495HR 電鏟應(yīng)用下的電機(jī)自主行走控制工藝設(shè)計

解惠盛

（國能準(zhǔn)能集團(tuán)設(shè)備維修中心，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000）

1 背景介紹

495HR 電鏟是由前美國BUCYRUS 公司設(shè)計生產(chǎn)的大型礦山專用挖掘機(jī)，引進(jìn)到準(zhǔn)能集團(tuán)哈爾烏素露天煤礦十多年來一直進(jìn)行原煤和巖石的挖掘工作。495HR 電鏟采用驅(qū)動輪與履帶鏈上的履帶板嚙合，由操作人員控制驅(qū)動履帶鏈向前或向后行走，每側(cè)的履帶鏈都由各自獨立的行走傳動系統(tǒng)操控，實現(xiàn)控制向前或控制向后，而下車部分支撐電鏟的運動。設(shè)備總的工作重量約為1350 t，行走履帶長度為11 m，履帶板平均接地壓力362 kPa，斗容60 m3。在這千噸以上的設(shè)備上，主要機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)平臺與底架梁，連接底架梁與回轉(zhuǎn)平臺的重要機(jī)構(gòu)為中心軸組件?；剞D(zhuǎn)平臺由中部平臺、左走臺、右走臺、左輔助走臺、右輔助走臺、右架高底座、配重箱和前走臺等部件組成。中部平臺是箱形的焊接結(jié)構(gòu)件，是回轉(zhuǎn)平臺的主要部分。中部平臺的尾部安裝配重箱。

中部平臺和左走臺、右走臺、配重箱等均采用止口定位、螺栓聯(lián)接。中部平臺為采用低合金高強(qiáng)度鋼板焊接的、分格式、深箱型焊接結(jié)構(gòu)件，并在中央樞軸套360°方向布置放射狀全深加強(qiáng)隔板，以實現(xiàn)載荷的最優(yōu)傳遞和應(yīng)力散射。在設(shè)計時將與起重臂根腳聯(lián)接的耳板和銷孔向上抬高，使大容量斗在挖掘物料時能夠順利回收至起重臂下部。起重臂和A 形架的底部與平臺上的聯(lián)接采用簡支梁銷軸式聯(lián)接。聯(lián)接耳板與回轉(zhuǎn)平臺形成一個整體，牢固可靠。

由于長時間、高頻率使用，加之工作環(huán)境惡劣，各臺電鏟需要定期進(jìn)行大修工作。以往電鏟大修時中盤和底盤分離，驅(qū)動電源斷開后行走控制部分失效，下車部分就需要用大型推土機(jī)拖動到預(yù)定的維修點。電鏟下部結(jié)構(gòu)由底盤、左右側(cè)履帶架、履帶鏈、行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)齒圈、回轉(zhuǎn)輥盤組成，重約600 t，非常笨重，拖動時需要很大的牽引力，1 臺推土機(jī)無法提供足夠的拖動力，經(jīng)常需要2 臺大功率推土機(jī)進(jìn)行配合，提高了對推土機(jī)司機(jī)的要求，一旦配合控制不好就會出現(xiàn)拖動繩斷裂或拖拽損傷，對現(xiàn)場人員來說是極大的安全隱患。

此外，拖拽過程中各傳動機(jī)構(gòu)不是自主工作，推土機(jī)的強(qiáng)制牽引極易造成包括減速機(jī)在內(nèi)的行走傳動機(jī)構(gòu)的不可逆損傷。設(shè)計自主行走控制工藝就是要徹底地解決這一隱患，通過改變高壓供電結(jié)構(gòu)和行走控制方式使電鏟在中盤和底盤分離后，維修人員仍具有對行走部分的控制能力，使電鏟下車部分可以在現(xiàn)場人員的主動控制下通過行走電機(jī)自主行走到達(dá)預(yù)定的維修場地。

2 前期理論研究

495HR 電鏟的電氣部分是采用西門子變頻調(diào)速，由SIBAS（微機(jī)控制系統(tǒng)）和PLC 協(xié)調(diào)控制提升、推壓、回轉(zhuǎn)、行走機(jī)構(gòu)動作。接入工作電源為3 相、50 Hz、6 kV，外部驅(qū)動電源通過中盤的高壓集電環(huán)進(jìn)入高壓柜，然后經(jīng)過主隔離開關(guān)（MDS）和驅(qū)動電源開關(guān)（DPD）后輸入到真空接觸器（DPC），通過真空接觸器輸送到兩個主驅(qū)動變壓器，經(jīng)過變壓器調(diào)節(jié)后由原來的6 kV降為900 V，再通過電抗器供給整流回饋單元（AFE），經(jīng)過整流的直流母線電壓為直流1800 V，最后經(jīng)過4 組逆變器的直交變換，將控制所需要的交流電供給各部電機(jī)，完成整個電鏟的電氣驅(qū)動（圖1）。

圖1 驅(qū)動電路

電鏟行走部分靠2 臺700 HP（522 kW）交流電機(jī)驅(qū)動，通過逆變器改變交流電機(jī)電源的電壓和頻率調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，再由測速反饋提供反饋信號與主控制器形成閉環(huán)速度控制。分析驅(qū)動電路圖可知，行走電機(jī)的動力由提升和推壓逆變器分別組成右行走和左行走逆變器共同提供，由于行走和提升/推壓共用一套逆變器，所以不能同時動作，提升和行走/推壓需要通過轉(zhuǎn)換才能分別動作。

通過原理圖和電機(jī)動力原理可以分析，下車部分完成獨立行走主要需要解決電鏟外部高壓供電、下部電機(jī)動力回路連接、控制系統(tǒng)下移等問題，就可以實現(xiàn)控制目標(biāo)。

3 主要工藝

（1）在某臺495HR 電鏟進(jìn)入大修場地后，開展大量的大修理前期準(zhǔn)備工作，包括退下提升/推壓大繩，拆除鏟斗、鏟桿，放下分離大臂，電氣拆解行走電機(jī)驅(qū)動電源和控制連接線后啟動液壓頂升系統(tǒng)，將電鏟中盤抬高到預(yù)定位置。

（2）連接行走電機(jī)驅(qū)動電源和反饋信號，在中盤升到預(yù)定位置后，從電鏟低壓集電環(huán)兩側(cè)的JB01、JB02 分別連接驅(qū)動電源大線（PM33、PM32、PM31）與1#行走電機(jī)和大線（PM43、PM42、PM41）與2#行走電機(jī)，將位于左右行走電機(jī)的測速反饋信號（PT1PT2 測速總電源，PT3PT4 一號行走測速反饋，PT13PT14 二號行走測速反饋）引入JB01。

（3）連接行走風(fēng)機(jī)、溫度監(jiān)測、壓力反饋，在行走驅(qū)動線路連接完畢后，取4 芯6 mm2電纜將左右風(fēng)機(jī)電源引入JB02（原連接在低壓環(huán)1 環(huán)、2 環(huán)、3 環(huán)，對應(yīng)線號PB7、PB8、PB9），取2 芯2.5 mm2電纜將左右行走電機(jī)溫度監(jiān)測引入JB02（原連接低壓環(huán)9 環(huán)、11 環(huán)，線號UP133、UP89），取2 芯2.5 mm2電纜將左右行走電機(jī)氣壓監(jiān)測引入JB02（原連接低壓環(huán)7 環(huán)，線號UP118）。

（4）連接行走齒輪潤滑壓力開關(guān)（OGLPS）和多功能潤滑脂壓力開關(guān)（MPGPS）取2 芯2.5 mm2電纜將左右行走電機(jī)行走齒輪潤滑壓力開關(guān)監(jiān)測引入JB02（原連接低壓環(huán)8 環(huán)，線號UP119）。取2 芯2.5 mm2電纜將左右行走電機(jī)多功能潤滑脂壓力開關(guān)監(jiān)測引入JB02（原連接低壓環(huán)10 環(huán)，線號UP123）。

（5）將司機(jī)室控制器控制電路引下，在大修現(xiàn)場設(shè)置控制臺安裝操作手柄，將提升主令控制器，推壓主令控制器設(shè)置在大修場地預(yù)定位置，將提升控制器控制信號線（線號分別為M24、M25、P24A、PCOMO）引入PLC 節(jié)點6 的LTB2-9、LTB2-10、LTB2-2、LTB2-6。將推壓控制器控制信號線（M15、M14、P24A、PCOMO）引入PLC 節(jié)點6 的LTB2-11、LTB2-12、LTB2-3、LTB2-7。

（6）將司機(jī)室控制器控制電路引下，在大修現(xiàn)場設(shè)置的控制臺安裝操作手柄，將提升主令控制器、推壓主令控制器設(shè)置在大修場地預(yù)定位置，將提升主令開關(guān)提升/下放控制信號線UP11和UP117、UP180 引 入PLC 節(jié) 點6 HTB1-13 和PLC4 號 板I29.2、I29.3，將推壓主令開關(guān)推壓/抽回控制信號線UP11 和UP182、UP179 引入PLC 節(jié)點6 HTB1-13 和PLC4 號板I29.4、I29.5。

（7）將司機(jī)室提升/行走轉(zhuǎn)換開關(guān)，行走抱閘打開控制開關(guān)控制電路引下，在大修現(xiàn)場設(shè)置控制臺安裝操作控制按鈕，將提升/行走轉(zhuǎn)換開關(guān)控制信號線UP11、UP459 引入節(jié)點6HTB1-13和PLC4 號板I28.2；將行走抱閘打開控制開關(guān)控制信號線引入UP11、UP462 引入節(jié)點六HTB1-13 和PLC4 號板I29.1。

（8）將司機(jī)室電鏟啟動（SBR）/停機(jī)控制按鈕（BEB），控制復(fù)位按鈕（CRB）安裝在大修現(xiàn)場設(shè)置的控制臺中，將電鏟啟動按鈕引入PLC6 號節(jié)點4 號板I28.1，將停機(jī)控制按鈕信號線串入PLC7 號節(jié)點UP28 和HTB2-19 內(nèi)，將控制復(fù)位按鈕信號線引入PLC6 號節(jié)點4 號板I28.0 內(nèi)。

（9）將司機(jī)室電鏟啟動系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒指示燈安裝在現(xiàn)場設(shè)置的控制臺中，將控制信號線UP10 和UP98 引入PLC6 號節(jié)點HTB3-9 和5 號板Q28.2 內(nèi)。

（10）設(shè)置行走啟動喇叭，在大修現(xiàn)場設(shè)置的控制臺中安裝行走喇叭，將控制信號線WW1 和WW2 引入司機(jī)室（ZCS）HTB2-04 和TB1-4 中。

（11）安裝行走抱閘風(fēng)管，將左右行走電機(jī)抱閘的風(fēng)管延長，與原行走低壓環(huán)旋轉(zhuǎn)接頭風(fēng)管連接，使底盤行走時可以可靠地打開抱閘。

（12）安裝下部潤滑油管，將下部各潤滑油管延長，與原行走低壓環(huán)旋轉(zhuǎn)接頭對應(yīng)油管連接，使底盤在行走時各下部機(jī)件依然可以得到可靠優(yōu)質(zhì)的潤滑。

（13）安裝電鏟的外部主驅(qū)動電源大線，從外部電纜耦合器將6 kV 原裝高壓電纜直接引入高壓柜，拆除原電鏟高壓柜驅(qū)動電纜（防止將6 kV 高壓電反送入高壓環(huán)），將新電源線接入高壓柜MDS 主隔離開關(guān)上端（PTB1、PTB2、PTB3），使電鏟在外部送高壓電后獲得動力。

（14）檢查各部控制連接，校正各驅(qū)動電源及控制系統(tǒng)接線，重新梳理原理看有無缺陷不足。

（15）外線6 kV 高壓線路恢復(fù)，啟動電鏟動態(tài)檢查各部運行情況，進(jìn)行聯(lián)調(diào)實驗。

（16）正式啟鏟，在各方面配合下將底盤通過現(xiàn)場新安裝的控制臺操控下走到預(yù)定檢修位置。

4 實施效果

哈爾烏素露天煤礦某臺495HR 電鏟在底盤中盤分離后，自主控制行走，避免了以往外機(jī)拖動底盤行走可能造成的鋼絲繩斷裂、推土機(jī)人機(jī)配合不當(dāng)?shù)犬a(chǎn)生的人員傷害和機(jī)械損傷。由于這次行走是在現(xiàn)場操作人員的自主控制下完成的，控制精度高、行走和回鏟一次性完成，還節(jié)省了由于以往推土機(jī)拖拽精度不高、對位不準(zhǔn)來回牽拉造成的工時浪費。以往大修時各項準(zhǔn)備工作完成后，下車部分移動大概需要2 d；大修完畢后上下車部分完成整體連接需要對接中心軸，推土機(jī)配合困難使行走對位不準(zhǔn)，需要不斷校正，大約3～4 d 才能完成對接。運用電機(jī)自主行走控制工藝后，本次大修行走回鏟只用1 d 就完成了精準(zhǔn)對位，整體節(jié)約了4～5 d 的大修工時，取得了良好的經(jīng)濟(jì)安全效益。495HR 電鏟的電機(jī)自主行走控制工藝的推廣及應(yīng)用，對安全生產(chǎn)、提高檢修效率，具有良好的推動作用，同時工藝可復(fù)制，現(xiàn)場實施難度小，具有廣泛的推廣適用性。