WYD260液壓挖掘機(jī)高原適應(yīng)性設(shè)計(jì)

張 宇

（1.太原重工股份有限公司， 山西 太原 030024；2.礦山采掘裝備及智能制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 山西 太原 030024）

大型礦用液壓挖掘機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、自重輕、價(jià)格低、機(jī)動(dòng)性好等特點(diǎn)。WYD260是太重自主設(shè)計(jì)的首臺大型液壓挖掘機(jī)，是太原重工股份有限公司從機(jī)械式挖掘機(jī)市場拓展到液壓挖掘機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)性產(chǎn)品。目前有27臺250 t以上大型礦用液壓挖掘機(jī)在國內(nèi)礦山使用，WYD260液壓挖掘機(jī)為僅有的一臺國產(chǎn)設(shè)備，其主要適用于各種大型露天礦山的采掘和剝離作業(yè)，與90～155 t大汽車配套使用。

WYD260現(xiàn)有一臺產(chǎn)成品，其設(shè)計(jì)使用的海波高度為1 000 m以下的工況。該設(shè)備之前在準(zhǔn)格爾露天煤礦現(xiàn)場作業(yè)，目前計(jì)劃前往西藏高原地區(qū)進(jìn)行作業(yè)，因此需要進(jìn)行高原適應(yīng)性改造設(shè)計(jì)，以滿足高原現(xiàn)場工況使用。

1 WYD260設(shè)計(jì)工況與高原現(xiàn)場工況的對比

1.1 WYD260設(shè)計(jì)使用工況

溫度為-40～+40℃，海拔高度為1 000 m，當(dāng)溫度為+20℃時(shí)，相對濕度小于85%。

1.2 西藏巨龍現(xiàn)場工況

巨龍銅礦位于墨竹工卡縣和達(dá)孜縣交界處，礦區(qū)絕大部分屬墨竹工卡縣甲瑪鄉(xiāng)管轄，礦區(qū)西部部分屬達(dá)孜縣章多鄉(xiāng)所轄?，F(xiàn)場環(huán)境條件如下：

最高氣溫為28.3℃，最低氣溫為-22.7℃，海拔高度為5 500 m，年平均降水量為468 mm，年平均相對濕度為46.6%。

對比發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)工況和巨龍現(xiàn)場工況主要是海拔條件不同，產(chǎn)品設(shè)計(jì)為在不高于1 000 m工況下使用，而巨龍現(xiàn)場海拔高度為5 500 m。

2 高原現(xiàn)場設(shè)計(jì)方案及對比

隨著海拔高度的增加，大氣壓力下降，空氣密度和濕度相應(yīng)減少，其環(huán)境特征主要體現(xiàn)為：空氣壓力、密度較低；空氣溫度較低，溫度變化較大；空氣絕對濕度較??；大陽輻射照度較高；降水量較少；土壤溫度較低且凍結(jié)期長。

分析可知，高海拔地區(qū)，因空氣稀薄，氣壓降低，引起電氣產(chǎn)品的散熱效率降低；同時(shí)空氣的絕緣強(qiáng)度降低，導(dǎo)致高壓導(dǎo)體絕緣出現(xiàn)問題。巨龍現(xiàn)場海拔高度為5 500 m，只有約0.57個(gè)大氣壓，設(shè)備電氣系統(tǒng)絕緣強(qiáng)度、散熱能力大大降低。因此WYD260需要針對高海拔現(xiàn)場進(jìn)行適應(yīng)性改造，以滿足現(xiàn)場工況的使用。

WYD260液壓挖掘機(jī)為外接電纜驅(qū)動(dòng)型設(shè)備，其電氣系統(tǒng)包括高壓和低壓兩部分，由于高海拔帶來的散熱和絕緣問題對低壓部分的影響較小，因此該項(xiàng)目主要考慮設(shè)備內(nèi)部高壓部分的適應(yīng)性改造。

WYD260液壓挖掘內(nèi)部高壓部件主要包括高壓電機(jī)、高壓控制柜和高壓軟啟動(dòng)柜三大部件。改造方案有下述兩種：高壓系統(tǒng)降容后，設(shè)備減小斗容運(yùn)行；設(shè)備斗容不變，高壓系統(tǒng)按高海拔重新選型制作。

2.1 使用現(xiàn)有高壓設(shè)備，采用降容使用

2.2.1 高壓電機(jī)

高壓電機(jī)在高原使用存在降容問題，參考公式[1]：

式中：h為現(xiàn)場海拔高度，5 500 m；t為環(huán)境溫度，30℃。根據(jù)計(jì)算可得降容35%，即降至65%。15 m3原始配置電機(jī)為西門子1 000 kW電機(jī)，降容至650 kW使用。

2.2.2 高壓控制柜和高壓軟啟動(dòng)柜

這兩個(gè)柜體主要考慮高壓導(dǎo)體之間的安裝距離，根據(jù)海拔超過1 000 m時(shí)，每升高100 m，間隙增大1%修正。參考公式：（5 500-1 000）/100=45。因此10 kV的柜體內(nèi)部導(dǎo)體距離為120×1.45=174 mm。

綜合考慮，如果不進(jìn)行特殊絕緣處理，高壓柜柜體大約增大體積45%；軟啟動(dòng)降容使用后，體積增加應(yīng)該會(huì)小于45%。為保證這兩大部件體積基本不增加，且能正常安裝在現(xiàn)有設(shè)備中繼續(xù)使用，就需要對柜體內(nèi)部高壓線路部分進(jìn)行特殊絕緣處理。

2.2 使用現(xiàn)有鏟斗，采用增容方案

2.2.1 高壓電機(jī)

高壓電機(jī)在高原使用存在降容問題，依據(jù)上述計(jì)算，即5 500 m工況下高壓電機(jī)需降容35%，需至65%的功率使用。15 m3鏟斗需要約1 000 kW電機(jī)提供能量，在高原相當(dāng)于1 500 kW的需求量。

因?yàn)闆]有單臺1 500 kW的電機(jī)型號可供選擇，因此考慮兩臺750 kW并聯(lián)方案。

2.2.2 高壓控制柜柜和高壓軟啟動(dòng)柜

這兩個(gè)柜體主要考慮高壓導(dǎo)體的安裝距離，根據(jù)海拔超過1 000 m時(shí)，每升高100 m，間隙增大1%修正，參考公式：（5 500-1 000）/100=45。因此 10 kV的柜體內(nèi)部導(dǎo)體距離為120×1.45=174 mm。軟啟動(dòng)柜的容量還需增加35%，以滿足兩臺750 kW高壓電機(jī)啟動(dòng)容量需求。

綜合考慮，雙電機(jī)的排布不僅存在空間的問題，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致高壓電機(jī)與分動(dòng)箱的連接出現(xiàn)新的問題。其次，軟啟動(dòng)增容會(huì)使得體積增加較多，即使通過特殊絕緣處理，其整體體積依然無法合理安裝在機(jī)棚內(nèi)部。因此，該方案存在較大問題。

2.3 其余電氣部分的高原適應(yīng)性改造

由于高原缺氧和紫外線輻射較大，設(shè)備還需進(jìn)行下列改進(jìn)：

1）司機(jī)室增設(shè)增壓、增氧系統(tǒng)。

2）尾部電纜選用抗紫外線產(chǎn)品。

3 結(jié)論

由于WYD260已經(jīng)是產(chǎn)成品，故其機(jī)械外形尺寸是不能改變的，分動(dòng)箱等核心部件也是不宜更換的，因此決定選擇高原降容使用方案對其進(jìn)行高原適應(yīng)性改造。考慮最大程度地利用現(xiàn)有高壓主要部件，高壓電機(jī)采用降容使用，高壓控制柜和高壓軟啟動(dòng)柜在原有基礎(chǔ)上增加絕緣層、絕緣板等方案處理，保證這兩大部件體積基本不變，能再次安裝在現(xiàn)有機(jī)械平臺及機(jī)棚內(nèi)部。

電氣系統(tǒng)的高原適用性改造將保證WYD260在西藏巨龍現(xiàn)場的安全可靠運(yùn)行。相關(guān)高原設(shè)計(jì)原則也是同類機(jī)械設(shè)備高原設(shè)計(jì)和現(xiàn)場使用的相關(guān)技術(shù)依據(jù)。