ZYS113 全電腦三臂鑿巖臺車電氣故障及處理

方雙普

（中國鐵建重工集團(tuán)股份有限公司，湖南長沙 410100）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，近幾年鐵路隧道工程不斷增加，隧道工程人力資源的需求不斷攀升，但人口老齡化日益加劇、適工年齡人口增速減緩，使得鐵路隧道工程面臨著人員短缺的問題。國家對機(jī)械化施工的重視、勞動(dòng)力的減少，施工成本的增加助推了工程施工由傳統(tǒng)的人力施工轉(zhuǎn)向機(jī)械化施工、自動(dòng)化施工、智能化施工，用機(jī)械化設(shè)備替代人力勞動(dòng)，從而降低施工成本。ZYS113 全電腦鑿巖臺車正是在此次施工設(shè)備機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化大潮中脫穎而出的自動(dòng)化和智能化并存的高端施工設(shè)備。

1 存在問題

在用全電腦三臂鑿巖臺車施工中，全電腦三臂鑿巖臺車電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性直接影響全電腦三臂鑿巖臺車的施工效率，在全電腦三臂鑿巖臺車施工中電氣故障率并不高，但當(dāng)發(fā)生電氣故障時(shí)，操作人員及維修保養(yǎng)人員卻是束手無策，無從下手。1個(gè)簡單電氣故障有可能會(huì)耽誤1 d 甚至幾天，嚴(yán)重影響施工任務(wù)，耽誤施工進(jìn)度。

主要討論全電腦三臂鑿巖臺車電氣系統(tǒng)常見故障，通過故障現(xiàn)象分析出現(xiàn)故障的原因、如何處理故障及在設(shè)備日常維護(hù)保養(yǎng)中應(yīng)注意的事項(xiàng)，對操作人員及維修保養(yǎng)人員具有指導(dǎo)意義。

2 全電腦三臂鑿巖臺車電氣系統(tǒng)概述

ZYS113 全電腦三臂鑿巖臺車按電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以分為底盤電氣系統(tǒng)和臂架電氣系統(tǒng)兩個(gè)部分。

2.1 底盤電氣系統(tǒng)

底盤作為整個(gè)全電腦三臂鑿巖臺車的基礎(chǔ)系統(tǒng)，電氣部分主要有以下功能：臺車行走控制、臺車整車配電、動(dòng)力部分控制、底盤系統(tǒng)傳感器等信息收集。

2.2 臂架電氣系統(tǒng)

臂架部分是全電腦三臂鑿巖臺車最主要的工作機(jī)構(gòu)、臂架上安裝了用于鉆孔的鑿巖機(jī)。臂架電氣系統(tǒng)主要的功能有控制鑿巖機(jī)智能鉆孔、臂架各關(guān)節(jié)角度傳感器等信息收集。

3 底盤電氣系統(tǒng)常見故障

3.1 臂架電機(jī)故障

3.1.1 臂架電機(jī)功能

全電腦三臂鑿巖臺車臂架電機(jī)共有3 個(gè)，分別為一臂電機(jī)、二臂電機(jī)、三臂電機(jī)。每個(gè)電機(jī)為1 個(gè)安裝了巖機(jī)的臂架提供動(dòng)力，同時(shí)每個(gè)臂架電機(jī)均可以給吊籃臂架提供動(dòng)力。

臂架電機(jī)啟動(dòng)方式有兩種：直接啟動(dòng)和軟啟動(dòng)，可以通過駕駛室控制面板上的旋扭切換。

3.1.2 臂架電機(jī)常見故障現(xiàn)象及處理方法

某一臂架電機(jī)在直接啟動(dòng)和軟啟動(dòng)時(shí)均無法啟動(dòng)，常見的可能原因及處理方法有以下6 個(gè)：

（1）電機(jī)PT100 接線松動(dòng)或者電機(jī)溫度過高。拆開電機(jī)接線盒檢測電機(jī)PT100 阻值，若電機(jī)PT100 阻值超過150，即電機(jī)溫度已經(jīng)超過130，此時(shí)需對電機(jī)進(jìn)行檢查，查找電機(jī)溫度過高原因；若電機(jī)PT100 阻值未超過150，此時(shí)需沿PT100 的接線一直往上查，直到控制器輸入點(diǎn)，檢查線路是否有松動(dòng)或者破損。線路松動(dòng)會(huì)導(dǎo)致接觸不良，增大導(dǎo)線的接觸電阻，使控制器檢測到的電阻偏高，導(dǎo)致誤判為電機(jī)溫度過高，從而限制電機(jī)啟動(dòng)。

（2）急停未復(fù)位。在急停未復(fù)位時(shí)，所有電機(jī)均無法啟動(dòng)，排查此類故障可以通過能否啟動(dòng)其他電機(jī)來排除是否為急停未復(fù)位。

（3）電機(jī)過載。檢查熱繼電器是否動(dòng)作，如果電機(jī)過載，熱繼電器會(huì)動(dòng)作，其輔助觸點(diǎn)信號會(huì)進(jìn)入控制器，控制器檢測到熱繼電器已動(dòng)作就會(huì)限制該臂架電機(jī)啟動(dòng)。

（4）臺車主斷路器合閘輔助觸點(diǎn)斷開。此故障為電氣硬件故障，需檢查該觸點(diǎn)信號是否進(jìn)入控制器，可以順著導(dǎo)線依次往控制器方向檢查是否有直流24 V 電源進(jìn)入控制器點(diǎn)位。

（5）液壓油液位低于750 mm。管路漏油等原因?qū)е乱簤河陀拖鋬?nèi)液壓油的液位過低，會(huì)使吸油管吸入空氣?？諝膺M(jìn)入液壓系統(tǒng)危害較大：會(huì)影響液壓系統(tǒng)工作平穩(wěn)性、影響控制的精確性、造成液壓油變質(zhì)、使液壓元件金屬表面產(chǎn)生點(diǎn)狀腐蝕性磨損、使能量傳遞的效率下降，所以在檢測到液壓油液位過低時(shí)須及時(shí)補(bǔ)充液壓油。

3.2 水增壓泵無法開啟

3.2.1 水增壓泵功能

水增壓泵在鉆孔時(shí)將臺車外部由水管卷筒接入臺車的水進(jìn)行增壓，通過管路引至鑿巖機(jī)，再通過中空鉆桿和安裝于鉆桿最前端鉆頭的出水孔高壓噴出，噴出的水在鉆孔過程中可以起到對鉆頭降溫、軟化巖石、排出鉆孔中的碎石渣的作用。

3.2.2 水增壓泵常見故障現(xiàn)象及處理方法

鑿巖機(jī)開始鉆孔作業(yè)時(shí)，鉆孔2 s 后自動(dòng)停止，無法再繼續(xù)鉆孔作業(yè)，此故障的直接原因是水增壓泵未自動(dòng)啟動(dòng)，水增壓泵未自動(dòng)啟動(dòng)常見的可能原因及處理方法有以下兩個(gè)：

（1）進(jìn)水壓力太小。接入臺車水管卷筒的進(jìn)水壓力須在（0.1～1.1）MPa，進(jìn)水壓力過小無法滿足鉆孔所需水流量，進(jìn)水壓力過大會(huì)損壞管路閥門。臺車需配置最小容積為（24～36）m3的水箱，并且在鉆孔時(shí)能保證有300 L/min 的流量。此種情況需檢查給臺車供水的水箱容積是否足夠，管路是否通暢，臺車過濾網(wǎng)是否通暢。

（2）進(jìn)水壓力傳感器損壞。進(jìn)水壓力傳感器為（4～20）mA 模擬量傳感器，檢測范圍為（0～4）MPa。壓力傳感器損壞可參見4.5.1 處理傳感器類故障。

3.3 液壓油散熱泵電機(jī)無法開啟

3.3.1 液壓油散熱泵功能

液壓油散熱泵是在液壓油溫傳感器檢測到液壓油溫度達(dá)到55時(shí)，液壓油散熱泵自動(dòng)打開，液壓油散熱泵將水抽入熱交換器，水和液壓油進(jìn)行熱量交換，達(dá)到降低液壓油溫度的作用。熱交換后的水通過排水孔或者鑿巖機(jī)前端的排水孔排出。

3.3.2 液壓油散熱泵常見故障現(xiàn)象及處理方法

液壓油散熱泵未自動(dòng)啟動(dòng)常見的可能原因及處理方法有以下兩個(gè)：

（1）水增壓泵未啟動(dòng)。液壓油散熱需要外接水，若水增壓泵未啟動(dòng)時(shí)則無法啟動(dòng)液壓油散熱泵，水增壓泵未啟動(dòng)原因及處理方法見3.2.2。

（2）液壓油溫度傳感器損壞。液壓油溫度傳感器損壞或者無法檢測到正確的溫度，液壓油散熱泵則無法正常開啟。液壓油溫度傳感器為（4～20）mA 模擬量傳感器，檢測范圍為（-40～125）。液壓油溫傳感器損壞可參見4.5.1 處理傳感器類故障。

4 臂架電氣系統(tǒng)常見故障

4.1 臂架控制無動(dòng)作

全電腦三臂鑿巖臺車功能強(qiáng)大，其控制系統(tǒng)也較復(fù)雜，在控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了較多與安全相關(guān)的保護(hù)設(shè)計(jì)。在觸發(fā)了安全相關(guān)的條件時(shí)，禁止其動(dòng)作，以保證人員及設(shè)備的安全。

臂架控制無動(dòng)作常見的可能原因及處理方法有以下兩個(gè)：

（1）主操作位座椅后方的接近開關(guān)損壞。由安裝于座椅后方的接近開關(guān)檢測主操作位是否有操作人員。接近開關(guān)用于感應(yīng)駕駛室地面的鐵片，若接近開關(guān)工作正常，則接近開關(guān)尾部的燈會(huì)亮，同時(shí)接近開關(guān)的信號線會(huì)有DC 24 V 輸出，可以從這兩個(gè)方面進(jìn)行檢查，若接近開關(guān)損壞則更換新接近開關(guān)。

（2）主操作位座椅偏移。主操作位座椅可以橫向移動(dòng)也可以旋轉(zhuǎn)，若主操作位座椅不在操作位置，則限制臂架所有動(dòng)作。以防止操作人員不在操作位時(shí)觸碰到操作手柄或者操作按鈕而導(dǎo)致的誤動(dòng)作。

4.2 臂架傳感器報(bào)錯(cuò)

臂架傳感器在全電腦三臂鑿巖臺車控制系統(tǒng)中起到關(guān)鍵性的作用，有了臂架各關(guān)節(jié)的角度、長度傳感器的數(shù)據(jù)就能夠?qū)崿F(xiàn)鉆臂自動(dòng)找孔、臺車自動(dòng)定位、鑿巖機(jī)智能鉆孔的功能。

臂架傳感器共有兩種：錨桿角度傳感器和除錨桿角度傳感器外的其他角度傳感器（鉆臂橫擺傳感器、鉆臂升降傳感器、鉆臂伸縮傳感器、推進(jìn)梁橫擺傳感器、推進(jìn)梁升降傳感器、推進(jìn)梁伸縮傳感器、推進(jìn)梁旋轉(zhuǎn)傳感器）。

4.2.1 錨桿角度傳感器常見故障現(xiàn)象及處理方法

錨桿角度傳感器報(bào)錯(cuò)。傳感器報(bào)錯(cuò)時(shí)可以斷開傳感器電源和接線，依據(jù)圖1 所示檢測傳感器各針腳之間電阻值判斷傳感器是否損壞。

圖1 錨桿角度傳感器電阻值

4.2.2 其他傳感器常見故障現(xiàn)象及處理方法

除錨桿角度傳感器外的其他傳感器報(bào)錯(cuò)。傳感器報(bào)錯(cuò)時(shí)可以斷開傳感器電源和接線，依據(jù)圖2 所示檢測傳感器各針腳之間電阻值判斷傳感器是否損壞。

圖2 除錨桿角度傳感器外其他傳感器電阻值

4.3 電腦無法啟動(dòng)

全電腦三臂鑿巖臺車駕駛室內(nèi)有2 臺電腦，其一般性故障和普通電腦的故障類似，在此文中不做贅述，僅就不同于普通電腦的情況做分析。

電腦開機(jī)界面顯示“Timesync init NodeId:31 無法啟動(dòng)”。發(fā)生此故障是由于電腦與底盤控制系統(tǒng)的控制器無法通信。此問題為硬件線路故障，可以檢查電腦的CAN 總線連接至底盤系統(tǒng)的總線是否松動(dòng)掉落或者總線終端電阻是否損壞。

4.4 臂架動(dòng)作時(shí)喇叭報(bào)警

臂架動(dòng)作時(shí)喇叭響1 s 停2 s 報(bào)警。此故障也與安全相關(guān)，若臺車支腿未支到位時(shí)，此時(shí)有可能會(huì)因?yàn)榕_車未支好支腿而導(dǎo)致臺車傾翻。

喇叭報(bào)警常見的可能原因及處理方法有以下兩個(gè)：

（1）臺車支腿未支好。臺車前支腿可以擴(kuò)展伸出，同時(shí)也可以升降，后支腿僅可以升降。在臂架動(dòng)作時(shí)必須支好支腿，將支腿伸出或者升降到位，以確保臺車穩(wěn)固。

（2）臺車支腿到位檢測接近開關(guān)損壞。發(fā)生支腿接近開關(guān)損壞時(shí)，可以檢查每個(gè)支腿的到位信號檢測接近開關(guān)。支腿到位時(shí)若接近開關(guān)工作正常，則接近開關(guān)尾部的燈會(huì)亮，同時(shí)接近開關(guān)的信號線會(huì)有DC 24 V 輸出，可以從這兩個(gè)方面進(jìn)行檢查，若接近開關(guān)損壞則更換新接近開關(guān)。

4.5 傳感器報(bào)錯(cuò)

4.5.1 （4～20）mA 傳感器信號檢測

該臺車系統(tǒng)中傳感器均為（4～20）mA 模擬量信號。一般情況下（4～20）mA 模擬量信號檢測需將萬用表串入傳感器電路中，在檢測時(shí)操作及為不便。該臺車所用控制器多為Danfoss 的MC050 和MC088 控制器，Danfoss 控制器傳感器信號多為電壓輸入，僅MC088 有兩路為（4～20）mA 電流信號輸入，所以該臺車電氣系統(tǒng)中為每個(gè)（4～20）mA 電流信號串入了1 個(gè)430電阻，將電流信號轉(zhuǎn)換為（1720～8600）mV 電壓信號再接入控制器?？刂破鳈z測電壓信號經(jīng)程序運(yùn)算轉(zhuǎn)換成傳感器所檢測的物理量。

以某一信號范圍為A-B，檢測范圍為C-D 的傳感器為例，檢測到其信號值為X，此時(shí)傳感器對應(yīng)的檢測值Y 見式（1）：

4.5.2 （4～20）mA 傳感器故障檢測及處理方法

在懷疑是臺車傳感器故障時(shí)，首先要做傳感器數(shù)值判斷，可以用萬用表在直流電壓mV 檔，檢測控制器接入端口的電壓，再根據(jù)傳感器的參數(shù)反算出傳感器檢測的值，然后與電腦端顯示的值進(jìn)行對比，可以準(zhǔn)確的判斷出是傳感器故障還是線路故障。

若某（4～20）mA 壓力傳感器，檢測壓力范圍為（0～4）MPa，電腦顯示該傳感器錯(cuò)誤，以下給出其具體檢測方法：

用萬用表直流電壓mV 檔檢測傳感器進(jìn)控制器輸入端的電壓X。代入式（1）就可以計(jì)算出傳感器檢測到的壓力值Y。接入一個(gè)壓力表讀出壓力表顯示的壓力值Z，對比計(jì)算得到的Y 值和壓力表讀數(shù)Z 值，如果YZ，就可以判斷是傳感器故障，需要更換壓力傳感器；如果Y=Z，則可以判斷傳感器正常，應(yīng)該是線路故障或者控制器輸入端口故障。

由以上檢測就可以縮小故障范圍，輕而易舉的找到故障原因從而解決問題。

5 結(jié)語

ZYS113 全電腦鑿巖臺車電氣系統(tǒng)比較復(fù)雜，無法僅通過論文就能做到對臺車所有電氣系統(tǒng)的精通掌握，通過對該臺車常見的典型電氣故障進(jìn)行分析，拋磚引玉，只要熟知臺車每個(gè)電氣器件的功能及工作原理，在故障判斷及故障處理時(shí)就可以做到得心應(yīng)手，使高端裝備電氣系統(tǒng)維修不再是一件難事。