которого через выпрямительный мост на диодах VD3...VD6 и сглаживающий конденсатор С2 подключена линия управления, а вторая электрическая схема подключена к стабилизатору и через второй выпрямительный мост на диодах VD9...VD12 к источнику питания и к ней подключена линия нагрузки.
Отличием является то, что линия управления подключена к первой электрической схеме через оптрон И1, а вторая электрическая схема соединена с выпрямительным мостом на диодах VD9...VD12 через
транзисторный ключ VT3, база которого через времязадающие резисторы соединена с исполнительной частью оптрона И1, а выход - с аналогом тиристора и шунтирован резистором R6 ограничения тока, причем вторая электрическая схема снабжена светодиодами VD7 и VD8 и оптроном И2 с заземленным ограничительным резистором R8, при этом светодиод VD7 подключен к входу транзистора VT4 аналога тиристора и через светодиодную часть оптрона И2 соединен с линией нагрузки, а светодиод VD8 подключен к входу транзистора VT5 аналога тиристора и соединен с выходной частью оптрона И1.
По сравнению с прототипом предложенное устройство звуковой сигнализации имеет защиту от токов утечки, а максимально-токовая защита определяется током в силовой цепи (2А), а не параметрами плавкой вставки, что значительно повышает уровень безопасности. Особенностью электросхем является тиристорная коммутация и оптронная развязка, что повышает их быстродействие до 60 не и снижает энергопотребление до 0,1 Вт, а массу электронной начинки - до 100 г. Электрические схемы не имеют открытых контактов коммутации и выполнены на полупроводниковых элементах. Устройство залито эпоксидным компаундом, пылеводонепроницаемо, ударопрочно и не требует ремонта и технического обслуживания. Наличие в нем скоростных защит электронного типа исключает возможность возникновения при коротких замыканиях горячей искры, способной вызвать взрыв метана.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 показана схема подключения двух устройств звуковой сигнализации, а на фиг.2 - электрическая часть устройства.
Устройство звуковой сигнализации в подземных выработках, например при доставке по ним грузов с помощью конвейеров, содержит корпус 1, в котором находится электронная начинка. К выводам корпуса подключено питание переменным напряжением 36 В, линия управления 2 и линия нагрузки 3. Питание может осуществляться от встроенного трансформатора пускателей серий ПВ, ПВИ, ПВИ-БТ и станций СУВ. Линия управления 2 может быть выполнена в виде голых проводов длиной
до 2 км максимальным сопротивлением 200 Ом. Искробезопасное входное напряжение линии управления имеет номинальные параметры: V=10 В; I=5 mA при допустимых отклонениях ±10%. Габариты устройства позволяют размещать его внутри тройниковой муфты типа ТМ-6, полости шахтовых звонков С3В, СВ-1 и др. В линию нагрузки 3 подключают гудки, звонки, лампы и др. Линии могут быть разветвленными и к ним может быть подключено любое количество предлагаемых устройств. Для работы с линиями управления и нагрузки устройство содержит две электрические схемы. Схема 4 подключена к источнику питания через выпрямляющий диод VD1 и стабилизатор, собранный на конденсаторе С1 и стабилитроне VD2. Преобразователь напряжения служит для развязки питающего напряжения и включает транзисторы VT1 и VT2, а также трансформатор Т1, к выходной обмотке которого подключен выпрямительный мост на диодах VD3...VD6. К выпрямителю через сглаживающую цепочку и светодиодную часть оптрона И1 подключена линия управления 2. Через резистор R2 и стабилизатор питающее напряжение поступает также во вторую электрическую схему, питание которой также осуществляется от источника питания через второй выпрямительный мост, собранный на диодах VD9...VD12. Вторая электрическая схема содержит транзисторный ключ VT3, аналог тиристора на транзисторах VT4 и VT5. В конструкцию устройства введен для контроля утечек тока на землю оптрон И2, светодиодная часть которого соединена непосредственно с линией нагрузки и через светодиод VD7 - с аналогом тиристора, а светодиод VD8 установлен на входе транзистора VT5 аналога тиристора и подсоединен к выходной части оптрона И1.
Ниже приведено описание работы устройства.
В холостом режиме питающее напряжение переменного тока 36 В поступает от источника питания в обе электрические схемы 4 и 5. Поступивший через диод VD1 ток выпрямляется, на резисторе R1 ограничивается до 20 мА и подается на преобразователь напряжения (VT1, VT2) и трансформатор Т1. Переменное напряжение с выходной
обмотки трансформатора Т1 выпрямляется на диодах VD3...VD6, сглаживается на конденсаторе С2 и через резистор R5 и светодиодную часть оптрона И1 поступает в линию управления 2. Напряжение в линии не более 7 В и ограничено по току до 5 mA, что лучше по параметрам искробезопасности существующей подобной аппаратуры. В холостом режиме линия управления не замкнута, входная часть оптрона И1 обесточена, транзистор выходной части оптрона И1 и транзисторный ключ VT3 закрыты и соответственно линия нагрузки 3 обесточена.
В режиме подачи звукового сигнала происходит замыкание линии управления 2 и включается оптрон И1, при этом исполнительная часть оптрона подает положительный потенциал на транзисторный ключ VT3 через резисторы R9, R10 и R12, происходит открывание его и питающее напряжение через выпрямительный мост (диоды VD9...VD12) поступает в линию нагрузки 3 и включает сигнальные устройства.
Времязадающая цепочка на элементах R12 и С3 необходима для плавного нарастания пускового тока, что исключает ложные срабатывания защиты при активной нагрузке (лампы накаливания).
В случае увеличения тока в линии нагрузки более 2А или короткого замыкания во время подачи звукового сигнала происходит повышение падения напряжения на резисторе R6 (ограничения тока), что приводит к открыванию транзисторов VT4 и VT5, на которых собран аналог тиристора. Транзистор VT4 шунтирует транзисторный ключ VT3, делая невозможным коммутацию нагрузки, и зажигается светодиод VD7, сигнализирующий о перегрузке или о наличии в линии нагрузки короткого замыкания. При размыкании линии управления 2 схема возвращается в исходное состояние.
Утечка на землю питающего напряжения происходит при снижении изоляции силовых жил ниже 10 кОм (ограничительный резистор R8), при этом срабатывает оптрон И2, который через светодиодную часть открывает транзистор VT4 и шунтирует транзисторный ключ VT3, делая невозможным управление нагрузкой, о чем сигнализирует светодиод VD7. При попытке коммутации нагрузки в аварийном режиме
включится также светодиод VD8, т.к. транзистор VT5 будет открываться через транзистор VT4 при появлении на нем электрического потенциала и будет открыт до полного снятия напряжения. После снятия фактора утечки тока на землю и подачи питающего напряжения устройство вернется в режим подачи звукового сигнала.
Устройство имеет полный набор защит, небольшую массу и позволяет решить проблему подачи звуковой сигнализации при доставке различных материалов по подземным горным выработкам.